RU2337349C1 - Method of determining air biological contamination and device to this effect - Google Patents

Method of determining air biological contamination and device to this effect Download PDF

Info

Publication number
RU2337349C1
RU2337349C1 RU2007113594/28A RU2007113594A RU2337349C1 RU 2337349 C1 RU2337349 C1 RU 2337349C1 RU 2007113594/28 A RU2007113594/28 A RU 2007113594/28A RU 2007113594 A RU2007113594 A RU 2007113594A RU 2337349 C1 RU2337349 C1 RU 2337349C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
impactor
sample
fluorescence
major
Prior art date
Application number
RU2007113594/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тать на Михайловна Зимина (RU)
Татьяна Михайловна Зимина
Виктор Викторович Лучинин (RU)
Виктор Викторович Лучинин
Юрий Андреевич Гвоздев (RU)
Юрий Андреевич Гвоздев
Рудольф Робертович Герке (RU)
Рудольф Робертович Герке
Олег Владимирович Гассох (RU)
Олег Владимирович Гассох
Алексей Владимирович Соловьев (RU)
Алексей Владимирович Соловьев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова /Ленина/ (СпбГЭТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова /Ленина/ (СпбГЭТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова /Ленина/ (СпбГЭТУ)
Priority to RU2007113594/28A priority Critical patent/RU2337349C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2337349C1 publication Critical patent/RU2337349C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: method incorporates fluorimetry of focused volume of air sample with the fluorescence excited, the aforesaid air sample focused volume is formed by a virtual impactor in the air sample major flow separated from optical elements and spectral fluorimeter furnished with a minor air flow without aerosol particles. The device made up of a radiation source and spectral fluorimeter furnished with the fluorescence spectral decomposition optical element incorporates a virtual impactor to generate, at its output, a coaxial major and a minor flow, enveloping the former, the impactor major flow input representing an air sampler and the impactor minor flow input communicating with air medium via a zero-drag filter designed to clear air of aerosol particles. The virtual impactor outlet is connected to the vacuum system.
EFFECT: higher reliability and simpler air contamination estimation procedure.
4 cl, 7 dwg, 3 tbl

Description

Изобретения относятся к аналитическому приборостроению и могут быть использованы при конструировании приборов для определения загрязнений воздуха различными флуоресцирующими аэрозольными компонентами (микроорганизмами, продуктами их жизнедеятельности, токсинами и т.д.).The invention relates to analytical instrumentation and can be used in the design of instruments for determining air pollution by various fluorescent aerosol components (microorganisms, their metabolic products, toxins, etc.).

Известен способ определения биологического загрязнения воздуха путем лазерного зондирования атмосферы ультрафиолетовым излучением и регистрации фоновых характеристик атмосферы, интенсивности сигналов люминесценции аэрозоля отравляющих веществ (ОВ) в области спектра 300-440 нм и интенсивности сигналов обратного рассеяния на длине волны зондирующего излучения, по соотношению которых судят о наличии или отсутствии на трассе помеховых аэрозолей (RU 2155954, G01N 21/64, 2000).A known method of determining biological air pollution by laser sensing of the atmosphere with ultraviolet radiation and recording the background characteristics of the atmosphere, the intensity of the signals of the luminescence of the aerosol of toxic substances (OM) in the spectral region 300-440 nm and the intensity of the backscattering signals at the wavelength of the probe radiation, the ratio of which the presence or absence of interfering aerosols on the route (RU 2155954, G01N 21/64, 2000).

Данный способ сложен в эксплуатации и обладает низкой помехозащищенностью.This method is difficult to operate and has low noise immunity.

Известен также способ определения биологического загрязнения воздуха, предусматривающий отбор и фракционирование пробы по размеру взвешенных в ней аэрозольных частиц с помощью ступенчатого импактора с последующим возбуждением флуоресценции с помощью рентгеновского излучения и рентгено-флуоресцентным анализом полного внутреннего отражения фракций (DE 3813329, G01N 15/02, G01N 1/22, G01N 15/00, 1989).There is also a method for determining biological air pollution, involving the selection and fractionation of a sample according to the size of aerosol particles suspended in it using a step impactor, followed by excitation of fluorescence using x-ray radiation and X-ray fluorescence analysis of the total internal reflection of the fractions (DE 3813329, G01N 15/02, G01N 1/22, G01N 15/00, 1989).

Данный способ является опасным и низкочувствительным.This method is dangerous and low sensitivity.

К указанной группе способов относится определение биологического загрязнения воздуха, предусматривающее отбор и фракционирование пробы по размеру взвешенных в ней аэрозольных частиц с помощью всасывающего импактора с последующей сорбцией аэрозольных частиц на материале с избирательной сорбционной активностью, возбуждением флуоресценции иммобилизованных частиц с помощью ультрафиолетового излучения (УФИ), регистрацией интегральной характеристики флуоресценции с помощью видеокамеры и анализом интенсивности флуоресценции с учетом формы и распределения размеров иммобилизованных частиц (JP 11337469, G06M 11/00, G01N 1/02, G01N 15/00, G01N 15/06, G01N 21/64, G01N 33/483, 1999).The specified group of methods includes determination of biological air pollution, which involves the selection and fractionation of a sample by the size of aerosol particles suspended in it using a suction impactor, followed by sorption of aerosol particles on a material with selective sorption activity, excitation of fluorescence of immobilized particles using ultraviolet radiation (UV). registration of the integral characteristic of fluorescence using a video camera and analysis of the fluorescence intensity taking into account shapes and size distributions of immobilized particles (JP 11337469, G06M 11/00, G01N 1/02, G01N 15/00, G01N 15/06, G01N 21/64, G01N 33/483, 1999).

При анализе концентрации микроорганизмов в воздухе отбираемую пробу барботируют через селективную питательную среду для концентрирования живых микробных клеток с последующим проведением реакции хемилюминесценции в реакционной камере, снабженной кварцевым окном, сопряженным с фотоумножителем, с помощью которого определяют интенсивность хемилюминесценции (RU 2263896, G01N 21/62, 2005).When analyzing the concentration of microorganisms in the air, a sample is bubbled through a selective nutrient medium to concentrate live microbial cells, followed by a chemiluminescence reaction in a reaction chamber equipped with a quartz window coupled to a photomultiplier, which determines the chemiluminescence intensity (RU 2263896, G01N 21/62, 2005).

Однако указанные способы не являются универсальными, так как они основаны на количественном анализе аэрозольных частиц с известной морфологией либо способностью хемилюминесценции.However, these methods are not universal, since they are based on a quantitative analysis of aerosol particles with a known morphology or chemiluminescence ability.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения биологического загрязнения воздуха, предусматривающий флуориметрию сфокусированного объема прокачиваемой пробы воздуха при возбуждении флуоресценции содержащихся в ней аэрозольных частиц с помощью УФИ частотой 266 нм от лазера с модулируемой добротностью. В данном способе запуск лазера производят в момент обнаружения аэрозольной частицы в сфокусированном объеме пробы двухлучевым синхронным детектором, каналы которого установлены ортогонально и имеют различные частотные характеристики (US 6947134, G01J 3/30, 2005).Closest to the claimed one is a method for determining biological air pollution, which provides for fluorimetry of the focused volume of the pumped air sample when excitation of the fluorescence of the aerosol particles contained in it is carried out using UV radiation with a frequency of 266 nm from a Q-switched laser. In this method, the laser is launched when an aerosol particle is detected in the focused sample volume by a two-beam synchronous detector, the channels of which are installed orthogonally and have different frequency characteristics (US 6947134, G01J 3/30, 2005).

Однако прототипный способ сложен в настройке и аппаратурном оформлении, а его техническое осуществление неэкономично из-за крайне низкого КПД используемого источника УФИ. Кроме того, данный способ трудноосуществим при контроле проб с высокой концентрацией аэрозольных частиц из-за забивания ими оптических элементов источника УФИ и флуориметра, что приводит к снижению чувствительности измерений по мере эксплуатации способа, т.е. к снижению надежности эксплуатации.However, the prototype method is difficult to configure and hardware design, and its technical implementation is uneconomical due to the extremely low efficiency of the used UV source. In addition, this method is difficult to implement when monitoring samples with a high concentration of aerosol particles due to clogging of the optical elements of the UVI source and fluorimeter, which leads to a decrease in the measurement sensitivity as the method is used, i.e. to reduce the reliability of operation.

Решаемой технической задачей является упрощение способа и повышение надежности его эксплуатации.Solved technical problem is to simplify the method and increase the reliability of its operation.

Решение указанной технической задачи заключается в том, что в способ определения биологического загрязнения воздуха, предусматривающий флуориметрию сфокусированного объема прокачиваемой пробы воздуха при возбуждении флуоресценции содержащихся в ней аэрозольных частиц с помощью УФИ, вносится следующее изменение: сфокусированный объем формируют с помощью виртуального импактора в мажорном потоке пробы воздуха, отделенном от оптических элементов источника УФИ и спектрофлуориметра минорным потоком воздуха, не содержащим аэрозольных частиц.The solution to this technical problem lies in the fact that in the method for determining biological air pollution, which provides for fluorimetry of the focused volume of the pumped air sample when excitation of the fluorescence of the aerosol particles contained in it using UVI, the following change is made: the focused volume is formed using a virtual impactor in the major sample stream air separated from the optical elements of the UVI source and spectrofluorimeter by a minor air stream not containing aerosol astits.

Причинно-следственная связь внесенного изменения с достигнутым техническим результатом состоит в следующем. В исходной технической системе имеются следующие конфликтующие пары: 1) поток пробы воздуха, содержащий аэрозольные частицы, и оптические элементы источника УФИ; 2) поток пробы воздуха, содержащий аэрозольные частицы, и оптические элементы спектрофлуориметра. Нахождение в воздушной пробе аэрозольных частиц необходимо для их анализа и в то же время вредно из-за прилипания их к оптическим элементам системы. Для разрешения конфликта использован следующий стандарт на решение изобретательских задач: при конфликтующей паре веществ между ними следует поместить третье вещество, являющееся, как правило, модификацией одного из них (Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. - Петрозаводск: Скандинавия, 2004 г.). В данном случае «прокладка» выполнена из потока воздуха, не содержащего аэрозольных частиц.The causal relationship of the changes made with the technical result achieved is as follows. The initial conflicting technical system contains the following conflicting pairs: 1) an air sample stream containing aerosol particles and optical elements of a UV source; 2) an air sample stream containing aerosol particles and optical elements of a spectrofluorimeter. The presence in the air sample of aerosol particles is necessary for their analysis and at the same time harmful due to their adhesion to the optical elements of the system. To resolve the conflict, the following standard was used to solve inventive problems: with a conflicting pair of substances, a third substance should be placed between them, which is usually a modification of one of them (Altshuller G.S. Creativity as an exact science. - Petrozavodsk: Scandinavia, 2004. ) In this case, the “gasket” is made of a stream of air that does not contain aerosol particles.

На фиг.1 приведена схема принципиального решения технической задачи; на фиг.2 представлена схема получения спектральной характеристики флуоресценции с помощью сферической голо графической решетки; на фиг.3 дана общая схема устройства для определения биологического загрязнения воздуха; на фиг.4 изображена схема варианта устройства с дифракционным элементом, выполненным в виде вогнутой голографической решетки; на фиг.5-7 и в табл.1-3 представлены спектры флуоресценции аэрозолей к примерам 1-3.Figure 1 shows a diagram of a fundamental solution to a technical problem; figure 2 presents the scheme for obtaining the spectral characteristics of fluorescence using a spherical holographic lattice; figure 3 is a General diagram of a device for determining biological air pollution; figure 4 shows a diagram of a variant of the device with a diffraction element made in the form of a concave holographic grating; Figures 5-7 and Table 1-3 show the aerosol fluorescence spectra for Examples 1-3.

Принципиальное техническое решение поясняется схемой фиг.1. Как видно из схемы, отбираемую пробу воздуха подают к мажорному входу виртуального импактора 1. К минорному входу виртуального импактора 1 подключают воздух, не содержащий аэрозольных частиц, что может быть выполнено, в частности, пропусканием атмосферного воздуха через фильтр 2 аэрозоля. Для осуществления данного способа виртуальный импактор 1 выполнен с возможностью формирования на мажорном выходе струи отбираемой аэрозольной пробы воздуха, заключенной коаксиально внутри минорного потока очищенного воздуха, выходящего из штуцера минорного выхода этого импактора. Таким образом, поток аэрозольных частиц, на который сфокусированы оптические элементы источника 3 УФИ и спектрофлуориметра 4, находится в воздушном защитном футляре потока воздуха, не содержащего аэрозольных частиц. На схеме фиг.1 раскрыта структура источника 3 УФИ и спектрофлуориметра 4. Источник 3 УФИ состоит из последовательно соединенных блока 5 питания, излучателя 6 УФИ и оптического фокусирующего элемента 7. В составе спектрофлуориметра 4 выделены последовательно соединенные объектив 8, сфокусированный на мажорный поток воздуха, сформированный на выходе виртуального импактора 1, и оптико-электронный преобразователь 9, служащий для получения электрического информационного сигнала об уровне флуоресценции аэрозольных частиц пробы, вызванной УФИ.The principal technical solution is illustrated by the scheme of figure 1. As can be seen from the diagram, the sampled air is fed to the major input of the virtual impactor 1. Air that does not contain aerosol particles is connected to the minor input of the virtual impactor 1, which can be done, in particular, by passing atmospheric air through the aerosol filter 2. To implement this method, the virtual impactor 1 is configured to form at the major exit stream a sampled aerosol sample of air enclosed coaxially inside the minor stream of purified air exiting from the minor outlet fitting of this impactor. Thus, the stream of aerosol particles, on which the optical elements of the UV 3 source and spectrofluorimeter 4 are focused, is located in the air protective case of the air stream that does not contain aerosol particles. In the diagram of FIG. 1, the structure of a UVI source 3 and a spectrofluorimeter 4 is disclosed. UVI source 3 consists of a series-connected power supply unit 5, a UVI emitter 6 and an optical focusing element 7. As a part of the spectrofluorimeter 4, a lens 8 focused on a major air flow is highlighted, formed at the output of the virtual impactor 1, and an optoelectronic converter 9, which serves to obtain an electrical information signal about the level of fluorescence of the aerosol particles of the sample caused by UV radiation.

Для осуществления предлагаемого способа может быть использован виртуальный импактор, выполненный на базе импактора «Флора-100» (ТУ 64-098-33-95), а также изобретений SU 1468179, G01N 15/02, 1995; US 6698592, B07B 7/04, 2004 и др.To implement the proposed method, a virtual impactor can be used, made on the basis of the Flora-100 impactor (TU 64-098-33-95), as well as the inventions SU 1468179, G01N 15/02, 1995; US 6698592, B07B 7/04, 2004, etc.

Известное устройство для определения биологического загрязнения воздуха содержит виртуальный импактор, оснащенный сепаратором для разделения аэрозольной взвеси на фракции по размеру частиц, фильтрационный коллектор для сбора фракций, аналитические камеры, установленные на выходах коллектора и подключенные к блоку инфракрасного (ИК) излучения и сканирующему ИК-спектрофотометру (US 4942297, G01N 15/02, 15/06, 21/55, 1990).The known device for determining biological air pollution contains a virtual impactor equipped with a separator for separating aerosol suspension into fractions according to particle size, a filter collector for collecting fractions, analytical chambers installed at the collector outputs and connected to an infrared (IR) radiation unit and a scanning IR spectrophotometer (US 4942297, G01N 15/02, 15/06, 21/55, 1990).

Его недостатком является сложность конструкции и низкая надежность анализа аэрозольных частиц неизвестной природы, особенно маскированных жидкостью.Its disadvantage is the design complexity and low reliability of the analysis of aerosol particles of unknown nature, especially masked by liquid.

Известно также устройство для определения биологического загрязнения воздуха, содержащее виртуальный импактор, выполненный с возможностью отбора и фокусирования воздушной пробы, подключенный к оптическому счетчику частиц по рассеиваемому ими свету видимой области спектра (WO 90/10858, G01N 15/14, 1990).A device for determining biological air pollution is also known, comprising a virtual impactor configured to take and focus an air sample, connected to an optical particle counter by the light scattered by them in the visible region of the spectrum (WO 90/10858, G01N 15/14, 1990).

Однако данное устройство не позволяет проводить качественного анализа аэрозольных загрязнений.However, this device does not allow a qualitative analysis of aerosol pollution.

Тенденция развития устройств для определения биологического загрязнения воздуха заключается в оборудовании их импактором, к выходу которого последовательно присоединены узел барботирования прокачиваемой пробы в селективной питательной среде, сорбционная колонка и аналитическая камера, оснащенная датчиком хемилюминесценции или флуоресценции (US 6435043, G01N 15/10, 2002; RU 2263896, G01N 21/62, 2005; JP 11337469, G06M 11/00, G01N 1/02, G01N 15/00, G01N 15/06, G01N 21/64, G01N 33/483, G06M 11/00, G01N 1/02, 1999).The development trend of devices for determining biological air pollution is to equip them with an impactor, to the outlet of which a sparging unit for the pumped sample in a selective nutrient medium, a sorption column and an analytical chamber equipped with a chemiluminescence or fluorescence sensor (US 6435043, G01N 15/10, 2002; RU 2263896, G01N 21/62, 2005; JP 11337469, G06M 11/00, G01N 1/02, G01N 15/00, G01N 15/06, G01N 21/64, G01N 33/483, G06M 11/00, G01N 1 / 02, 1999).

Однако данные устройства неудобны в эксплуатации из-за реализованной ими схемы циклического анализа, а также необходимости замены селективной питательной среды или сорбента и промывки соответствующих элементов в каждом цикле измерений.However, these devices are inconvenient in operation due to the cyclic analysis scheme they implemented, as well as the need to replace the selective nutrient medium or sorbent and flush the corresponding elements in each measurement cycle.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения биологического загрязнения воздуха, состоящее из импактора для прокачивания и фокусирования пробы воздуха, содержащего аэрозольные примеси, лазерного источника УФИ с модулируемой добротностью, направленного на сфокусированный объем пробы воздуха, управляющий вход которого подключен к выходу двухлучевого синхронного детектора, каналы которого установлены ортогонально и имеют различные частотные характеристики для обнаружения аэрозольной частицы в сфокусированном объеме пробы, и спектрофлуориметра, оснащенного оптическим элементом спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц в сфокусированном объеме пробы (US 6947134, G01J 3/30, 2005).Closest to the claimed one is a device for determining biological air pollution, consisting of an impactor for pumping and focusing an air sample containing aerosol impurities, a UV-source laser with a modulated Q factor, aimed at a focused volume of an air sample, the control input of which is connected to the output of a two-beam synchronous detector, whose channels are installed orthogonally and have different frequency characteristics for detecting an aerosol particle in a focused the sample volume, and a spectrofluorimeter equipped with an optical element for the spectral decomposition of fluorescence of aerosol particles in a focused sample volume (US 6947134, G01J 3/30, 2005).

Однако прототипное устройство является сложным, неэкономичным из-за крайне низкого КПД используемого источника УФИ, обладает низкой надежностью контроля проб с высокой концентрацией аэрозольных частиц из-за забивания ими оптических элементов источника УФИ и флуориметра. Кроме того, оно неприемлемо для технического осуществления предлагаемого способа.However, the prototype device is complex, uneconomical due to the extremely low efficiency of the used UV source, has low reliability of control of samples with a high concentration of aerosol particles due to clogging of the optical elements of the UV source and the fluorimeter. In addition, it is unacceptable for the technical implementation of the proposed method.

Технической задачей устройства является возможность осуществления предлагаемого способа, а также упрощение конструкции прототипа.The technical task of the device is the ability to implement the proposed method, as well as simplifying the design of the prototype.

Решение указанной задачи заключается в том, что в устройство для осуществления способа, охарактеризованного в п.1, состоящее из импактора для прокачивания и фокусирования пробы воздуха, содержащего аэрозольные примеси, источника ультрафиолетового излучения, направленного на сфокусированный объем пробы воздуха и спектрофлуориметра, оснащенного оптическим элементом спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц в сфокусированном объеме пробы, вносятся следующие изменения:The solution to this problem lies in the fact that the device for implementing the method described in claim 1, consisting of an impactor for pumping and focusing an air sample containing aerosol impurities, an ultraviolet radiation source aimed at a focused volume of an air sample and a spectrofluorimeter equipped with an optical element spectral decomposition of fluorescence of aerosol particles in a focused sample volume, the following changes are made:

1) импактор выполнен виртуальным с возможностью формирования на выходе коаксиальных мажорного и охватывающего его минорного потоков воздуха;1) the impactor is made virtual with the possibility of forming at the output of the coaxial major and surrounding minor air flows;

2) мажорный вход импактора представляет собой заборный элемент анализируемой пробы воздуха;2) the major input of the impactor is a sampling element of the analyzed air sample;

3) минорный вход импактора связан с воздушной средой через фильтр нулевого сопротивления для очистки от аэрозольных частиц;3) the minor input of the impactor is connected to the air through a filter of zero resistance for cleaning from aerosol particles;

4) выходная магистраль виртуального импактора подключена к вакуумной системе, что проще и экономичнее, чем установка компрессоров на его входных магистралях.4) the output line of the virtual impactor is connected to the vacuum system, which is simpler and more economical than installing compressors on its input lines.

Целесообразно исполнение устройства в варианте с корреляционным анализатором, подключенным к выходу спектрофлуориметра, для сравнения полученной спектральной характеристики со спектральными характеристиками флуоресценции известных аэрозольных загрязнений воздушной среды.It is advisable to perform the device in the embodiment with a correlation analyzer connected to the output of the spectrofluorimeter to compare the obtained spectral characteristics with the spectral characteristics of fluorescence of known aerosol air pollution.

Целесообразно также выполнение элемента спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц в виде сферической (вогнутой) решетки, кривизна которой выполнена из расчета фокусирования спектральных полос флуоресценции аэрозольных частиц пробы по дуге Роуланда. Аналогом данного дополнительного технического решения является патент US 4254325, G01J 3/20, 3/18, 3/12, 1981, в котором описан спектрограф-монохроматор сканирующего типа, содержащий источник УФИ или рентгеновского излучения, последовательно связанный с вакуумной камерой, в которой выполнена оптическая щель для прохождения света, нарезная дифракционная решетка и оптико-электронный преобразователь. При этом нарезная дифракционная решетка и оптико-электронный преобразователь установлены с возможностью перемещения по кругу Роуланда. Предлагаемое техническое решение в указанной части отличается от данного аналога тем, чтоIt is also advisable to perform an element of spectral decomposition of fluorescence of aerosol particles in the form of a spherical (concave) lattice, the curvature of which is made from the calculation of focusing of the spectral fluorescence bands of aerosol particles of the sample along the Rowland arc. An analogue of this additional technical solution is US Pat. No. 4,254,325, G01J 3/20, 3/18, 3/12, 1981, which describes a scanning-type spectrograph-monochromator containing a UV or X-ray source connected in series with a vacuum chamber in which an optical slit for the passage of light, a threaded diffraction grating, and an optoelectronic converter. In this case, the threaded diffraction grating and the optoelectronic converter are mounted with the possibility of moving around the Rowland circle. The proposed technical solution in this part differs from this analogue in that

1) вакуумная камера и оптическая щель отсутствуют (необходимость вакуумирования отпадает из-за возможности работы в видимой области спектра);1) there is no vacuum chamber and an optical gap (there is no need for evacuation due to the possibility of working in the visible region of the spectrum);

2) элемент спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц содержит подложку, на рабочей поверхности которой голографически сформирована дифракционная сферическая (вогнутая) решетка с числовой апертурой в диапазоне 0,7-1,1, что обеспечивает резкое повышение ее светосилы, необходимое в условиях малых энергий излучения анализируемыми аэрозольными частицами (здесь нижний предел значения числовой апертуры указан из соображений обеспечения минимальной чувствительности устройства, а верхний предел ограничен технологическими возможностями формирования голографической дифракционной решетки);2) the element of spectral decomposition of the fluorescence of aerosol particles contains a substrate, on the working surface of which a spherical (concave) diffraction grating is holographically formed with a numerical aperture in the range of 0.7-1.1, which provides a sharp increase in its aperture required under conditions of low radiation energies analyzed aerosol particles (here the lower limit of the numerical aperture value is indicated for reasons of ensuring the minimum sensitivity of the device, and the upper limit is limited by technological the possibilities of forming a holographic diffraction grating);

3) ось мажорного потока воздуха на выходе импактора, дифракционная решетка и фотоприемник расположены по кругу Роуланда для оптического фокусирования дифракционной решетки и фотоприемника на мажорный поток воздуха на выходе импактора.3) the axis of the major air flow at the output of the impactor, the diffraction grating and the photodetector are located in the Rowland circle for optical focusing of the diffraction grating and the photodetector to the major air flow at the output of the impactor.

Для фокусирования оптических элементов в предлагаемом устройстве радиус рабочей поверхности сферической дифракционной решетки должен в 2 раза превышать радиус круга Роуланда. Наиболее целесообразно выполнение дифракционной решетки радиусом от 7 до 10 см при радиусе круга Роуланда от 3,5 до 5 см, тогда как в известном техническом решении, предусматривающем выполнение этого элемента сферическим, радиус рабочей поверхности сферы был равен 5,2 м (RU 2105273, G01J 3/00, 1998), что не обеспечивает светосилу, необходимую для функционирования устройства по рассматриваемому назначению. Голо графическое выполнение дифракционной решетки на сферической поверхности дает возможность увеличить ширину исследуемого спектра флуоресценции не менее чем до 300 нм за счет числа штрихов решетки 2000 линий/мм и более, тогда как нарезным способом на вогнутой поверхности такой плотности линий практически не достигнуть. Это повышает информативность и точность анализов в диапазоне видимой области спектра.To focus the optical elements in the proposed device, the radius of the working surface of a spherical diffraction grating should be 2 times the radius of the Rowland circle. The most appropriate implementation of the diffraction grating with a radius of 7 to 10 cm with a radius of the Rowland circle from 3.5 to 5 cm, while in the well-known technical solution involving the implementation of this element spherical, the radius of the working surface of the sphere was 5.2 m (RU 2105273, G01J 3/00, 1998), which does not provide the aperture necessary for the functioning of the device for the intended purpose. The holographic performance of the diffraction grating on a spherical surface makes it possible to increase the width of the studied fluorescence spectrum to at least 300 nm due to the number of grating strokes of 2000 lines / mm or more, while using the rifled method on a concave surface, this line density can hardly be reached. This increases the information content and accuracy of analyzes in the range of the visible region of the spectrum.

Дифракционную сферическую решетку для предлагаемого варианта устройства можно изготовить согласно изобретению RU 1588084, G01J 3/18, 1999 с использованием неорганического фоторезиста на основе халькогенидного стекла в качестве светочувствительного материала.The spherical diffraction grating for the proposed device variant can be made according to the invention RU 1588084, G01J 3/18, 1999 using inorganic photoresist based on chalcogenide glass as a photosensitive material.

Принцип действия такого элемента проиллюстрирован на фиг.2. Центр мажорного потока пробы воздуха, голографически изготовленная сферическая дифракционная решетка 10, сформированная на подложке элемента 11 спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц пробы и фотоприемник 12 оптико-электронного преобразователя 9 расположены по кругу Роуланда, что обеспечивает оптическое фокусирование дифракционной решетки 10 и фотоприемника 12 оптико-электронного преобразователя 9 на мажорный поток воздуха на выходе импактора. В качестве фотоприемника 12 можно использовать фотоэлектронный умножитель или сенсор видеокамеры. Лучи аутофлуоресценции или флуоресценции, возбужденной УФИ, отражаются от дифракционной решетки 10 под разными углами, попадая на фотоприемник 12 в диапазоне спектра от λ1 до λn, с многоканального выхода которого снимают информацию о спектре интенсивности флуоресценции. Углы α, β, и γ, указанные на схеме, характеризуют соответственно расположение фокуса флуоресценции (мажорного потока), начальной и конечной позиций линейки фотоприемника 12 по кругу Роланда относительно плоскости симметрии дифракционной решетки 10. Значения этих установочных углов определяют из расчета максимально возможного использования апертуры фотоприемника 12. Так, для круга Роланда радиусом 3,5 см и длине линейки фотоприемника 12, равной 5 см, значения указанных углов составляют: α=16°, β=23° и γ=47°, что обеспечивает разложение спектра флуоресценции в полосу шириной от λ1=300 до λ2=650 нм.The principle of operation of such an element is illustrated in figure 2. The center of the major flow of the air sample, a holographically made spherical diffraction grating 10, formed on the substrate of the fluorescence spectral decomposition element 11 of the aerosol particles of the sample and the photodetector 12 of the optoelectronic transducer 9 are located in the Rowland circle, which provides optical focusing of the diffraction grating 10 and the photodetector 12 of the optoelectronic Converter 9 to a major air flow at the output of the impactor. As the photodetector 12, you can use the photomultiplier tube or the sensor of the camera. Rays of autofluorescence or fluorescence excited by UVI are reflected from the diffraction grating 10 at different angles, incident on the photodetector 12 in the spectrum range from λ 1 to λ n , from which the information on the fluorescence intensity spectrum is taken from the multi-channel output. The angles α, β, and γ indicated in the diagram characterize, respectively, the location of the fluorescence focus (major flow), the initial and final positions of the line of the photodetector 12 in a Roland circle relative to the symmetry plane of the diffraction grating 10. The values of these installation angles are determined from the calculation of the maximum possible use of the aperture photodetector 12. Thus, for a Roland circle with a radius of 3.5 cm and a length of the line of photodetector 12 equal to 5 cm, the values of the indicated angles are: α = 16 °, β = 23 °, and γ = 47 °, which ensures decomposition of the fluorescence spectrum estsentsii a band width of λ 1 = 300 and λ 2 = 650 nm.

В данном варианте фокусирование спектральных полос и получение спектра флуоресценции производится с помощью одного конструктивного элемента, что имеет следствием упрощение узла спектрофлуориметра.In this embodiment, the focusing of the spectral bands and obtaining the fluorescence spectrum is carried out using one structural element, which leads to a simplification of the spectrofluorimeter assembly.

Вариант устройства по п.2 формулы (фиг.3) содержит виртуальный импактор 1 (см. фиг.1) для прокачивания и фокусирования пробы воздуха, содержащего аэрозольные примеси, источник 3 УФИ, направленного на сфокусированный объем пробы воздуха, и спектрофлуориметр 4, оснащенный последовательно связанными оптическим элементом 11 спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц в сфокусированном объеме пробы, фотоприемником 12 и оптико-электронным преобразователем 9, выход которого подключен к блоку 13 обработки и визуализации информации, выполненному на базе компьютера. Виртуальный импактор 1 выполнен с возможностью формирования на выходе коаксиальных мажорного и охватывающего его минорного потоков воздуха (поз 14 и 15 соответственно). Мажорный вход импактора 1 представляет собой трубчатый заборный элемент 16 анализируемой пробы воздуха. Минорный вход импактора 1 выполнен коаксиально снаружи мажорного в виде цилиндрического фильтра 17 (вариант фильтра 2 фиг.1) нулевого сопротивления, который связан с воздушной средой и служит для очистки минорного потока от аэрозольных частиц. Между фильтром 17 и трубчатым элементом 16 коаксиально расположена трубчатая диафрагма 18 с выполненными в ее стенках отверстиями 19 для прохода профильтрованного воздуха с выхода фильтра 17 в диффузорную камеру, образованную между элементами 16 и 18 для формирования минорного потока 15. Диаметр отверстий 19 является настроечным параметром, устанавливаемым из расчета обеспечения требуемого соотношения мажорного и минорного потоков воздуха на выходе импактора 1. Полый торец диафрагмы 19 герметично соединен с кварцевой трубкой 20, свободный конец которой подключен к вакуумному насосу 21 через фильтр 22, служащий для защиты вакуумного насоса 21 и окружающей среды от выброса аэрозольных частиц. Выполнение трубки 20 из кварца позволяет разместить снаружи источник 3 УФИ и спектрофлуориметр 4, оптические входы которых сфокусированы на мажорный поток 14. В варианте фиг.3 источник 3 УФИ включает последовательно соединенные блока 5 питания, полупроводниковый излучатель 6 УФИ и оптический фокусирующий элемент 7, выполненный в виде линзы. Торцы цилиндрического фильтра 17 закрыты крышками 23, прижатыми с использованием герметитизирующих прокладок 24. Крышки 23 и фильтр 17 образуют корпус для размещения основных конструктивных элементов импактора 1. При этом в крышках 23 выполнены отверстия для герметичной установки элементов 16, 18 и 20.A variant of the device according to claim 2 of the formula (FIG. 3) comprises a virtual impactor 1 (see FIG. 1) for pumping and focusing a sample of air containing aerosol impurities, a UV radiation source 3 directed to the focused volume of the air sample, and a spectrofluorimeter 4 equipped with sequentially connected by an optical element 11 of the spectral decomposition of fluorescence of aerosol particles in a focused sample volume, a photodetector 12 and an optoelectronic converter 9, the output of which is connected to the information processing and visualization unit 13, computer-based. The virtual impactor 1 is configured to form at the output of the coaxial major and minor air flows surrounding it (pos. 14 and 15, respectively). The major inlet of the impactor 1 is a tubular intake element 16 of the analyzed air sample. The minor input of the impactor 1 is made coaxially outside the major in the form of a cylindrical filter 17 (filter option 2 of FIG. 1) of zero resistance, which is connected to the air and serves to clean the minor stream from aerosol particles. Between the filter 17 and the tubular element 16, a tubular diaphragm 18 is located coaxially with openings 19 made in its walls for the passage of filtered air from the outlet of the filter 17 into the diffuser chamber formed between the elements 16 and 18 to form a minor stream 15. The diameter of the holes 19 is a tuning parameter, set based on ensuring the required ratio of major and minor air flows at the output of impactor 1. The hollow end of the diaphragm 19 is hermetically connected to the quartz tube 20, the free end which is connected to the vacuum pump 21 through a filter 22, which serves to protect the vacuum pump 21 and the environment from the emission of aerosol particles. The implementation of the tube 20 of quartz allows you to place outside the source 3 of the UVI and spectrofluorimeter 4, the optical inputs of which are focused on the major flow 14. In the embodiment of figure 3, the source 3 of the UVI includes serially connected power supply 5, a semiconductor emitter 6 UVI and an optical focusing element 7 made in the form of a lens. The ends of the cylindrical filter 17 are closed by covers 23, pressed using sealing gaskets 24. The covers 23 and the filter 17 form a housing for accommodating the main structural elements of the impactor 1. At the same time, the holes 23 are made for the tight installation of the elements 16, 18 and 20.

При технической реализации устройства в качестве фильтров 17 и 22 могут использоваться хепофильтры, например, типов ФС-1С и ФС-1К.In the technical implementation of the device, hepofilters, for example, types FS-1C and FS-1K, can be used as filters 17 and 22.

Вакуумный насос 21 засасывает атмосферный воздух через трубчатый заборный элемент 16 (мажорный вход) и через фильтр 17 нулевого сопротивления (минорный вход). Мажорный поток на выходе из элемента 16 образует ядро струи, поджимаемое снаружи минорным потоком воздуха, не содержащего аэрозолей, который после очистки на фильтре 17 поступает через отверстие 19 диафрагмы 18 в минорный выход импактора 1. При проходе через кварцевую трубку 20 в фокусе мажорного потока определяется флуоресценция аэрозольных частиц как описано выше и пояснено фиг.1.The vacuum pump 21 draws in atmospheric air through a tubular intake element 16 (major inlet) and through a filter 17 of zero resistance (minor inlet). The major flow at the outlet of element 16 forms the core of the jet, pressurized externally by a minor stream of air containing no aerosols, which, after cleaning on the filter 17, enters through the aperture 19 of the diaphragm 18 into the minor exit of impactor 1. When passing through the quartz tube 20, the focus of the major flow is determined fluorescence of aerosol particles as described above and explained in FIG.

В варианте фиг.4 устройство дополнительно содержит центробежный фильтр 25 грубой очистки воздуха от крупных аэрозольных частиц (циклон), установленный по месту забора пробы. Выходной патрубок фильтра 25 соединен с мажорным входом 16 импактора 1. Элемент 11 спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц содержит подложку, на рабочей поверхности которой голографически сформирована дифракционная сферическая решетка 10 с числовой апертурой в диапазоне 0,7-1,1. Ось мажорного потока воздуха на выходе импактора 1, дифракционная решетка 10 и фотоприемник 12 расположены по кругу Роуланда для оптического фокусирования дифракционной решетки 10 и фотоприемника 12 на мажорный поток воздуха на выходе импактора 1.In the embodiment of FIG. 4, the device further comprises a centrifugal filter 25 for coarse air cleaning of large aerosol particles (cyclone) installed at the sampling site. The output pipe of the filter 25 is connected to the major input 16 of the impactor 1. The element 11 of the spectral decomposition of the fluorescence of aerosol particles contains a substrate on the working surface of which a diffraction spherical grating 10 with a numerical aperture in the range of 0.7-1.1 is holographically formed. The axis of the major air flow at the output of the impactor 1, the diffraction grating 10 and the photodetector 12 are located in a Rowland circle for optical focusing of the diffraction grating 10 and the photodetector 12 to the major air flow at the output of the impactor 1.

Данный вариант устройства дополнительно содержит также корреляционный анализатор 26, подключенный к выходу спектрофлуориметра, для сравнения полученной спектральной характеристики со спектральными характеристиками флуоресценции известных аэрозольных загрязнений воздушной среды. В качестве корреляционного анализатора 26 может использоваться любой корреляционный анализатор, позволяющий вычислять корреляционное отношение анализируемой и базовой функций интенсивности флуоресценции от длины волны в установленном диапазоне спектра флуоресценции. Он может быть выполнен на базе ЭВМ. Возможно также выполнение корреляционного анализатора согласно (RU 2171499, G06T 5/00, 5/40, G06K 9/00, 9/62, 9/68, 9/70, 2001).This embodiment of the device further comprises a correlation analyzer 26 connected to the output of the spectrofluorimeter, for comparing the obtained spectral characteristics with the spectral characteristics of fluorescence of known aerosol pollution of the air. As a correlation analyzer 26, any correlation analyzer can be used to calculate the correlation ratio of the analyzed and basic functions of fluorescence intensity versus wavelength in a specified range of the fluorescence spectrum. It can be performed on the basis of a computer. It is also possible to perform a correlation analyzer according to (RU 2171499, G06T 5/00, 5/40, G06K 9/00, 9/62, 9/68, 9/70, 2001).

Работа данного варианта устройства описана выше и пояснена фиг.2.The operation of this embodiment of the device is described above and is explained in Fig.2.

Предлагаемые технические решения иллюстрируются следующими примерами.The proposed technical solutions are illustrated by the following examples.

ПРИМЕР 1. Пробы воздуха, загрязненного различными аэрозолями, анализируют с помощью устройства фиг.4 при следующих значениях параметров конструкции: значение числовой апертуры - 1,1; радиус круга Роуланда - 3,5 см; радиус голографической дифракционной решетки - 7,0 см; длина волны светодиодного излучателя УФИ - 395 нм; мощность излучателя УФИ - 10 мВт; ширина спектра принимаемой флуоресценции - 400-700 нм; суммарный расход воздуха, прокачиваемого через импактор - 5,5 л/мин при соотношении мажорного и минорного потоков 1:1; длительность анализов - 10 с (за этот период исследуют от 90000 до 1 млн спектров флуоресценции).EXAMPLE 1. Samples of air contaminated with various aerosols are analyzed using the device of figure 4 with the following values of the design parameters: the value of the numerical aperture is 1.1; the radius of the Rowland circle is 3.5 cm; the radius of the holographic diffraction grating is 7.0 cm; UVI LED emitter wavelength - 395 nm; UV emitter power - 10 mW; the width of the spectrum of the received fluorescence is 400-700 nm; the total flow rate of air pumped through the impactor is 5.5 l / min with a ratio of major and minor flows of 1: 1; analysis duration - 10 s (from this time, from 90,000 to 1 million fluorescence spectra are examined).

В качестве эталонной пробы используют аэрозоль, содержащий рибофлавин 10-3 моль/л. Испытуемые пробы загрязненного воздуха содержат аэрозоли овальбумина (10-5 моль/л), флюоресцеина (10-3 моль/л) и родамина (10-3 моль/л).An aerosol containing 10-3 mol / L riboflavin is used as a reference sample. Test samples of polluted air contain aerosols of ovalbumin (10 -5 mol / L), fluorescein (10 -3 mol / L) and rhodamine (10 -3 mol / L).

Средние значения результатов измерений приведены в табл.1 и представлены на графиках фиг.5. Как видно из таблицы и графиков, спектральные характеристики каждой из проб имеют экстремумы при следующих частотах: рибофлавин - 570 нм; овальбумин - 450 нм; флюоресцеин - 530 нм и родамин - 650 нм. С помощью корреляционного анализатора 26 установлены следующие значения корреляционных отношений соответствующих функций по сравнению со спектральной функцией флуоресценции рибофлавина: овальбумин - 0,52; флюоресцеин - 0,79; родамин - 0,09.The average values of the measurement results are given in table 1 and are presented in the graphs of figure 5. As can be seen from the table and graphs, the spectral characteristics of each of the samples have extremes at the following frequencies: riboflavin - 570 nm; ovalbumin - 450 nm; fluorescein - 530 nm and rhodamine - 650 nm. Using the correlation analyzer 26, the following values of the correlation relations of the corresponding functions were established in comparison with the spectral function of riboflavin fluorescence: ovalbumin - 0.52; fluorescein 0.79; rhodamine - 0.09.

ПРИМЕР 2. Пробы воздуха, загрязненного рибофлавином с примесью родамина в различной концентрации, анализируют как в примере 1.EXAMPLE 2. Samples of air contaminated with riboflavin mixed with rhodamine in various concentrations are analyzed as in example 1.

Испытуемые пробы загрязненного воздуха содержат аэрозоли рибофлавина (10-5 моль/л) с добавлением овальбумина в объемных долях 1:1 (проба №1) и 1:2 (проба №2).Test samples of polluted air contain aerosols of riboflavin (10 -5 mol / l) with the addition of ovalbumin in volume fractions of 1: 1 (sample No. 1) and 1: 2 (sample No. 2).

Результаты приведены в табл.2 и на графиках фиг.6. Как видно из таблицы и графиков, спектральные характеристики каждой из проб имеют экстремумы при следующих частотах: рибофлавин - 570 нм; проба №1 - 580 нм; и проба №2 - 590 нм при следующих максимальных относительных значениях интенсивности флуоресценции I - 300, 260 и 225 отн. ед. Значения корреляционных отношений по сравнению со спектральной функцией флуоресценции рибофлавина: проба №1 - 0,93; проба №2 - 0,97. Высокие значения корреляционных отношений здесь свидетельствуют о возможности выявления искомого компонента (рибофлавина) в смеси аэрозолей.The results are shown in table 2 and in the graphs of Fig.6. As can be seen from the table and graphs, the spectral characteristics of each of the samples have extremes at the following frequencies: riboflavin - 570 nm; sample No. 1 - 580 nm; and sample No. 2 - 590 nm with the following maximum relative values of the fluorescence intensity I - 300, 260 and 225 rel. units The values of the correlation relations in comparison with the spectral function of the fluorescence of riboflavin: sample No. 1 - 0.93; sample No. 2 - 0.97. High correlation ratios here indicate the possibility of identifying the desired component (riboflavin) in a mixture of aerosols.

ПРИМЕР 3. Пробы воздуха, загрязненного рибофлавином, анализируют как в примере 1 при различных значениях числовой апертуры дифракционной решетки в диапазоне от 0,6 до 1,1.EXAMPLE 3. Samples of air contaminated with riboflavin are analyzed as in example 1 at various values of the numerical aperture of the diffraction grating in the range from 0.6 to 1.1.

Результаты приведены в табл.3 и на графиках фиг.8. Как видно из таблицы и графиков, по мере уменьшения значения числовой апертуры под действием шумов происходит сглаживание спектральной характеристики, в связи с чем надежное распознавание спектров флуоресценции обеспечивается при значении числовой апертуры от 0,7 и выше. В частности, при значении числовой апертуры, равном 0,6, значения выходного сигнала принимаемой флуоресценции уменьшаются в 2-4 раза по сравнению с вариантом устройства, имеющим значение числовой апертуры 1,1, что имеет следствием искажение результатов анализа корреляционных отношений спектров флуоресценции анализируемой пробы с эталонным образцом при низких значениях числовой апертуры.The results are shown in table 3 and in the graphs of Fig. 8. As can be seen from the table and graphs, as the value of the numerical aperture decreases under the influence of noise, the spectral characteristics are smoothed, and therefore reliable recognition of the fluorescence spectra is ensured when the numerical aperture is from 0.7 or higher. In particular, when the value of the numerical aperture is 0.6, the values of the output signal of the received fluorescence are reduced by 2-4 times compared with the version of the device having the value of the numerical aperture of 1.1, which results in a distortion of the results of the analysis of the correlation relations of the fluorescence spectra of the analyzed sample with a reference sample at low numerical apertures.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить его надежность за счет предотвращения налипания аэрозольных частиц на оптические элементы устройства, реализующего этот способ, а также упростить и миниатюризировать аппаратурное оформление способа.Thus, the use of the proposed method can improve its reliability by preventing the sticking of aerosol particles on the optical elements of the device that implements this method, as well as simplify and miniaturize the hardware design of the method.

Таблица 1
Спектральные характеристики флуоресценции аэрозольных частиц в эталонной и анализируемых пробах к примеру 1 (в относительных единицах)
Table 1
Spectral characteristics of fluorescence of aerosol particles in the reference and analyzed samples for example 1 (in relative units)
λ, нмλ, nm Эталон (рибофлавин)Standard (riboflavin) Проба №1 (родамин)Sample No. 1 (rhodamine) Проба №2 (овальбумин)Sample No. 2 (ovalbumin) Проба №3 (флюоресцеин)Sample No. 3 (fluorescein) 400400 30thirty 1010 100one hundred 50fifty 440440 50fifty 20twenty 300300 50fifty 480480 6060 7070 200200 100one hundred 520520 180180 100one hundred 100one hundred 320320 560560 300300 150150 50fifty 250250 600600 250250 200200 50fifty 130130 640640 8080 300300 50fifty 50fifty 680680 50fifty 150150 50fifty 50fifty К=0,09K = 0.09 К=0,52K = 0.52 К=0,79K = 0.79

Таблица 2
Спектральные характеристики флуоресценции аэрозольных частиц в эталонной и анализируемых пробах к примеру 2 (в относительных единицах)
table 2
Spectral characteristics of fluorescence of aerosol particles in the reference and analyzed samples for example 2 (in relative units)
λ, нмλ, nm Эталон (рибофлавин)Standard (riboflavin) Проба №1 (рибофлавин/овальбумин, 1:1 объем, доли)Sample No. 1 (riboflavin / ovalbumin, 1: 1 volume, fraction) Проба №2 (рибофлавин/овальбумин, 1:2 объем, доли)Sample No. 2 (riboflavin / ovalbumin, 1: 2 volume, fraction) 400400 30thirty 5555 50fifty 440440 50fifty 50fifty 5555 480480 6060 6262 6565 520520 180180 160160 140140 560560 300300 263263 225225 600600 250250 230230 225225 640640 8080 120120 150150 680680 50fifty 6060 9090 К=0,93K = 0.93 К=0,87K = 0.87

Таблица 3
Спектральные характеристики флуоресценции аэрозольных частиц рибофлавина (в относительных единицах) при различных значениях числовой апертуры дифракционной решетки
Table 3
Spectral fluorescence characteristics of riboflavin aerosol particles (in relative units) at various values of the numerical aperture of the diffraction grating
λ, нмλ, nm Числовая апертураNumerical aperture 0,60.6 0,70.7 0,90.9 1,11,1 400400 8080 7070 6060 30thirty 440440 9090 7070 6060 4040 480480 110110 9090 8080 7575 520520 170170 180180 160160 180180 560560 170170 210210 270270 300300 600600 160160 180180 220220 250250 640640 120120 100one hundred 100one hundred 8080 680680 100one hundred 100one hundred 7070 4545

Claims (4)

1. Способ определения биологического загрязнения воздуха, предусматривающий флуориметрию сфокусированного объема прокачиваемой пробы воздуха при возбуждении флуоресценции аэрозольных частиц, содержащихся в пробе, с помощью ультрафиолетового излучения, отличающийся тем, что сфокусированный объем формируют с помощью виртуального импактора в мажорном потоке пробы воздуха, отделенном от оптических элементов источника ультрафиолетового излучения, и спектрофлуориметра минорным потоком воздуха, не содержащим аэрозольных частиц.1. The method of determining biological air pollution, providing for fluorimetry of the focused volume of the pumped air sample when excitation of the fluorescence of aerosol particles contained in the sample using ultraviolet radiation, characterized in that the focused volume is formed using a virtual impactor in the major stream of the air sample, separated from the optical elements of a source of ultraviolet radiation, and a spectrofluorimeter with a minor stream of air that does not contain aerosol particles. 2. Устройство для осуществления способа, охарактеризованного в п.1, состоящее из импактора для прокачивания и фокусирования пробы воздуха, содержащего аэрозольные примеси, источника ультрафиолетового излучения, направленного на сфокусированный объем пробы воздуха, и спектрофлуориметра, оснащенного оптическим элементом спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц в сфокусированном объеме пробы и фотоприемником, отличающееся тем, что импактор выполнен виртуальным с возможностью формирования на выходе коаксиальных мажорного и охватывающего его минорного потоков воздуха, при этом мажорный вход импактора представляет собой заборный элемент анализируемой пробы воздуха, минорный вход импактора связан с воздушной средой через фильтр нулевого сопротивления для очистки от аэрозольных частиц, а выходная магистраль виртуального импактора подключена к вакуумной системе.2. A device for implementing the method described in claim 1, consisting of an impactor for pumping and focusing an air sample containing aerosol impurities, an ultraviolet radiation source directed to a focused volume of an air sample, and a spectrofluorimeter equipped with an optical element for the spectral decomposition of fluorescence of aerosol particles into focused sample volume and photodetector, characterized in that the impactor is made virtual with the possibility of forming coaxial major output of minor air flows that enclose it, while the major input of the impactor is an intake element of the analyzed air sample, the minor input of the impactor is connected to the air through a zero-resistance filter for cleaning from aerosol particles, and the output line of the virtual impactor is connected to the vacuum system. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что элемент спектрального разложения флуоресценции аэрозольных частиц содержит подложку, на рабочей поверхности которой голографически сформирована дифракционная сферическая решетка с числовой апертурой в диапазоне 0,7-1,1, при этом ось мажорного потока воздуха на выходе импактора, дифракционная решетка и фотоприемник расположены по кругу Роуланда для оптического фокусирования дифракционной решетки и фотоприемника на мажорный поток воздуха на выходе импактора.3. The device according to claim 2, characterized in that the spectral decomposition element of the fluorescence of aerosol particles contains a substrate, on the working surface of which a spherical diffraction grating is holographically formed with a numerical aperture in the range of 0.7-1.1, with the axis of the major air flow the output of the impactor, the diffraction grating and the photodetector are located in a Rowland circle for optical focusing of the diffraction grating and the photodetector to the major air flow at the output of the impactor. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено корреляционным анализатором, подключенным к выходу спектрофлуориметра, для сравнения полученной спектральной характеристики со спектральными характеристиками флуоресценции известных аэрозольных загрязнений воздушной среды.4. The device according to claim 2 or 3, characterized in that it is additionally equipped with a correlation analyzer connected to the output of the spectrofluorimeter to compare the obtained spectral characteristics with the spectral fluorescence characteristics of known aerosol air pollution.
RU2007113594/28A 2007-04-11 2007-04-11 Method of determining air biological contamination and device to this effect RU2337349C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007113594/28A RU2337349C1 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of determining air biological contamination and device to this effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007113594/28A RU2337349C1 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of determining air biological contamination and device to this effect

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2337349C1 true RU2337349C1 (en) 2008-10-27

Family

ID=40042128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007113594/28A RU2337349C1 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of determining air biological contamination and device to this effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2337349C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559521C2 (en) * 2010-06-07 2015-08-10 Энвироникс Ой Method and device for detection of biological material
RU2709460C1 (en) * 2018-12-28 2019-12-18 Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения Method for biopatagens detection in air
RU2716078C1 (en) * 2019-07-05 2020-03-05 Владислав Юрьевич Кудрявцев Virtual impactor
RU2757266C1 (en) * 2021-05-28 2021-10-12 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ Device for detecting biopathogens in air
RU2818913C1 (en) * 2023-10-02 2024-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна" Individual impactor and a method for estimating the committed effective dose of internal radiation based thereon

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559521C2 (en) * 2010-06-07 2015-08-10 Энвироникс Ой Method and device for detection of biological material
RU2709460C1 (en) * 2018-12-28 2019-12-18 Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения Method for biopatagens detection in air
RU2709460C9 (en) * 2018-12-28 2020-03-25 Российская Федерация в лице Министерства здравоохранения Method for biopathogens detection in air
RU2716078C1 (en) * 2019-07-05 2020-03-05 Владислав Юрьевич Кудрявцев Virtual impactor
RU2757266C1 (en) * 2021-05-28 2021-10-12 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева", ПАО КМЗ Device for detecting biopathogens in air
RU2818913C1 (en) * 2023-10-02 2024-05-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна" Individual impactor and a method for estimating the committed effective dose of internal radiation based thereon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8576395B2 (en) Integrated microbial collector
JP4791625B2 (en) Spectrophotometric / turbidimetric detection unit
KR101623787B1 (en) Portable real-time detecting device for biological aerosol
CN1666093A (en) Ultrasensitive spectrophotometer
CN112639433B (en) Measurement system for researching concentrated aerosol particles in gas phase
US9001331B2 (en) Arrangement adapted for spectral analysis of high concentrations of gas
RU2337349C1 (en) Method of determining air biological contamination and device to this effect
US20040179200A1 (en) Gas identification device
JPWO2014073064A1 (en) Flow type single particle spectrometer
CN201016927Y (en) Quantum laser flue gas continuous analysis sensor
CN113804671A (en) High-sensitivity Raman spectrum detection system
RU2672187C1 (en) Raman-gas analyzer
CN109030457B (en) Double-element common-matrix Raman probe
CN113504214A (en) Diesel engine emission particle real-time measuring device and method based on Raman spectrum
KR102640750B1 (en) A device for detecting a gas mixture of hazardous substances using a bandpass filter
CN112414982A (en) Portable bioaerosol detection device and method
RU10462U1 (en) LASER GAS ANALYZER
US5854676A (en) Method and device for continuous analysis of the composition of a gaseous atmosphere containing particles of material in suspension
CN215727128U (en) Environmental gas analysis device
CN218412261U (en) Hydrogen sulfide gas detection device based on ultraviolet dual-wavelength correlation spectroscopy
KR102640751B1 (en) A device for detecting a gas mixture of hazardous substances using dichroic filters
CN108414477A (en) Seawater chlorophyll a, phycocyanin and phycoerythrin parameter measuring apparatus and method
RU2801057C1 (en) Optical express analyzer of biopathogenic submicron particles with built-in calibration
CN211576949U (en) Ultra-low concentration flue gas analyzer of ultraviolet spectrum
RU2299423C1 (en) Optoelectronic spectral gas analyzer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180412