TWI610069B

TWI610069B - 採樣衝擊瓶

Info

Publication number: TWI610069B
Application number: TW104127082A
Authority: TW
Inventors: 余國賓; 陳彦頻; 陳安菲; 貢家宥
Original assignee: 國立陽明大學
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2018-01-01
Also published as: TW201708803A

Abstract

本發明係一種採樣衝擊瓶，用以收集空氣微粒，包含：一瓶子，包含一瓶頸及連接該瓶頸之一瓶身，該瓶身具有一瓶身高度H；一採樣液，設置於該瓶子之該瓶身內達一液面高度L；複數個填充物，填充於該瓶子之該瓶身內達一填充高度h且與該採樣液接觸；以及一瓶蓋裝置，連接於該瓶子之該瓶頸，用以使來自該瓶子外部之一採樣氣流進入該瓶子之該採樣液與該複數個填充物中；其中，該填充高度h與該瓶身高度H之比(h/H)為0.5至0.8，採樣液液面高度L與填充高度h之比(L/h)為0.7~1。

Description

採樣衝擊瓶

本發明是關於空氣微粒採樣技術領域，特別是一種利用採樣衝擊瓶採集空氣中次微米微粒及奈米微粒之空氣採樣技術。

生物氣膠(Bioaerosol)泛指來自懸浮空氣中的生物性微粒，粒徑約為30~5000奈米，目前對於空氣中生物氣膠研究，通常使用液體衝擊瓶(liquid impingers)進行採樣。一種習知生物氣膠的採樣技術，揭露於Journal of Applied Microbiology 2005,99,1422-1434之期刊中(篇名為Sampling methodologies and dosage assessment techniques for submicrometre and ultrafine virus aerosol particles，作者為Hogan等人)。

圖1為習知採樣衝擊瓶之結構圖。參見圖1，採樣衝擊瓶(impingers)1包含有一瓶子10及連接於瓶子10之一瓶蓋裝置12。瓶子10係由瓶頸101及與連接於瓶頸101底端之瓶身102所組成。瓶蓋裝置12連接於瓶頸101，包含一進氣管121及一出氣管122，該進氣管121自瓶子10外部延伸入瓶身102內。此外，一採樣液14，設置於瓶子10之瓶身102內，採樣液14之液面高於進氣管121底端且於瓶身102內達一定高度。

習知利用採樣衝擊瓶1之採樣過程中，係將採樣氣流G導入採樣衝擊瓶1中，採樣氣流G自進氣管121進入瓶子10之採樣液14中，於此同時，空氣微粒也會隨著採樣氣流G經過進氣管121之狹窄噴嘴頭進入採樣衝擊瓶1之採樣液14中，進而被採樣液14收集。去除空氣微粒後之採樣氣流G與採樣液14分離後，再經由出氣管122排出。如此，空氣微粒係被收集於採樣液14中，接著再對採樣液14分析即可。

過去，Hogan等人利用三種不同之採樣衝擊瓶(AGI30、SKC BioSampler和frit bubbler)對於空氣中次微米(<1μm)和超細微粒之空氣微粒之採樣效率進行分析，實驗中使用粒徑小於100奈米(nm)的MS2及T3病毒氣膠微粒(大部分病毒氣膠微粒都小於100nm)。結果發現，三種採樣衝擊瓶對於MS2及T3病毒微粒採樣效率均低於10%。Spanne等人的研究中(揭露於American Industrial Hygiene Association Journal,60,540-544。篇名為Collection efficiency for submicron particles of a commonly used impinger)，探討採樣衝擊瓶對於粒徑範圍20-700nm之微粒的採樣效率，結果也發現其採樣效率均低於20%。此係因液體衝擊瓶原本被設計用來收集微米級粒徑之空氣微粒所致，故對於次微米和奈米級之空氣微粒的採樣效率並不高。因為想進一步了解奈米生物氣膠對人體健康的影響，前提需要有相對應的採樣方式，因此，如何提升採樣器效率，對後續相關採樣研究有其重要性。

有鑑於此，本發明提出一種增進對於奈米微粒及次微米微粒採樣效率之採樣衝擊瓶，以解決習知技術的缺失。

本發明之目的係提供一種採樣衝擊瓶，用以增進對於奈米微粒及次微米微粒之採樣效率。

為達上述目的及其它目的，本發明係提供一種採樣衝擊瓶，用以收集空氣微粒，包含：一瓶子，包含一瓶頸及連接該瓶頸之一瓶身，瓶身具有一瓶身高度H；一採樣液，設置於該瓶子之該瓶身內達一液面高度L；複數個填充物，填充於該瓶子之該瓶身內達一填充高度h且與該採樣液接觸；以及一瓶蓋裝置，連接於該瓶子之該瓶頸，用以使來自該瓶子外部之一採樣氣流進入該瓶子之該採樣液與該複數個填充物中；其中，該填充高度h與該瓶身高度H之比(h/H)為0.5至0.8。

透過上述本發明之技術，相較於習知技術，本發明可大大提升採樣衝擊瓶之採樣效率至50%以上，甚至達99%，增加以採樣衝擊瓶採集樣本之可信度，有效改進過去對於奈米微粒及次微米微粒採樣效率不佳之採樣衝擊瓶之缺點。

d‧‧‧直徑

h‧‧‧填充高度

p‧‧‧空氣微粒

G‧‧‧採樣氣流

H‧‧‧瓶身高度

L‧‧‧液面高度

1‧‧‧採樣衝擊瓶

10‧‧‧瓶子

101‧‧‧瓶頸

102‧‧‧瓶身

12‧‧‧瓶蓋裝置

121‧‧‧進氣管

122‧‧‧出氣管

14‧‧‧採樣液

2‧‧‧採樣衝擊瓶

20‧‧‧瓶子

201‧‧‧瓶頸

202‧‧‧瓶身

22‧‧‧瓶蓋裝置

221‧‧‧蓋體

222‧‧‧進氣管

223‧‧‧出氣管

24‧‧‧採樣液

26‧‧‧填充物

圖1為習知採樣衝擊瓶之結構圖。

圖2為本發明採樣衝擊瓶之結構圖。

圖3為本發明採樣衝擊瓶之瓶蓋裝置與瓶子之結構圖。

圖4為本發明填充物之結構示意圖。

圖5為本發明填充物置於瓶子內之示意圖。

圖6為本發明採樣衝擊瓶之結構示意圖。

圖7為本發明採樣氣流中之空氣微粒於填充物與採樣液被補集之結構示意圖。

圖8 為本發明之衝擊採樣瓶於各種條件下對於空氣微粒進行採樣效率實驗之結果圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：圖2為本發明採樣衝擊瓶之結構圖。請參閱圖2，本發明之採樣衝擊瓶2包含一瓶子20、連接於瓶子20頂端之一瓶蓋裝置22、設置於瓶子20內之一採樣液24，及設置於瓶子20內且與採樣液24接觸之複數個填充物26。

圖3為本發明採樣衝擊瓶2之瓶蓋裝置22與瓶子20之結構圖。請參閱圖3，瓶子20包含一瓶頸201及連接於瓶頸201下方之瓶身202。瓶蓋裝置22包含一蓋體221、一進氣管222及一出氣管223，其中進氣管222與出氣管223係連接於蓋體221，且進氣管222延伸於蓋體二側外一定長度。當瓶蓋裝置22與瓶子20結合時，瓶蓋裝置22之蓋體221係嵌卡於瓶子20之瓶頸201，具有防止瓶子20內之氣體外漏之功能。

圖4為本發明填充物26之結構示意圖。請參閱圖4，填充物26係用以填充於前述瓶子20(如圖3)內，其具有下列性質：表面光滑與比重大於採樣液，形狀不限，但以圓球形較佳。填充物26較佳為玻璃珠且直徑d為3~5公厘。

採樣液，設置於前述瓶子20(如圖3)內，用以收集空氣中的微粒。採樣液較佳者為水或磷酸鹽緩衝溶液(Phosphate buffered saline，簡稱PBS)。

圖5為本發明填充物26置於瓶子20內之示意圖，圖6為本發明採樣衝擊瓶2之結構示意圖。請一併參閱圖5及圖6，本發明採樣衝擊瓶2組裝時，首先將複數個填充物26填充於瓶子20之瓶身202內，達一填充高度h，而瓶身202具有一瓶身高度H，使填充高度h與瓶身高度H之比(h/H)為0.5至 0.8。

接著再將採樣液24設置於瓶子20之瓶身202內達一液面高度L，使採樣液24之液面高度L與填充高度h之比(L/h)為0.7至1，如此，複數個填充物26部分或全部沉浸於採樣液24中。

接著，再將瓶蓋裝置22之蓋體221嵌卡於瓶子20之瓶頸201，如此，進氣管222之一端係沉入採樣液24與複數個填充物26中，而完成本發明採樣衝擊瓶2之組裝。

圖7為本發明採樣氣流G中之空氣微粒p於填充物26與採樣液24被補集之結構示意圖。請一併參閱圖6及圖7，本發明採樣衝擊瓶2之採樣，係將採樣氣流G導入於採樣衝擊瓶2之進氣管222，使來自瓶子20外部之採樣氣流G進入瓶子20之採樣液24及複數個填充物26中，於此同時，空氣微粒p也會隨著採樣氣流G經過進氣管222之狹窄噴嘴頭進入採樣衝擊瓶2之採樣液24中。於此時，採樣氣流G之空氣微粒p會流經過採樣液24及複數個填充物26，除了被採樣液24補集外，亦因為擴散機制而與複數個填充物26碰撞，進而被複數個填充物26吸附，故大量的空氣微粒p遂因此而與採樣氣流G分離。去除空氣微粒p後之採樣氣流G，再經由出氣管223排出。透過本發明複數個填充物26填充於瓶身202內，有效增進對於奈米微粒及次微米粒徑採樣效率，效率可高達99%。

圖8為本發明之衝擊採樣瓶填充3公厘及5公厘玻璃珠、填充高度h/H=0.8及0.5、採樣液液面與填充高度L/h=0.7及1，對於空氣微粒p進行採樣效率實驗之結果圖。由圖8結果可知，填充玻璃珠於上述之填充高度範圍內(即h/H=0.5~0.8)，搭配採樣液液面高度L與填充高度h之比(L/h)為 0.7~1時，衝擊採樣瓶對於空氣微粒採樣效率提升至大於50%；在加裝3公厘玻璃珠、填充高度h/H=0.8、採樣液液面L/h=1時，採樣效率可達95%以上，顯著優於習知採樣衝擊瓶之採樣效率。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。