專利名稱：生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，特別是一種實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的生物氣溶膠監(jiān)測(cè)裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣中生物氣溶膠含量并進(jìn)行預(yù)警。
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會(huì)對(duì)大氣質(zhì)量與公眾健康越來越關(guān)注，氣溶膠，尤其是大氣生物氣溶膠的監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。傳染性病菌或病毒等微生物都是以氣溶膠粒子狀態(tài)存在于大氣中，當(dāng)大氣中傳染性病菌或病毒的濃度達(dá)到一定閾值時(shí)，將對(duì)人類和動(dòng)植物的健康造成威脅。與此同時(shí)，由于微生物能產(chǎn)生各種休眠體，可在空氣中長(zhǎng)時(shí)間存活，并借助空氣介質(zhì)擴(kuò)散和傳輸，從而導(dǎo)致各種傳染病的爆發(fā)與蔓延，給社會(huì)造成嚴(yán)重危害。所以急需能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境中生物氣溶膠的技術(shù)與設(shè)備。檢測(cè)生物氣溶膠濃度的方法主要有傳統(tǒng)的采集培養(yǎng)法與單粒子紫外光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)法。生物粒子內(nèi)部含有苯基丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和核黃素等表征生物活性的有機(jī)分子，在紫外光誘導(dǎo)下會(huì)產(chǎn)生本征熒光。這種熒光是區(qū)分生物粒子與非生物粒子的重要依據(jù)。單粒子紫外光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)法就是基于該原理來檢測(cè)生物氣溶膠含量的。該技術(shù)利用氣泵對(duì)大氣進(jìn)行采樣，其采樣氣路使氣溶膠粒子依次單個(gè)通過紫外光檢測(cè)區(qū)域。單個(gè)氣溶膠粒子的熒光被熒光檢測(cè)系統(tǒng)接收并通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該熒光信號(hào)幅值超過設(shè)定閾值，則判定待檢粒子為生物粒子。在単位采樣大氣體積內(nèi)所含的生物粒子的個(gè)數(shù)即為生物氣溶膠的濃度。上述現(xiàn)有技術(shù)主要存在以下缺點(diǎn)和不足:1、檢測(cè)靈敏度低，周期長(zhǎng)，不具備實(shí)時(shí)性。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法需要經(jīng)過采集和培養(yǎng)等步驟，且培養(yǎng)過程一般需在要求比較嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，不能在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下操作。單粒子紫外光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)法得到的熒光信號(hào)微弱，也會(huì)直接造成檢測(cè)靈敏度低下。2、檢測(cè)設(shè)備的體積大，使用條件要求高，不便于現(xiàn)場(chǎng)與網(wǎng)狀布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。單粒子紫外光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)法中，由于單個(gè)氣溶膠粒子的本征熒光很低，為提高檢測(cè)靈敏度，需要高功率與高穩(wěn)定性的紫外激發(fā)光源以及高靈敏度的光電探測(cè)器。該方法使用的紫外光源一般為由近紅外固體激光器(如Nd:YAG激光器)倍頻得到的紫外激光器，這類紫外光源功耗高、結(jié)構(gòu)尺寸大，且光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外，為了保證單粒子受到單次激光脈沖的激發(fā)，需要設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的同步控制系統(tǒng)且單粒子紫外光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)靈敏度低下，對(duì)微弱信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)和光電探測(cè)器的選擇要求高，這既提高了成本，又増加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。3、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)氣路穩(wěn)定性要求高，在大氣氣溶膠濃度過高時(shí)不適用。單粒子紫外光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)法需要設(shè)計(jì)專用的單氣溶膠粒子產(chǎn)生氣路，且流量較低，在氣溶膠濃度過高時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的重疊誤差。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于當(dāng)前技術(shù)存在上述問題，本發(fā)明g在提供ー種生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:ー種生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)在于該裝置包括粒子切割器、粒子計(jì)數(shù)器、粒子緩沖腔、氣泵、兩套熒光檢測(cè)單元和微機(jī)控制単元，所述的粒子切割器、粒子計(jì)數(shù)器、粒子緩沖腔和氣泵通過氣路管道依次相連，所述的熒光檢測(cè)單元包括熒光檢測(cè)第一通道和熒光檢測(cè)第二通道，每個(gè)熒光檢測(cè)通道的構(gòu)成包括激發(fā)光路和接收光路，所述的激發(fā)光路由依次是激發(fā)光源、激發(fā)光準(zhǔn)直鏡組、激發(fā)光濾光片、分色鏡和激發(fā)光聚焦鏡組組成，所述的接收光路由依次的激發(fā)光聚焦鏡組、分色鏡、熒光濾光片、熒光聚焦鏡組、光闌和光電探測(cè)器組成；所述的粒子緩沖腔由主腔體上固定安裝的ー個(gè)入口噴嘴和兩個(gè)出口噴嘴組成；所述的入ロ噴嘴與所述的粒子計(jì)數(shù)器相連，兩個(gè)出口噴嘴通過氣路管道與氣泵相連，所述的主腔體上還有兩個(gè)開孔，分別安裝兩套熒光檢測(cè)單元的激發(fā)光聚焦鏡組；所述的粒子計(jì)數(shù)器、熒光檢測(cè)單元和氣泵與所述的微機(jī)控制單元相連。所述的粒子緩沖腔的主腔體呈錐臺(tái)形腔結(jié)構(gòu)，所述的入口噴嘴到主腔體的內(nèi)壁面的距離L滿足下列關(guān)系式:
權(quán)利要求
1.一種生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于該裝置包括粒子切割器(I)、粒子計(jì)數(shù)器(2)、粒子緩沖腔(3)、氣泵(4)、兩套熒光檢測(cè)單元(5)和微機(jī)控制単元(6)，所述的粒子切割器(I)、粒子計(jì)數(shù)器(2)、粒子緩沖腔(3)和氣泵(4)通過氣路管道依次相連，所述的熒光檢測(cè)單元(5)包括熒光檢測(cè)第一通道和熒光檢測(cè)第二通道，每個(gè)熒光檢測(cè)通道的構(gòu)成包括激發(fā)光路和接收光路，所述的激發(fā)光路由依次是激發(fā)光源(501)、激發(fā)光準(zhǔn)直鏡組(502)、激發(fā)光濾光片(503)、分色鏡(504)和激發(fā)光聚焦鏡組(505)組成，所述的接收光路由依次的激發(fā)光聚焦鏡組(505)、分色鏡(504)、熒光濾光片(506)、熒光聚焦鏡組(507)、光闌(508)和光電探測(cè)器(509)組成；所述的粒子緩沖腔(3)由主腔體(32)上固定安裝的一個(gè)入口噴嘴(31)和兩個(gè)出口噴嘴(33)組成；所述的入口噴嘴(31)與所述的粒子計(jì)數(shù)器(2)相連，兩個(gè)出ロ噴嘴(33)通過氣路管道與氣泵(4)相連，所述的主腔體上還有兩個(gè)開孔，分別安裝兩套熒光檢測(cè)單元的激發(fā)光聚焦鏡組(505);所述的粒子計(jì)數(shù)器(2)、熒光檢測(cè)單元(5)和氣泵(4)與所述的微機(jī)控制單元(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的粒子緩沖腔(3)的主腔體(32)呈錐臺(tái)形腔結(jié)構(gòu)，所述的入口噴嘴(31)到主腔體(32)的內(nèi)壁面的距離L滿足下列關(guān)系式:.2p.,C M12O
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的熒光檢測(cè)單元包括熒光檢測(cè)第一通道和熒光檢測(cè)第二通道的激發(fā)光波長(zhǎng)與接收熒光波長(zhǎng)均不相同，色氨酸的吸收峰在260nnT295nm波長(zhǎng)之間，突光發(fā)射峰在300nnT420nm之間；煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的吸收峰在340nm左右，熒光發(fā)射峰在420nnT600nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的分色鏡504對(duì)紫外激發(fā)光高反，對(duì)熒光高透。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的分色鏡(504)相對(duì)激發(fā)光源(501)的另ー側(cè)放置光陷阱(510)和光強(qiáng)探測(cè)器(511)，所述的光陷阱(510)吸收激發(fā)光源，所述的光強(qiáng)探測(cè)器(511)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激發(fā)光源(501)的強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的微機(jī)控制単元(6)由數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)組成，所述的上位機(jī)一方面負(fù)責(zé)啟動(dòng)所述的氣泵(4)工作，同時(shí)控制所述的熒光檢測(cè)單元的兩個(gè)檢測(cè)通道的光源交替工作，所述的數(shù)據(jù)采集卡用于采集粒子計(jì)數(shù)器(2)獲取的粒子濃度值、光電探測(cè)器(509)測(cè)得的熒光值以及光強(qiáng)探測(cè)器(511)的光強(qiáng)值，并將這些數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，所述上位機(jī)進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，同時(shí)檢查預(yù)設(shè)定的報(bào)警條件是否滿足，一旦滿足，則進(jìn)行報(bào)警。
全文摘要
一種生物氣溶膠實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，該裝置由粒子切割器、粒子計(jì)數(shù)器、粒子緩沖腔、氣泵、熒光檢測(cè)單元和微機(jī)控制單元構(gòu)成。本發(fā)明可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣中生物氣溶膠含量并進(jìn)行預(yù)警。具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK103091291SQ20131000938
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者趙永凱, 熊超, 張佩, 俆傲, 楊巍, 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所