[发明专利]一种基于静电场的空气采样器及采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气采样器，尤其是一种新的基于静电场的空气采样装置及采样方法，主要可应用在空气质量的环境监测。

背景技术

当前我国重大环境问题频繁发生，环境污染已严重威胁着居民的健康。除了化学污染物外，空气中还有大量的细菌、病毒、真菌等生物成分。研究表明这些微生物通过呼吸暴露造成了诸多健康问题(比如2003年SARS和2009年H1N1的全球爆发)，空气中细菌、病毒等的监测显得尤为重要。然而，作为监测环境重要的一步，空气样品的有效采集一直是一个难题。目前应用较多的是利用撞击原理设计的BioSampler(SKC)，它克服了颗粒物反弹以及气溶胶二次气溶胶化的问题，在12.5L/min的流量下，将空气样品采集到液体介质。另外一个是Andersen采样器，将空气样品采集到固体培养基上。还有研究利用过滤膜采集空气样品，然后通过洗脱等程序对空气样品进行分析。但是这些方法都会对空气中的细菌、病毒造成一定的损伤，导致不能通过培养的方法检测到。20世纪80年代基于扩增方法的兴起在很大程度上提高了检测的效率，但基因扩增技术是通过在水中发生聚合反应，对样品DNA扩增，从而实现检测的目的。这个技术的应用，常常需要一种能将空气中微生物直接采集到水中的技术，从而实现在空气中微生物的在线监测。这方面在防范生物恐怖和在线检测空气的生物污染等领域有很大的需求。

近年来，利用静电技术采集空气中微生物的研究越来越多。静电场采集技术是基于空气中颗粒自身带有的电荷(Xie，C.，Shen，F.and Yao，M.(2010)，A Novel Method for Measuring the Charge Distribution of Airborne Microbes，Aerobiologia，DOI：10.1007/s10453-010-9183-x)，在静电场强下，沉降到采集介质上。研究表明，静电场采样器比传统的BioStage(Andersen采样器)采集细菌、真菌的效率要高达5倍之多，并对微生物的损伤较小(Yao，M.，& Mainelis，G.(2006).Utilization of Natural Electrical Charges on Airborne Microorganisms for their Collection by Electrostatic Means.J.Aerosol Sci.37：513-527)，另外一项研究也表明，静电场采集空气中毒素、过敏原时也比BioSampler的采集效率要高很多(Yao，M.，Zhang，H.，Dong，S.，Zhen，S.&Chen，X.(2009).Comparison of Electrostatic Collection and Liquid Impinging Methods when Collecting Airborne House Dust Allergens，Endotoxin And(1，3)-B-D-Glucans.J.Aerosol Sci.40：492-502)。但目前的静电场采样器对空气的凝缩率较低，这对低浓度的微生物检测造成技术上的瓶颈。

发明内容

本发明旨在提供一种新型的静电场空气采样器，实现对空气中细菌、病毒等带电颗粒的高效采集、浓缩和自动输送。

本发明的主要技术原理是：利用静电场使采样空间内空气中带电荷微生物在电场作用下，沿电场方向集中沉积于半球中心相对较小区域的液体介质中，同时将空气样品在微型蠕动泵的驱动下实现动态输送。

本发明的技术方案如下(如图1所示)：

方案1：一种基于静电场的空气采样器，其特征在于，包括：半球形电极1，圆形电极2，样品采集槽4；其中，半球形电极1被固定在绝缘底座6上，圆形电极2位于绝缘底座6上半球形电极1的球心位置，所述样品采集槽4位于球形电极2的上方；半球形电极1顶部有两个空气进口11；在绝缘底座6上设有多个空气出口10；在样品采集槽4内有一个样品输送出口8和一个采集液输入口9。

方案2：作为方案1的一种优选实现，其特征在于，所述半球形电极1的材质为导电金属，直径为90±30mm。其中最佳为95mm。

方案3：作为方案1的一种优选实现，其特征在于，用紫铜制作的螺丝母7把半球形电极1与绝缘底座6固定，所述螺丝母7同时作为半球形电极1的引出电极，连接高压电源的一端输出。

方案4：作为方案1的一种优选实现，其特征在于，在半球形电极1的表面用绝缘泥涂覆。