[发明专利]生物气溶胶实时监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物气溶胶实时监测，特别是一种实时性很强的生物气溶胶监测装置，可实时监测大气中生物气溶胶含量并进行预警。

背景技术

近年来，随着社会对大气质量与公众健康越来越关注，气溶胶，尤其是大气生物气溶胶的监测技术已经成为当今热点研究领域之一。

传染性病菌或病毒等微生物都是以气溶胶粒子状态存在于大气中，当大气中传染性病菌或病毒的浓度达到一定阈值时，将对人类和动植物的健康造成威胁。与此同时，由于微生物能产生各种休眠体，可在空气中长时间存活，并借助空气介质扩散和传输，从而导致各种传染病的爆发与蔓延，给社会造成严重危害。所以急需能够实时监测周围环境中生物气溶胶的技术与设备。

检测生物气溶胶浓度的方法主要有传统的采集培养法与单粒子紫外光诱导荧光检测法。

生物粒子内部含有苯基丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和核黄素等表征生物活性的有机分子，在紫外光诱导下会产生本征荧光。这种荧光是区分生物粒子与非生物粒子的重要依据。单粒子紫外光诱导荧光检测法就是基于该原理来检测生物气溶胶含量的。该技术利用气泵对大气进行采样，其采样气路使气溶胶粒子依次单个通过紫外光检测区域。单个气溶胶粒子的荧光被荧光检测系统接收并通过光电转换器转换为电信号。该荧光信号幅值超过设定阈值，则判定待检粒子为生物粒子。在单位采样大气体积内所含的生物粒子的个数即为生物气溶胶的浓度。

上述现有技术主要存在以下缺点和不足：

1、检测灵敏度低，周期长，不具备实时性。传统的检测方法需要经过采集和培养等步骤，且培养过程一般需在要求比较严格的实验室环境下进行，不能在现场环境下操作。单粒子紫外光诱导荧光检测法得到的荧光信号微弱，也会直接造成检测灵敏度低下。

2、检测设备的体积大，使用条件要求高，不便于现场与网状布点监测。单粒子紫外光诱导荧光检测法中，由于单个气溶胶粒子的本征荧光很低，为提高检测灵敏度，需要高功率与高稳定性的紫外激发光源以及高灵敏度的光电探测器。该方法使用的紫外光源一般为由近红外固体激光器（如Nd:YAG激光器）倍频得到的紫外激光器，这类紫外光源功耗高、结构尺寸大，且光路结构复杂。另外，为了保证单粒子受到单次激光脉冲的激发，需要设计较为复杂的同步控制系统且单粒子紫外光诱导荧光检测灵敏度低下，对微弱信号处理电路的设计和光电探测器的选择要求高，这既提高了成本，又增加了系统的不稳定性。

3、结构较为复杂，对气路稳定性要求高，在大气气溶胶浓度过高时不适用。单粒子紫外光诱导荧光检测法需要设计专用的单气溶胶粒子产生气路，且流量较低，在气溶胶浓度过高时会出现较大的重叠误差。

发明内容

鉴于当前技术存在上述问题，本发明旨在提供一种生物气溶胶实时监测装置，该装置具有实时性强、结构简单的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种生物气溶胶实时监测装置，其特点在于该装置包括粒子切割器、粒子计数器、粒子缓冲腔、气泵、两套荧光检测单元和微机控制单元，所述的粒子切割器、粒子计数器、粒子缓冲腔和气泵通过气路管道依次相连，所述的荧光检测单元包括荧光检测第一通道和荧光检测第二通道，每个荧光检测通道的构成包括激发光路和接收光路，所述的激发光路由依次是激发光源、激发光准直镜组、激发光滤光片、分色镜和激发光聚焦镜组组成，所述的接收光路由依次的激发光聚焦镜组、分色镜、荧光滤光片、荧光聚焦镜组、光阑和光电探测器组成；所述的粒子缓冲腔由主腔体上固定安装的一个入口喷嘴和两个出口喷嘴组成；所述的入口喷嘴与所述的粒子计数器相连，两个出口喷嘴通过气路管道与气泵相连，所述的主腔体上还有两个开孔，分别安装两套荧光检测单元的激发光聚焦镜组；所述的粒子计数器、荧光检测单元和气泵与所述的微机控制单元相连。

所述的粒子缓冲腔的主腔体呈锥台形腔结构，所述的入口喷嘴到主腔体的内壁面的距离L满足下列关系式：