[发明专利]亚微米气溶胶粒子浓缩器及其性能测试装置与测试方法有效

专利信息
申请号: 201310291476.0 申请日: 2013-07-11
公开(公告)号: CN103364257A 公开(公告)日: 2013-10-23
发明(设计)人: 张佩;赵永凯;杨巍;黄惠杰 申请(专利权)人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
主分类号: G01N1/40 分类号: G01N1/40;G01N15/06;G01M99/00
代理公司: 上海新天专利代理有限公司 31213 代理人: 张泽纯
地址: 201800 上海*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 微米 气溶胶 粒子 浓缩器 及其 性能 测试 装置 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及气溶胶采样方法,特别是一种亚微米气溶胶粒子浓缩器及其性能测试装置与测试方法。

背景技术

大气气溶胶粒子是指悬浮在大气中的各种固体微粒和液体微小颗粒,其中有生物活性的粒子称为生物气溶胶粒子,包括诸如病毒、细菌、真菌、花粉、孢子等微生物。其粒径范围从0.01μm到100μm不等。生物气溶胶直接影响环境,威胁人体健康。一般情况下,生物气溶胶在环境中的浓度较低,直接采样所需时间较长,从而影响微生物的活性;另外,低浓度的生物气溶胶也不利于实时监测,从而增加技术难度和成本。

气溶胶粒子浓缩器采用惯性原理实现大气中切割粒径以上气溶胶粒子的浓缩。目前研究和应用较多的粒子浓缩器多针对微米级气溶胶粒子,针对亚微米级气溶胶粒子的浓缩器相对较少。常见的致病菌等生物气溶胶粒子一般粒径在0.4~10μm之间,可直接经由呼吸道进入人体而产生危害,因此亚微米级气溶胶粒子浓缩器对大气环境中生物气溶胶的快速采样和实时监测具有重要的意义。气溶胶粒子浓缩器的性能测试通常有两种方法,一种是抽样检测法,另一种是先收集后检测法。一般以含单分散气溶胶粒子的气源对粒子浓缩器进行性能测试。

抽样检测法是在气溶胶粒子浓缩器工作过程中分别从其进气口和小流量出口的气流中抽取少量样气,测量样气的粒子浓度作为原气流的粒子浓度来计算收集效率。如果原气流的流量较低,为便于后续浓度检测,抽取出的样气气流通常需要与洁净气体按比例混匀进行稀释,然后将稀释后的气流引入粒子计数器或粉尘仪等装置以测量样气中的气溶胶粒子的浓度。

先收集后检测法是在小流量和大流量出口后加装高效滤膜过滤器,粒子浓缩器每工作一个周期,取下滤膜,把滤膜上的粒子混于溶剂中,通过测量溶液的粒子浓度得到粒子数目,用同样的方法测量粒子浓缩器的收集孔与内壁上粘附的粒子数目,滤膜与浓缩器内部的粒子数总和即为总采样粒子数,计算小流量出口后的滤膜上的粒子数与总粒子数的比值即可得到收集效率。

上述现有技术主要存在以下缺点:

1.系统复杂,流程繁琐。

抽样检测法需要对原气流加入洁净气体进行定量稀释,操作过程中涉及粒子浓度的换算和稀释比例的调节,抽样过程中需调节多处的流量大小,整个测试系统构成复杂且控制环节较多。先收集后检测法每次均需将进入粒子浓缩器的所有粒子提取出来,再通过后续检测获得粒子数目,每次测量前对滤膜和气溶胶粒子浓缩器内部的清洁度要求较高,整个测试流程繁琐,可操作性差。

2.所需设备较多,成本较高。

抽样检测法除了需要粒子发生器和浓度检测设备外,还需要洁净气源和多个稀释器。为了控制稀释前后的浓度,还需要多个流量控制器,因此,整个系统的组成所需设备多,成本也相应增加。

3.对气流中粒子分布均匀性要求较高。

抽样检测法以样气的浓度推算原气流的粒子浓度,需要保证抽样过程中原气流中的粒子分布较为均匀,否则会造成检测结果不够准确。

发明内容

针对上述现有技术的不足,本发明提供一种亚微米气溶胶粒子浓缩器,并为其提供了一种性能测试装置与方法,该装置具有构成简单、成本低等特点。采用该气溶胶粒子浓缩器能实现亚微米气溶胶粒子的有效浓缩,利用该性能测试装置与测试方法可方便快速地检测出气溶胶粒子浓缩器的收集效率等性能指标。

本发明的技术解决方案如下:

一种亚微米粒子浓缩器,其特电在于由上盖体和主腔体通过螺纹连接而成,所述的上盖体中心设有入口喷嘴,所述的主腔体的内腔为环状空腔,底中心设有收集喷嘴,侧壁上有关于所述的收集喷嘴对称分布的两个大流量出口;所述的入口喷嘴和所述的收集喷嘴均为圆锥形通孔且两喷嘴相隔一定距离相对、同轴,所述的亚微米粒子浓缩器的主要结构参数为入口喷嘴和收集喷嘴的喷口孔径以及两个喷口之间的距离,两喷口之间的距离可以通过控制上盖体与主腔体之间螺纹进行调节。

所述的亚微米粒子浓缩器性能的测试装置的构成包括:由管道依次连接的气溶胶发生器、缓冲瓶、第一气体流量计的第一粒子计数器至所述的亚微米粒子浓缩器的入口喷嘴,由所述的亚微米粒子浓缩器的大流量出口用管道依次连接的第一节流阀和第一气泵,从所述的亚微米粒子浓缩器的收集喷嘴的喷口用管道依次连接的第二粒子计数器、第二气体流量计、第二节流阀和第二气泵。

利用所述的气溶胶粒子浓缩器的性能测试装置测试亚微米粒子浓缩器性能的方法,该方法包括下列步骤:

①确定亚微米粒子浓缩器的初步收集效率R1

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