[发明专利]一种微流控分选测量可吸入颗粒物的方法及装置

说明书

本发明公开了一种微流控分选测量可吸入颗粒物的方法及装置，该装置包括射流泵、气液分离装置、微流控分选芯片、测量装置、过滤器和液化剂池；该方法包括：1)射流泵将液化剂和待测空气混合，使可吸入颗粒物均匀掺杂在液体中，2)气液分离装置使气体与液体样品分离，将混合了颗粒物的液体输送给微流控分选芯片；3)微流控分选芯片对不同粒径的颗粒物进行分选；4)测量装置使用数字图像处理方法对分选后的颗粒物进行浓度测量；5)过滤器滤除液体中的颗粒物，实现对液化剂的回收利用；6)液化剂池为射流泵提供液化剂，并储存回收的液化剂。本发明能够实时准确测量空气中可吸入颗粒物粒径的浓度分布谱，装置结构简单、集成化程度高，成本低。

技术领域

本发明属于空气污染物检测技术领域，涉及一种对可吸入颗粒物进行分选和测量的方法和装置。

背景技术

环境保护已成为当下社会极为关注的重大议题。近年来，中国不少地区频频出现雾霾天气。雾霾主要由大气中的二氧化硫、氮氧化合物和可吸入颗粒物所导致，其中可吸入颗粒物是形成雾霾的最主要原因。可吸入颗粒物，简称PM10，是指大气中粒径小于10微米的颗粒物。当可吸入颗粒物被人体吸入体内后，会沉积在人体的呼吸道、肺泡等位置。颗粒物的粒径越小，则进入呼吸道的深度越深。粒径小于等于2.5微米的可吸入颗粒物称为PM2.5。与PM10相比，PM2.5更容易进入支气管、肺泡，直至人体的循环系统。PM2.5在肺泡内沉淀后无法排除，会引起和加重呼吸系统和心血管系统方面的疾病。此外，可吸入颗粒物不光本身是一种污染物，它还可以成为重金属、多环芳烃等有毒有害物质的载体漂浮在空气中，对人的健康造成严重威胁。因而，对空气中可吸入颗粒物的监测和控制成为人们日益重视的环保课题。

现有的可吸入颗粒物测量方法主要分为重量法、β射线吸收法、光散射法和振荡天平法。(1)重量法首先收集空气中粒径小于10微米的颗粒物而排除粒径大于10微米的颗粒物。颗粒物被收集在预先恒重的滤膜上，根据采样前后滤膜重量的变化及采样空气体积两个数值经计算得出原始空气中颗粒物浓度。(2)β射线是一类具有很强穿透能力的带电粒子。其穿过一定厚度的吸收层时，射线强度会随着吸收层厚度的增加而逐渐减弱。(3)光散射法的基本原理是：光照在颗粒物上的反射强度与悬浮颗粒物的质量浓度成正比。(4)振荡天平法利用了锥形元件振荡微量天平原理。当滤膜上附着有颗粒物后，锥形元件的振荡频率便受到影响。可以通过测量振荡频率的变化量来计算颗粒物质量浓度。

目前这四种主流方法各自存在一定的缺陷。重量法虽然是经典方法，但其操作过程工作量大，滤膜需要烘干称重和人工换纸，自动化程度低。β射线吸收法需要专业人士对输出信号进行解析。光散射法对于小颗粒的散射信号微弱，测量稳定性不够理想。振荡天平法需要对含尘气流进行除湿处理，但除湿过程会产生由于湿度变化而导致的测量误差。此外，这几种方法所用到的仪器设备都比较复杂和昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述现有技术的不足，提出一种基于微流控技术的高通量、高精度、低成本、自动化的可吸入颗粒物分选测量装置和方法，可将大气中可吸入颗粒物按粒径大小进行高精度分选，并利用图像分析软件对分选后的颗粒物进行计数，能够实时准确测量空气中可吸入颗粒物粒径的浓度分布谱，装置结构简单、集成化程度高，同时有效的降低了设备成本。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种微流控分选测量可吸入颗粒物的装置，包括射流泵、气液分离装置、微流控分选芯片、测量装置、过滤器和液化剂池，

其中，所述射流泵的液体入口与液化剂池连通，液体出口与气液分离装置的液体入口连通，

所述气液分离装置的液体出口与微流控分选芯片的进样口连通，

所述微流控分选芯片包括顺次连通的所述进样口、多级回字形微通道和多个出样口，所述多个出样口在多级回字形微通道出口端的分布位置分别与不同粒径的可吸入颗粒物在多级回字形微通道内所处的平衡位置对应，所述多个出样口与测量装置连通，