[发明专利]一种生物气溶胶粒子计数监测设备及其监测方法

说明书

本发明提供了一种生物气溶胶粒子计数监测系统及其监测方法，该监测系统包括：用作特定粒径的粒子通道的进气管，所述进气管中部设置有灭活区；灭活辐射源，用于对所述进气管内的生物气溶胶粒子进行辐射灭活；光学检测室，用于光束的传输与检测；出气管和气泵；激发光源，用于发射荧光激发光束；消光陷阱，用于吸收激发光束；第一光电探测器，用以探测米散射光信号，用于粒子计数及粒径尺寸计算；第二光电探测器，用以探测荧光信号，用于判别气溶胶粒子是否为荧光粒子。本发明采用灭活辐射源对生物气溶胶粒子进行辐射灭活，结合生物荧光淬灭的方法来识别生物气溶胶，有效排除草木、石油燃烧等自然界中其他非生物荧光物质的干扰。

技术领域

本发明涉及安全监测技术领域，尤其涉及一种生物气溶胶粒子计数监测设备及其监测方法。

背景技术

大气与其中包括的活性有机体或由活性有机体释放出来的粒子、大分子物质或挥发性化合物构成的悬浮体系可统称为生物气溶胶粒子，其粒径范围为0.01~100μm，常见的致病菌等生物气溶胶粒子一般粒径在0.4~10μm之间。

近年来，国内外在生物战剂现场监测报警技术领域重点展开了生物气溶胶连续监测技术研究，研制出固定式生物气溶胶报警系统、点源式生物源毒剂综合探测系统，基本建立其对生物气溶胶的连续监测和现场快速检测手段。

米氏散射和荧光散射法是生物气溶胶监测的常用方法，用米氏散射法实现对颗粒尺寸和数量的测量，使用荧光光谱的方法来识别生物颗粒。其原理为：当紫外/紫色激光入射到颗粒物质上时，会发生波长与入射光相同的米散射，同时，如果该颗粒为生物颗粒，还会受激发而发射波长大于激光的荧光。通过加带通滤光片的光电探测器分别测量米散射光及荧光信号，可分类粒子是生物颗粒还是分生物颗粒；探测器所记录的光脉冲的数量与颗粒数量相对应，从而可以测量粒子的浓度；探测器所记录的光脉冲的强度反应了米散射的强度，从而可以估算出颗粒的尺寸。米散射的强度不仅与颗粒的尺寸有关，还受颗粒的形状、材质、折射率等因素的影响。

激光激发荧光光谱简称荧光光谱，是指物质经某波长激光光源的照射后，分子获取能量从基态被激发到激发态，因激发态属于不稳定状态，在很短时间内跃迁返回基态，发出波长大于入射光的光，这种光被称为荧光，荧光的能量与波长关系图就是荧光光谱。其激光通常为可见光或近紫外光。

研究表明，微生物体内的主要荧光物质有氨基酸（色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸）、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）及核黄素等。其中，氨基酸的荧光发射波长在280~350nm之间，NADH荧光的中心波长为450nm附近，核黄素的荧光发射波长在515~585nm之间，所需的激发光波长要求短于发射波长。由于氨基酸的荧光发射波长在长波紫外波段，需要中波紫外的光源（240-280nm）才能具有较高的激发效率，且氨基酸是各种蛋白质的基本组成单元，存在于所有生物有机体中，并不是生物活性的表征特性，故用其判断生物气溶胶会产生大量的干扰；而NADH和核黄素属于辅酶类，存在于新陈代谢旺盛的生物有机体中，而无明显新陈代谢互动的有机体中含量很低，因此可作为生命活性有机体的标志物；故生物气溶胶的探测装置通常都探测这两种中的一种或两种物质的荧光。

现有的现场检测报警设备所遇到的主要问题包括：自然界中存在大量物质，其发射的荧光波长范围覆盖或部分重合于NADH及核黄素，如各种多环芳香烃化合物、木质素、天然有机物等，这导致生物气溶胶监测及报警装置很容易被干扰而产生误报，比如，草木、石油产品的燃烧产生的烟雾干扰。通常需要对报警后的气溶胶进行富集采样，通过其他生物培养法或抗体辅酶法进行进一步的鉴定区分（现有较为成熟的技术是胶体金层析技术和上转发光技术等免疫学方法），导致耗时长、成本高，无法满足现场监测报警的需求。

现有的实施方案中，只用具有气溶胶监测功能的生物气溶胶报警设备，无法排除烟雾干扰；部分场景采用了烟雾报警器来排除烟雾干扰，但是不能解决实际环境中同时存在烟雾干扰情况下的生物报警。还有一种方案采用了生物气溶胶报警、富集采样和后续生物培养法或抗体辅酶法进行分析，具备对生物气溶胶报警、采样、特异性检验的综合功能，但是后续实验分析时间过长，无法满足现场快速、准确监测并报警的需求。