[发明专利]一种空气气溶胶单粒子多模态光谱诊断装置及诊断方法

说明书

本发明公开了一种空气气溶胶单粒子多模态光谱诊断装置及诊断方法，包括散射光源、深紫外光源、近紫外光源、高能脉冲光源、光谱收集输运光路和光探测器；所述散射光源所发光束分布于气溶胶单粒子路径的最前方，所述深紫外光源、近紫外光源和高能脉冲光源所发光束均位于气溶胶单粒子路径上，位于散射光源所发光束的后方；同一气溶胶单粒子，穿过散射光源、深紫外光源、近紫外光源和高能脉冲光源所发光束，产生散射信号、荧光光谱和激光诱导击穿光谱，并由光谱收集输运光路传输至光探测器，共同表征气溶胶单粒子的性质。采用本发明的一种空气气溶胶单粒子多模态光谱诊断装置及诊断方法，能迅速识别粒子的结构特征、荧光特征和元素构成等信息。

技术领域

本发明涉及一种空气气溶胶单粒子多模态光谱诊断装置及诊断方法，属于 激光光谱技术领域。

背景技术

空气中除了气体分子外，还有大量固态或液态的悬浮颗粒物，包括烟粒、 尘埃、微生物、孢子、花粉、冰晶、云雾、雨雪等，直径多在0.001-100μm之 间，通常将这些悬浮颗粒物称为气溶胶单粒子。我们熟知的PM2.5、PM10等 统计的粒子都属于气溶胶单粒子。

从人体生理结构上分析，当机体吸入空气时，气溶胶单粒子可伴随空气从 上呼吸道进入，通过气管进入主支气管，小支气管，末梢细支气管，呼吸细支 气管和肺泡管，最后到达肺泡。整个呼吸系统各部分允许穿透的颗粒尺寸是不 同的，气管的可穿透尺寸大约是20μm，呼吸细支气管的穿透尺寸小于3μm。 呼吸过程中会过滤掉大量的气溶胶单粒子，但是直径在3μm以下的粒子会直 接进入到肺泡，影响人体的生理机能，这也是PM2.5备受关注的原因之一。

随着工业的飞速发展，空气污染物的种类和数量越来越多，相互之间可能 存在较为复杂的化学反应，导致污染物成分更为复杂。目前通过PM2.5或PM10 的值来衡量空气颗粒物的浓度，若要对颗粒物成分进行分析，必须采样后进行 实验室分析，无法实时同步获取空气颗粒物浓度和成分信息。空气颗粒物中若 包含对人体危害较大的成分，并不能及时发出警报。研发空气颗粒物浓度与成 分实时监测技术与装备意义重大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种空气气溶胶单粒 子多模态光谱诊断装置及诊断方法，本发明可以迅速识别粒子的结构特征、荧 光特征和素构成等信息，实现空气颗粒物浓度和成分的实时监测。

本发明采用的技术方案如下：

一种空气气溶胶单粒子多模态光谱诊断装置及诊断方法，包括散射光源、 深紫外光源、近紫外光源、高能脉冲光源、光谱收集输运光路和光探测器；

所述散射光源所发光束分布于气溶胶单粒子路径的最前方，所述深紫外光 源、近紫外光源和高能脉冲光源所发光束均位于气溶胶单粒子路径上，位于散 射光源所发光束的后方；

同一气溶胶单粒子，穿过散射光源、深紫外光源、近紫外光源和高能脉冲 光源所发光束，产生散射光散射信号、深紫外激发荧光光谱、深紫外光散射信 号、近紫外激发荧光光谱、近紫外光散射信号和激光诱导击穿光谱，并由光谱 收集输运光路传输至光探测器，共同表征气溶胶单粒子的性质。

在上述方案中，散射光散射信号由气溶胶单粒子穿过散射光源所发光束产 生；深紫外激发荧光光谱和深紫外光散射信号由气溶胶单粒子穿过深紫外光源 所发光束产生；近紫外激发荧光光谱和近紫外光散射信号由气溶胶单粒子穿过 近紫外光源所发光束产生；激光诱导击穿光谱由气溶胶单粒子穿过高能脉冲光 源所发光束产生。

作为优选，散射光源所发光束之后依次为深紫外光源、近紫外光源和高能 脉冲光源所发光束。

作为优选，所述散射光源为连续光源。

作为优选，所述散射光源为激光散射光源。

作为优选，所述深紫外光源、近紫外光源和高能脉冲光源均为激发光源。