[发明专利]一种在线采集大气细颗粒物浓缩液并测量总毒性的装置和方法

权利要求书

1.一种在线浓缩采集大气细颗粒物并测量总生物毒性的装置，其特征在于，包括：浮子流量计（1）、浓缩气流真空泵（2）、主气流真空泵（3）、干燥管（4）、大流量质量流量控制器（5）、冷凝剂循环管（6）、碰撞式PM2.5切割头（7）、冷凝机（8）、水箱（9）、水箱隔温层（10）、可视窗口（11）、带有温度传感器的U型电加热棒（12）、温控数显装置（13）、冷凝内管（14）、冷凝外螺旋管（15）、隔温层（16）、虚拟切割器（17）、主气流出口（18）、喷嘴（19）、喷嘴接管（20）、生物采样瓶（21）、两台微量注射泵（22）、总毒性测量分析仪（23）；其中：

所述水箱（9）外套有一层隔温层（10），其前壁左上方三分之二处设有一个石英玻璃可视窗口（11）；

所述U型加热棒（12）设置于水箱（9）内部底端，U型电加热棒（12）外置电源线连接于温控数显装置（13）；

水箱（9）上部开有两口，其一，用快接法兰连接旋风式PM2.5切割头和溶蚀器（7）；其二，用快接法兰连接同轴安置的冷凝内管（14）；

所述冷凝内管（14）外部紧密缠绕有软铜制螺旋管（15），螺旋管（15）外包裹一层隔温层（16），螺旋管（15）上部进口和下部出口分别用防冻软管连于冷凝机（8）的出口和进口；形成冷凝液的循环流动；

所述冷凝内管（14）上端用快接法兰与虚拟切割器（17）连接，其内部下端是与内管同轴设置的喷嘴（19），上端是与喷嘴（19）同轴设置但又一定距离间隔的喷嘴接管（20）；

所述喷嘴接管（20）出口旁边设有出气口，该出气口连接干燥管（4）后连接大流量质量流量控制器（5），再连接主气流真空泵（3），形成主气路；喷嘴接管（20）出口上部连于生物采样瓶（21）的进气口；

所述生物采样瓶（21）的出气口连接浮子流量计（1），之后再连浓缩气流真空泵（2），形成浓缩气路；

生物采样瓶（21）的底部设有进出样口，分别连接两个微量注射泵（22）的两条通道的出样口和进样口；浓缩气流真空泵（2）的另一端的一条通道连采样瓶（21）的进样口，另一通道连于总毒性测量分析仪（23）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷凝内管（14）的直径为2.5厘米，长度为80厘米，冷凝液为一定浓度 的乙醇。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴（19）的直径为0.37±0.01厘米，喷嘴（19）与喷嘴接管（20）的间隔空隙为0.45±0.01厘米，接管（20）直径为2.5±0.1厘米。

4.一种基于权利要求1-3之一所述装置的在线浓缩采集大气细颗粒物并测量总生物毒性的方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）原始大气通入碰撞式PM2.5切割头（7），PM2.5切割头（7）将空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的大气颗粒物筛选出来，由系统抽力进入水箱（9）；

（2）在可视窗口（11）观察下，将去离子水加至水箱（9）高度的三分之二处，并由带有温度传感器的电加热棒（12）对去离子水进行加热，通过温控数显装置（13）控制温度为45±2摄氏度；

（3）经加热产生的水蒸气使颗粒物达到饱和状态，后流经冷凝内管（14）；以循环流通冷凝液对饱和颗粒物进行冷凝长大，其中绝大部分PM2.5颗粒物的空气动力学直径可增长至3-4微米；另外，冷凝机的外部循环控温模式将温度控制在-19±1摄氏度；

（4）冷凝长大的颗粒物进入虚拟切割器（17），在喷嘴（19）处获得加速；其加速的动力来自两条气路：主气路和浓缩气路；主气路中，控制其流量为50±2升/分钟，由0-200升/分钟的大流量质量流量控制器（5）进行精确控制；浓缩气路是颗粒物通过的主要路径，浓缩气路中，控制浓缩气流量为5±0.2升/分钟，由0-10升/分钟的浮子流量计（1）进行控制；

（5）在虚拟切割器（17）内，经喷嘴（19）加速后的颗粒物由同轴设置的喷嘴上方一定间隔空隙的喷嘴接管（20）接收；在颗粒物浓度相同的情况下，气体流量变为原始气体流量的十分之一，原始大气中颗粒物的浓度随之变为原始浓度的十倍，从而达到浓缩效果；浓缩后的饱和颗粒物通过生物采样瓶（21）在线采集，其采集溶剂为去离子水或其他有机溶剂；

（6）两台微量注射泵（22）中，一台用于向生物采样瓶（21）内注入溶剂，溶剂注入速度为5-10毫升/分钟，工作1分钟，休眠59分钟；另一台用于从生物采样瓶中抽取采集好的浓缩液，浓缩液抽取速度为5-10毫升/分钟，工作1分钟，休眠59分钟；

（7）微量注射泵（22）抽取的浓缩液注入总毒性测量分析仪（23）对其总生物毒性进行分析。