[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

说明书

本发明属于环保技术领域，具体为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。本发明装置包括：浮子流量计、浓缩气流真空泵、主气流真空泵、干燥管、质量流量控制器、PM2.5切割头、冷凝系统机、水箱、电加热棒、虚拟切割器、生物采样瓶、两台微量注射泵、自动进样器、电感耦合等离子体质谱等。本装置通过采样、冷凝、浓缩等环节，将颗粒物融入液体，使颗粒物浓度提高一个数量级，浓缩效果比同类产品更好，还有效避免传统滤膜采集监测法存在的样品污染、试剂高损耗等问题；用浓缩技术与在线生物监测仪联用测定总生物毒性，可大幅提高检出率和降低采样时长，使人工智能化大气颗粒物在线检测的实现成为可能，可广泛应用于环境监测中。

技术领域

本发明涉及一种颗粒物浓缩采集并在线测量的装置及方法，尤其涉及一种在线浓缩采集大气细颗粒物并测量总毒性的装置和方法。

背景技术

PM2.5是指大气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但其对空气质量和能见度等有重要的影响。大气PM2.5粒径小、比表面积大，易富集重金属、水溶性无机离子、有机物等有毒有害化学成分且在大气中的悬浮时间长、传输距离远，因而对人体健康和大气环境质量的负面影响不容忽视。

近年来，我国大气PM2.5污染严重, 导致就诊率急剧上升及易感人群过早死亡。尤其是雾霾气溶胶粒子携带的有毒有害化学成分，危及人群健康，引起全社会的高度关注。已经有大量流行病学证据表明，PM2.5有急性与慢性健康效应。有毒有害重金属如 Pb、Cd、Ni、Mn、V和Zn 等，主要吸附在小于2.5μm颗粒物上。研究表明，重金属能够通过呼吸作用随PM2.5直接进入到人体的肺泡中并在人体内大量富集。As、Cr、Ni 和 As、Cr、Ni 和 Cd 对人体具有一定的致癌作用，Zn、Cu、Pb积累会增加人体致畸作用。高浓度PM2.5暴露会增加患急性呼吸道疾病与心脑血管疾病的风险，同时PM2.5可能诱发肺癌、COPD（慢性阻塞型肺炎）、心脑血管疾病等慢性疾病，影响人体免疫系统、神经系统等。因此，雾霾气溶胶粒子生物毒性的研究也成为研究热点和前沿方向之一。但对大气颗粒物生物毒性的测定因受到检测技术和仪器的制约（如较高的检测限），目前仍停留在离线检测阶段，且需要在重污染及较长持续采样时间的条件下进行，无法满足实时监测大气颗粒物浓度及有毒化学成分特征的要求。

为填补上述技术空白，为填补上述技术空白，本发明所研制的中流量大气PM2.5在线浓缩与采集装置可将气溶胶在不改变除浓度外的任何理化特性的前提下，浓缩富集到足以明显检出其毒性的水平。同时，该装置可与在线毒性检测装置联用，通过采样、饱和、冷凝、浓缩、采集等环节，将颗粒物融入液体，使颗粒物浓度可以浓缩提高一个数量级，不仅浓缩效果比同类产品更好，还有效避免了传统滤膜采集监测法存在的样品污染、样品和试剂的高损耗等问题，易于用飞行时间质谱技术测定有机组分、离子色谱测定无机组分、电感耦合等离子体质谱测定重金属，并大幅降低了空气流量需求，从原先的1000升/分钟降至50升/分钟。使得日后人工智能化大气颗粒物在线检测的实现成为可能，并可广泛应用于环境监测及健康风险评估当中。

国际上现有的空气质量参考依据为空气质量指数（Air Quality Index，简称AQI），主要以PM2.5及污染气体综合的数值体现在每日天气预报中，但其并不能直接反应空气的生物毒性。因为颗粒物的组成成分不一样，毒性也完全不一样，真正对人体有毒害作用的其实只是少量具有致畸致癌作用的多环芳烃等有机物和重金属等物质。本发明可实时监测空气质量和人体健康毒性，并能将大气颗粒物里的毒性成分识别出来，从而为政府部门提供有价值的优控污染物决策提供科学支撑。

发明内容

本发明涉及一种在线浓缩采集大气细颗粒物并测量总毒性的装置和方法，以大幅提高颗粒物浓缩度，并有效避免样品污染、试剂高损耗等问题。