[发明专利]双通道实时生物气溶胶监测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及大气生物气溶胶粒子，特别是一种双通道实时生物气溶胶监测方法与装置，可实时测量环境大气中细菌、孢子、病毒等生物粒子的浓度及其变化，实现对大气中生物气溶胶含量的预警功能。

背景技术

大气气溶胶粒子是指悬浮在大气中的各种固体微粒和液体微小颗粒，其粒径介于10-3μm～102μm之间。其中，有生命活性的生物物质或粒子统称为生物气溶胶粒子，包括诸如病毒、细菌、真菌、花粉、孢子等微生物。生物气溶胶粒子通常可附着在大气中的非生物粒子上，如细菌等微生物；也有一些可以直接悬浮于大气中，如粒径较大的花粉颗粒。

对人类生活来说，粒径大于10μm的气溶胶粒子进入人体的可能性很小，粒径为5～10μm的粒子可进入气管和支气管，粒径小于5μm的粒子能深入到深部呼吸道系统。当气溶胶的浓度达到足够高时，将对人类健康造成威胁。尤其空气中的生物气溶胶可引发人类的急性、慢性疾病以及动植物疾病。同时，由于微生物能产生各种休眠体，可在空气中长时间存活，并可以借助空气介质扩散和传输，从而导致各种传染病的爆发与蔓延，造成严重危害。所以发展一种能够实时检测周围环境中生物气溶胶浓度的技术是十分重要的。

检测生物气溶胶浓度的方法主要有传统的采集培养法与单粒子紫外光诱导荧光检测法等。

采集培养法是先将空气中的微生物采集到培养液中，再进行相当长时间的培养，最后通过观察菌斑的数目来推测先前空气中的生物粒子浓度。

生物粒子内部含有苯基丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和核黄素等表征生物活性的有机分子，在紫外光诱导下会产生本征荧光。这种荧光是区分生物粒子与非生物粒子的重要依据。单粒子紫外光诱导荧光检测法是基于该原理来检测生物气溶胶含量的。该技术利用气泵对大气进行采样，其采样气路使气溶胶粒子依次、单个通过紫外光检测区域。单气溶胶粒子的荧光被荧光检测系统接收并通过光电转换器件转换为电信号。该荧光信号幅值超过设定阈值，则判定待检粒子为生物粒子。在一段采样时间内检测到的生物粒子的个数与采样气体的体积之比为生物气溶胶粒子的浓度。

上述现有技术主要存在以下缺点：

1、检测灵敏度低、周期长，不具备实时性。传统的检测方法需要经过采集和培养等步骤，且培养过程一般需在要求比较严格的实验室环境下进行，不能在现场环境下操作。

2、检测设备的体积大，使用条件要求高，不便于现场与网状布点监测。单粒子紫外光诱导荧光检测法中，由于单个气溶胶粒子的本征荧光很低，为提高检测灵敏度，需要高功率与高稳定性的紫外激发光源以及高灵敏度的光电探测器。该方法使用的紫外光源一般为氙灯或者由近红外固体激光器(如Nd:YAG激光器)倍频得到的紫外激光器，这类紫外光源的功耗高、结构尺寸大，且光路结构复杂。

3、结构较为复杂，对气路稳定性要求高，在大气气溶胶浓度过高时不适用。单粒子紫外光诱导荧光检测法需要设计专用的单气溶胶粒子产生气路，且流量较低，在气溶胶浓度过高时会出现较大的重叠误差。

4、漏报率较高。不同的微生物粒子往往具有不同的吸收光谱和相应的本征荧光光谱。由于受光源条件与设备体积限制，单粒子紫外光诱导荧光检测法一般使用单个波长的紫外光源(266nm、280nm、355nm或365nm)，这对某些生物粒子的荧光激发效率低，探测灵敏度不足，易出现漏报现象。

5、误报率较高。油烟颗粒等非生物气溶胶粒子和花粉等无害气溶胶粒子在受紫外光激发时会产生特有的荧光。单粒子紫外光诱导荧光检测法使用单个波长的紫外光源，很难获得足够的被检粒子的吸收光谱与荧光光谱信息加以分辨，易造成错误判断。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的诸多问题，提供一种双通道实时生物气溶胶监测方法与装置。该方法与装置可实时测量环境大气中生物气溶胶的浓度、种类及其变化，实现对大气生物气溶胶的高灵敏度、低误报率的实时监测。

本发明的技术解决方案如下：

一种双通道实时生物气溶胶监测方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①大气气溶胶粒子富集：利用气泵对大气气溶胶粒子进行采样，经粒子过滤器滤除干扰粒子后，由气溶胶粒子富集器将采样气溶胶中的粒子沉积到粒子富集器末端的粒子富集板上，形成多粒子样本；

②双通道紫外光诱导荧光检测：双通道分别检测粒子富集板上富集的粒子在两种波长的紫外激发光诱导下发出的荧光光谱；

③数据处理：依据荧光强度判断生物气溶胶粒子的浓度，依据不同波段的荧光分布获得粒子的有机分子构成，从而判断粒子的种类；