[发明专利]一种生物气溶胶红外消光和粒径的仿真遥测系统及方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及环境检测技术与分析及光学领域，具体指一种生物气溶胶红外消光和粒径的仿真遥测系统及方法。

背景技术

生物气溶胶通常是指粒径在100nm～100μm之间，悬浮在气体中具有活性的生物物质，包括病毒、细菌、真菌、花粉及其附产物等。在已有的分析方法中，生物气溶胶的测量对采样过程要求较高。传统的物理气溶胶采样过程难以保持生物气溶胶的生物活性，脱水、紫外辐射、温度变化等因素也使得生物气溶胶的采样分析存在困难目前已有的一些生物气溶胶采样方式，需经过撞击、碰撞、过滤等过程，存在重现性较差，只能采集到少量生命活性物质，菌落重叠引致计数误差等缺陷。因此，传统采样的测量方式，实际上难以应用于生物气溶胶的实时在线监测。

随着光学技术的日益进步，傅里叶变换红外光谱（FTIR）遥测技术已成为一种优良的非接触实时测量方法，目前已在气体遥测中发挥了巨大的作用。它具有高灵敏和高分辨的特点，可进行实时的多组分同时探测等独特优势，其在环境、化学、材料等方面都有广泛的应用，近年来在大气污染的定性定量监测的应用方面。大部分生物气溶胶在红外波段均存在特征光谱，使用红外技术遥测生物气溶胶云团，理论上不仅可以避免采样过程带来的活性损失问题，而且可以大幅度提高分析速度，使得对生物气溶胶云团的实时在线监测和突发性污染事故的应急遥测成为可能。但是，由于生物气溶胶云团在红外波段的单次散射反照率较大，遥测系统接收到的信号不仅包含测量路径上的吸收消光，还包括天空和地面辐射在测量路径上的散射贡献，会直接导致遥测系统接收信号背景基线波动，而且生物气溶胶云团通常浓度较低，其吸收截面相对较小。受测量条件的限制，无法实现野外条件下的生物气溶胶红外消光和粒径参数的同步测量，难以全面获得气溶胶的光学特性，因此为建立其专用遥测方法带来了困难，从而限制了当前红外光谱方法遥测生物气溶胶的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种生物气溶胶仿真遥测的系统和方法，该发明实现了在仿真的地物远红外地物背景辐射下，对生物气溶胶进行非破坏、多组分、多光学参量的同步实时测量，在实验条件可控的条件下，提高了测量数据的完备性。

本发明的技术方案如下：

一种生物气溶胶红外消光和粒径的仿真遥测系统，包括气溶胶发生器、样品池、粒径谱仪、大面源黑体辐射源、接收望远镜和傅里叶变换红外光谱仪，其特征在于：所述气溶胶发生器的出样口通过气管与样品池的进样口相连，所述样品池的出样口通过气管与粒径谱仪相连，所述的样品池内设有风扇，从气溶胶发生器的出样口喷出的生物气溶胶样品经气管进入样品池，在所述风扇的吹扫作用下，生物气溶胶样品在样品池内扩散，并经样品池的出样口和气管进入粒径谱仪，来分析和测量生物气溶胶样品的粒径分布和粒子数浓度；

所述样品池的两端分别设有入、出光孔，所述的大面源黑体辐射源、样品池的入、出光孔、接收望远镜和傅里叶变换红外光谱仪位于同一光路上，所述傅里叶变换红外光谱仪和粒径谱仪共接入计算机，所述的大面源黑体辐射源发出红外辐射光，经样品池入光孔进入样品池内，并穿过样品池内的生物气溶胶样品，再经样品池出光孔出射，然后由接收望远镜接收后，进入所述的傅里叶变换红外光谱仪，最后由计算机控制傅里叶变换红外光谱仪采集、分析和存储红外光谱辐射数据。

一种生物气溶胶红外消光和粒径的仿真遥测方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：生物气溶胶样品从气溶胶发生器的出样口喷出，并通过气管经样品池的进样口充入样品池内，在风扇产生的微风的吹扫下，生物气溶胶样品在样品池内扩散，并经样品池的出样口扩散出，通过气管进入粒径谱仪，粒径谱仪进行快速实时分析，得到生物气溶胶样品的粒径分布和粒子数浓度变化情况；同时，从大面源黑体辐射源出射的红外辐射光，经样品池入光孔进入样品池内，并穿过样品池内的生物气溶胶样品，再经样品池出光孔出射，然后由接收望远镜接收后，被傅里叶变换红外光谱仪探测，最后计算机根据傅里叶变换红外光谱仪测量得到的红外光谱辐射数据和生物气溶胶样品的粒径分布和粒子数浓度进行定性和定量分析。

所述的一种生物气溶胶红外消光和粒径的仿真遥测系统，其特征在于：所述的样品池采用透明亚克力或有机玻璃材质。

所述的一种生物气溶胶红外消光和粒径的仿真遥测系统，其特征在于：所述样品池的进样口位于样品池侧壁的中部，且样品池进样口的高度距离样品池下底面内侧5cm。