[发明专利]基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学探测领域，尤其是一种基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法。

背景技术

生物气溶胶作为大气气溶胶的重要组成部分，对人类的生产、生活具有巨大的影响。随着人类社会生物技术的日益发展，大气中的生物气溶胶同人类活动的联系愈加密切，发展有效的生物气溶胶识别方法对对准确评价环境空气质量环境和积极防护生物战剂具有重要意义。

目前，生物气溶胶的探测识别方法主要有荧光法、显微镜法和散射法。生物气溶胶中的色氨酸（Tryptophan）、烟酰胺腺嘌呤二核甘酸磷酸（Nicotinamide adenine nucleotides phosphate）和核黄酸（Riboflavin）等紫外发光团，在紫外光的激发下会产生本征荧光。荧光法探测生物气溶胶，是通过探测生物气溶胶的荧光强度实现对生物气溶胶的探测。显微镜法识别生物气溶胶，首先利用通过生物气溶胶采样仪采集生物颗粒，然后利用生物技术手段对样品中生物颗粒进行分离、培养、观察，最后根据生物颗粒的形态特点判断其种类。散射法根据生物颗粒对激光的散射相函数，分析生物颗粒的形态特征，实现对生物气溶胶的分类。然而，无论是荧光法、显微镜法还是散射法，它们都存在各自不足。例如，荧光法虽然能够有效探测生物气溶胶，但是无法判断生物战剂威胁是否存在；显微镜法能够有效识别生物气溶胶的种类，但是实时性差、实验过程繁琐；散射法无法分辨形状尺寸相同但是种类不同、成分相近的生物颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以含水量作为分类依据，通过对气溶胶中生物颗粒含水量的反演，实现生物气溶胶分类的基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(λ)；利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D₃₂；

（2）根据生物气溶胶的近红外透过率光谱t(λ)和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D₃₂，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n；

（3）根据生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量w（%）；

（4）根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。

由上述技术方案可知，本发明利用常规的开放式FTIR大气透过光谱测定系统、光学粒子计数器和计算机，采用简洁的实验步骤就可以实现对生物气溶胶的在线识别，克服了当前生物气溶胶识别方法存在的实施难度大和实时性差问题；通过测定气溶胶中生物颗粒的含水量可以实现对生物气溶胶的有效识别；充分利用红外透射光谱曲线的波动特征，避免受到气溶胶中生物颗粒的粒子数浓度影响。

附图说明

图1为开放式FTIR大气透过光谱测定系统的结构原理图；

图2为本发明的工作流程图；

图3为本发明中生物颗粒含水量反演的方法流程图。

具体实施方式

一种基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法，该方法包括下列顺序的步骤：第一步，利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(λ)；利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D₃₂；第二步，根据生物气溶胶的近红外透过率光谱t(λ)和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D₃₂，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n；第三步，根据生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量w（%）；第四步，根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。如图1、2、3所示。