[实用新型]基于感应静电加速技术的呼吸道飞沫收集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于感应静电加速技术的呼吸道飞沫收集装置，属于室内空气品质领域。

背景技术

人体进行不同的呼气活动，如讲话、咳嗽、打喷嚏等时，会向空气中释放不同数量的含呼吸道分泌产物的飞沫。产生的含有病原体的飞沫是呼吸道传染病传播的重要媒介。因此，飞沫是室内环境的最重要污染源之一，受到感染的病人呼吸产生的飞沫和飞沫核可能含有微生物，如细菌和病毒。这些微生物会成为传输传染病病原体的携带者，从而感染其他健康的人体。这些散布在空气中的飞沫以及沉积在地面蒸发后残余的飞沫核，都对室内空气品质产生了重大影响，对长期生活在室内的人员健康造成了危害。

因此，在研究呼吸道飞沫的数量和粒径分布时，对飞沫的收集尤为重要。沉降式采样仪、利用气泵的采样器是现有的主要采样设备。专利CN 202229958“一种沉降式气溶胶采样器”，公开了一种沉降式的颗粒物采样装置。该装置利用颗粒物的自身重力作用，使得颗粒物产生向下的速度，并且只是针对不同沉降速度的颗粒物进行采样，但无法提高对颗粒物的收集效率，造成误差。此外，通过气泵吸入采样空气，会在吸入段使得飞沫有蒸发损失、甚至蒸干，从而产生不可忽略的样品损失，影响测量精度。

发明内容

针对现有用于呼吸道飞沫的收集装置的不足之处，本实用新型的目的是提供一种利用感应静电加速技术的呼吸道飞沫收集装置，能在不使飞沫损坏的前提下，高效、快速的收集飞沫，并给测量飞沫粒径提供有效的样本。

静电感应即在电场的作用下，物体中电荷重新分布的现象。其工作原理为：放入电场中的导体，其中的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动使导体两端分别出现等量异种电荷，带电物体在静电力作用下加速沉降。

为实现上述发明目的，本实用新型装置采用的技术方案如下：

基于感应静电加速技术的呼吸道飞沫收集装置，包括呼吸道飞沫收集箱和感应静电发生系统，所述呼吸道飞沫收集箱包括主箱体、左盖板、右盖板、镀锌铁皮、载玻片、磁铁、前盖和固定槽，所述感应静电发生系统包括静电发生器、开关、环状电极和绝缘环，静电发生器通过开关与环状电极连接；所述左盖板、右盖板固定在主箱体的左部和右部，主箱体的前部设有开口，开口使用前盖密封；所述开口的边缘处设有固定槽，所述环状电极和绝缘环卡在固定槽内，并且绝缘环完全包裹环状电极；所述镀锌铁皮和载玻片通过磁铁分布在主箱体的内壁上，载玻片覆盖在镀锌铁皮上。

所述主箱体尺寸大小为508mm×305mm×366mm，箱体材料为有机玻璃；所述开口为圆形，其直径为102mm。载玻片与镀锌铁皮的尺寸相同，两者均匀分布在主箱体的底部、左部和右部。

上述装置的使用方法如下：使用者使用时打开感应静电发生系统开关，从主箱体前方的开口向箱体内进行说话、咳嗽、打喷嚏、呼吸等活动，用布置在箱体内的载玻片收集呼出的呼吸道飞沫。人呼出的呼吸道飞沫在箱体前面环状电极附近空间感应带电，在重力、静电力和空气阻力的作用下加速向带有感应电荷的镀锌铁皮方向运动，最终降落收集在与镀锌铁皮重合的载玻片上，达到加速收集呼吸道飞沫的目的。

本实用新型的理论公式：

带电微粒在电场中受到重力、静电力和空气阻力三个力的作用，最终在玻片上沉降。重力：G=mg，静电力：F_e=QE=neE，式中：Fe—静电力，Q—微粒所带电量，E—微粒所处位置的电场强度。对于微粒运动，雷诺数Re一般小于1，特别当Re<0.5时，对球形微粒运动的阻力F可根据著名的斯托克斯公式求出，即：F=3πμd_Pυ，式中：F—空气阻力，μ—气体动力粘度，d p—微粒直径，υ—运动粘度。则：G+Fe+F=ma，微粒在三力作用下发生快速沉降。(G、Fe、F、a是矢量)。

本实用新型相对于现有技术有以下几点有益效果：

（1）感应静电技术辅助重力沉降，加速呼吸道飞沫的降落过程，减少降落时间，节约收集中小尺寸呼吸道飞沫需要的时间，提高实验准确度和观测效率；

（2）降落速度比撞击式采样器低，能更好地保持飞沫的形态和其中生物活性；

（3）使用者能以较自然方式参与呼吸道飞沫采集过程，箱体能反映出呼吸道飞沫在源头附近空间的分布情况；

（4）飞沫降落接触材料载玻片没有吸水性，经过换算能准确反映降落呼吸道飞沫的尺寸大小和统计粒径分布；

（5）该装置操作方便，成本低廉，易于制作，对飞沫的收集具有较高的效率，无经过收集管道或通道的损失，能得到空间上的粒径分布，不受外界条件影响。