[发明专利]一种人工气候环境暴露系统及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别是一种人工气候环境暴露系统及应用方法。

背景技术

近年来，环境问题日益严重，尤其是空气污染问题受到了社会各界的广泛关注，当今我国的空气污染不仅包括由工业或农业生产排放的氮氧化物、硫氧化物等有害气体导致的酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等，还包括日益严重的雾霾天气，这主要是由大气气溶胶显著增加所致，这当中就包括我们熟知的PM2.5，其粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），因而对人体健康和大气环境质量造成极坏影响。考虑到有害气体及PM2.5对人体的严重危害，对这些问题的研究便迫在眉睫。目前有害气体的研究较多且已取得了一定成果，PM2.5的研究还正在深入进行，但现阶段大多数PM2.5的动物暴露实验常采用静态暴露，通常在人工控制的静止状态下给动物注射或食入PM2.5颗粒，这有违于动物正常活动的习性。此外，有害气体与PM2.5的混合暴露研究，动物生活环境温湿度的变化对暴露可能带来的影响研究等目前罕有报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种人工气候环境暴露系统及应用方法。气溶胶采用从外界大气中物理收集提取的方式，有害气体NO₂、SO₂、CO、O₃等采用先稀释后输入的方式使动物通过自然呼吸摄入达到分别暴露或混合暴露的目的，同时适当调解动物生活环境温湿度、气压，使其既能保证试验研究的可靠性，又能做到多种气候环境因素的综合调控，实现研究的高效性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种人工气候环境暴露系统，该系统包括大气溶胶颗粒收集浓缩单元、有害气体混合单元、动物暴露单元和动力单元，其中大气溶胶颗粒收集浓缩单元包括旋风式切割器、水浴箱、冷却套管、虚拟粒子撞击浓缩器、干燥管路，有害气体混合单元指有害气体混合仓，动物暴露单元包括人工气候环境模拟暴露箱、尾气洁净装置，动力单元包括主流量计、负压主风泵、小分流流量计、小分流风泵、大分流流量计、大分流风泵；外界空气进入所述的暴露系统后未经均分直接或者被平均分为多个支路后，气流通过顺次相连的旋风式切割器、水浴箱之后，未经均分直接或者平均分为多个小支路后，顺次连接冷却套管、虚拟粒子撞击浓缩器、干燥管路，在干燥管路后端直接或者汇合成一路总气路再经过控温套管至人工气候环境模拟暴露箱，有害气体混合仓中的气体经过控温套管至人工气候环境模拟暴露箱，然后人工气候环境模拟暴露箱依次连接主流量计、负压主风泵、尾气洁净装置；其中，外界空气进入系统以后均分的支路数量和经过水浴箱之后均分的小支路数量根据试验所需气溶胶浓度而定。

所述的控温套管为采用双层套管结构，即在主气管的不锈钢管子外面再加套一根塑料管，塑料管和不锈钢管之间通入冷却液。

一种根据所述的暴露系统的应用方法，所述外界空气经过大气溶胶颗粒收集浓缩单元的气溶胶颗粒收集浓缩，与有害气体混合单元的有害气体混合、温湿度调节之后具有温度、湿度、气压、CO气体、SO₂气体、NO₂气体、O₃气体、气溶胶颗粒八种气候环境因素的综合调控功能，再进入到动物暴露单元中。

所述的应用方法，外界空气被负压动力抽入管路后进入旋风式切割器中筛选出符合试验要求的气溶胶颗粒，随气流前进到水浴箱增大湿度，然后流经冷却套管冷却，之后气溶胶颗粒进入虚拟粒子撞击浓缩器，含气溶胶颗粒的粒子随气流直接进入腔体被浓缩，其余不含粒子的气体则随风泵的负压气流排出系统，经过浓缩后的气溶胶继续进入干燥管路后成一路，之后进入控温套管中，在控温套管上连接有有害气体混合仓，根据动物暴露试验的需求，输入SO₂气体、NO₂气体、CO气体、O₃气体的一种或几种，加入的有害气体在有害气体混合仓混合后进入控温套管，随后与经过浓缩后的气溶胶一起进入人工气候环境模拟暴露箱中，最后经过尾气洁净装置后排出系统。

进一步设有对照试验，外界空气被抽入气路后进入高效过滤器中滤去颗粒物，洁净空气随后进入水浴箱，冷却套管，干燥管路，经过干燥后成一路，经过控温套管后进入人工气候环境模拟对照箱中，最后经过尾气洁净装置后排出系统。

所述的控温套管为采用双层套管结构，塑料管和不锈钢管之间通入冷却液，通过运行冷冻机组模式或热泵机组模式，使夹套内循环的液体冷却或加温，从而使不锈钢管内的空气降温或升温，实现气流的温度调节功能。