[发明专利]一种气溶胶自动采集及拉曼光谱检测装置

说明书

本发明公开了一种气溶胶自动采集及拉曼光谱检测装置，属于气溶胶空气检测技术领域。该系统由气溶胶采集单元，气溶胶传送单元，激光检测单元，数据采集存储单元，控制单元组成。本发明基于一单片机控制系统，利用气溶胶收集装置实现气溶胶的自动采集，通过控制单元对系统的有序运行，使用红光或近红外半导体激光器、反射式光路及制冷CCD对收集的气溶胶微粒进行拉曼光谱采集。对采集的气溶胶微粒拉曼光谱使用分层聚类法实现气溶胶微粒样品的分类识别。本发明可实现长时间自动气溶胶收集检测、结构紧凑、可操作性强等特点，同时整个系统外壳防水，对使用环境的要求也比较低。

技术领域

本发明涉及一种气溶胶自动采集及拉曼光谱检测装置，属于气溶胶检测技术领域。

背景技术

大气中的气溶胶会导致疾病，降低能见度，并影响天气和气候。大气气溶胶与心血管疾病，慢性阻塞性肺疾病和其他疾病增加有关。气溶胶的许多成分是有害的，例如，苯并芘和烟灰中的其它多环芳香族碳氢化合物等致癌物质或燃煤电厂排放物中的汞等重金属。然而，对于气溶胶对健康有害影响最大的颗粒成分，还有许多未知数。其他动物和许多植物病原体的一些疾病通过真菌孢子，细菌和病毒通过空气传播。气溶胶的大小为0.001～100μm，粒径在0.1～10μm的气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、大气污染和云物理学等方面具有重要作用，而且易于通过呼吸过程而进入呼吸道，对人体产生较大的伤害。气溶胶通过散射，吸收和再发射辐射影响气候和天气，并作为云雾和冰凝结核。生物气溶胶如细菌和真菌孢子冰核形成的重要原因。生物和其他气溶胶对气候的影响有很大的不确定性。因此，为了更好地了解气溶胶对健康，农业，能见度，气候和天气的影响，需要改进表征大气气溶胶粒径和组成的技术。

拉曼光谱技术是一种基于拉曼效应的有效的检测分析手段。拉曼效应是指一定频率的激光照射到样品表面时，物质中的分子吸收了部分能量，发生不同方式和程度的振动，然后散射出另外频率的光。频率的变化决定于散射物质的特性，不同原子团振动的方式是唯一的，因此可以产生特定频率的散射光，其光谱就称为“指纹光谱”，可以照此原理鉴别出物质的分子种类。自1928年印度科学家拉曼发现拉曼现象以来，经过几十年来科学家共同的努力，拉曼光谱技术得到了极大的发展。基于拉曼光谱技术的应用领域越来越广泛，具有很大的实际应用价值。拉曼光谱技术可用于表征大气气溶胶。但在研究气溶胶方面，尤其是环境颗粒方面，自动半连续且长时间采集检测的测量技术还尚未成熟。

综上所述，如何解决气溶胶的自动半连续采集检测、能适应多种复杂环境的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种气溶胶自动采集及拉曼光谱检测装置，其能够实现对气溶胶的连续且长时间的采集和检测。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气溶胶自动采集及拉曼光谱检测装置，其包括气溶胶采集单元、气溶胶传送单元、激光检测单元、数据采集存储单元、控制单元；所述气溶胶采集单元包括采集头、气流产生器；所述气溶胶传送单元包括柔性镀银多孔带、带卷；所述激光检测单元包括光源、激光器、光谱仪、升降检测平台、物镜、真空泵，所述光源用于照亮检测区域；所述气流产生器将气溶胶吸入所述采集头，气溶胶样品存留在所述柔性镀银多孔带上，并在所述带卷的带动下移至所述升降检测平台上并由所述真空泵固定，所述升降检测平台可升降移动以使激光聚焦，所述数据采集存储单元采集拉曼光谱并存储，所述控制单元保障整个装置的自动有序运行。

可选的，所述气溶胶采集单元包括采集头、气流产生器；所述采集头入口直径为2cm，并装有防水滤网，滤网材料为疏水材料，滤网孔径为10μm；所述气流产生器的收集流量标称为2～8升/分钟，由泵抽取空气收集气溶胶微粒到柔性镀银多孔带上。

可选的，所述柔性镀银多孔带宽度为10mm，所述柔性镀银多孔带表面有密集的孔径为10μm的非镂空小孔，用于收集气溶胶微粒；所述带卷用于收卷所述柔性镀银多孔带。