[发明专利]一种在线浓缩采集大气气溶胶并进行口鼻式暴露的系统和方法

权利要求书

1.一种在线浓缩采集大气气溶胶并进行口鼻式暴露的系统，其特征在于，包括：浮子流量计（1）、浓缩气流真空泵（2）、主气流真空泵（3）、干燥管（4）、大流量质量流量控制器（5）、冷凝剂循环管（6）、碰撞式PM2.5切割头（7）、冷凝机（8）、水箱（9）、水箱隔温层（10）、可视窗口（11）、带有温度传感器的电加热棒（12）、温控数显装置（13）、冷凝内管（14）、冷凝外螺旋管（15）、隔温层（16）、虚拟切割器（17）、主气流出口（18）、喷嘴（19）、喷嘴接管（20）、高精度口鼻式暴露装置（21）；其中：

所述水箱（9）外套有一层隔温层（10），其前壁左上方三分之二处设有一个石英玻璃可视窗口（11）；

所述U型加热棒（12）设置于水箱（9）内部底端，U型加热棒（12）外置电源线连接于温控数显装置（13）；

水箱（9）上部开有两口，其一，用快接法兰连接旋风式PM2.5切割头和溶蚀器（7）；其二，用快接法兰连接同轴安置的冷凝内管（14）；

所述冷凝内管（14）外部紧密缠绕有软铜制螺旋管（15），螺旋管（15）外包裹一层隔温层（16），螺旋管（15）上部进口和下部出口分别用防冻软管连于冷凝机（8）的出口和进口；形成冷凝液的循环流动；

所述冷凝内管（14）上端用快接法兰与虚拟切割器（17）连接，其内部下端是与内管同轴设置的喷嘴（19），上端是与喷嘴（19）同轴设置但又一定距离间隔的喷嘴接管（20）；

所述喷嘴接管（20）出口旁边设有出气口，该出气口连接干燥管（4）后连接大流量质量流量控制器（5），再连接主气流真空泵（3），形成主气路；

喷嘴接管（20）出口上部连于浓缩气流真空泵（2），形成浓缩气路；经干燥后通入高精度口鼻式暴露装置（21）。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝内管（14）的直径为2.5厘米，长度为80厘米，冷凝液为一定浓度的乙醇。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述喷嘴（19）的直径为0.37±0.01厘米，喷嘴（19）与喷嘴接管（20）的间隔空隙为0.45±0.01厘米，接管（20）直径为2.5±0.1厘米。

4.一种基于权利要求1-3之一所述系统的在线浓缩采集大气气溶胶并进行口鼻式暴露的方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）原始大气通入碰撞式PM2.5切割头（7），PM2.5切割头（7）将空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的大气颗粒物筛选出来，由系统抽力进入水箱（9）；

（2）在可视窗口（11）观察下，将去离子水加至水箱（9）高度的三分之二处，并由带有温度传感器的电加热棒（12）对去离子水进行加热，通过温控数显装置（13）控制温度为35±2摄氏度；

（3）经加热产生的水蒸气使颗粒物达到饱和状态，后流经冷凝内管（14）；以循环流通冷凝液对饱和颗粒物进行冷凝长大，其中绝大部分PM2.5颗粒物的空气动力学直径可增长至3-4微米；另外，冷凝机的外部循环控温模式将温度控制在-12±1摄氏度；

（4）冷凝长大的颗粒物进入虚拟切割器（17），在喷嘴（19）处获得加速；其加速的动力来自两条气路：主气路和浓缩气路；主气路中，控制其流量为50±2升/分钟，由0-200升/分钟的大流量质量流量控制器（5）进行精确控制；浓缩气路是颗粒物通过的主要路径；浓缩气路中，控制浓缩气流量为5±0.2升/分钟，由0-10升/分钟的浮子流量计（1）进行控制；

（5）在虚拟切割器（17）内，经喷嘴（19）加速后的颗粒物由同轴设置的喷嘴上方一定间隔空隙的喷嘴接管（20）接收；在颗粒物浓度相同的情况下，气体流量变为原始气体流量的十分之一，原始大气中颗粒物的浓度随之变为原始浓度的十倍，从而达到浓缩效果；

（6）浓缩后的饱和颗粒物经过浓缩气流真空泵（2），干燥后通入高精度口鼻式暴露装置（21），对其大小鼠进行毒性暴露。