[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

说明书

本发明属于环保技术领域，具体为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。本发明系统包括：浮子流量计、浓缩气流真空泵、主气流真空泵、干燥管、质量流量控制器、碰撞式PM2.5切割头、冷凝系统机、水箱、电加热棒、虚拟切割器、高精度口鼻式暴露装置等。本装置通过采样、冷凝、浓缩等环节，将颗粒物融入液体，使颗粒物浓度提高一个数量级，浓缩效果比同类产品更好；浓缩技术用于高精度暴露实验，可大幅缩短暴露活体的毒性响应时间，可广泛应用于环境监测中。

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种大气气溶胶浓缩采集并暴露实验的系统及方法。

背景技术

PM2.5是指大气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但其对空气质量和能见度等有重要的影响。大气PM2.5粒径小、比表面积大，易富集重金属、水溶性无机离子、有机物等有毒有害化学成分且在大气中的悬浮时间长、传输距离远，因而对人体健康和大气环境质量的负面影响不容忽视。

近年来，我国大气PM2.5污染严重, 导致就诊率急剧上升及易感人群过早死亡。尤其是雾霾气溶胶粒子携带的有毒有害化学成分，危及人群健康，引起全社会的高度关注。已经有大量流行病学证据表明，PM2.5有急性与慢性健康效应。高浓度PM2.5暴露会增加患急性呼吸道疾病与心脑血管疾病的风险，同时PM2.5可能诱发肺癌、COPD（慢性阻塞型肺炎）、心脑血管疾病等慢性疾病，影响人体免疫系统、神经系统等。因此，雾霾气溶胶粒子生物毒性的研究也成为研究热点和前沿方向之一。大小鼠口鼻暴露实验广泛应用于毒理学、药效学和药代动力学研究，动物建模实验中，实验结果也被越来越广泛的认为是毒性评价的重要指标。暴露试验包括全身暴露，头部暴露露，口鼻部暴露，气管内暴露等方法。但对大气颗粒物生物毒性的小鼠口鼻暴露实验由于受到气溶胶浓度和暴露时间的限制，目前仍停留在使用离线气溶胶发生器模拟实际大气状况，无法真实反映实际大气颗粒物的生物毒性特征。

为填补上述技术空白，本发明所研制的中流量大气PM2.5在线浓缩与采集装置可将气溶胶在不改变除浓度外的任何理化特性的前提下，浓缩富集到足以明显检出其毒性的水平。同时，该装置可与高精度口鼻式暴露装置联用，使得日后使用实际大气颗粒物完成在线高精度口鼻式小鼠暴露实验成为可能，并可广泛应用于环境监测及健康风险评估当中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在线浓缩采集大气气溶胶并进行高精度口鼻式暴露的系统和方法，以大幅提高颗粒物浓缩度，并有效避免样品污染、试剂高损耗等问题。

本发明提供的在线浓缩采集大气气溶胶并进行口鼻式暴露的系统，其结构参见图1所示，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、旋风式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U型电加热棒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型电加热棒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；