[發明專利]一種在線濃縮采集大氣氣溶膠并進行控溫控濕暴露實驗的系統和方法

在審

• 申請號: 202011465355.X
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112763278A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 陳建民;尚曉娜;康慧慧;孫劍峰;李丹;李凌
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22;G01N1/28;G01N1/40;A61D7/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于環保技術領域，具體為一種在線濃縮采集大氣氣溶膠并進行控溫控濕暴露實驗的系統和方法。本發明系統包括：浮子流量計、濃縮氣流真空泵、主氣流真空泵、干燥管、質量流量控制器、碰撞式PM2.5切割頭、冷凝系統機、水箱、電加熱棒、虛擬切割器、可控溫控濕暴露裝置等。本裝置通過采樣、冷凝、濃縮等環節，將顆粒物融入液體，使顆粒物濃度提高一個數量級，濃縮效果比同類產品更好；濃縮技術用于暴露實驗，可大幅縮短暴露活體的毒性響應時間，可廣泛應用于環境監測中。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，具體涉及一種大氣氣溶膠濃縮采集并暴露實驗的系統及方法。

背景技術

PM2.5是指大氣中空氣動力學當量直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可吸入顆粒物。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但其對空氣質量和能見度等有重要的影響。大氣PM2.5粒徑小、比表面積大，易富集重金屬、水溶性無機離子、有機物等有毒有害化學成分且在大氣中的懸浮時間長、傳輸距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的負面影響不容忽視。

近年來，我國大氣PM2.5污染嚴重, 導致就診率急劇上升及易感人群過早死亡。尤其是霧霾氣溶膠粒子攜帶的有毒有害化學成分，危及人群健康，引起全社會的高度關注。已經有大量流行病學證據表明，PM2.5有急性與慢性健康效應。高濃度PM2.5暴露會增加患急性呼吸道疾病與心腦血管疾病的風險，同時PM2.5可能誘發肺癌、COPD（慢性阻塞型肺炎）、心腦血管疾病等慢性疾病，影響人體免疫系統、神經系統等。因此，霧霾氣溶膠粒子生物毒性的研究也成為研究熱點和前沿方向之一。大小鼠口鼻暴露實驗廣泛應用于毒理學、藥效學和藥代動力學研究，動物建模實驗中，實驗結果也被越來越廣泛的認為是毒性評價的重要指標。暴露試驗包括全身暴露，頭部暴露露，口鼻部暴露，氣管內暴露等方法。但對大氣顆粒物生物毒性的小鼠口鼻暴露實驗由于受到氣溶膠濃度和暴露時間的限制，目前仍停留在使用離線氣溶膠發生器模擬實際大氣狀況，無法真實反映實際大氣顆粒物的生物毒性特征。

為填補上述技術空白，本發明所研制的中流量大氣PM2.5在線濃縮與采集裝置可將氣溶膠在不改變除濃度外的任何理化特性的前提下，濃縮富集到足以明顯檢出其毒性的水平。同時，該裝置可與高精度口鼻式暴露裝置聯用，使得日后使用實際大氣顆粒物完成在線高精度口鼻式小鼠暴露實驗成為可能，并可廣泛應用于環境監測及健康風險評估當中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在線濃縮采集大氣氣溶膠并進行控溫控濕暴露實驗的系統和方法，以大幅提高顆粒物濃縮度，并有效避免樣品污染、試劑高損耗等問題。

本發明提供的在線濃縮采集大氣氣溶膠并進行控溫控濕暴露實驗的系統，其結構參見圖1所示，包括：浮子流量計1、濃縮氣流真空泵2、主氣流真空泵3、干燥管4、大流量質量流量控制器5、冷凝劑循環管6、旋風式PM2.5切割頭7、冷凝機8、水箱9、水箱隔溫層10、可視窗口11、帶有溫度傳感器的U型電加熱棒12、溫控數顯裝置13、冷凝內管14、冷凝外螺旋管15、隔溫層16、虛擬切割器17、主氣流出口18、噴嘴19、噴嘴接管20、可控溫控濕暴露裝置21；其中：

所述水箱9外套有一層隔溫層10，其前壁左上方三分之二處設有一個石英玻璃可視窗口11；

所述U型加熱棒12設置于水箱9內部底端，U型電加熱棒12外置電源線連接于溫控數顯裝置13；

水箱9上部開有兩口，其一，用快接法蘭連接旋風式PM2.5切割頭和溶蝕器7；其二，用快接法蘭連接同軸安置的冷凝內管14；

所述冷凝內管14外部緊密纏繞有軟銅制螺旋管15，螺旋管15外包裹一層隔溫層16，螺旋管15上部進口和下部出口分別用防凍軟管連于冷凝機8的出口和進口；形成冷凝液的循環流動；

所述冷凝內管14上端用快接法蘭與虛擬切割器17連接，其內部下端是與內管同軸設置的噴嘴19，上端是與噴嘴19同軸設置但又一定距離間隔的噴嘴接管20；

所述噴嘴接管20出口旁邊設有主出氣口18，該主出氣口連接干燥管4后連接大流量質量流量控制器5，再連接主氣流真空泵3，形成主氣路；