[發(fā)明專利]一種大氣細(xì)顆粒物濃度富集與化學(xué)組分毒性檢測(cè)聯(lián)用裝置和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011465361.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN112763588A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建民;尚曉娜;康慧慧;孫劍峰;李丹;李凌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N30/02
• 分類號(hào): G01N30/02;G01N30/06
• 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(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體為多功能大氣顆粒物濃度富集與化學(xué)組分毒性檢測(cè)聯(lián)用裝置和方法。本發(fā)明裝置包括：浮子流量計(jì)、濃縮氣流真空泵、主氣流真空泵、干燥管、質(zhì)量流量控制器、碰撞式PM2.5切割頭、冷凝系統(tǒng)機(jī)、水箱、電加熱棒、虛擬切割器、生物采樣瓶、兩臺(tái)微量注射泵、自動(dòng)進(jìn)樣器、在線離子色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電感耦合等離子體質(zhì)譜、總毒性測(cè)量分析儀、超高壓液相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等。本裝置通過采樣、冷凝、濃縮等環(huán)節(jié)，將顆粒物融入液體，使顆粒物濃度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，濃縮效果比同類產(chǎn)品更好，還有效避免傳統(tǒng)濾膜采集監(jiān)測(cè)法存在的樣品污染、試劑高損耗等問題；用濃縮技術(shù)與各類先進(jìn)的化學(xué)組分測(cè)定儀器聯(lián)用測(cè)定各類有毒化學(xué)組分和總生物毒性，可大幅提高檢出率和降低采樣時(shí)長(zhǎng)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能大氣細(xì)顆粒物濃度富集與化學(xué)組分毒性檢測(cè)聯(lián)用裝置和方法。

背景技術(shù)

PM2.5是指大氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)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(duì)空氣質(zhì)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(jī)離子、有機(jī)物等有毒有害化學(xué)成分且在大氣中的懸浮時(shí)間長(zhǎng)、傳輸距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的負(fù)面影響不容忽視。

已經(jīng)有大量流行病學(xué)證據(jù)表明，PM2.5有急性與慢性健康效應(yīng)。有毒有害重金屬如Pb、Cd、Ni、Mn、V和Zn 等，主要吸附在小于2.5μm顆粒物上。研究表明，重金屬能夠通過呼吸作用隨PM2.5直接進(jìn)入到人體的肺泡中并在人體內(nèi)大量富集。As、Cr、Ni 和 As、Cr、Ni 和Cd 對(duì)人體具有一定的致癌作用，Zn、Cu、Pb積累會(huì)增加人體致畸作用。亞硫酸根進(jìn)入人體之后極易通過電子氧化作用形成三氧化硫陰離子自由基(SO3)，SO3可與O2迅速反應(yīng)生成超氧陰離子自由基O2。亞硝酸根 (NO-2) 是生成N-亞硝基化合物的前體, 后者具有較強(qiáng)的致突變和致癌性, 對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在的危害。同時(shí)，小分子有機(jī)酸作為近地面大氣顆粒物中最重要的一類有機(jī)酸，對(duì)于全球酸雨的形成、大氣中pH相關(guān)的液相反應(yīng)以及云內(nèi)OH自由基反應(yīng)等均有著極其重要的作用。同時(shí)，小分子有機(jī)酸在云成核中扮演著重要角色，間接影響地表輻射強(qiáng)迫從而造成全球氣候變化。因此，霧霾氣溶膠粒子生物毒性的研究也成為研究熱點(diǎn)和前沿方向之一。但對(duì)大氣顆粒物生物毒性的測(cè)定因受到檢測(cè)技術(shù)和儀器的制約（如較高的檢測(cè)限），目前仍停留在離線檢測(cè)階段，且需要在重污染及較長(zhǎng)持續(xù)采樣時(shí)間的條件下進(jìn)行，無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣顆粒物濃度及有毒化學(xué)成分特征的要求。

為填補(bǔ)上述技術(shù)空白，本發(fā)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(shí)，該裝置可與在線化學(xué)組分分析儀器和生物毒性檢測(cè)裝置聯(lián)用，通過采樣、飽和、冷凝、濃縮、采集等環(huán)節(jié)，將顆粒物融入液體，使顆粒物濃度可以濃縮提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅濃縮效果比同類產(chǎn)品更好，還有效避免了傳統(tǒng)濾膜采集監(jiān)測(cè)法存在的樣品污染、樣品和試劑的高損耗等問題，易于用飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)測(cè)定有機(jī)組分、離子色譜測(cè)定無機(jī)組分、電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定重金屬，并大幅降低了空氣流量需求，從原先的1000升/分鐘降至50升/分鐘。使得日后人工智能化大氣顆粒物在線檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)成為可能，并可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估當(dāng)中。

國際上現(xiàn)有的空氣質(zhì)量參考依據(jù)為空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，簡(jiǎn)稱AQI），主要以PM2.5及污染氣體綜合的數(shù)值體現(xiàn)在每日天氣預(yù)報(bào)中，但其并不能直接反應(yīng)空氣的生物毒性。因?yàn)轭w粒物的組成成分不一樣，毒性也完全不一樣，真正對(duì)人體有毒害作用的其實(shí)只是少量具有致畸致癌作用的多環(huán)芳烴等有機(jī)物和重金屬等物質(zhì)。本發(fā)明可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量和人體健康毒性，并能將大氣顆粒物里的毒性成分識(shí)別出來，從而為政府部門提供有價(jià)值的優(yōu)控污染物決策提供科學(xué)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多功能大氣細(xì)顆粒物濃度富集與化學(xué)組分毒性檢測(cè)聯(lián)用裝置和方法，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。