[發(fā)明專利]一種在線采集大氣細(xì)顆粒物濃縮液并測(cè)量總毒性的裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011471299.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112763653A
• 公開(kāi)（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): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00;G01N1/28;G01N1/40
• 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，具體為一種在線采集大氣細(xì)顆粒物濃縮液并測(cè)量總毒性的裝置和方法。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、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、電感耦合等離子體質(zhì)譜等。本裝置通過(guò)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(wèn)題；用濃縮技術(shù)與在線生物監(jiān)測(cè)儀聯(lián)用測(cè)定總生物毒性，可大幅提高檢出率和降低采樣時(shí)長(zhǎng)，使人工智能化大氣顆粒物在線檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)成為可能，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種顆粒物濃縮采集并在線測(cè)量的裝置及方法，尤其涉及一種在線濃縮采集大氣細(xì)顆粒物并測(cè)量總毒性的裝置和方法。

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(jiàn)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(wú)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。

近年來(lái)，我國(guó)大氣PM2.5污染嚴(yán)重, 導(dǎo)致就診率急劇上升及易感人群過(guò)早死亡。尤其是霧霾氣溶膠粒子攜帶的有毒有害化學(xué)成分，危及人群健康，引起全社會(huì)的高度關(guān)注。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(guò)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。高濃度PM2.5暴露會(huì)增加患急性呼吸道疾病與心腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)PM2.5可能誘發(fā)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(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等。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(wú)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，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)，該裝置可與在線毒性檢測(cè)裝置聯(lián)用，通過(guò)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(wèn)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(wú)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(guó)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(lái)，從而為政府部門(mén)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)明涉及一種在線濃縮采集大氣細(xì)顆粒物并測(cè)量總毒性的裝置和方法，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(wèn)題。