浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的离线检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的离线检测装置，包括：分液器、PCR板、PCR支架、水浴槽、电脑、镜头和CCD相机；电脑中设置温度控制、温度记录、图片采集和数据处理模块；PCR板置于PCR支架上，并连同PCR支架一起放在水浴槽中的冷凝液中；水浴槽、CCD相机均与电脑相连接；通过图片采集模块控制图像采集、图像存储和数据处理。本实用新型专利技术实现液体盛放槽能盛放更多的液滴；减少了待测颗粒物的损失；采用PCR板减少了降温过程中液滴相互影响的问题，增大可测定的液滴体积，降低分液的难度，减少由于液滴体积定量不准引起的误差。本实用新型专利技术操作简单，可同步进行温度记录、图像采集和数据处理。

Off line detection device for ice core concentration and ice formation activity under wetting core mode

The utility model has published an off-line detection device for ice core concentration and ice activity under the model of infiltrating core, including a liquid separator, a PCR board, a PCR bracket, a water bath tank, a computer, a lens and a CCD camera, and a temperature control, temperature record, picture collection and data processing module in the computer; a PCR board is placed on a PCR bracket and connected. Together with the PCR support in the condensate in the water bath, the water bath and the CCD camera are all connected to the computer, and the image collection, image storage and data processing are controlled by the picture acquisition module. The utility model can bring more liquid drop in the liquid blooming tank, reduce the loss of the particles to be measured, reduce the interaction of droplets in the process of cooling, increase the measured droplet volume, reduce the difficulty of the liquid, and reduce the error caused by the quantitative inaccuracy of the liquid drop volume by the PCR plate. The utility model has the advantages of simple operation, synchronous temperature recording, image acquisition and data processing.

【技术实现步骤摘要】
浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的离线检测装置
本技术属于大气物理测量
，涉及云内冰核测量技术，尤其涉及一种在浸润模式下的大气冰核浓度和颗粒物成冰活性的离线检测装置。
技术介绍
大气冰核是指大气中可以引起水汽蒸发产生凝华或过冷水滴产生冻结而形成冰晶的气溶胶粒子。人为或自然过程排放的颗粒物可以作为冰核，从而影响混合云和高云中冰晶形成的数量和尺寸，进一步影响云的微物理过程和存在形态、寿命，最终对全球辐射和水文循环有着至关重要的影响。因此，测定大气中冰核的浓度不仅可以加深对云物理过程的理解，更可以为研究气溶胶的间接气候效应提供依据。云内冰晶的形成主要通过两种途径，均质成核和非均质成核。均质成核主要是纯液滴在低温下(低于-40℃)和过饱和度极高的情况下冻结形成冰晶，而非均质成核是指在有冰核参与的情况下形成冰晶，分为凝华成核(depositionmode)、浸润成核(immersionfreezing)、凝结冻结(condensationfreezing)、接触冻结(contactfreezing)4种，所需温度较高、饱和度较低。在混合云中，浸润成核被认为是主导的冰晶形成方式。目前，对冰核的测量按照不同的成冰模式和侧重点，主要分为在线测量和离线测量两种主要技术，常用装置包括滤膜、云室、液滴冷台等。在线技术主要是各种云室，但这些云室的造价偏高，主要集中于凝华核化和凝结核化模式下的测量，且不能观察在连续降温条件下颗粒物的核化效果。而液滴冻结技术以其原理简单、操作便捷的优点，成为了浸润核模式下，测量各类型冰核成冰活性的常用分析手段。主要是对含有浸润核的液滴冷却进行降温，然后通过判断每个对应温度下冻结的液滴数，从而判断其成冰活性的强弱。通过近年来的发展，这一技术也得到了一些改进，无论是在实验设计还是数据采集方面。液滴冷冻技术仍然存在以下不足：(一)冷冻过程中液滴之间会存在相互影响。(二)实现过程中，一次性能够测定的液滴数量太少，当计算每个温度下冻结液滴占总液滴的比例时，单个液滴可以引入的不确定性很大，从而使相应冻结温度的下冰核的浓度估算不准确。(三)对大气进行膜采样后，颗粒物很难从膜上完全提取下来，导致测量结果低于实际大气。(四)缺乏同时记录温度和图片的软件，缺乏判断每个温度下结冰液滴占总液滴比例的数据计算软件。(五)现有传统冷热台样品盛放范围较小约10-20cm2，从而要求液滴测定所需液滴的体积较小约几个微升，液滴的体积定量可能存在误差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术提供一种离线测定冰核的装置，用于测量大气中的冰核浓度及成冰活性。本技术提供的技术方案是：一种浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的离线检测装置，包括：分液器、PCR板(PolymeraseChainReaction)、PCR支架、水浴槽、电脑、镜头和CCD相机；水浴槽设有电源和冷凝水循环开关；分液器用于移取液体到PCR板上单独的离心管中，随后PCR板盛放在PCR支架上，并连同支架一起放在水浴槽中的冷凝液中，通过温度控制模块使冷浴槽降温，并用镜头和CCD相机对PCR板的状态进行连续拍照，电脑中的图像采集模块和温度记录模块对图像和温度进行记录，最终输入到数据处理模块中进行数据处理。PCR板由多个(96个)小离心管连接而成，每个离心管里面可以独立盛放液体，每个PCR板只使用一次以保证液体存在环境的干净；水浴槽内设有特制的支架(PCR支架)用于盛放PCR板；PCR支架包括两层，下面一层包括PCR盛放槽、左旋钮和右旋钮；PCR盛放槽根据PCR板的大小设计，左旋钮和右旋钮可以用于固定PCR板；上面一层包括PCR板支架盖子；盖子是开盖设计，可开合；当进行实验图像采集时，盖子揭开使得PCR板的状态可以被CCD相机和镜头记录，当不进行实验图像采集时可以将盖子盖上，减少冷凝液(水或者乙醇)的挥发；左右两根螺杆连接上下两层，可以调节PCR盛放槽的高度，从而调节PCR板在冷凝液中的位置；电脑中设置温度控制模块、温度记录模块、图片采集模块和数据处理模块；水浴槽、CCD相机均于电脑相连，带镜头的CCD相机置于水浴槽的上方，用于采集图像，获得PCR板的状态；CCD相机与电脑的图片采集模块相连接，通过电脑设置的图片采集模块控制图像采集、图像存储和数据处理；本技术的核心是采用水浴槽增大了样品可放置的面积，并且采用PCR板来进行样品的存放，PCR板为单次利用，使得杂质更少，可放置的液滴体积更大，测定结果更可靠。另外，本技术提供的装置设置了PCR支架使得PCR板可以调整在水浴槽中的深度。此外，本技术还包括了温度及图片的同时记录和采集模块，能够将温度和图片一一对应起来；冷冻液滴RGB值的变化可以通过数据处理模块进行分析，从而获得相应温度对应下的具有冰核活性的分支，使得数据处理更加完善。上述装置在测定浸润核模式下冰核浓度及成冰活性时，大气样品采集后根据需求的不同进行不同的前处理，不能清洗或难于清洗的一些材料(石英膜)的膜采样样品可以直接将采样所得的膜打孔裁剪后浸润于水中，易于清洗的膜样品(如NucleporePolycarbonateHydrophilic膜)也可直接形成悬浮水溶液后利用分液器吸取溶液形成相应体积的液滴。将形成的液滴盛放在PCR板独立的孔中，封上封口胶；将处理后的PCR板盛放在水浴槽内的PCR支架上，使得PCR板上每一个离心管都浸没在冷凝液中。利用温度控制模块和图片采集模块，设定降温的限制温度(-40℃-200℃)，并控制降温速度，用图像采集模块设定图像采集的速率，然后进行降温冷却。一次实验采集到的图片被输入数据处理模块中进行处理，通过判断连续照片之间每个液滴RGB之间的差异来判断液滴是否结冰。为了将测定结果换算成大气中的冰核浓度NINP(T)，可采用如下公式进行计算：其中，NINP(T)是冰核浓度与温度之间的关系，fice是相应温度下对应的结冰的液滴占总液滴的数量，Vsample是均匀分配到各个液滴中的采样气体的体积量。本技术用水浴槽代替了现有传统的冷热台台面，既增加了样品可放置的面积又可提供200℃～-40℃的温度范围，水浴槽的样品可存放面积为23cm*14cm,为PCR板提供了使用条件，而PCR板上每个离心管内可放置约为300μl的液滴，大大增大了可测定液滴的体积，降低了分液的难度，减少了由于液滴定量不准而产生的误差。本技术还设计放置了PCR支架，使得PCR板可以独立地放置于水浴槽内，并可通过旋钮调节其在水浴槽内的深度。其次，本技术解决在冷冻过程中液滴之间的相互影响和蒸发的问题，具体通过利用PCR板进行液滴的盛放并在上部进行封口处理，使得每个液滴在单独的空间里进行降温，避免了液滴之间的相互影响。而对于单次同时测定液滴数量少的问题，本技术在固定PCR板面积的情况下，尽可能合理的利用面积，实现96个液滴的同时盛放。对于很多采集在膜上的难洗脱的固态颗粒物样品，现有的冷热台测定技术必须要将膜进行洗脱后生成液滴再测量，但洗脱不完全可能导致测量结果偏低；而本技术中，PCR板可放置样品的空间比较大，样品采集后的采样膜可以直接用打孔器裁剪后放入PCR板并浸润在液体内进行测定，实现了样品的直接测量。在图像采集和数据处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的离线检测装置，包括：分液器、PCR板、PCR支架、水浴槽、电脑、镜头和CCD相机；PCR板由多个小离心管连接而成，每个离心管里面可独立盛放液体，每个PCR板只使用一次使得液体存在环境保持干净；水浴槽内设有PCR支架用于盛放PCR板；PCR支架包括上下两层和连接上下两层的左螺杆和右螺杆；电脑中设置温度控制模块、温度记录模块、图片采集模块和数据处理模块；分液器用于移取液体到PCR板上的离心管中；PCR板置于PCR支架上，并连同PCR支架一起放在水浴槽中的冷凝液中；水浴槽、CCD相机均与电脑相连接；通过图片采集模块控制图像采集、图像存储和数据处理；通过温度控制模块使水浴槽降温；通过镜头和CCD相机对PCR板的状态进行连续拍照，图像采集模块和温度记录模块对图像和温度进行记录，再输入到数据处理模块中。

【技术特征摘要】
1.一种浸润核模式下冰核浓度及成冰活性的离线检测装置，包括：分液器、PCR板、PCR支架、水浴槽、电脑、镜头和CCD相机；PCR板由多个小离心管连接而成，每个离心管里面可独立盛放液体，每个PCR板只使用一次使得液体存在环境保持干净；水浴槽内设有PCR支架用于盛放PCR板；PCR支架包括上下两层和连接上下两层的左螺杆和右螺杆；电脑中设置温度控制模块、温度记录模块、图片采集模块和数据处理模块；分液器用于移取液体到PCR板上的离心管中；PCR板置于PCR支架上，并连同PCR支架一起放在水浴槽中的冷凝液中；水浴槽、CCD相机均与电脑相连接；通过图片采集模块控制图像采集、图像存储和数据处理；通过温度控制模块使水浴槽降温；通过镜头和CCD相机对PCR板的状态进行连续拍照，图像采集模块和温度记录模块对图像和温度进行记录，再输入到数据处理模块中。2.如权利要求1所述浸润核模式下冰核浓度及...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志军，陈洁，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京,11