一种大流量空气采样器制造技术

一种大流量空气采样器，其特征是，包括采集管道、加湿管路、风机、高压直流电源、集液槽、旋流管和补液瓶；采集管道上部为圆柱筒，外侧管壁和中心分别设置与高压直流电源连接的圆筒形电极和柱型电极，顶部接风机；下部为倒置圆台筒，底部设置气液隔板，并连接集液槽；空气从加湿管路一端进入，再通入采集管道上部；集液槽与旋流管连接，旋流管底部设出样口，顶部设溢流口；补液瓶引出管路与旋流管溢流口、加湿管路通过三通连接，从补液瓶或者溢流口流出的采集液体被输送至加湿管路。本实用新型专利技术采用湿壁气旋式采样法，结合静电场采样，附加旋流富集，实现了对生物颗粒物的大流量高效采集，可广泛应用于环境生物气溶胶的采样。

【技术实现步骤摘要】
一种大流量空气采样器
本技术涉及一种空气采样器，尤其是一种静电场与重力离心增强的湿壁旋风式的气溶胶采样器，实现空气中颗粒的高倍浓缩富集，可以广泛应用于室内外环境空气中颗粒物的采集检测，特别是生物气溶胶的快速采集与检测。
技术介绍
近年来我国空气污染加剧，严重危害居民健康。空气中既有化学污染物，也存在大量的生物气溶胶，如细菌、病毒、真菌颗粒等。研究表明诸多健康问题都与空气污染物，尤其是与生物气溶胶的暴露有关，如呼吸系统感染、过敏等。生物气溶胶的产生、扩散、传播更容易导致大规模传染病疫情的爆发，比如2003年SARS，2009年H1N1，2015年MERS等。因此对各种环境中生物气溶胶监测的重要性不言而喻，而其中至关重要的第一步就是高效快速地采集空气样品。目前市面上生物气溶胶采样器主要有基于固体撞击原理的Anderson采样器、基于液体撞击原理的Biosampler(SKC)采样器以及基于气旋离心原理的BertinCoriolis采样器。Anderson采样器将空气样品采集到固体培养基上，流量为28.3L/min，是国际标准的生物气溶胶采集方法，但其撞击速度大，会对微生物产生撞击损伤而导致失去可培养性；Biosampler采样器是空气样品采集液体介质中，流量为12.5L/min，采样流量过低，难以发展应用于环境空气的快速检测；BertinCoriolis采样器将空气样品采集到液体介质中，流量为100-300L/min，但其二次气溶胶化问题严重，造成大量的样品损失而导致对样品定量产生较大的偏差。近年来PCR、ELISA、LAMP等分子生物学技术的发展为检测生物气溶胶样品提供了强有力的工具，不但显著降低可检测最小浓度，极大提高检测效率，而且大大缩短检测时间。生物传感器技术(如硅纳米线场效应晶体管)甚至可以将生物信号无延迟转化为电信号，从而实现生物气溶胶的实时在线监测。为高效利用这些技术进行生物气溶胶快速检测，快速高效地将空气样品采集并转入到液体介质中至关重要。
技术实现思路
本技术旨在提供一种基于湿壁气旋离心原理，使用静电场增强采集效率，并附加离心浓缩富集的大流量(约800L/min)的空气颗粒采样器，实现对空气中生物气溶胶颗粒的高效采集、浓缩和自动输送，以便于后续分析检测。本技术的技术方案如下(参见图1和图2)：一种大流量空气采样器，包括采集管道、加湿管路、风机、高压直流电源、集液槽、旋流管和补液瓶，其中，所述采集管道由上部的圆柱筒和下部倒置的圆台筒连接而成；采集管道的顶部通过一弯头连接风机；在采集管道的圆柱筒外侧管壁和中心分别设置圆筒形电极和柱型电极，分别与高压直流电源的正、负极连接；采集管道倒置圆台筒的底部连接集液槽，二者之间设置气液隔板；所述加湿管路一端为空气进口，另一端连通采集管道上部；集液槽通过一循环泵与旋流管连接，旋流管的底部设出样口，顶部设溢流口；补液瓶出口接一补液泵，并引出管路与旋流管溢流口以及加湿管路通过三通连接，从补液瓶或者溢流口流出的采集液体(无菌水或者其他液体介质)被输送至加湿管路。上述大流量空气采样器是一种静电场与重力离心增强的湿壁气旋式空气采样器，其主要技术原理是：在圆筒形电极和柱型电极分别与高压直流电源的正负极连接，而形成圆柱形空间内由中心向外壁发散的静电场。风机驱动含有颗粒物的空气(气溶胶)进入加湿管路，气溶胶与水雾混合后进入到旋风分离管(即采集管道)，沿其外壁由上向下作螺旋形旋转运动(外涡旋)，涡旋到达椎体底部后，转而沿轴心向上旋转(内涡旋)，最后从顶部排出。气溶胶作旋转运动时，颗粒和水雾受到惯性离心力作用，自身带有电荷的颗粒物(多数生物颗粒物带有负电荷)同时受到静电场产生的电场力作用而向外壁移动；到达外壁后，颗粒与液体在气流和重力的共同作用下，沿壁面流入到集液槽中。内涡旋气流经过静电场时，未被采集到的颗粒在电场力的作用下向外壁运动重新进入到外涡旋中，从而进行二次捕集过程。集液槽中的样品溶液经循环泵输送至旋流管进行旋流富集，旋流管为一微型的水力旋流器，颗粒物通过离心沉降作用而富集于底部，样品溶液输出后用于检测分析；澄清的液体从上部溢流口经管路回流至加湿管路，循环用于采样。本技术的大流量空气采样器还包括电路控制模块和工作电源。电路控制模块可以是单片机，用于调节风机转速、静电场的电场强度，以及对各种泵的流量进行调节控制。所述工作电源为直流电源，既可以是交流电源转换器，也可以是可充电电池，或者二者结合。所述采集管道为一圆柱筒和圆台筒相接，顶部为一弯头。采集管道为绝缘材质，以疏水材料聚四氟乙烯为最佳。在具体实施时，采集管道的圆柱筒部分的高度优选为200±100mm，200mm为最佳；内径优选为75±50mm，50mm为最佳。采集管道的圆台筒部分高度优选为100±50mm，50mm为最佳；底部直径优选为20±10mm，20mm为最佳。采集管道底部的弯头根据风机的直径的差异，可以采用等径弯头或不等径弯头。在本技术的一些实施例中采用不等径弯头以连接较大直径的风机，弯头底部直径为50±10mm，50mm为最佳，顶部直径为75±25mm，75mm为最佳。位于采集管道中心的柱型电极为实心导电材料，通常从采集管道顶部固定一直延伸到圆柱筒底部，其长度优选为300±150mm，300mm为最佳，直径优选为4±2mm，4mm为最佳。所述圆筒形电极为导电材料，通过绝缘胶水粘在采集管道圆柱筒外壁上，内径等于采集管道圆柱筒的外径，高度优选为150±75mm，150mm为最佳。所述高压直流电源为微型高压直流电源，用于产生高压静电场，优选的可调节电压范围为1-20kV。所述气液隔板为一圆形隔板，材质为绝缘材料，疏水的聚四氟乙烯为最佳，直径略小于采集管道圆台筒的底部直径，采集管道内壁上的颗粒物通过气液隔板与内壁的缝隙流入到集液槽中，隔板的存在隔离了两相气流与集液槽中的样品溶液，有效地避免了二次气溶胶化而造成的样品损失，从而提高了采集效率。所述加湿管路连接采集管道上部，与采集管道横切面圆相切连接。优选的，加湿管路为一文丘里管，材质可以为金属、塑料等，以疏水材料聚四氟乙烯为最佳。其管径先收缩再扩大，在喉道部分打孔接入采集液体输送管，因喉道处气体流速大压强小，旋流管溢流的液体可以自动被吸入加湿管路中。该文丘里管入口与出口直径优选为20±10mm，20mm为最佳；喉道直径优选为10±5mm，10mm为最佳。所述风机为微型大风量风机，优选的，其直径为100±50mm，额定电压为5～24V，额定电流为0.3～6A，风量为30～300CFM，最佳为直径75cm，额定电压12V，额定电流3A，风量200CFM。所述旋流管为一微型水力旋流器，优选的，其直径为20±10mm，其中以20mm为最佳，其水轮转速为每分钟5000±3000转，其中每分钟5000转为最佳。所述补液瓶及其瓶盖(塞)为实验用无菌级别用品或可灭菌容器，如玻璃瓶，使用前经灭菌处理。所述循环泵为微型压力水泵，流量范围为10-100mL/min；所述补液泵优选为精密可调速型蠕动泵，流量范围为10-100mL/min。进一步的，所述旋流管底部连接出样泵，通过出样泵输出采集的样品。所述出样泵优选为精密可调速型蠕动泵，流量范围为10-100m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大流量空气采样器，其特征在于，包括采集管道、加湿管路、风机、高压直流电源、集液槽、旋流管和补液瓶，其中：所述采集管道由上部的圆柱筒和下部倒置的圆台筒连接而成；采集管道的顶部通过一弯头连接风机；在采集管道的圆柱筒外侧管壁和中心分别设置圆筒形电极和柱型电极，分别与高压直流电源的正、负极连接；采集管道倒置圆台筒的底部连接集液槽，二者之间设置气液隔板；所述加湿管路一端为空气进口，另一端连通采集管道上部；集液槽通过一循环泵与旋流管连接，旋流管的底部设出样口，顶部设溢流口，通过管路与补液瓶连接；补液瓶出口接一补液泵，并引出管路与旋流管溢流口以及加湿管路通过三通连接，从补液瓶或者溢流口流出的采集液体被输送至加湿管路。

【技术特征摘要】
1.一种大流量空气采样器，其特征在于，包括采集管道、加湿管路、风机、高压直流电源、集液槽、旋流管和补液瓶，其中：所述采集管道由上部的圆柱筒和下部倒置的圆台筒连接而成；采集管道的顶部通过一弯头连接风机；在采集管道的圆柱筒外侧管壁和中心分别设置圆筒形电极和柱型电极，分别与高压直流电源的正、负极连接；采集管道倒置圆台筒的底部连接集液槽，二者之间设置气液隔板；所述加湿管路一端为空气进口，另一端连通采集管道上部；集液槽通过一循环泵与旋流管连接，旋流管的底部设出样口，顶部设溢流口，通过管路与补液瓶连接；补液瓶出口接一补液泵，并引出管路与旋流管溢流口以及加湿管路通过三通连接，从补液瓶或者溢流口流出的采集液体被输送至加湿管路。2.如权利要求1所述的大流量空气采样器，其特征在于，所述大流量空气采样器还包括电路控制模块和工作电源。3.如权利要求1所述的大流量空气采样器，其特征在于，所述采集管道为绝缘材质，其圆柱筒部分的高度为200±100mm，内径为75±50mm；圆台筒部分高度为100±50mm，底部直径为20±10mm。4.如权利要求1所述的大流量空气采样器，其特征在于，所述柱型电极为实心导电材料，从采集管道...

【专利技术属性】
技术研发人员：要茂盛，陈灏轩，李心月，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京,11