一种大气颗粒混合物的静电分级装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种大气颗粒混合物的静电分级装置，包括直流高压电源及其正负输出电极、静电电泳筛分槽和液体介质，其中，所述静电电泳筛分槽内盛放液体介质；直流高压电源的正负输出电极平行对称设置在静电电泳筛分槽的两端；直流高压电源通过输出电缆与正负输出电极连接，在静电电泳筛分槽中形成平行高压电场。将大气颗粒物放置于所述液体介质中，在静电场力的作用下，具有不同电迁移率的颗粒物移动的速率不同，从而在一定时间内实现大气颗粒物的静电电泳筛分。本实用新型专利技术可广泛用于大气环境中颗粒物(包括细菌、真菌、花粉以及病毒等)的分离分类、提纯，特别对研究大气颗粒物的分布、来源、毒性等具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种大气颗粒混合物的静电分级装置
本技术涉及大气颗粒混合物的分级分离技术，特别涉及一种按照不同颗粒在液体介质中的电迁移率不同而对大气颗粒混合物实现快速分离的静电分级装置。
技术介绍
空气污染成为当今世界首要的环境问题，特别是大气颗粒物的污染。根据报道，颗粒物的暴露导致每年几百万人的过早死亡。大气颗粒物的组分非常复杂，包括生物与化学成分，如细菌、真菌、病毒、花粉等生物颗粒以及硫酸盐、硝酸盐、铵盐等非生物颗粒。在众多的颗粒物成分中，存在诸多对人体有危害的颗粒物，但在实际操作中常常是采集到一起，却没有将不同的颗粒物有效分开。在研究颗粒物的毒性以及健康效应的过程中无法识别关键的毒性成分，从而不能更好保护人群健康。同时，在分析灰霾形成过程的研究中，对不同粒径段的颗粒物组分和毒性识别不完善，从而对关键机制了解不够，缺乏对污染过程中不同性质颗粒粒径的分布信息，影响大气污染的精准控制。对于空气中的生物颗粒物，过去通过利用激光诱导生物荧光的方法，获取了生物颗粒物实时的粒径分布信息，但由于该方法的局限性，不能够识别不同粒径的生物信息，即不能够识别生物物种。此外，该方法不能区分生物与化学的荧光，从而导致大量的假阳性。同时，大气样品成分复杂，对常用的生物检测方法的灵敏度和检测效率有较大的影响，样品纯化存在极大的挑战。而对于大气颗粒物整体而言，基于光学的方法，可以实时获得大气中的颗粒物的粒径信息，有的仪器设备可以检测到1纳米。同样，这些设备不能够识别这些不同粒径的颗粒物的信息，如生物颗粒、非生物颗粒物。通过利用颗粒物的惯性，一些仪器设备如Andersen采样器、NanoMOUDI可以将大气中的颗粒物按照颗粒的粒径分别采集，可以分到10纳米的颗粒物，但是这些仪器设备将颗粒物分离的粒径段非常有限，而且由于这些方法均需要非常大的动力来采集颗粒物，单位时间内采集到的颗粒物质量非常有限，而且在提取颗粒物的效率方面均存在挑战，从而影响后续的相关研究。例如，对于这些仪器设备，均需要从滤膜上进一步提取颗粒物，在提取过程，不但效率是个问题，而且颗粒物成分也可能发生变化，从而影响后面的研究。过去，有研究利用颗粒物的电迁移率的不同和静电场对大气中的颗粒物按照它们的电迁移率进行了分级，如商业化的DMA(DifferentialMobilityAnalyzer)。同时，也有研究结合DMA和滤膜对按照DMA分级的颗粒物进行的滤膜采集，但由于颗粒物带相对较少的电荷，采集流量受到很大的限制，采集到的颗粒物量非常有限，从而影响后续的颗粒物检测与分析。此外，这些仪器设备对大气中颗粒物的分级也非常有限，对于一些小分子分级受到极大的挑战。同时，不同采集方法实现了对大气颗粒物的快速采集与浓缩，从而可以在短时间内获得大量的颗粒物。也有研究利用矿物油结合大流量采集，将空气中的颗粒物快速浓缩。在生物领域，凝胶电泳的方法被大量的研究利用，利用含有不同碱基对的DNA在电场中迁移的速率的不同，从而实现对它们的有效分离，已经在生物领域被广泛使用。研究揭示，大气中的颗粒物携带不同的电荷。例如，过去研究发现，室内外空气中的细菌携带约10多个基本单位电荷。因此，通过结合利用生物领域凝胶电泳的方法与空气颗粒物的高倍浓缩富集，从而获得一种可实现对采集到的大气中颗粒物按照电迁移率(一般和颗粒的粒径成反比)不同的快速分离(几分钟内)，进而对颗粒物分类富集、纯化，提升检测效果。
技术实现思路
本技术旨在利用生物领域的电泳的方法，利用大气颗粒物的不同电迁移率而实现快速分离的大气颗粒混合物静电分级装置，主要是通过将大气颗粒物放置于矿物油或其它液体介质(颗粒物在其中可以移动的介质)中，在静电场力的作用下，具有不同电迁移率的颗粒物在同一电场中迁移的速率不同，从而在单位时间内将大气颗粒物混合体中的各种颗粒物快速分开的方法，可以广泛用于大气环境中颗粒物(包括细菌、真菌、花粉以及病毒等)的分离分类、样品的分离提纯、大气颗粒物的粒径分布、不同粒径颗粒的分离提取以及不同蛋白分子、化学分子等的分离提纯等，特别对研究大气颗粒物的分布、来源、毒性等具有重要意义。本技术的主要技术原理如公式(1)所示：大气颗粒物均带一定的电荷，通过大流量采样器或其它方法浓缩富集空气中的颗粒物，然后将采集到的颗粒物置于有一定粘度的液体介质中，液体介质中的颗粒物在静电场的作用下，由于不同颗粒的电迁移率不同，从而在液体介质中移动的速度不同，在单位时间内，不同电迁移率的颗粒物的运动的距离不同，从而在两个电极之间分开。在两个正负电极不同的地方具有同样电迁移率的颗粒物被富集。由于颗粒物的电迁移率不具有连续性，颗粒物因而在两电极之间被分段富集。通过利用移液枪，在两极直接不同的地方(代表不同的电迁移率)吸取获得被分离的颗粒物(可能是细菌、真菌、病毒和花粉或者其它非生物颗粒)。该方法利用大气颗粒物的电迁移率的不同，结合利用静电场和液体媒介将大气颗粒物有效分离，可分离提纯纳米级至毫米级颗粒。该方法可以广泛用于大气环境中颗粒物(包括细菌、真菌、花粉以及病毒等)的分离分类、样品的分离提纯、大气颗粒物的粒径分布、不同粒径颗粒的分离提取以及不同蛋白分子、化学分子等的分离提纯等，对研究大气颗粒物的分布、来源、毒性等具有重要意义。该方法对大气中不同粒径颗粒物的研究提供前所未有的研究手段。μd＝Vd/E(1)其中μd是颗粒物的电迁移率，Vd是颗粒物的迁移速度，E是静电场强度。对于大于介质分子的平均自由程的球形颗粒物，颗粒物的电迁移率和颗粒物的直径成反比；而对于小于介质分子的平均自由程的球形颗粒物，颗粒物的电迁移率和颗粒物的直径的平方成反比。为了实现采集后大气颗粒混合物的快速筛分，本技术采用如下技术方案(参见图1)：一种大气颗粒混合物的静电分级装置，其特征在于，包括直流高压电源、直流高压电源的正负输出电极、静电电泳筛分槽和液体介质，其中，所述静电电泳筛分槽内盛放液体介质；直流高压电源的正负输出电极平行对称设置在静电电泳筛分槽的两端；直流高压电源通过输出电缆与正负输出电极连接，在静电电泳筛分槽中形成平行高压电场。优选的，所述静电电泳筛分槽为矩形槽，其长边与平行高压电场方向平行。在本技术的一个实施例中，所述静电电泳筛分槽为内部空间长60mm，宽20mm，高4mm的矩形槽。进一步的，所述静电分级装置还包括电泳筛分槽支撑框架，静电电泳筛分槽水平放置于电泳筛分槽支撑框架内部，所述直流高压电源的正负输出电极为长条形，平行对称粘贴在电泳筛分槽支撑框架两端的外壁上。进一步的，所述电泳筛分槽支撑框架内还设置了位移标尺，该位移标尺平行于高压电场方向，通常紧贴在电泳筛分槽支撑框架内侧。本技术的大气颗粒混合物的静电分级装置还可以包括用于观察大气颗粒物分离过程的光学系统，所述光学系统包括外接的显微镜和/或CCD摄像机，用于记录大气颗粒物电泳的整个过程。所述直流高压电源优选为可以提供0.001-20kV输出电压的可调直流电源，可以调节输出电压的大小，用来精细调控颗粒物的分级和分离的时间。所述直流高压电源施加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气颗粒混合物的静电分级装置，其特征在于，包括直流高压电源、直流高压电源的正负输出电极、静电电泳筛分槽和液体介质，其中，所述静电电泳筛分槽内盛放液体介质；直流高压电源的正负输出电极平行对称设置在静电电泳筛分槽的两端；直流高压电源通过输出电缆与正负输出电极连接，在静电电泳筛分槽中形成平行高压电场。/n

【技术特征摘要】
1.一种大气颗粒混合物的静电分级装置，其特征在于，包括直流高压电源、直流高压电源的正负输出电极、静电电泳筛分槽和液体介质，其中，所述静电电泳筛分槽内盛放液体介质；直流高压电源的正负输出电极平行对称设置在静电电泳筛分槽的两端；直流高压电源通过输出电缆与正负输出电极连接，在静电电泳筛分槽中形成平行高压电场。


2.如权利要求1所述的静电分级装置，其特征在于，所述静电电泳筛分槽为矩形槽，其长边与平行高压电场方向平行。


3.如权利要求1所述的静电分级装置，其特征在于，所述静电分级装置还包括电泳筛分槽支撑框架，静电电泳筛分槽水平放置于电泳筛分槽支撑框架内部，所述直流高压电源的正负输出电极为长条形，平行对称粘贴在电泳筛分槽支撑框架两端的外壁上。


4.如权利要求3所述的静电分级装置，其特征在于，所述电泳筛分槽支撑框架内设置有位移标尺，...

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