一种室内空气中微生物及气体组分、颗粒物检测方法技术

本发明专利技术提供了一种空气中微生物及气体组分综合检测方法，所述方法包括：(1)对目标气体放电以使其负载电荷；(2)驱动所述目标气体通过静电吸附组件，所述静电吸附组件外侧施加有电场以对目标微生物进行吸附，所述静电吸附组件内具有金属纳米微材料；(3)沿着所述激光通路向所述静电吸附组件内发射激光；(4)探测从所述静电吸附组件出射的拉曼信号基于所述拉曼信号进行微生物检测。本发明专利技术方法具有测量灵敏度高、精度高，测量过程快速，环境适应性强，成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种室内空气中微生物及气体组分、颗粒物检测方法


[0001]本专利技术涉及环境检测领域，具体涉及一种快速高灵敏度病毒等微生物检测，高精度复合气体组份、浓度及悬浮颗粒的颗粒度、浓度的综合检测方法。

技术介绍

[0002]人类生活的环境，空气中存在各种各样的病毒等微生物如流感病毒等微生物，SARS病毒等微生物，新冠病毒等微生物(COVID
‑
19)等。室内环境空气中病毒等微生物的检测预警是十分必要的。新型冠状病毒席卷全球，全球新型冠状病毒感染累计病例1.67亿人，累计死亡病例0.035亿人，5月24日当天新增病例255104人，新增死亡病例5428人，亚洲、欧洲、北美是累计病例最多的大洲。美国、印度、巴西累计病例超过1000万人，巴西、美国、阿根廷、哥伦比亚、西班牙、伊朗5月24日当天新增数超过1万人。
[0003]随着新冠疫苗的投入，常态化监测公共场所，如机场，高铁站，会议室等场所中空气中的病毒等微生物，是当下新冠疫情防控的重点和难点。
[0004]PCR技术是目前最常见的新冠病毒等微生物筛查方法，但其存在使用环境受限，检测时间长，准确率偏低等缺点，且不能应用于室内空气环境中病毒等微生物的检测。
[0005]另外随着社会的发展，人们对于空气质量及安全性的关注度逐年提高。一方面，随着污染的加剧，各种有毒、有害气体，以及颗粒物都使得生活环境中的空气影响到人们的身体健康。因此，对于能够快速、实时、高精度的复合气体组份浓度、颗粒度的综合检测装置的需求也越来越高。

技术实现思路
<br/>[0006]本专利技术为了克服现有技术的不足，提供了一种测量灵敏度、精度高，测量过程快速，环境适应性强的空气中病毒等微生物检测装置，并且，其还能够同时对气体组分和颗粒物进行综合检测。
[0007]具体而言，本专利技术提供一种室内空气中病毒等微生物及气体组分、颗粒物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)对目标气体放电以使其负载电荷；
[0009](2)驱动所述目标气体通过静电吸附组件，所述静电吸附组件外侧施加有电场以对目标微生物进行吸附，所述静电吸附组件内具有金属纳米微材料；
[0010](3)沿着所述激光通路向所述静电吸附组件内发射激光；
[0011](4)探测从所述静电吸附组件出射的拉曼信号基于所述拉曼信号进行微生物检测。
[0012]在另一种优选实现方式中，所述强电场高于预定值，以进行微生物消杀和颗粒物处理。
[0013]在另一种优选实现方式中，所述方法还包括：在将所述激光入射至所述静电吸附组件之前，对所述激光进行滤波。
[0014]在另一种优选实现方式中，在所述吸附组件的出口处、拉曼探测组件(1.2.8)前方设置非球面长焦深滤波组件(1.2.7)，对出射的拉曼散射光进行滤波，滤除背景荧光和杂散光。
[0015]在另一种优选实现方式中，所述方法还包括采用人工智能图像分析处理技术基于拉曼信号完成病毒等微生物气溶胶的检测。
[0016]在另一种优选实现方式中，所述方法还包括，在所述静电吸附组件两侧设置多通反射组件(1.2.5)，其具有朝向所述吸附组件的至少一个反射面、所述激光对向所述多通反射组件(1.2.5)的反射面入射，以使得所述其多次照射在所述静电吸附组件上。
[0017]在另一种优选实现方式中，还包括在进行微生物检测之前或之后进行气体组分检测。
[0018]在另一种优选实现方式中，在所述静电吸附组件上游设置气泵，以通过强气流对所述静电吸附组件进行清洗，所述气体综合检测装置还包括温控消杀组件(1.3.2)，所述温控消杀组件(1.3.2)用于对所述选通富集模块进行消杀。
[0019]在另一种优选实现方式中，所述静电吸附组件由纳米金属材料，优选，纳米金属颗粒材料构成，更优选地，所述静电吸附组件包括纳米金或纳米银颗粒。
[0020]专利技术原理
[0021]本专利技术提出了可以实现对微生物进行检测的检测方法。在优选实现方式中，本专利技术既能够对气体中病毒等微生物进行检测又能对各种气体组分和颗粒物进行检测。
[0022]首先，本专利技术方法在气体行进路径上游，利用荷电装置使本身带有一定电荷的病毒等微生物气溶胶粒子重新荷电，并气体行进路径下游，在静电场作用力下将带电病毒等微生物气溶胶粒子从气流中分离出——即带电微病毒等微生物粒子进入电场后，在电场力的作用下发生偏转，从而被吸附在金属纳米微材料表面上。而其它颗粒物如PM2.5、PM10等带电量很少，受电场作用力很小，在气流作用下被吹送到选通富集模块外，从而达到选通效果，极大减小了颗粒物的荧光效应给检测带来的影响。
[0023]采用本专利技术方法，通过设计不同极板间距(mm)，荷电电压(kV)，静电场强度(kV/cm)，气流流量(L/min)，可实现对不同种类病毒等微生物气溶胶粒子的高效、高存活率收集。
[0024]然后，通过强电场组件给吸附组件中的金属纳米微材料施加强电场，使其所含自由电子数增加至少一个量级，从而使金属纳米结构表面的电场强度增强至少10倍，并采用侧/前向多通表面增强拉曼效应获得病毒等微生物气溶胶的拉曼光谱信息，结合人工智能图像分析处理技术完成病毒等微生物气溶胶的检测。
[0025]具体来说，使入射光照射到金属纳米微材料上，优选的，例如金纳米微材料上，纳米粒子中的电子在外电场的作用下振动，当入射光的频率与电子固有振动频率相等时，就会发生局域表面等离子体共振，在金属纳米结构表面形成比激发电场更强的局域增强电场。本专利技术通过给金属纳米结构施加强电场，使金属中自由电子在强电场激发下大大增加，从而使金属纳米结构表面的电场强度可以比施加电场前高一个数量级，而表面增强拉曼散射(SERS)的信号强度正比于表面增强电场的四次方。所以，本专利技术装置足够将拉曼信号再提高104倍，即信噪比提高40dB。
[0026]将采集到的拉曼光谱进行光谱预处理，采用S
‑
G卷积实现光谱平滑，采用多段低阶
多项式收敛算法实现基线对准，再采用最大归一化法进行光谱归一化。所得光谱采用主成分分析法和SVM支持向量机有监督的人工智能模式识别法，得到解构模型，从而对不同种类病毒等微生物气溶胶进行识别。具体算法公式如下：
[0027]S
‑
G卷积
[0028][0029]多项式收敛
[0030]BL(n)＝min[f(n)，S(n)]，n＝1，2，...，L，
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(2)
[0031]归一化
[0032][0033]采用主成分分析法选取数个贡献率大于1％的主成分，得到累计贡献率，再以一定数量的样本数据分别作为训练集和预测集，采用SVM有监督的人工智能模式识别法，建立解构模型，可以实现高于95％的检出率。
[0034]SVM的多项式核函数：
[0035]K(x，y)＝[(x
·
y)+1]d
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室内空气中微生物及气体组分、颗粒物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对目标气体放电以使其负载电荷；(2)驱动所述目标气体通过静电吸附组件，所述静电吸附组件外侧施加有电场以对目标微生物进行吸附，所述静电吸附组件内具有金属纳米微材料；(3)向所述静电吸附组件内发射激光；(4)探测从所述静电吸附组件出射的拉曼信号，并基于所述拉曼信号进行微生物检测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述静电吸附组件由纳米金属材料组成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述强电场高于预定值，以进行微生物消杀和颗粒物处理。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在将所述激光入射至所述静电吸附组件之前，对所述激光进行滤波。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述吸附组件的出口处、拉曼探测组件(1.2.8)前方设置非球面长焦深滤波组件(1.2.7)，对出射的拉曼散射光进行滤波，滤除背景荧光和杂散光。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，陈盛，刘洁，陈翼，张慜，
申请(专利权)人：张玉芝，
类型：发明
国别省市：