用于检测和识别空气中的生物气溶胶颗粒的方法和装置制造方法及图纸

在用于检测和识别空气中的生物气溶胶颗粒的方法中，通过荧光技术在ＡＴＯＦＭＳ（气溶胶微粒飞行时间质谱分析仪）中选择颗粒流中的生物气溶胶颗粒，且仅使所选的生物气溶胶颗粒电离，例如在ＭＡＬＤＩ（基质辅助的激光解吸／电离）基础上，此后检测生成的离子，并识别出生物气溶胶颗粒。生物气溶胶颗粒的选择是通过激光辐射进行的，所述激光由第一激光装置产生，其波长在生物气溶胶颗粒的特定物质中产生荧光，此后，通过荧光检测器选择生物气溶胶颗粒，然后触发第二激光装置发射光束，其波长使仅由荧光检测器选择的生物气溶胶颗粒电离。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测和识别空气中的生物气溶胶颗粒的方法和和装置。
技术介绍
这种方法及其所使用的测试装置可以从M.A.Stowers等的论文基质辅助的激光解吸/电离对在线气溶胶微粒飞行时间质谱分析的应用(Application of matrix-assisted laser desorption/ionization to on-line aerosoltime-of-flight mass spectrometry)，Rapid Commun.Mass Spectrom.14，829-833(2000)中可知。该文指出，对于“准实时生物气溶胶微粒检测”有两种选择，即利用生物分子的固有荧光性的方法、和将质谱分析应用于激光解吸产生的离子上的方法。因为生物气溶胶颗粒仅形成空气中的气溶胶颗粒总量的一小部分，所以可以使用公知的“单颗粒”荧光检测器，指示气溶胶颗粒是否是生物起源或非生物起源；然而，它们不能识别生物气溶胶颗粒。所以，上述论文描述了一种识别试验，该试验从雾化液体中的生物气溶胶颗粒开始，然后将喷雾吸入ATOFMS(气溶胶微粒飞行时间质谱分析仪)中。在ATOFMS中，在MALDI(基质辅助的激光解吸/电离)(matrix-assisted laser desorption/ionization)的基础上进行气溶胶颗粒的识别。对于这一试验，即使首先制备了气溶胶微粒，但该论文中示出的研究目的仍然针对实时基础上进行的识别。然而，按所述方式，不能令人满意地实现，因为空气中大部分含有非生物气溶胶颗粒。因此，所使用的ATOFMS检测和识别设备对生物气溶胶颗粒不很灵敏。考虑到在特定情形例如在生物战的情形下生物气溶胶颗粒的快速检测和识别是绝对需要的事实，本专利技术的目的是针对上述论文中陈述的目标，即快速的在线生物气溶胶颗粒检测和识别。快速的在线气溶胶颗粒检测和识别，不涉及生物气溶胶颗粒的检测和识别，在这方面，已经可从国际专利申请WO96/31900中得知。根据该申请，含有颗粒的气流经过ATOFMS系统。以这种方式，快速检测和识别特定的生物气溶胶颗粒是不可能的，因为，如前所述，空气中的生物气溶胶颗粒较少，且它们一在空气中散布，就必须精确地检测和识别。
技术实现思路
为了解决上述问题，在本专利技术的方法中，在ATOFMS中通过荧光技术选择颗粒流中的生物气溶胶颗粒，随后使选择的生物气溶胶颗粒电离，检测所生成的离子，从而识别生物气溶胶颗粒。对于生物气溶胶颗粒的选择，利用本身公知的特性，即，当用适当的波长照射时，特定物质比如氨基酸的存在导致产生特有的荧光。因此，通过266nm的UV激光照射色氨酸呈现出在300至400nm的波长范围的较宽荧光。而且，合格的是比如酪氨酸、NADH或核黄素的物质的荧光光谱(参见Fell等浓度、大小和激励功率作用和含有色氨酸和细菌的微粒，SPIE，vol.3533，pp.52-62)。总之，无机和大多数有机物质不表现出这一特性。为了在本专利技术的方法中利用这一特性，通过激光辐射进行生物气溶胶颗粒的选择，所述激光通过第一激光装置产生，其波长在生物气溶胶颗粒的特定物质中产生荧光，此后，通过用于检测荧光辐射的检测器选择生物气溶胶颗粒，然后触发第二激光装置发射光束，其波长使仅由荧光检测器选择的生物气溶胶颗粒电离。对于第一激光装置，最好采用连续波激光装置(cw激光装置)，而对于第二激光装置，使用脉冲激光装置，所述脉冲由荧光检测器触发。在选择生物气溶胶颗粒过程中利用气溶胶颗粒的大小也是有效的，即空气动力学尺寸。细菌和病毒的大小基本上在20μm以下的范围内。因为气溶胶颗粒以给定的速度进入ATOFMS的中央空间中，从气溶胶颗粒经过已知距离的持续时间可以确定连续的气溶胶颗粒的大小。通过使第一激光装置的激光束照射在两个具有已知相互距离的连续点上，上述持续时间因而也就是气溶胶颗粒的大小可以从气溶胶颗粒散射和检测的光确定。然而，所述点之间的距离必须小于连续颗粒的相互距离。例如，在所述点之间的距离为2.5mm，气溶胶颗粒的速度约为400m/s时，两测量值之间的持续时间约为6.25μs。为了在上述点的测量值之间获得所需的无歧义性，根据本专利技术的第一方面，第一激光装置是一种双色连续波激光装置，以266至532nm的波长工作。照射到第一点的光的波长为532nm，而照射到第二点的光的波长为266nm。后一种波长也是使生物气溶胶颗粒显示荧光。例如，第二激光装置是准分子激光装置，工作在308nm的波长下，且在正确触发之后，确保仅生物气溶胶颗粒电离。为此，如前所述，该激光装置的脉冲由荧光检测器触发。UV准分子激光的使用意味着为了使MALDI基础上的所述方法的性能成为可能，气溶胶颗粒必须具有基质(matrix)。根据本专利技术的另一方面，在吸入ATOFMS过程中或就在此之前，气溶胶颗粒通过蒸发/冷凝或升华/冷凝而具有这种基质。如果使用IR(红外)激光装置，这不是必需的。附图说明现在将在参照附图的示例性实施例基础上更详细地解释本专利技术的方法和装置，其中图1示出了本专利技术的可以使用用于检测和识别生物气溶胶颗粒的方法的装置；图2示意性地示出了ATOFMS中颗粒流穿过的一部分距离，其中示出了颗粒受到相应激光辐射的位置。具体实施例方式图1中所示的ATOFMS以剖面形式示出，即垂直于所述气溶胶颗粒流。所述气溶胶颗粒流基本上沿线2而行。气溶胶颗粒从空气中抽入到ATOFMS中，且在该装置的入口部分在高温下设有源于容易升华的物质的涂层。为此，众所周知例如使用吡啶羧酸或芥子酸。然后通过气动透镜系统、收缩喷嘴和撇离器使气溶胶颗粒成束。图2图示出气溶胶颗粒流是如何从上述入口部分的喷嘴3经300μm的出口4以及分别为400μm和300μm的撇离器开口5和6进入ATOFMS的中央空间7。这一空间被气溶胶颗粒一个接一个地以特定的相互距离连续穿过。在本示例中，气溶胶颗粒进入ATOFMS的中央空间的速度约为400m/s。需穿过的相应空间中的压力分别为1、10-3和10-6毫巴。在所述中央空间7中，气溶胶颗粒流首先受到第一激光装置8的照射。在图1中，这是DPSS(二极管泵激式固态)激光器，它是双色连续波激光器这一特定类型。这种激光装置8将波长为532nm的光束发送到空间7，即在点9处，以及将波长为266nm的光束发送到点10的位置处(见图2)。两种波长的光被分色镜11和12偏转。点9沿线2的方向的宽度约为50μm，且在与线2垂直的平面内该点的直径约为150μm。气溶胶颗粒暴露的时间约为125ns。点10沿线2的方向的宽度约为500μm，在与线2相垂直的平面内该点的直径约为150μm。在点9上暴露的气溶胶颗粒使所述光散射，而在点10上气溶胶颗粒使所述光散射并发射荧光辐射，只要气溶胶颗粒是生物起源。气溶胶颗粒散射的光线由检测器13和14检测。为此，这些检测器设有光电倍增管。检测器13直接检测从点9散射的光线。经半透反射镜15，检测器14检测从点10散射的光线，而荧光辐射由该反射镜传递到荧光检测器16。因为反射镜15总是传递一小部分266nm的散射辐射，所以荧光检测器16包含在入口的通带滤光器17，该滤光器将这一波长进一步过滤掉，但传递在300至500nm范围内的荧光辐射。点10沿线2的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测和识别空气中的生物气溶胶颗粒的方法，其中在ＡＴＯＦＭＳ（气溶胶微粒飞行时间质谱分析仪）中，通过荧光技术选择颗粒流中的生物气溶胶颗粒，且仅使所选的生物气溶胶颗粒被电离，此后接着检测生成的离子，并识别出生物气溶胶颗粒。

【技术特征摘要】
NL 2000-12-15 10168871.一种用于检测和识别空气中的生物气溶胶颗粒的方法，其中在ATOFMS(气溶胶微粒飞行时间质谱分析仪)中，通过荧光技术选择颗粒流中的生物气溶胶颗粒，且仅使所选的生物气溶胶颗粒被电离，此后接着检测生成的离子，并识别出生物气溶胶颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生物气溶胶颗粒的选择是通过激光辐射进行的，所述激光辐射由第一激光装置产生，其波长在生物气溶胶颗粒的特定物质中产生荧光，此后，通过荧光检测器选择生物气溶胶颗粒，然后触发第二激光装置发射光束，该光束的波长使仅由荧光检测器选择的生物气溶胶颗粒电离。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在吸入ATOFMS过程中或就在此之前，气溶胶颗粒通过蒸发/冷凝或升华/冷凝而具有基质，此后，所选择的生物气溶胶颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔安东尼斯托尔斯，阿尔然劳伦斯威克黑兹，约翰尼斯科内利斯马里亚玛丽吉尼森，查尔斯伊丽莎金茨，
申请(专利权)人：荷兰应用科学研究会TNO，代尔夫特技术大学，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]