一种评价室外空气中化学污染生物效应的一体化实验平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种评价室外空气中化学污染生物效应的一体化实验平台，属于空气化学污染监测领域，该装置包括气流发生系统、化学污染发生系统、动物样本测试系统和电子控制系统。该装置用于测试化学污染随空气扩散引起的生物学反应，从而为有效研究化学污染影响生物机理及动物危害程度提供实验平台，这一发明对于环境科学研究及风险管理都有重要的现实意义。
【专利说明】一种评价室外空气中化学污染生物效应的一体化实验平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种评价室外空气中化学污染生物效应的一体化实验平台，属于空气化学污染监测领域。
【背景技术】
[0002]随着化学试剂在全球范围使用数量的逐年增加，化学试剂造成的空气污染呈现出加剧的趋势，空气中化学试剂的含量达到什么程度就会对生活在大气环境中的动物(如昆虫)产生风险及危害，以及具体危害的程度如何，长期以来是困扰研究人员及政府决策部门的一个比较复杂的问题，因此，如何定量释放化学试剂、如何模拟室外气溶胶流场环境及如何有效采集并观测动物样本在评价空气中漂移的化学试剂对动物生物学影响研究及风险管理中显得尤为重要。
[0003]目前，国内外一些大学或研究机构出于研究目的，多使用一种Peet-Gradychamber或在此基础上改进的动物实验箱，这些装置是静态动物中毒阈值测试的理想平台，但作为动态、模拟室外环境中动物反应的平台时，会出现流场不均、可对比性差等缺点，如《一种小动物气体实验箱》(专利申请号码为200620136476.9)及《动物实验箱》(专利申请号码为200920154593.1)，这些装置的尝试，促进了研究动物生物学效应特征及机理的发展，但是这些装置都有其相应的不足，比较突出的问题是，化学污染在箱内分布不均匀，采集的样品代表性差，不适用于模拟室外化学污染环境改变时动物生物学样本采集及后续研究。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于通过开发一种接近于真实室外环境的化学污染生物效应实验平台，用于测试化学污染随空气扩散引起的生物学反应，从而为有效研究化学污染影响生物机理及危害程度提供实验样本，这一发明对于环境科学研究及风险管理都有重要的现实意义。
[0005]该装置包括气流发生系统、化学污染发生系统、动物样本测试系统24和电子控制系统，气流发生系统在电子控制系统的控制下，产生不同风力条件的稳定气流，气流输送由化学污染发生系统分散出的气溶胶，动物样本测试系统中动物通过自主呼吸吸收气溶胶；动物样本测试系统24固定在圆形风筒22内雾化器20与导风管固定管箍27之间；
[0006]a.气流发生系统包括调速风机1、机架7、风向调节装置13、圆形风筒22、导风管25、过滤器26 ;机架7的上部固定有调速风机1、风向调节装置13，电子控制箱6位于风向调节装置13的下部，控制计算机12通过计算机固定架10固定在机架7的侧面，雾化器20固定在风向调节装置13的右侧内部，动物样本测试系统24固定在风向调节装置13的左侦牝风向调节装置13的内部固定风道组合温湿度测定传感器11，外部下侧固定室内温湿度测定传感器9，风向调节装置13的左侧出口处固定电子风速测定传感器28，导风管25通过导风管固定管箍27固定在风向导向装置13的左侧,实验废气经过过滤器26过滤后排出室夕卜，万向导向轮5和固定地轮8固定在机架7的下部；
[0007]b.化学污染发生系统包括储料器17、雾化器20、空气压力调节器a41、储气压力罐b50、空气压力调节器b51、静音空气压缩机53 ;空气压力调节器a41和空气压力调节器b51通过空气管路c52与静音空气压缩机53相连，储气压力罐b50与空气压力调节器b51相连，在储气压力罐b50上固定压力显示表49，在储气压力罐b50的另外一端与空气流量调节阀b48的进气口相连，空气流量调节阀b48的出气口与电磁阀47的进气口相连，电磁阀47的出气口与空气流量显示器46的进气口相连，空气流量显示器46的出气口通过管路b40与空气接头36相连，空气接头36与不锈钢导气管19通过接头31与雾化器20连接，储气压力罐a42与空气压力调节器a41相连，在储气压力罐a42上固定压力显示表43，在储气压力罐a42的另外一端与空气流量调节阀a44的进气口相连，空气流量调节阀a44的出气口与电磁阀45的进气口相连，电磁阀45的出气口通过管路a34与储料器17的进口相连，储料器17通过固定支架固定在支撑架18上，储料器17的出料口通过微细管路35与管接头a38相连，微细管路35穿过固管器39后与雾化喷头管接头55连接。
[0008]动物样本测试系统包括固定外桶壁56、筛网不锈钢丝57、样品窗口 58、窗口固定锁59、样品窗口铰链60、前筛网61和后筛网62,结构如图3、图4、图5所示。前筛网61和后筛网62通过焊接连接在固定外桶壁56上，样品窗口 58通过两个样品窗口铰链60与筛网不锈钢钢丝57铰接在一起可以自由转动，动物样品通过测试窗口 58放入动物样本测试系统中，通过窗口固定锁59将样品窗口 58与前筛网61固定在一起，前筛网61的中部开有一个方口 63便于测试样品放入。
[0009]电子控制系统包括室内温湿度测定传感器9、风道组合温湿度传感器11、控制计算机12、风速测定传感器28、信号转换控制模块65，线路连接如图5所示。电磁阀45、电磁阀47、风速测定传感器28、风道组合温湿度传感器11和室内温湿度测定传感器9都与信号转换控制模块65连接，信号转换控制模块65与控制计算机12连接，控制计算机12与打印机67连接，控制计算机12与电机调速器66连接，电机调速器66与风机电机3连接。
[0010]该装置可以在不同的测试场所之间进行移动，操作者通过安装在机架下部的四个地轮进行操作，其中两个是万向轮5，两个是固定轮8，这样操作人员可以方便地进行转弯和直线移动。
[0011]通过改变储料器内化学试剂的用量和增加喷头雾化的速度，实现单位体积内化学污染发生量的变化。
[0012]本发明采用的技术方案如下:空气经加压风机加压后进入气流发生系统的长方形风道内，经过长距离的调制后风速基本趋于稳定，风速稳定后的气流在储存风箱内进行聚集，风箱的一侧中央开有一个圆形的出风口，加压的空气经过该出风口，在一段长圆管内形成流场及速度都恒定的空气流，相关动物样本测试即可在该风道的出口处完成。待测试化学污染发生系统放在圆形风道的入口处，经过加压雾化的气溶胶在稳定风速气流的作用下随空气流运动，通过出风口位置的动物样本测试系统中动物自主呼吸完成室外环境不同测试条件下的样本采集实验。
[0013]本发明的有益效果是:(I)将气流发生系统、化学污染发生系统和动物样本测试系统集成在一起、可移动；(2)模拟室外测试环境,采集不同测试条件下的动物样本,并进行科学测试及比对；(3)测试效率提高30-50%，测试精度提高40-60%，节省劳动力50%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1买验平台主视图
[0015]图2化学污染发生系统构成图
[0016]图3动物样本测试系统正视图
[0017]图4测试组合装置前筛网图
[0018]图5测试组合装置剖视图
[0019]图6电子控制系统联接线路图
[0020]其中:1、调速风机，2、风机防护网罩，3、风机电机，4、风机固定座，5、万向导向轮，6、电子控制箱，7、机架，8、固定地轮，9、室内温湿度测定传感器，10、计算机固定架，11、组合温湿度测定传感器，12、控制计算机，13、风向调节装置，14、有机玻璃顶盖，15、观察孔盖，
16、观察孔盖固定螺母，17、储料器，18、支撑架，19、不锈钢导气管，20、雾化器，21、雾化气溶胶，22、圆形风筒，23、风筒取样盖，24、动物样本测试系统，25、导风管，26、过滤器，27、导风管固定管箍，28、风速测定传感器，29、风机固定连接架，30、排风筒，31、接头，32、储料器支撑架，33、储料器密封盖，34、管路a，35、微细管路，36、空气接头，37、密封固定螺母，38、管接头a，39、固管器，40、管路b，41、空气压力调节器a，42、储气压力罐a，43、压力显示表，44、空气流量调节阀a，45、电磁阀a，46、空气流量显示器，47、电磁阀b，48、空气流量调节阀b，49、压力显示表，50、储气压力罐b，51、空气压力调节器b，52、管路C，53、静音空气压缩机，54、管路d，55、管接头b，56、固定外桶壁，57、筛网不锈钢丝，58、样品窗口，59、窗口固定锁，60、样品窗口铰链，61、前筛网,62、后筛网,63、进样方口，64、模块电源,65、信号转换控制模块，66、电机调速器，67、打印机。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，给出化学试剂在不同稀释倍率测试条件下的昆虫死亡率实例，具体实施步骤如下:
[0022]1.事先将捕捉的30只苍蝇通过样品测试窗口 58放入动物样本测试系统24，将动物样本测试系统24通过风筒取样盖23垂直放入圆形风筒22内；
[0023]2.通过调速风机1，将空气加压后送入气流发生系统的长方形风道内，经过长距离的调制后风速基本趋于稳定，稳定后的风流通过风箱一侧中央的出风口，在圆形风筒22内形成4m/s的稳定空气流；
[0024]3.将除料器17中的加水稀释后的化学试剂经空气加压分散喷入圆形风筒22内，试剂稀释倍率1: 10;
[0025]4.开启化学污染发生系统，化学试剂喷洒2min时，调低风速到3m/s，化学试剂喷洒4min时，再次调低风速到2m/s，停止化学污染发生系统，关闭调速风机I ;
[0026]5.取出动物样本测试系统24，打开窗口固定锁59，倒出样品，统计苍蝇反应情况，死亡11只，未死亡但爬行很慢13只，尚能快速爬行6只，死亡率33.67% ；
[0027]6.在动物样本测试系统24中重新装入30只正常活动的苍蝇，将将动物样本测试系统24通过风筒取样盖23垂直放入圆形风筒22内；
[0028]7.通过调速风机1，将空气加压后送入气流发生系统的长方形风道内，经过长距离的调制后风速基本趋于稳定，稳定后的风流通过风箱一侧中央的出风口，在圆形风筒22内形成4m/s的稳定空气流；
[0029]8.将除料器17中的加水稀释后的化学试剂经空气加压分散喷入圆形风筒22内，试剂稀释倍率1: 15;
[0030]9.开启化学污染发生系统，化学试剂喷洒2min时，调低风速到3m/s，化学试剂喷洒4min时，再次调低风速到2m/s，停止化学污染发生系统，关闭调速风机I ;
[0031]10.取出动物样本测试系统24，打开窗口固定锁59，倒出样品，统计苍蝇反应情况，死亡7只，未死亡但爬行很慢15只，尚能快速爬行8只，死亡率23.33%。
[0032]通过改变化学试剂的稀释倍率，模拟室外环境风速改变时，动物样品死亡率的变化情况，弥补了以往风速流场不均匀，动物样品代表性差的不足；通过实时调整风速，弥补了以往动物实验箱静态测试的不足。
【权利要求】
1.一种评价室外空气中化学污染生物效应的一体化实验平台，其特征是该装置包括气流发生系统、化学污染发生系统、动物样本测试系统(24)和电子控制系统，气流发生系统在电子控制系统的控制下，产生不同风力条件的稳定气流，气流输送由化学污染发生系统分散出的气溶胶，动物样本测试系统中动物通过自主呼吸吸收气溶胶；动物样本测试系统(24)固定在圆形风筒(22)内雾化器(20)与导风管固定管箍(27)之间； a.气流发生系统包括调速风机(I)、机架(7)、风向调节装置(13)、圆形风筒(22)、导风管(25)、过滤器(26);机架(7)的上部固定有调速风机(I)、风向调节装置(13)，电子控制箱(6)位于风向调节装置(13)的下部，控制计算机(12)通过计算机固定架(10)固定在机架(7)的侧面，雾化器(20)固定在风向调节装置(13)的右侧内部，动物样本测试系统(24)固定在风向调节装置(13)的左侧，风向调节装置(13)的内部固定风道组合温湿度测定传感器(11)，外部下侧固定室内温湿度测定传感器(9)，风向调节装置(13)的左侧出口处固定电子风速测定传感器(28)，导风管(25)通过导风管固定管箍(27)固定在风向导向装置(13)的左侧，实验废气经过过滤器(26)过滤后排出室外，万向导向轮(5)和固定地轮(8)固定在机架(7)的下部； b.化学污染发生系统包括储料器(17)、雾化器(20)、空气压力调节器a(41)、储气压力罐b (50)、空气压力调节器b (51)、静音空气压缩机(53);空气压力调节器a(41)和空气压力调节器b (51)通过空气管路c (52)与静音空气压缩机(53)相连，储气压力罐b (50)与空气压力调节器b (51)相连，在储气压力罐b (50)上固定压力显示表(49)，在储气压力罐b(50)的另外一端与空气流量调节阀b (48)的进气口相连，空气流量调节阀b (48)的出气口与电磁阀(47)的进气口相连，电磁阀(47)的出气口与空气流量显示器(46)的进气口相连，空气流量显示器(46)的出气口通过管路b (40)与空气接头(36)相连，空气接头(36)与不锈钢导气管(19)通过接头(31)与雾化器(20)连接，储气压力罐a (42)与空气压力调节器a(41)相连，在储气压力罐a(42)上固定压力显示表(43)，在储气压力罐a(42)的另外一端与空气流量调节阀a(44)的进气口相连，空气流量调节阀a(44)的出气口与电磁阀(45)的进气口相连，电磁阀(45)的出气口通过管路a(34)与储料器(17)的进口相连，储料器(17)通过固定支架固定在支撑架(18)上，储料器(17)的出料口通过微细管路(35)与管接头a(38)相连，微细管路(35)穿过固管器(39)后与雾化喷头管接头(55)连接； c.动物样本测试系统包括固定外桶壁(56)、筛网不锈钢丝(57)、样品窗口(58)、窗口固定锁(59)、样品窗口铰链(60)、前筛网(61)和后筛网(62)，前筛网(61)和后筛网(62)通过焊接连接在固定外桶壁(56)上，样品窗口(58)通过两个样品窗口铰链￠0)与筛网不锈钢钢丝(57)铰接在一起可以自由转动，动物样品通过测试窗口(58)放入动物样本测试系统中，通过窗口固定锁(59)将样品窗口(58)与前筛网(61)固定在一起,前筛网(61)的中部开有一个方口(63)便于测试样品放入； d.电子控制系统包括室内温湿度测定传感器(9)、风道组合温湿度传感器(11)、控制计算机(12)、风速测定传感器(28)、信号转换控制模块(72);风速测定传感器(28)、风道组合温湿度测定传感器(11)和室内温湿度测定传感器(9)都与信号转换控制模块(72)连接，信号转换控制模块(72)与控制计算机(12)连接，控制计算机(12)与打印机(74)连接，控制计算机(12)与电机调速器(73)连接，电机调速器(73)与风机电机(3)连接。
【文档编号】G01N33/00GK104345122SQ201310317497
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】于军玲, 刘学虎, 龚有国, 赵静, 米浦春, 王庚, 王献, 白云, 孙超, 迟卉, 于淑梅 申请人:中国人民解放军63976部队