、第二聚焦透镜311、第一光电倍增管312和第二光电倍增管313，其中:
所述的富集板305的材料是熔石英，在其表面镀有荧光波段的增反膜，气溶胶样品粒子经过富集单元2被收集到富集板305上，在富集板305上形成气溶胶待测样品区域。
[0024]紫外激光器301采用紫外半导体激光器，发出的激光束的波长是375nm;紫外激光器301发出的激光经激发光聚焦镜303后，与富集板305中心法线成5度角入射到富集板305上的气溶胶待测样品区域，一部分激发光透过富集板305直接透射进入富集板305后的第二光陷阱304中，另一部分激发光经过富集板305反射到第一光陷阱302中。
[0025]生物气溶胶样品经过紫外激光的激发产生荧光，荧光收集光路布置在富集板305的法线两侧，球面镜306的球心和准直透镜307焦点均位于富集板305上的气溶胶待测样品区域，其中；
一部分荧光进入一侧布置的准直透镜307中，依次穿过荧光滤光片308和分色镜309;分色镜309的法线方向和准直透镜307的光轴成一夹角，特别当夹角为45度角时，可把收集的荧光分成空间方向互相垂直的两路荧光；经分色镜309反射的为低波段的荧光，经分色镜309透射的为高波段的荧光，本实施例中，设置所述低波段为300-450nm，所述高波段为450-600nm;两路荧光分别经过第一聚焦透镜310和第二聚焦透镜311聚焦到第一光电倍增管312和第二光电倍增管313的光敏面中，第一光电倍增管312测量得到300-450nm波段荧光值，该低波段荧光值记为第一荧光值;第二光电倍增管313测量得到450-600nm波段荧光值，该高波段荧光值记为第二荧光值;两只光电倍增管检测荧光并向结果判定单元4输出检测信号。
[0026]另一部分荧光被另一侧布置的球面镜306反射后再经富集板305反射到所述的准直透镜307中，所述的球面镜306的球心处于富集的气溶胶样品区域，其光轴和富集板305中心法线方向成30度角，其表面可镀增反膜以增加荧光波段的反射率。
[0027]作为一种实施方式，粒子计数单元I采用商品化的激光尘埃粒子计数传感器，该传感器通过光散射测量技术可实现多粒径档的粒子计数。
[0028]作为一种实施方式，富集单元2采用撞击式冲击器，将经过粒子计数的气溶胶样品收集到富集板305上，撞击式冲击器的切割粒径为0.5μπι，可富集几乎所有微生物粒径段的粒子;也可以根据实际需要采用虚拟冲击器。
[0029]利用所述的生物气溶胶光学检测系统对生物气溶胶进行实时检测，工作流程如图3所示:
1.设置本底测量值
(I)将所述的生物气溶胶光学检测系统置于正常空气的目标环境中，一般正常空气中生物气溶胶粒子浓度较低，可适当借助灭菌措施确保目标环境中的生物气溶胶粒子处于较低浓度；
(2 )启动系统，各单元进入工作状态，待仪器稳定工作后，开始采集本底测量值；
(3)连续测量采集5个周期的第一荧光值，计算出这5个值的平均值Fla，取aXFla作为第一荧光本底值Flb;以相同的方法通过测量第二荧光值得到第二荧光本底值F2b;其中，a为预设的大于I的无量纲常数。
[0030]2.设置焚光参考比值
设置荧光参考比值Sr，其取值方法如下:Sr高于绝大部分生物气溶胶粒子的第一荧光值与第二荧光值的比值，同时Sr低于伪生物气溶胶荧光粒子的第一荧光值与第二荧光值的比值。
[0031]如图4a为大肠杆菌的荧光光谱图，图4b为聚酯纤维的荧光光谱图，从这两幅典型样品光谱图可以看出生物气溶胶和伪生物气溶胶的第一荧光值和第二荧光值的比值有明显的差别。
[0032]3.检测并判断目标环境的生物气溶胶状况
(1)启动所述的生物气溶胶光学检测系统，每个周期均能得到一组测量值，设第X个周期分别得到粒子浓度值Nx、第一荧光值Flx以及第二荧光值F2x;
(2)所述的结果判定单元依次判断第一荧光值Flx和第二荧光值F2x，如Flx>Flb且F2x>F2b，执行下述工作过程(3)，否则不报警并直接执行下述工作过程(4);
(3)以第x-1个周期的粒子浓度值作为粒子浓度本底值Nb，如Nx>cXNb且Flx/F2x<Sr，则表明生物气溶胶粒子浓度显著升高，系统报警；否则不报警;c为根据实际需要预设的大于I的无量纲常数，此处可设定为1.5;
(4)重复步骤三①开始下一周期。
[0033]应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非【具体实施方式】的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种生物气溶胶光学检测系统，包括富集单元(2)和荧光检测单元(3)，所述荧光检测单元(3)包括富集板(305);所述富集单元(2)将气溶胶粒子收集到所述富集板(305)上形成多气溶胶粒子的待测样品，荧光检测单元(3)对所述待测样品进行荧光检测；其特征在于: 所述检测系统还包括粒子计数单元(I)和结果判定单元(4);所述粒子计数单元(I)连接富集单元(2)，气溶胶粒子在粒子计数单元(I)中计数后进入富集单元(2);所述结果判定单元(4)分别与粒子计数单元(I)和荧光检测单元(3)信号连接； 所述荧光检测单元(3)还包括分光路设置的激发单元和荧光收集单元，其中: 所述激发单元包括紫外激光器(301)和激发光聚焦镜(303)，所述紫外激光器(301)发出的激发光经激发光聚焦镜(303)后斜入射至所述富集板(305)上的待测样品区域； 所述荧光收集单元包括准直透镜(307)、分色单元、第一聚焦透镜(310)、第二聚焦透镜(311)、第一光电倍增管(312)和第二光电倍增管(313);所述分色单元可将入射光分束为高波段和低波段的两束出射光，所述高波段和低波段为预先选定的生物气溶胶本征荧光波长范围中的两段，高波段波长大于低波段;所述待测样品发出的荧光依次经过准直透镜(307)和分色单元后分束为高、低波段的两路荧光，低波段的荧光经第一聚焦透镜(310)入射第一光电倍增管(312)，高波段的荧光经第二聚焦透镜(311)入射第二光电倍增管(313)，检测信号输出至结果判定单元(4)。2.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述分色单元为镜面法线方向和准直透镜(307)光轴成一夹角的分色镜(309)，准直透镜(307)出射的荧光在所述分色镜(309)经反射和透射分束为两路荧光。3.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述荧光收集单元还包括球面镜(306)，所述球面镜(306)光轴、准直透镜(307)光轴和富集板(305)法线共面，球面镜(306)和准直透镜(307)分别位于富集板(305)法线两侧，球面镜(306)的球心和准直透镜(307)的焦点均位于富集板(305)上的待测样品区域。4.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述紫外激光器(301)为紫外半导体激光器。5.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述富集板(305)的材质为熔石英，在其表面镀有荧光波段的增反膜。6.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:在所述激发光入射富集板(305)后的反射光路中设置第一光陷阱(302)，透射光路中设置第二光陷阱(304)。7.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述准直透镜(307)和分色镜(309)之间光路中设置有荧光滤光片(308)。8.根据权利要求1所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述球面镜(306)的表面镀有荧光波段的增反膜。9.根据权利要求1至8任一项所述的生物气溶胶光学检测系统，其特征在于:所述粒子计数单元(I)采用激光尘埃粒子计数传感器，所述富集单元(2)采用虚拟冲击器或撞击式冲击器。10.使用权利要求1至9任一项生物气溶胶光学检测系统的检测方法，其特征在于包括下列步骤: 步骤一、设置本底测量值: ①将所述的生物气溶胶检测系统置于正常空气的目标环境中； ②启动系统，开始采集本底测量值，以所述低波段荧光的检测值为第一荧光值，以所述高波段荧光的检测值为第二荧光值； ③连续采集η个周期的第一荧光值，计算出这η个值的平均值Fla，取aXFla，作为第一荧光本底值Flb，其中a为预设的大于I的无量纲常数，η大于I;以同样的方式采集F2并得到第二荧光本底值F2b; 步骤二、设置荧光参考比值: 设置荧光参考比值Sr，Sr取值标准为:高于生物气溶胶粒子的第一荧光值与第二荧光值的比值，同时低于非生物气溶胶荧光粒子的第一荧光值与第二荧光值的比值； 步骤三、检测并判断目标环境的生物气溶胶状况: ①启动所述的生物气溶胶光学检测系统，每个周期均能得到一组测量值，设第X个周期分别得到粒子浓度值Νχ、第一荧光值Flx以及第二荧光值F2x; ②所述的结果判定单元依次判断第一荧光值Flx和第二荧光值F2x，如Flx>Flb且F2x>F2b，执行接下来的步骤③，否则不报警并直接执行接下来的步骤④； ③以第x-1个周期的粒子浓度值作为粒子浓度本底值Nb，如Nx>c X Nb且Flx/F2x< Sr，其中c为预设的大于I的无量纲常数，则表明生物气溶胶粒子浓度显著升高，系统报警;否则不报警； ④重复步骤三①开始下一周期。
【专利摘要】本发明提供一种生物气溶胶光学检测系统及检测方法，检测系统包括粒子计数单元、富集单元、荧光检测单元和结果判定单元，气溶胶样品先在所述粒子计数单元中进行粒子计数，再经所述富集单元被富集，富集后的气溶胶样品由荧光检测单元进行荧光检测，结果判定单元接收处理粒子计数单元和荧光检测单元的检测信号，判定检测的气溶胶样品是否为生物气溶胶。荧光检测单元采用分光路系统，紫外光源使用紫外半导体激光器，本发明所述检测系统具有灵敏度高、信噪比高、结构灵活性和适应性广的优点，基于该检测系统的检测方法增加了判定依据，具有更好的可靠性，减少了误报的可能。
【IPC分类】G01N21/64
【公开号】CN105628658
【申请号】CN201510968715
【发明人】张佩, 鲁晨阳, 杨巍, 朱永康, 王光辉, 张凯思, 刘华, 黄惠杰
【申请人】南京先进激光技术研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月22日