一种气溶胶采样器及采样方法与流程

本发明属于环境微生物检测技术领域，尤其涉及一种气溶胶采样器及采样方法。

背景技术：

环境空气中存在大量的生物气溶胶，如细菌、病毒、真菌颗粒等。研究表明诸多健康问题都与空气污染物，尤其是与生物气溶胶的暴露有关，如呼吸系统感染、过敏等。生物气溶胶的产生、扩散、传播更容易导致大规模传染病疫情的爆发，比如sars，h1n1，埃博拉、非洲猪瘟等。高效快速地采集空气中的微生物颗粒，是研究生物气溶胶的重要环节。

随着采样技术的发展与检测需求的提高，对采样也提出了新的要求。例如对养殖场或医院的某一地点需要长时间频繁采样检测；如军队或反恐需要对某一地点的采样与检测一体化；如用于无人机、无人车，可在执行一次任务中对多个地点进行我次采样。

目前的采样器基本上都是一次采样，不能连续多次采样，也不能与检测仪器进行一体化结合使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种气溶胶采样器及采样方法，用于解决现有技术中的气溶胶采样器存在都是一次采样，不能连续多次采样，也不能与检测仪器进行一体化结合使用的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种气溶胶采样器，包括：

气路模块，其上设置有进气孔、出气管、进液口以及出液口；

进液液路模块，其与所述进液口相连接；

出液液路模块，其上设置有出液端口，所述出液液路模块与所述出液口相连接；

移动模块，其带动所述出液端口移动；

液体收集模块，其设置于所述出液端口移动范围的下方；

进气孔，用于输入空气；

进液口，用于输入液体；

出气管，用于输出经过所述液体分离所述空气中的固体颗粒物后的空气，即为分离后的空气；

出液口，用于输出采集所述空气中的固体颗粒物后的液体，即为采集液体。

进一步的，所述气路模块包括：

采集管，其上设置有所述进液口，所述采集管的底部设置有所述出液口；

采样头，其安装于所述采集管的顶部，所述采样头上设置有所述进气孔和出气管；

气体管路，其与所述出气管相连接；

气泵，其安装在所述气体管路上。

进一步的，所述进液液路模块包括：

补液管，其与所述进液口相连接；

补液泵，其安装在所述补液管上；

补液瓶，用于盛放液体，所述补液瓶与所述补液管相连接。

进一步的，所述出液液路模块包括：

出液管，其与所述出液口相连接，所述出液管的末端安装有所述出液端口；

出液泵，其安装在所述出液管上。

进一步的，所述移动模块包括：

移动滑块，其带动所述出液端口移动；

滑台，其与所述移动滑块相连接。

进一步的，所述液体收集模块包括：

至少一个收集管，其设置于所述出液端口移动范围的下方；

管架，其内部放置有所述收集管；

收集管，其与所述管架并排放置。

进一步的，所述采样头为圆柱形，所述采样头的高度为10mm-20mm，所述采样头的直径为15mm-25mm，所述采样头的圆心处设置有所述出气管，所述出气管向下延伸超过所述采样头的底部平面为3mm-6mm，所述出气管向上延伸超过所述采样头的顶部平面为10mm-20mm。

进一步的，所述进气孔设置为多个，所述进气孔的孔径为1mm-3mm，所述进气孔伸入所述采集管内的管路走向为螺旋式。

进一步的，所述采样头上设置有凹槽，所述凹槽与所述采集管之间设置有密封圈。

本发明还提供一种气溶胶采样方法，所述气溶胶采样方法包括上述的一种气溶胶采样器，所述气溶胶采样方法包括：

在持续采样模式下：设置补液泵的转速和运行时间，以控制采集液体的体积；设置出液泵的转速，以控制采集液体的输出速度；输出第一采样信号，以控制所述补液泵自动补液，补液完毕，输出第二采样信号，气泵开始采样，并持续运行；输出停止采样，以控制所述气泵停止采样；选择输出采集液体的位置，以输出所述采集液体；

在间隔采样模式下：设置补液泵的转速和运行时间，以控制采集液体的体积；设置出液泵的转速和运行时间，以控制每一次输出采集液体的体积；设置首次采样的预约时间、单次采样持续时间、前一次采样与后一次采样的间隔时间、采样的数量；输出间隔采样信号，预约时间开始计时，到达所述首次采样的预约时间后，所述补液泵自动补液，补液完毕后启动所述气泵，以开始第一次采样，整个采样时长到达后，停止采样，移动滑块由废液池位置移动到出液位置，出液泵输出采集液体至第一个收集管，所述采集液体输出完毕后，移动滑块返回至废液池位置，间隔时间开始计时，所述补液泵和出液泵先后启动清洗管路，间隔时间到后开始第二次循环采样。

有益效果：

(1)、本发明的气溶胶采样器设置有彼此连接且独立的气路模块、进液液路模块、出液液路模块，提高了采样器的采集效率，提高采集液体浓度，而且本发明的气溶胶采样器是一个整体，可以携带、使用、清洗，并具备全自动采样的功能，本发明可以实现多次采样，且能够连续多次采样，可以与检测仪器进行一体化结合使用，本发明将环境空气中的颗粒物采集到液体中，形成样品液，有利于样品液后续自动检测，为实现环境空气中生物气溶胶的实时监测提供可能。

(2)、本发明的气溶胶采样器的采样头、采集管、出液管、补液管等可以更换，可以避免采集液体的交叉污染。

(3)、本发明通过滑台的控制，可以实现将采集液自动输送到废液池或收集管。

(4)、本发明通过气泵、补液泵、出液泵、滑台的控制，可以实现自动采样、自动出样。

(5)、本发明的采样头的进气孔伸入所述采集管内的管路走向为螺旋式，能够使进入空气的气流旋转，有利于气流进入采集管后形成稳定的螺旋状，利于颗粒物的采集，减少采集液体的逃逸和挥发，空气进入采集管的速度提高，有利于于空气中的细菌等颗粒物与空气实现固气分离，有利于于采集管内液体平稳旋转，有利于空气中的细菌等颗粒物撞击采集到液体中。

(6)、本发明的采样头和采集管的设计尺寸较小，可以减少采集液体的体积，提高采集液浓度，且采样头和采集管的安装和拆卸操作简单、可以完全拆卸消毒，防止交叉污染，采样头和采集管之间结合紧密，可以在小角度倾斜条件下进行采样。

(7)、本发明的采样头上设置有凹槽，所述凹槽与所述采集管之间设置有密封圈，密封效果较好。

附图说明

图1为本发明的一种气溶胶采样器的结构示意图。

图2为本发明的一种气溶胶采样器的滑台与采样管支架的结构示意图。

图3为本发明的一种气溶胶采样器的采样模拟图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

请参阅图1、图1为本发明的一种气溶胶采样器的结构示意图。本发明提供一种气溶胶采样器，所述气溶胶采样器包括气路模块、进液液路模块、出液液路模块、移动模块、液体收集模块，其中，

气路模块，其上设置有进气孔15、出气管16、进液口17以及出液口18。

进液液路模块，其与所述进液口17相连接。

出液液路模块，其上设置有出液端口14，所述出液液路模块与所述出液口18相连接。

移动模块，其与所述出液端口14相连接。

液体收集模块，其设置于所述出液端口14的底部。

进气孔15，用于输入但不限于空气，也可以为其他气体。

进液口17，用于输入但不限于液体。

出气管16，用于输出经过所述液体分离所述空气中的固体颗粒物后的空气，即为分离后的空气。

出液口18，用于输出采集所述空气中的固体颗粒物后的液体，即为采集液体。

所述进气孔15可以但不限于设置三个，三个所述进气孔15均匀地分布于所述采样头2的四周。所述出气管16可以但不限于位于所述采样头2的中心，所述进液口17可以但不限于位于所述采集管1的中下部，所述出液口18可以但不限于位于所述采集管1的底部中央。

所述气路模块包括采集管1、采样头2、气体管路3、气泵4，所述气泵4抽气形成负压，空气从所述采样头2进入采集管1，在采集管1中形成螺旋向下，从采集管1的中央向上，然后从所述采样头2中央的出气管16排出。其中，

采集管1，其上设置有所述进液口17，所述采集管1的底部设置有所述出液口18。

采样头2，其安装于所述采集管1的顶部，所述采样头2上设置有所述进气孔15和出气管16。

气体管路3，其与所述出气管16相连接。

气泵4，其安装在所述气体管路3上。可以通过控制所述气泵4的转速来控制采样的流量范围。所述气泵4、补液泵7、出液泵9可以但不限于与控制器相连接，所述控制器通过rs485通讯协议与所述触控屏19、电路板等连接，以实现人机交互。通过设置补液蠕动泵的清洗时间，控制在两次采样之间，清洗管路的液量；

具体的，所述采集管1和采样头2直接连接，所述采样头2通过气体管路3连接所述气泵4。空气从所述采样头2的进气孔15进入所述采集管1，空气中的细菌等固体颗粒物与空气分离，固体颗粒物进入所述采集管1中的液体，空气从所述采样头2的出气管16经过气体管路3、气泵4排放到空气中。

所述进液液路模块包括补液管6、补液泵7、补液瓶5，其中，

补液管6，其与所述进液口17相连接。

补液泵7，其安装在所述补液管6上。

补液瓶5，用于盛放液体，所述补液瓶5与所述补液管6相连接。

所述出液液路模块包括出液管8和出液泵9，其中，

出液管8，其与所述出液口18相连接，所述出液管8的末端安装有所述出液端口14。

出液泵9，其安装在所述出液管8上。

所述移动模块包括移动滑块10和滑台13，其中，

移动滑块10，其带动所述出液端口14移动。可以通过所述移动滑块10控制出液位置，可以但不限于设置n+1个出液位置。

滑台13，其与所述移动滑块10相连接。

所述液体收集模块包括至少一个收集管11、管架12，其中，

至少一个收集管11，其设置于所述出液端口14移动范围的下方。

管架12，其内部放置有所述收集管11。

收集管11，其与所述管架12并排放置。

具体的，所述补液瓶5、补液泵7以及采集管1的进液口17通过所述补液管6相连，且构成补液线路，所述采集管1的出液口18、出液泵9、滑台13、移动滑块10通过所述出液管8相连，且构成出液线路，所述收集管11固定摆放在管架12上，且所述管架12与废液收集瓶并排，构成样品液收集模块。

液体从所述补液瓶5通过所述补液管6、补液泵7进入所述采集管1，采集空气中的细菌等颗粒物后，采集液体通过所述出液管8、出液泵9，排出到所述收集管11或其他指定位置。

所述采样头2的功能为空气通过采样头2，在采集管1内被液体采集。所述采样头2的结构设计可以但不限于为圆柱形，所述采样头2的高度为10mm-20mm，所述采样头2的高度可以为11mm、13mm、15mm、18mm等，所述采样头2的直径15mm-25mm，所述采样头2的直径可以为16mm、18mm、20mm、25mm等，所述采样头2的圆心处为出气管16，所述出气管16的管径为10mm-15mm，所述出气管16的管径可以为11mm、12mm、13mm、14mm等，所述出气管16向下延伸超过所述采样头2的底部平面为3mm-6mm，所述出气管16向上延伸超过所述采样头2的顶部平面为10mm-20mm，所述气体管路的长度可以为30mm-50mm。所述圆柱外侧有3-6个进气孔15，所述进气孔15的截面近似椭圆形，也可以为其他形状，所述进气孔15的孔径1mm-3mm，所述进气孔15的长度可以为2mm-4mm，所述进气孔15的长度可以为2.5mm，所述进气孔15的宽度可以为1mm-3mm，所述进气孔15的宽度可以为1mm。所述进气孔15的走向为螺旋式。该设计能使进气的气流旋转，空气进入采集管1的速度提高，有利于于空气中的细菌等颗粒物与空气实现固气分离，有利于于采集管1内液体平稳旋转，有利于空气中的细菌等颗粒物撞击采集到液体中。所述采样头2的圆柱边缘上两道凹槽，用于套硅胶圏，密封所述采样头2与采集管1。

所述采集管1的功能为采集液体进出的容器，并将空气中的细菌等颗粒物采集到液体中。

所述采集管1的内径为15mm-25mm，所述采集管1的内径可以为18mm、19mm、20mm、23mm等，所述采集管1与所述采样头2的外径匹配，所述采集管1的高度30mm-50mm，所述采集管1的高度可以为32mm、40mm、48mm、49mm等，所述进液口17距采集管1的底部大于10mm-15mm，出液口18位于采集管1的底部中央。采集管1设计样品液为3-5ml，所述进液口17高于液面，所述采集管1内的液面与采样头2的进气孔15的高度距离差为约15mm-30mm，确保在采样时管内的液体不从采样头2的出气管16吸出。

所述气泵4的功能为将气体从空气中通过采样头2吸进采集管1再排放到空气中。所述气泵4的选择原则：流量大、流速稳定、体积小、重量轻、便于集成，流量为15l/min-30l/min电压为12v-24v，电流为2a-5a。

所述移动滑块10的功能为移动所述出液端口14，所述滑台13用于将不同时间采集液体输出到不同的收集管11。所述滑台13由步进电机和小型精密导轨滑台成t型移动滑块组，行程为50mm-200mm，电机21电压12v-24v，电流0.5a-2a。所述出液端口14采用导管结构，是所述移动滑块10的一个部分，所述移动滑块10与所述出液端口14同步移动。

所述管架12为用于放置所述收集管11的双层孔架，成矩阵排列，置于所述移动滑块10的正下方，放置所述收集管11的矩阵与所述移动滑块10形成配合。

所述补液泵7和出液泵9为步进电机驱动转速可调的蠕动泵，电压为12v-24v，可配套使用多种规格的硅胶管，流量为0.006ml/min-41ml/min，补液泵7的输液管一端连接补液瓶5，另一端连接采集管1，出液泵9的输液管一端连接采集管1，另一端连接移动滑块10。补液管6和出液管8可拆卸。可以通过控制蠕动泵的转速控制补液和出液的速度，通过控制蠕动泵的运行的时间，从而来控制补液和出液的流量。

所述气溶胶采样器可以采用电池供电，所述电池为12v-24v锂电池，电路控制模块为单片机控制电路。

请参阅图2、图3，图2为本发明的一种气溶胶采样器的滑台与采样管支架的结构示意图。图3为本发明的一种气溶胶采样器的采样模拟图。所述移动滑块10可以但不限于与电机21相连接，所述移动滑块10上设置有出液口固定架26、定位传感器25、丝杠20，所述滑台13与收集管11，管架12，废液池24配合，可以将样品液输送到不同的收集管11或废液池24中。

以电池或外接dc12v为电源，所述补液泵7通过补液管6将液体从补液瓶5抽取定量液体到采集管1，气泵4通过采样头2的中心抽取采集管1内的空气形成负压，环境空气通过采样头2边缘的进气孔15进入采集管1形成旋转气流，旋转气流的绝大部分沿采集管1的管壁呈螺旋形向下，旋转气流中的颗粒物在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的颗粒甩向所述管壁，所述采集管1中采集液随着旋转气流旋转，在所述采集管1的管壁形成液体旋流，旋转气流中的颗粒物碰撞液体旋流后将被采集液捕获。所述采样头2中间出气，所述进气孔15均匀地排列在外侧，呈螺旋结构，有利于气流进行入采集管1后形成稳定的螺旋，利于颗粒物的采集，减少采集液的逃逸和挥发。该设计能使进气的气流旋转，空气进入所述采集管1的速度提高，有利于于空气中的细菌等颗粒物与空气实现固气分离，有利于于采集管内液体平稳旋转，有利于空气中的细菌等颗粒物撞击采集到液体中。所述采样头2和所述采集管1的设计尺寸小，可以减少采集液体积，提高采集液浓度。所述采样头2和所述采集管1之间结合紧密，可在小角度倾斜条件下采样。所述采样头2的圆柱边缘上设置有两道凹槽，用于套硅胶圏，密封所述采样头2与所述采集管1。所述采样头2、采集管1、仪器主机分体设计，便于部件的拆卸和组装，便于采样部分的消毒，避免前后采样的交叉污染。

通过移动滑块10输出到多个收集管11，也可定速输送到其他检测仪器。采样头2、采集管1和出液管8可更换，可防护交叉污染。通过自动控制程序和滑台13相结合，可以实现将采集液自动输送到废液池24或收集管11。

通过自动控制程序和气泵4、补液泵7、出液泵9、滑台13的控制，可以实现自动采样、自动出样。

本发明还提供一种气溶胶采样方法，所述气溶胶采样方法包括上述的一种气溶胶采样器，所述气溶胶采样方法包括：

可以将废液池24位置设置为出液口0号位置，每次清洗管路的液体在该位置排放到废液池24。0号位置即坐标原点，由移动滑块10的限位开关控制。

所述出液口18设置n个位置，通过设置1号坐标位置和n号坐标位置，仪器自动分配1-n号每一个出液点位，可以间隔采样n个样品。

在持续采样模式下：可以但不限于通过触控屏19设置补液泵7的转速和运行时间，以控制采集液体的体积；可以但不限于通过触控屏19设置出液泵9的转速，以控制采集液体的输出速度；可以但不限于通过触控屏19启动持续采样，输出第一采样信号，以控制所述补液泵7自动补液，补液完毕，输出第二采样信号，气泵4开始采样，并持续运行；可以但不限于通过触控屏19停止采样，以控制所述气泵4停止采样；选择输出采集液体的位置，以输出所述采集液体；

在间隔采样模式下：可以但不限于通过触控屏19设置补液泵7的转速和运行时间，以控制采集液体的体积；可以但不限于通过触控屏19设置出液泵9的转速和运行时间，以控制每一次输出采集液体的体积；可以但不限于通过触控屏19设置首次采样的预约时间、单次采样持续时间、前一次采样与后一次采样的间隔时间、采样的数量；输出间隔采样信号，预约时间开始计时，到达所述首次采样的预约时间后，所述补液泵7自动补液，补液完毕后启动所述气泵4，以开始第一次采样，整个采样时长到达后，停止采样，移动滑块10由废液池24位置移动到出液位置，出液泵9输出采集液体至第一个收集管11，所述采集液体输出完毕后，移动滑块10返回至废液池24位置，间隔时间开始计时，所述补液泵7和出液泵9先后启动清洗管路，间隔时间到后开始第二次循环采样。

所述气溶胶采样器的工作原理如下：

以锂电池或外接dc12v为电源，蠕动泵通过补液管6将液体从补液瓶5抽取定量液体到采集管1；气泵4通过采样头2的中心抽取空气形成负压，环境空气通过所述采样头2边缘的进气孔15进入所述采集管1，将环境空气中的颗粒物采集到液体中，蠕动泵通过所述出液管8将样品液从采集管1输出。样品液输出端通过导管，可与检测仪器连接，直接输出到检测仪器。将样品液输出端与滑台13连接，通过电路板自动控制可进行多次采样，并将样品液输出到不同的收集管11。样品液输入和输出的速度和体积量可通过蠕动泵的转速和运行时间控制。

综上所述，本发明的气溶胶采样器设置有彼此连接且独立的气路模块、进液液路模块、出液液路模块，提高了采样器的采集效率，提高采集液体浓度，而且本发明的气溶胶采样器便于携带、使用、清洗，并具备全自动采样的功能，有利于样品液后续自动检测，为实现环境空气中生物气溶胶的实时监测提供可能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。