一种集成一体化的PM2.5富集浓缩立体箱

本技术属于大气粒子富集，涉及一种集成一体化富集浓缩立体箱。具体涉及一种集成一体化的pm2.5富集浓缩立体箱。

背景技术：

1、大气pm2.5是指大气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。pm2.5对空气质量、能见度、人体健康等有重要影响。pm2.5粒径小、比表面积大，易富集重金属、水溶性无机离子、有机物等有毒有害化学成分且在大气中的悬浮时间长、传输距离远，因而对人体健康和大气环境质量的负面影响不容忽视。尤其是雾霾气溶胶粒子携带的有毒有害化学成分，危及人群健康，引起全社会的高度关注。已经有大量流行病学证据表明，pm2.5有急性与慢性健康效应。高浓度pm2.5暴露会增加患急性呼吸道疾病与心脑血管疾病的风险，同时pm2.5可能诱发肺癌、copd(慢性阻塞型肺炎)、心脑血管疾病等慢性疾病，影响人体免疫系统、神经系统等。因此，雾霾气溶胶粒子生物毒性的研究也成为研究热点和前沿方向之一。大小鼠口鼻暴露实验广泛应用于毒理学、药效学和药代动力学研究，动物建模实验中，实验结果也被越来越广泛的认为是毒性评价的重要指标。暴露试验包括全身暴露，头部暴露露，口鼻部暴露，气管内暴露等方法。但对大气颗粒物生物毒性的小鼠口鼻暴露实验由于受到气溶胶浓度和暴露时间的限制，目前仍停留在使用离线气溶胶发生器模拟实际大气状况，无法真实反映实际大气颗粒物的生物毒性特征。

2、现有技术中，一些富集浓缩设备，各部件分散、独立，线路裸露在外，安全隐患增大，对实验操作人员的安全增加未知的风险，同时占地面积大，人为的碰撞还会造成未知的实验数据偏差。基于现有技术的现状本技术的设计人拟提供一种集成一体化富集浓缩立体箱，尤其是一种集成一体化的pm2.5富集浓缩立体箱。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是为克服现有技术中的不足，提供一种集成一体化富集浓缩立体箱，尤其是一种集成一体化的pm2.5富集浓缩立体箱。所述富集浓缩立体箱为占地面积小、操作方便、减少试验偶然误差、保护试验人员更加安全的集成一体化的pm2.5富集浓缩立体箱。

2、本实用新型的集成一体化的pm2.5富集浓缩立体箱，是针对大气环境中的pm2.5粒子进行富集，可将气溶胶在不改变除浓度外的任何理化特性的前提下，浓缩富集到足以明显检出其毒性的水平。包括：pm2.5切割器、粒子饱和室、粒子冷凝室、样品采集室、粒子馏分室；大气粒子通过pm2.5切割器被吸入并依次进入粒子饱和室、粒子冷凝室、样品采集室、粒子馏分室；其中：

3、所述pm2.5切割器7共有4个，分别设置于立体箱箱体10顶部外侧的4角位置；所述pm2.5切割器根据冲击原理的设计，利用不同粒径颗粒的冲击惯性，实现颗粒物的分离。通过该切割器，粒径空气动力学直径大于2.5μm的悬浮颗粒物被所述pm2.5内部的冲击分离收集板捕获，小于2.5μm的颗粒物通过冲击孔板，进入在线浓缩立体箱中；

4、所述粒子饱和室5设置于立体箱底部；所述粒子饱和室对大气粒子起饱和作用。粒子饱和室5左侧与右侧分别设置有饱和水箱，该饱和水箱通过铜管13与pm2.5切割器7相连，对大气粒子12进行饱和，增大大气粒子的粒径。同时左侧饱和水箱连接箱顶左侧两个pm2.5切割器，右侧饱和水箱连接箱顶右侧两个pm2.5切割器。饱和水箱分别与粒子冷凝室9中冷凝管相连。使得饱和后的粒子由粒子饱和室流向粒子冷凝室。饱和室中两个饱和水箱中间设置真空泵，其功能为整体的大气粒子富集浓缩提供负压动力；

5、所述粒子冷凝室9设置于立体箱中部右侧；粒子冷凝室9对大气粒子起冷凝作用。粒子冷凝室9设置有冷凝管，所述冷凝管外部缠绕纤维素海绵为材料的保温袋。所述冷凝管与饱和水箱相连，冷凝室设置有一台冷凝机，所述冷凝机中放入水与乙二醇的冷却液，所述冷凝机设置温度为-18℃，所述冷凝管的顶部与底部分别与冷凝机相连，通过冷却液的循环使得冷凝管对大气粒子进行冷凝。所述冷凝管上部设置虚拟切割器，通过空气动力学对冷凝后的粒子实现富集作用。

6、所述样品采集室8设置于立体箱上部；样品采集室8自左至右依次设置携带注射泵的六通阀、采样瓶、溶剂瓶。其中携带注射泵的六通阀分别与馏分管、溶剂瓶、采样瓶相连，从溶剂瓶内泵吸定量的溶剂至采样瓶中，所述采样瓶通过铜管与虚拟切割器连接实现对富集粒子的采集，采集后通过注射泵将溶液传送至粒子馏分室3。

7、所述粒子馏分室3设置于立体箱中部一侧；粒子馏分室3设置馏分收集系统与真空泵，所述馏分收集系统与样品采集室8的注射泵通过硅胶管相连，对富集溶液进行馏分；小真空泵提供箱体内部负压。

8、其中：

9、所述4个pm2.5切割器7分别通过铜管13与底部的粒子饱和室5连接；铜管13作为进样管，其上部端口分别设置有硅胶干燥器1，所述硅胶干燥器对大气粒子中的水汽起干燥作用，防止因室外低温、降雨、高温等对进入富集系统的粒子有损耗。

10、所述4个pm2.5切割器分别通过管道与样品采集室8连接；

11、所述粒子饱和室5与粒子冷凝室9通过管道相连，粒子经饱和室5后进入粒子冷凝室9；

12、所述样品采集室8通过管道与粒子馏分室3连接；

13、所述粒子冷凝室9与样品采集室8之间有浓缩气路进行连接；

14、所述粒子馏分室与3粒子冷凝室9之间设有分隔板2，将两者分隔；所述分隔板2防止粒子冷凝室中冷凝机对馏分系统的干扰。

15、箱体10上设有仪器操作盘；箱体底部设有底板6，对粒子饱和室5起到保护作用；箱体共设置若干个(例如16个)风扇11，用于对箱体内进行散热。

16、箱体内部的工作流程为：大气粒子通过pm2.5切割器7被吸入集成一体化富集浓缩立体箱中，并依次进入粒子饱和室5、粒子冷凝室9、样品采集室8、粒子馏分室3(可见附图中箭头的走向)。在粒子饱和室5中，使大气pm2.5粒子包裹水汽达到饱和状态；通过粒子冷凝室9对包裹水汽的粒子进行快速冷凝至3-4μm，并通过粒子冷凝室9与样品采集室8间的浓缩气路进行富集；浓缩气路分为两个路径气流：小流量气流(所需富集浓缩后大气粒子气流)和大流量气流(大气中剩余洁净气流)；通过样品采集室8对富集后的气溶胶粒子进行采集；通过粒子馏分室3对采集后的样品进行馏分并收集。

17、本实用新型中，箱体的长度为1000-1200mm，宽度为800-1000mm，高度为2000-2150mm；箱体内部下层高度为420-520mm，中层高度为950-1050mm，上层高度为450-550mm。试验表明，富集pm2.5效率为10倍，且富集系统的性能不受颗粒物浓度的影响。

18、本实用新型中，外层箱体10内侧箱体设置有双层隔离钢板，用于对试验人员进行相对有效的保护。更可避免试验对工作人员的辐射。

19、本实用新型的有益效果是：集成一体化富集浓缩立体箱相对未集成一体化的富集系统有结构简单方便易操作、占地面积小、空间利用率高等优势；更可有效的避免人为因素的干扰，避免因未集成一体化而带来的人为碰撞等偶然因素而引起的数据偏差；同时集成一体化后也可更加的增加试验的安全性，内侧箱体与外层箱体设置双层隔离钢板，可对实验人员进行相对有效的保护。更可避免试验对工作人员的辐射。对大气粒子富集系统的一体化升级改造和新工艺的开发具有重要指导意义。该装置可与高精度口鼻式暴露装置联用，使得日后使用实际大气颗粒物完成在线高精度口鼻式小鼠暴露实验成为可能，并可广泛应用于环境监测及健康风险评估当中。