液体气溶胶采样装置

本公开涉及医学、环境科学和生物学等领域，具体涉及一种液体气溶胶采样装置。

背景技术：

1、气溶胶(aerosol)是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，人类生活的环境即是一个大型气溶胶体系。而液体气溶胶采样可以为医学、环境科学和生物学等领域提供有价值的成分样品。将液体气溶胶体系内的悬浮液滴和气溶胶进行分离并单独分析可以有效了解其成分组成。

2、在相关技术中，液体气溶胶成分检测可以在无创条件下实现生物体下呼吸道衬液分析，也可以用于评估空气中的微生物污染情况，例如检测病原微生物和过敏原等，这对于疾病的早期诊断和控制传染病的传播具有重要意义。液体气溶胶成分还可以用于监测大气中的污染物，例如部分水溶性的挥发性有机化合物(vocs)的含量，这对于评估空气质量、了解污染源以及制定环境保护政策至关重要。此外，液体气溶胶成分检测还可以用于研究气溶胶对气候变化和生态系统的影响，例如研究气溶胶对降水模式和植物生长的影响。在植物学研究中，液体气溶胶成分检测可以用于研究植物挥发性物质的组成和产生途径，从而了解不同植物之间的代谢差异和适应性。此外，液体气溶胶成分检测还可以用于研究细胞培养和生物反应器等生物过程中产生的挥发性有机化合物的特征和含量。

3、已有的液体气溶胶冷凝液收集装置受温度影响较大，传统冷凝装置难以达到整体均温的效果，在冷凝管路温度不均匀处主动降温形成局部冷凝环境。液体气溶胶简单直接地进入离心管，其中靠近边界层的部分在不受控运动的条件下于离心管内壁处局部冷凝，不利于达到较好的冷凝效果。若使用螺旋或曲管冷凝时，液体气溶胶在进入离心管前，先通过一段曲管进行冷凝，离心管仅用于液体收集，不利于达到较好的装置小型化。若引入旋流冷凝的方法，液体气溶胶在进入离心管时，需要通过一段曲管引发旋流，其中靠近边界层的部分在旋流作用下于离心管内壁处局部冷凝，虽然实现较好的装置小型化，但离心管内旋流效果随着其与引发旋流位置的距离增加而减弱，不利于冷凝分离。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决相关技术中的以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提出了一种液体气溶胶采样装置，包括：采样组件、旋流组件和冷凝桶。

2、根据本公开的实施例，采样组件被构造成采集环境中的液体气溶胶样品，并使液体气溶胶样品中的大液滴被减除。

3、根据本公开的实施例，旋流组件包括离心管和旋流柱。其中，离心管被构造成收集冷凝液，旋流柱容纳在离心管中；旋流柱的内部形成上下贯通直流通道，外部设有螺旋，螺旋与离心管的内壁之间形成旋流通道，直流通道的上端适用于接收来自于采样组件的液体气溶胶样品，直流通道在旋流柱的下方与旋流通道联通，以使液体气溶胶样品进入旋流通道，液体气溶胶样品经过直流通道和旋流通道进行冷凝得到冷凝液，旋流通道的上部输出冷凝后的气溶胶，直流通道和旋流通道的下部用于引流所述冷凝液至所述离心管中。

4、根据本公开的实施例，冷凝桶适用于容纳旋流组件，以在预冷条件下为旋流组件提供冷凝环境。

5、根据本公开的实施例，旋流组件还包括盖体。盖体密封结合在离心管和旋流柱的上端，盖体上设有与直流通道连通并适用于接收液体气溶胶样品的入口、和与旋流通道连通并适用于输出气溶胶的出口。

6、根据本公开的实施例，旋流柱包括筒形部和设置在筒形部两端的锥形部，离心管的下端设置成与旋流柱下端的锥形部配合的锥形。

7、根据本公开的实施例，采样组件包括采样头、处理部和输出端。其中，采样头适用于对环境的液体气溶胶样品继续采样；处理部被构造成对液体气溶胶样品中的大液滴减除，得到呈小液滴状态的液体气溶胶样品；输出端被构造成将处理部的呈小液滴状态的液体气溶胶样品输送到旋流柱。

8、根据本公开的实施例，处理部包括连接筒和多个碰撞板。其中，采样头和处理部形成在连接筒的两端；多个碰撞板在连接筒的轴向方向上以斜对交错排列的方式构成特斯拉阀并组合安装连接筒内，使得液体气溶胶样品中的大液滴在由所述特斯拉阀引发的湍流中经所述碰撞板多次碰撞后被减除，得到呈小液滴状态的液体气溶胶样品。

9、根据本公开的实施例，采样头包括适用于通过口呼气方式采样的扁形采样头、适用于通过鼻呼气方式采样的球形采样头、或对环境气体采样的管形采样头。

10、根据本公开的实施例，冷凝桶包括桶形的壳体和桶形的内胆。其中，桶形的内胆容纳在壳体中，旋流组件插入内胆中，内胆的侧壁内容纳有冷媒介质以为旋流组件提供低温环境，促进液体气溶胶样品中的液滴冷凝。

11、根据本公开的实施例，冷凝桶还包括锁定机构，用于将内胆锁定在壳体中，以阻止内胆在壳体中转动。

12、根据本公开的实施例，锁定机构包括锁定孔、锁定槽和锁定销。其中，锁定孔设置在壳体的下部；锁定槽设置在内胆的底部外侧；锁定销穿过锁定孔径向插入锁定槽中。

13、根据本公开的实施例，锁定槽中设有填充口，冷媒介质通过填充口输入到内胆的侧壁内或者通过填充口排出，锁定销抵靠住用于密封填充口的插塞，以防止插塞从填充口脱离。

14、根据本公开的实施例，将液体气溶胶冷凝液装置与离心管直接连接，实现了液体气溶胶装置的小型化、便携化。其中，冷凝通路分为直流通道和旋流通道两部分。液体气溶胶通过旋流柱螺旋与离心管内壁的间隙构成的旋流通道做连续螺旋状运动，有益于增强冷凝效果。

技术特征：

1.一种液体气溶胶采样装置，包括：

2.根据权利要求1所述采样装置，其中，所述旋流组件还包括盖体，密封结合在所述离心管和旋流柱的上端，所述盖体上设有与所述直流通道连通并适用于接收所述液体气溶胶样品的入口、和与所述旋流通道连通并适用于输出所述冷凝后气溶胶的出口。

3.根据权利要求1所述采样装置，其中，所述旋流柱包括筒形部和设置在所述筒形部两端的锥形部，所述离心管的下端设置成与旋流柱下端的锥形部配合的锥形。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述采样装置，其中，所述采样组件包括：

5.根据权利要求4所述采样装置，其中，所述处理部包括：

6.根据权利要求4所述采样装置，其中，所述采样头包括适用于通过口呼气方式采样的扁形采样头、适用于通过鼻呼气方式采样的球形采样头、或对环境气体采样的管形采样头。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述采样装置，其中，所述冷凝桶包括：

8.根据权利要求7所述的采样装置，其中，所述冷凝桶还包括锁定机构，被构造成将所述内胆锁定在所述壳体中，以阻止所述内胆在所述壳体中转动。

9.根据权利要求8所述的采样装置，其中，所述锁定机构包括：

10.根据权利要求9所述的采样装置，其中，所述锁定槽中设有填充口，所述冷媒介质通过所述填充口输入到所述内胆的侧壁内或者通过所述填充口排出，

技术总结
本公开提出了一种液体气溶胶采样装置，包括：采样组件、旋流组件和冷凝桶。采样组件被构造成采集环境中的液体气溶胶样品，并使液体气溶胶样品中的大液滴被减除。旋流组件包括离心管和旋流柱；其中，离心管被构造成收集冷凝液，旋流柱容纳在离心管中；旋流柱的内部形成上下贯通直流通道，外部设有螺旋，螺旋与离心管的内壁之间形成旋流通道，直流通道的上端适用于接收来自于采样组件的液体气溶胶样品，直流通道在旋流柱的下方与旋流通道联通，以使液体气溶胶样品进入旋流通道，液体气溶胶样品经过直流通道和旋流通道进行冷凝得到冷凝液，旋流通道的上部输出冷凝后的气溶胶，直流通道和旋流通道的下部用于引流冷凝液至离心管中。

技术研发人员：陶晨,胡立刚,江桂斌
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16