环境颗粒物在线浓缩暴露系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种环境颗粒物在线浓缩暴露系统。该环境颗粒物在线浓缩暴露系统包括：冲击切割器，配置成接收环境中的空气，并至少部分地去除空气中当量直径大于第一预设值的颗粒物；虚拟切割部，配置成接收来自冲击切割器的气流，将接收的气流分成第一气流和第二气流，且使其接收的气流中当量直径大于或等于第二预设值的颗粒物位于第一气流中；暴露腔室，配置成接收第一气流。本实用新型的环境颗粒物在线浓缩暴露系统可对周围环境中的PM2.5进行逐级浓缩，得到的PM2.5浓缩倍数大且气量大，特别适用于全身PM2.5暴露实验或大动物PM2.5暴露实验。此外，该系统还可以在线开展PM2.5暴露实验以考察其对动物所产生的影响等。
【专利说明】
环境颗粒物在线浓缩暴露系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及环境颗粒物在线暴露实验技术领域，尤其涉及一种环境颗粒物在线浓缩暴露系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国经济社会的发展，大气颗粒物污染越来越严重，给人们的健康带来了极大的危害，而细颗粒物(PM2.5)是大气中主要的污染物。PM2.5指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称可入肺颗粒物。PM2.5来源广泛，组成复杂，比表面积大，易随呼吸进入肺部，对呼吸系统的危害作用尤其严重。由于PM2.5对人体健康产生严重的危害性，近年来探索和揭示PM2.5暴露和人体发病以及死亡之间的关系成为了科研工作者关注和研究的热点。传统的颗粒物采集方法是通过滤膜抽滤对PM2.5颗粒进行收集，后将颗粒物从滤膜洗脱，经冷冻干燥，后研磨得到粉末再发生对动物进行吸入暴露。该方法的缺点是回收的PM2.5颗粒难以真实反映大气中PM2.5的理化性质，从而导致实验得出的结果可信度不高，难以准确评价PM2.5暴露对人体产生的危害，很大程度上限制了它的应用。因此，开发一种PM2.5浓缩效率高且能真实反映周围环境中PM2.5性质的在线浓缩暴露系统是目前亟待解决的技术问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的旨在提供一种环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其能够对周围大气环境中的PM2.5进行有效地在线浓缩且不改变环境中PM2.5的理化性质，并使受试动物直接暴露于高浓度的PM2.5环境中进而考察PM2.5暴露对动物产生的危害。
[0004]为此，本实用新型提供了一种环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其包括:
[0005]冲击切割器，配置成接收环境中的空气，并至少部分地去除所述空气中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物;和
[0006]虚拟切割部，配置成接收来自所述冲击切割器的气流，将接收的气流分流成第一气流和第二气流，且使其接收的气流中、空气动力学当量直径大于或等于第二预设值的颗粒物中的部分或全部位于所述第一气流中；和
[0007]暴露腔室，配置成接收所述第一气流，以使所述暴露腔室内的动物吸收第一气流及其携载的部分或全部颗粒物。
[0008]进一步地，所述虚拟切割部还包括:
[0009]多个虚拟切割装置，每个所述虚拟切割装置具有一个或多个虚拟切割器，每个所述虚拟切割器具有进口、第一气流出口和第二气流出口 ；
[0010]至少一个连接管路，每个所述连接管路配置成串联每两个相邻的虚拟切割装置，以使上游的虚拟切割装置中所有的第一气流出口经由该连接管路与下游的虚拟切割装置中所有的进口连通，从而使所述虚拟切割部对来自所述冲击切割器的气流进行多级切割。[0011 ]进一步地，环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括:动力与控制装置，配置成使处于上游的所述虚拟切割装置接收的气流量大于其下游的所述虚拟切割装置接收的气流量，且将从每个所述虚拟切割器流出的第二气流排放到外界环境空气中。
[0012]进一步地，位于最下游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量至少为一个;且处于上游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量大于或等于其下游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量。
[0013]进一步地，每个所述连接管路为沿其内的气体流动方向渐缩的渐缩管。
[0014]进一步地，在每个所述虚拟切割装置中，在所述虚拟切割器为多个的情况下，所述多个虚拟切割器的进口的进口端面处于同一平面上，所述多个虚拟切割器的第一气流出口的出口端面处于同一平面上。
[0015]进一步地，每个所述虚拟切割装置还包括平行间隔设置的进口板和出口板;和每个所述虚拟切割装置的所有虚拟切割器的进口均布在所述进口板上;和每个所述虚拟切割装置的所有虚拟切割器的第一气流出口均布在所述出口板上。
[0016]进一步地，该环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括:净化过滤装置，配置成接收外界环境中的空气，并将其净化过滤;和
[0017]稀释混合装置，设置于所述暴露腔室的进口处，配置成接收所述第一气流和来自所述净化过滤装置的洁净空气，以使所述第一气流和所述洁净空气在所述稀释混合装置混合后，进入所述暴露腔室。
[0018]进一步地，该环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括流量控制器，设置在所述净化过滤装置和所述稀释混合装置之间的管路上，以控制进入所述暴露腔室内的洁净空气量。
[0019]进一步地，该环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括对照暴露腔室，其与净化过滤装置的出口连通，以接收洁净空气。本实用新型的环境颗粒物在线浓缩暴露系统由多个虚拟切割器串联，对周围大气环境中PM2.5进行逐级浓缩，浓缩效率高，浓缩倍数大，获得的颗粒物浓度高。同时，经由该系统处理后，PM2.5的理化性质未发生改变，能够真实地反映周围大气环境中PM2.5的情况，为后续PM2.5暴露实验提供了可靠的条件。
[0020]本实用新型的环境颗粒物在线浓缩暴露系统中气流经由冲击切割器和多个虚拟切割器作用后，最终形成的浓缩气流气量相对较大，特别适用于全身PM2.5暴露实验或大动物PM2.5暴露实验。
[0021]本实用新型的环境颗粒物在线浓缩暴露系统将浓缩后的PM2.5和洁净空气混合，直接通入到暴露腔室内，进而可以在线开展PM2.5暴露实验以考察其对动物所产生的影响等，为科研工作者的研究提供了十分便利的条件。
【附图说明】
[0022]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0023]图1为根据本实用新型一个实施例的环境颗粒物在线浓缩暴露系统的示意性结构图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。
[0025]图1为根据本实用新型一个实施例的环境颗粒物在线浓缩暴露系统的示意性结构图。本实用新型实施例提供了一种环境颗粒物在线浓缩暴露系统。该环境颗粒物在线浓缩暴露系统可包括冲击切割器10、虚拟切割部20、暴露腔室30。
[0026]具体地，冲击切割器10配置成接收环境中的空气，并至少部分地去除所述空气中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物。第一预设值可为2.5微米，即该冲击切割器10也可被称为PM2.5冲击切割器10。这里的说的部分可指大部分、约大于或等于全部的85%。
[0027]虚拟切割部20配置成接收来自所述冲击切割器10的气流，将接收的气流分流成第一气流和第二气流，且使其接收的气流中、空气动力学当量直径大于或等于第二预设值的颗粒物中的部分或全部位于所述第一气流中。在一些实施方式中，第二预设值可为0.1微米。
[0028]暴露腔室30配置成接收来自虚拟切割部20的第一气流，以使所述暴露腔室30内的动物吸收第一气流及其携载的部分或全部颗粒物。
[0029]在本实用新型的一些实施例中，虚拟切割部20可包括多个虚拟切割装置和至少一个连接管路24。每个虚拟切割装置具有一个或多个虚拟切割器，每个所述虚拟切割器具有进口、第一气流出口和第二气流出口。每个所述连接管路配置成串联每两个相邻的虚拟切割装置，以使上游的虚拟切割装置中所有的第一气流出口经由该连接管路与下游的虚拟切割装置中所有的进口连通，从而使所述虚拟切割部对来自所述冲击切割器的气流进行多级切割，进而提高PM2.5的浓缩倍数。在本发明的一些替代性实施例中，虚拟切割部20仅包括一个虚拟切割装置，即单级虚拟切割装置。在本发明的另一些替代性实施例中，虚拟切割部20包括多个虚拟切割装置，每个虚拟切割装置的入口均与冲击切割器的出口连通，每个虚拟切割装置的第一气流出口均匀所述暴露腔室连通，以使这多个虚拟切割装置并联，从而实现对大气量气流的切割。
[0030]在本实用新型的实施例中，该环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括动力与控制装置，配置成使处于上游的所述虚拟切割装置接收的气流量大于其下游的所述虚拟切割装置接收的气流量，且将从每个所述虚拟切割器流出的第二气流排放到外界环境空气中。具体地，动力与控制装置可包括第一真空栗70、第二真空栗以及控制流量的多个流量控制器。相互串联的多个虚拟切割装置包括第一虚拟切割装置21、第二虚拟切割装置22和第三虚拟切割装置23。第一虚拟切割装置21位于第二虚拟切割装置22的上游，第二虚拟切割装置22位于第三虚拟切割装置23的上游。第一真空栗70通过其上设置有流量控制器的管路与暴露腔室30连通，第二真空栗通过其上均设置有一个流量控制器的三个管路分别与第一虚拟切割装置21的所有第二气流出口、第二虚拟切割装置22的所有第二气流出口、第三虚拟切割装置23的所有第二气流出口连通。在本实用新型的一些实例中，也可用三台真空栗取代第二真空栗，使这三台真空栗分别与第一虚拟切割装置21的所有第二气流出口、第二虚拟切割装置22的所有第二气流出口以及第三虚拟切割装置23的所有第二气流出口连通。在本实用新型的实施例中，可通过第一真空栗70、第二真空栗以及三个流量控制器使进入第一虚拟切割装置21的气流量多于进入第二虚拟切割装置22的气流量。例如，进入第一虚拟切割装置21的气流量为5000L/min，进入第二虚拟切割装置22的气流量为1000L/min，进入第三虚拟切割装置23的气流量为200L/min。
[0031]进一步地，位于最下游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量至少为一个;且处于上游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量大于或等于其下游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量。
[0032]进一步地，在每个所述虚拟切割装置中，在所述虚拟切割器为多个的情况下，所述多个虚拟切割器的进口的进口端面处于同一平面上，所述多个虚拟切割器的第一气流出口的出口端面处于同一平面上。
[0033]进一步地，在该实施例中，每个虚拟切割装置还配置成包括平行间隔设置的进口板和出口板;每个虚拟切割装置的所有虚拟切割器的进口均布在所述进口板上;每个虚拟切割装置的所有虚拟切割器的出口均布在所述出口板上。连接管路24配置为沿其内的气体流动方向渐缩的渐缩管，目的是提高气流的流速进而使与其连接的虚拟切割装置达到更好的颗粒物浓缩效果。
[0034]本实用新型实施例的环境颗粒物在线浓缩暴露系统的工作流程可如下:动力及控制装置使外界空气以5000L/min的流量进入冲击切割器10，冲击切割器10对空气中的颗粒物进行切割，使空气动力学直径大于2.5微米的颗粒物被截留捕集，空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物随气流进入虚拟切割部20。第一虚拟切割装置21的5个虚拟切割器接收了来自冲击切割器10的流量为5000L/min的气流，且使包含直径大于0.1微米的颗粒物的第一气流以1000L/min的流量进入第二虚拟切割装置22，同时使包含直径小于0.1微米的颗粒物的第二气流以4000L/min的流量进入外界空气中。第二虚拟切割装置22的3个虚拟切割器接收了来自第一虚拟切割装置21的流量为1000L/min的气流，且使包含直径大于0.1微米的颗粒物的第一气流以200L/min进入第三虚拟切割装置23，同时使包含直径小于0.1微米的颗粒物的第二气流以800L/min的流量进入外界空气中。第三虚拟切割装置23的一个虚拟切割器接收了来自第二虚拟切割装置22的流量为200L/min的气流，使包含直径大于0.1微米的颗粒物的第一气流以80L/min的流量进入暴露腔室30，同时使包含直径小于0.1微米的颗粒物的第二气流以120L/min的流量进入外界空气中。
[0035]在本发明的一些实施例中，环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括净化过滤装置40和稀释混合装置50。净化过滤装置40配置成接收外界环境中的空气，并将其净化过滤。稀释混合装置50，设置于暴露腔室30的进口处，配置成接收所述第一气流和来自净化过滤装置40的洁净空气，以使所述第一气流和所述洁净空气在稀释混合装置50混合后，进入暴露腔室30。通入洁净空气不仅可以为暴露腔室30提供恒定的温湿度环境而且可以为暴露实验提供足够的气量以保证实验的顺利进行。
[0036]进一步地，该环境颗粒物在线浓缩暴露系统还包括流量控制器60。流量控制器60配置在所述净化过滤装置40和稀释混合装置50之间的管路上，以控制进入所述稀释混合装置50的洁净空气量。
[0037]在本发明的一些实施例中，该环境颗粒物在线浓缩暴露系统还可包括对照暴露腔室，其与净化过滤装置40的出口连通，以接收洁净空气，以使其内的动物呼吸洁净空气，从而进行对照。例如，从第三虚拟切割装置23流出的流量为80L/min的第一气流和来自净化过滤装置40的流量为120L/min的洁净空气(20 V，湿度为50 % )在稀释混合装置50内混合，最终形成的流量为200L/min的气流通入到暴露腔室30开始暴露实验。在对照组实验中，对照暴露腔室内的空气仅来自净化过滤装置40，气量也为200L/min。
[0038]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所做出的任何改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于，包括: 冲击切割器，配置成接收环境中的空气，并至少部分地去除所述空气中空气动力学当量直径大于第一预设值的颗粒物;和 虚拟切割部，配置成接收来自所述冲击切割器的气流，将接收的气流分流成第一气流和第二气流，且使其接收的气流中、空气动力学当量直径大于或等于第二预设值的颗粒物中的部分或全部位于所述第一气流中；和 暴露腔室，配置成接收所述第一气流，以使所述暴露腔室内的动物吸收第一气流及其携载的部分或全部颗粒物。2.根据权利要求1所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于，所述虚拟切割部包括: 多个虚拟切割装置，每个所述虚拟切割装置具有一个或多个虚拟切割器，每个所述虚拟切割器具有进口、第一气流出口和第二气流出口 ； 至少一个连接管路，每个所述连接管路配置成串联每两个相邻的虚拟切割装置，以使上游的虚拟切割装置中所有的第一气流出口经由该连接管路与下游的虚拟切割装置中所有的进口连通，从而使所述虚拟切割部对来自所述冲击切割器的气流进行多级切割。3.根据权利要求2所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于， 还包括:动力与控制装置，配置成使处于上游的所述虚拟切割装置接收的气流量大于其下游的所述虚拟切割装置接收的气流量，且将从每个所述虚拟切割器流出的第二气流排放到外界环境空气中。4.根据权利要求2所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于， 位于最下游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量至少为一个;且 处于上游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量大于或等于其下游的所述虚拟切割装置的所述虚拟切割器的数量。5.根据权利要求2所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于， 每个所述连接管路为沿其内的气体流动方向渐缩的渐缩管。6.根据权利要求2所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于， 在每个所述虚拟切割装置中，在所述虚拟切割器为多个的情况下，所述多个虚拟切割器的进口的进口端面处于同一平面上，所述多个虚拟切割器的第一气流出口的出口端面处于同一平面上。7.根据权利要求6所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于，每个所述虚拟切割装置还包括平行间隔设置的进口板和出口板； 每个所述虚拟切割装置的所有虚拟切割器的进口均布在所述进口板上； 每个所述虚拟切割装置的所有虚拟切割器的第一气流出口均布在所述出口板上。8.根据权利要求1所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于，还包括:净化过滤装置，配置成接收外界环境中的空气，并将其净化过滤;和 稀释混合装置，设置于所述暴露腔室的进口处，配置成接收所述第一气流和来自所述净化过滤装置的洁净空气，以使所述第一气流和所述洁净空气在所述稀释混合装置混合后，进入所述暴露腔室。9.根据权利要求8所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于，还包括:流量控制器，设置在所述净化过滤装置和所述稀释混合装置之间的管路上，以控制进入所述暴露腔室内的洁净空气量。10.根据权利要求8所述的环境颗粒物在线浓缩暴露系统，其特征在于，还包括:对照暴露腔室，其与净化过滤装置的出口连通，以接收洁净空气。
【文档编号】G01N33/50GK205562266SQ201620165640
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月4日
【发明人】郑劲林, 赵银龙, 刘玉杰
【申请人】北京慧荣和科技有限公司