智能式粉尘气溶胶实时监测系统

近期，Palas推出新品：新型RBG 系列粉尘气溶胶发生器。7月21日，Palas召开新品发布会，会上Palas中国工业与高校科研销售经理王雪峰先生详细介绍了该新型发生器的核心参数、优势和应用领域。RBG系统气溶胶发生器利用粉尘和粉末产生的低浓度固体颗粒物气溶胶适用于很多应用场合，比如颗粒物测量设备校准试验台的研究、开发与品控。发生器单次发尘的稳定性以及更低的给料速率，是产生低浓度固体颗粒物气溶胶必要条件。此外，产生气溶胶过程中的重现性也是需要保证的。RBG 系统可以在 0.04g/h - 800 g/h质量流量范围内满足上述相关相求。对于从 40 mg/h 到 800 g/h 的质量流量，三款新型气溶胶发生器 RBG Professional、RBG basic 和 RBG solo 可满足从研究到质量保证以及校准的要求。充满灰尘或粉末的储存容器的进料由先进的步进电机技术提供，以确保在广泛的质量范围内精确进料到分散刷。RBG 专业版耐压高达 10bar，并配备自动体积流量控制。 确保了分散性能在广泛的应用中达到高度稳定性，即使在供应压力波动的情况下也是如此。用于供应载气的泵安装在单独的 RBG 中。 这意味着即使没有压缩空气供应，该装置也可以在任何地方使用。所有型号还提供使用 Palas RBG Control 软件通过 PC 进行远程控制的选项，该软件包含在交付范围内。产品优势最高10bar耐压；更宽的质量流量范围；最低8mg/m3稳定发尘；100小时连续工作；远程控制应用领域过滤器测试、过滤器和过滤材料的研发、测量设备的校准、颗粒物图像速度测量、呼吸暴露测试、口罩过滤测试换购计划活动期间：2022年7月1日至2022年9月30日活动对象：最终用户 活动产品：RBG标准款/RBG专业版/RBG便携版活动细节：Palas对任意品牌粉尘发生器以旧换新提供新机15%折扣关于PalasPalas成立于1983年，总部位于德国巴登符腾堡州的卡尔斯鲁厄，专注于研发用来产生，测量和分析气溶胶颗粒物的高精度仪器，是该领域内全球领先的开发商和制造商。2020年7月，Palas上海团队成立，希望能够更好地服务于中国和亚洲市场。Palas凭借其超过 35 年的气溶胶技术专业知识，已成为气溶胶发生、气溶胶稀释和气溶胶颗粒测量技术领域的全球市场先行者。大约 60 个国家的知名公司、大学和研究机构信任 Palas 精密技术。

隶属于西班牙加那利群岛（Islas Canarias）的拉帕尔马岛（La Palma）自2021年9月发生了50年不遇的火山喷发以来，不到一年时间，在今年2月又遭遇了由强季节性风引起的沙尘暴。接踵而至的自然灾害对当地的空气环境以及人们的生活造成严重影响。Palas在得知火山爆发的当下便立即做出响应，部署Palas员工飞往该岛安装了10台AQ Guard Smart 网格化监测仪。面对此次沙尘暴AQ Guard Smart再次为西班牙当局提供实时监测信息，以帮助他们做出决策并告知公众。沙尘暴登陆拉帕尔马岛沙尘暴卡利马加那利群岛位于摩洛哥和撒哈拉沙漠以西，属西班牙自治区。引起这场沙尘灾难的是一场名为“卡利马”（la Calima）的大风暴，它席卷了大西洋东北部。根据《华盛顿邮报》24日发布的分析，大西洋东北部低压区周围的逆时针气流，从撒哈拉沙漠吸走了沙子，将尘埃直接吹向了加那利群岛，然后再将其向西输送到风暴中心。作为沙尘落定的首站，这片美丽岛屿不幸沦为重灾区。下图分别展示1月14日下午6点到1月15日时间段，监测网络实时测得的PM10浓度：AQ Guard Smart监测到的火山灰和撒哈拉沙尘PSD成相图这场突如其来的沙尘暴导致当地能见度从五英里以上下降到不足一英里，空气污染恶化到难以呼吸的地步。当地政府于宣布加那利群岛进入“警戒状态”，建议人们留在室内，关紧门窗。由于沙尘属于粗粒径颗粒，在气溶胶状态下的停留时间并不长，所以就需要精准的仪器来进行测量。作为气溶胶监测行业的专家，Palas不仅对城市细粉尘污染的监测有着丰富的经验，对极端天气下的空气质量监测同样熟悉。无特定事件时的粒度分布沙尘暴期间的粒径分布Palas的精准测量AQ Guard Smart 是耐用的室外空气气溶胶光谱仪，以通过 EN 16450 认证的 Fidas 200 技术为基础，采用单个颗粒物散射光测量原理，可同时测量PM1, PM2.5, PM4和PM10，还可提供175nm-18μm颗粒物粒径分布和数浓度信息，给研究和监管部门更多参考。通过标准协议，如 ASCII 进行双向连接，或者通过 UDP 协议直接传输都容易实现。要实现自给自足运行，可以通过带有或不带太阳能支持功能的外部电池运行系统。为了更好地理解和解释细粉尘侵害及其来源，可以为设备配备气象站。按标准集成用于记录温度、湿度和压力的传感器。和所有用于细粉尘测量的 Palas系统一样，AQ Guard Smart可以长期稳定运行，通过标准单分散颗粒物实现现场校准。AQ Guard Smart 获得 MCERTS 批准用于监测细颗粒物的新款 Palas空气质量测量系统 AQ Guard Smart 于 2022 年 6 月 24 日获得 MCERTS 批准的环境颗粒物监测器。无论是测量拉帕尔马火山喷发期间的空气质量，还是测量建筑工地或城市中心交通路口的细粉尘污染。国际公认的 MCERTS 认证证实了 AQ Guard Smart 在测量范围内的精确结果（CN ) 高达 20,000 个颗粒/cm³。紧凑且支持云传输的 AQ Guard Smart 因此将自己确立为用于确定空气质量（PM1、PM2.5、PM4、PM10、TSP）的可靠测量系统之一。AQ Guard Smart网格化监测仪选配数据云平台，即插即用，实时查看热点数据：产品优势以经过认证的 FIDAS 200 系列为基础而开发的技术，可以保证细粉尘值的高准确度和可重现性；以公认的快捷方便的现场校准而闻名通过云 MYATMOSPHERE 实现短时间调试和即时记录测量值通过 Wi-Fi 热点、远程访问和外部触摸板，根据现场情况进行配置通过 GPRS/3G/4G/Ethernet/Wi-Fi 通信，可选：LoRaWAN可扩展气象站和气体传感器，可以更好地评估和评价颗粒物数据以高时间分辨率测量 Cn、PM1、PM2.5、PM4、PM10（可选：SO2、CO、NO2、O3）颗粒物测量范围从 0.175 - 20,000 nm 到 100 mg/m³ 质量浓度或 20000 个颗粒/cm³（单一颗粒物分析）应用领域工业：- 生产过程 - 散装物料处理（混合，卸料，储存，包装等） - 厂界监控施工现场：道路，铁路，拆除现场建筑物：学校，幼儿园，医院，酒店，办公室，公共服务建筑物建筑工地或其他污染区域附近的住宅建筑公共交通：机场，火车站，电车和地铁站，游轮，客舱，例如在电车、火车上

新冠病毒确认可通过气溶胶传播2019年末以来，新冠病毒的爆发性疫情对世界范围产生了巨大影响。该病毒也从最早的原始毒株不断变异，其主流毒株的传染性也逐渐增强。经过广泛的科学论证，普遍认为目前世界范围内流行的奥密克戎毒株既可以通过常见的飞沫、黏膜接触等传播，也可以通过气溶胶形式进行传播。2020年10月20日，世界卫生组织（WHO）认定气溶胶可以传播新冠病毒，在接下来的六个月里，通过官方文件确认了气溶胶可以携带病毒，并留在空气中。在我国2022年颁布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第九版）》中，也明确说明了传播途径包括“在相对封闭的环境中经气溶胶传播”。 01生物气溶胶什么是气溶胶？气溶胶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。其中，包含生物性物质的气溶胶，例如病毒、细菌、真菌、花粉、过敏原、立克次体、衣原体、动植物源性蛋白、各种菌类毒素和它们的碎片和分泌物等，被称作生物气溶胶。生物气溶胶主要来源于土壤、植被、水体等源排放和动物（包含人类）、医院、养殖场、垃圾填埋场、污水处理厂等源排放。生物气溶胶在传染病、公共卫生、大气环境、食品安全、生态环境、气候变化、生物反恐、疾病检测以及环境与健康等方面均有重要影响。生物气溶胶颗粒形成后，便可在较长时间内悬浮于空气之中并且保持感染活性，因此可持续产生感染风险。 根据科学研究，新冠病毒的粒径约为0.1μm，而新冠病毒也可能附着于其他气溶胶颗粒上，常见的生物气溶胶颗粒的直径范围在0.01~10μm之间，因此粒径范围在0.1-10μm之间的生物气溶胶均可能含有新冠病毒。而对于生物气溶胶的检测也构成了对流行病学调查、风险评估等工作的重要组成部分。不同于污染区域的表面采样或者对人筛查使用的鼻咽拭子采样，要实现对漂浮在空气中看不到摸不着的生物气溶胶进行检测，必须首先经过特殊的生物气溶胶采样器对生物气溶胶进行富集。 新型冠状病毒（图源：新型冠状病毒国家科技资源服务系统） 02捕获生物气溶胶 生物气溶胶是传播病毒细菌的方式，要如何对它进行捕获并进一步检测它呢？生物气溶胶采样器可以实现。生物气溶胶在空气中看不到、摸不着、闻不到，几乎无影无踪，在空气中直接对生物气溶胶进行详细生化指标测试极为困难，因此在很长一段时间内，人们对于空气中的生物气溶胶的性质知之甚少。为了研究空气中的生物气溶胶，就需要开发气溶胶采集器，通过物理方法将空气中微生物富集到采样载体上，以便于我们对空气环境中浓度低、颗粒小的微生物进行充分的分析研究。对于生物病原体的采集，要求采样器具有高效的采样效率、合理的粒径采集区间、优秀的工作稳定性与可靠性，且需要能够充分保持被采样物质的生物学特征，例如活性、核酸片段等信息，以用于后续细胞生物学和分子生物学方法的进一步研究。 03新冠病毒的气溶胶采样 疫情以来，大家对于核酸PCR检测已经再熟悉不过了，通过核酸PCR检测，能够发现人体中是否存在新冠病毒。对于人体新冠病毒的检测，通过咽拭子采样，其有严格的标准采样动作要求。同样，对空气中新冠病毒检测采样也有着严格的要求。 ①便于核酸PCR检测。对于空气中的细菌和真菌分析多采用传统的营养基培养计数法，但由于新冠病毒必须在生物体细胞内进行繁殖，不能在营养基上直接培养，因此针对新冠病毒筛查的气溶胶富集采样方法不应使用传统方法。核酸PCR检测是针对病毒含有的核酸进行检测分析，不需要培养病毒，并且具有非常高的灵敏度，因此适用于新冠病毒的检测。②采样方法不破坏病毒核酸。由于PCR检测的是新冠病毒的RNA核酸，因此采样方法应不破坏生物的分子结构和生物活性。③采样后样品体积小。PCR检测方法对于样品量体积需求低，往往只有200μL，为了更灵敏地检出可能存在的新冠病毒，气溶胶采集器的采样载体应尽可能做到体积小、采集效率高，液体采样基的采样后体积或者用于在洗脱固体采样基后得到的洗脱液体积宜小于1mL。④对于小直径气溶胶颗粒采样效率高，采样颗粒直径覆盖范围广。根据前文论述，粒径范围在0.1-10μm之间的气溶胶均可能含有新冠病毒，因此针对新冠病毒的气溶胶采样器应有效采集以上粒径范围的生物气溶胶。⑤采样流量大、可连续采样时间长。新冠病毒在空气中处于气溶胶状态时浓度往往较低。为了进一步提高生物气溶胶检测的灵敏度与覆盖范围，提高采样的时效性与可靠性，具有大流量采样能力和长时间采样可靠性的采样器，更适合实际应用场景的使用。⑥具有生物安全性设计。新冠病毒具有非常强的感染能力，对环境的采样载体应具有良好的生物安全性设计，采样之后采样载体能够充分密封保存，采样设备便于灭活洗消和更换耗材与一次性部件，避免采样载体或者误操作等因素造成对操作人员的潜在危险。⑦环境适应性好。我国由于地跨多个地理纬度，各地大气、温度环境各不相同。作为环境采样装置，应具有较好的温度、湿度、气压适应能力，尤其可以在低于零度的环境中使用，使用固体采样基的采集器在这方面具有优势。⑧结构简单，使用方便，采样载体易于保存。对于实际应用场景的采样，往往需要由一线防疫人员经过简单的训练即可正确操作使用，因此可靠、简单的结构搭配易于保存的固体采样载体更有利于生物气溶胶检测的广泛使用。 04不同类型的采样器及特点自然界中含有大量微生物气溶胶，其中粒径为0.1~10.0μm的微生物气溶胶与人类健康关系密切。空气中针对不同应用场景、不同目标微生物的气溶胶的采样方法种类繁多。根据采样原理的不同，国标GB/T 38517-2020中罗列出了多种常见的生物气溶胶采样器类型，主要分为撞击式采样器、冲击式采样器、过滤式采样器、离心式采样器、静电吸附采样器、自然沉降采样器等，以及基于这些原理的大流量采样器。 撞击式采样器撞击式采样器是一种利用惯性作用，通过喷嘴、喷口或裂隙的加速作用把生物气溶胶粒子采集到固体介质表面的气溶胶采样装置。撞击式采样器通常分为筛孔式和狭缝式，主要区别为气溶胶通过的喷嘴、喷口或裂隙形状不同，不同形状对应的采样流量也不同。安德森采样器是最常见的筛孔式采样器，使用层叠的带有不同孔径的筛孔收集不同粒径范围的气溶胶颗粒，工作流量一般为28.3L/min。作为一种可靠的空气微生物采样器，国际微生物会议和美国政府工业卫生学家协会推荐为标准空气微生物采样器，也是应用最广泛的空气微生物采样器。其通过直接将空气浮游菌采集到营养琼脂平皿上，采样后可直接进行培养，对在培养基上形成的菌落数进行计数即可以反推出采样时的浮游菌数量。但是这种采样器不能长时间工作，否则气流的冲击会造成营养琼脂平皿的过度失水。安德森采样器适用于对于医院、超净间、公共场所、制药车间等场所的浮游菌检测和相关科学研究。由于病毒必须在细胞内繁殖，使用琼脂平皿的安德森采样器不能有效地培养出病毒斑迹，同时为了适配比浮游菌颗粒更小的病毒气溶胶颗粒，对于包括新冠病毒在内的病毒采样往往使用经过特殊空气动力学设计、具有更大流量、采集颗粒能力更强的狭缝式撞击式采样器。撞击式采样原理图冲击式采样器冲击式采样器是一种利用气流对液体的冲击、清洗或雾化等原理，能够使具有足够大惯性的生物气溶胶粒子撞击液体并进入液体介质中的气溶胶采样装置。通常可以分为全玻璃液体冲击式采样器、气旋冲击式采样器等。这类采样器的最大特点是可将空气中的微生物直接富集到液体中，方便后续的试验分析，经常用于野外环境的采样和现场快速检测。但其采样流量小，多适用于高浓度的生物气溶胶采样，且采样液体积有限，随着采样的进行，液体会挥发，不能用于长时间、大流量的冲击采样。 冲击式采样器原理图过滤式采样器过滤式采样器又叫滤膜式采样器，是一种当生物气溶胶粒子通过各种滤材时，由于滤材小孔对粒子的阻留或／和滤材对粒子的静电吸引阻留作用，将粒子捕获在滤材上的采样装置。过滤采样被认为是最简单且有效的采样方式，其结构相对简单，通常由采样滤膜载体和气泵组成，可根据使用的需求，灵活调整采样流量。此类采样器具有采样效率高、流量可调节范围广、操作简单等特点，但受滤膜材质的影响，过滤式采样器采样效率在长时间工作后可靠性会下降，不适宜用于超过30min的长时间采样。 离心式采样器离心式采样器是一种让气体以高速旋转所产生的离心力将生物气溶胶粒子与气流分开并撞击到固体介质表面上或富集到液体介质里的采样装置。此类采样器也称之为气旋式采样器，多采用液体为采样介质，因其结构的差异又有湿壁气旋式和干壁气旋式之分。湿壁气旋采样器采样过程中，生物气溶胶颗粒接触湿的采样管内壁，进而进入采样液中。此种采样器的特点是采样效率高，采完后的液体样品可以直接用于后续试验分析，但也受到采样液易挥发、采样过程不稳定及易污染等缺点的限制。干壁气旋采样器采用旋风分离的方法，将生物气溶胶样品撞击进入采样液中，其能在一定程度上减少采样液挥发等问题，但对于0.5μm 以下粒子（例如病毒） 的采样效率往往较低。离心式采样器常用于环境中细菌、真菌、孢子等生物颗粒的采集与后续分析工作。 旋风分离技术原理静电吸附采样器：静电吸附采样器是一种使用多种方法使生物气溶胶粒子带上电荷，在电场的作用下通过静电吸附收集生物气溶胶粒子的采样装置。目前常用的带电方式是电极高压放电，但是该方法有可能造成生物体活性降低和结构破坏。静电富集采样往往被集成于长期连续工作的纸带式收集与监测系统之中。 自然沉降采样器自然沉降采样器是一种利用生物气溶胶粒子在重力作用自然下沉降到采样面（即微生物营养琼脂平皿表面）的采样器。其特点是等待菌体自行沉降，所需采样时间较长，采样效率低，且不能采集到长期漂浮在环境中的浮游菌。但是这种方法所需仪器设备少，可在部分场景下替代安德森采样器，常用于洁净间、医院等场所的辅助例行检查。类似于安德森采样器，其采用的培养基也不能用于培养病毒。 自然沉降采样 针对不同种类采样器的工作原理和特点，结合对新冠病毒采样的要求，下表对各类采样器对新冠病毒气溶胶采样的适用性进行了比较。 狭缝式撞击采样器安德森采样器冲击式采样器过滤式采样器离心式采样器静电吸附采样器自然沉降采样器采样后便于核酸PCR检测√❌√√√√❌不破坏病毒核酸√√√❌√❌√采样样品体积小√❌❌❌❌√❌采样效率高，采集粒径覆盖广√√√√❌√❌采样流量大√❌❌√√√❌可长时间连续稳定采样√❌❌❌❌❌√生物安全性设计√❌❌√√√❌环境适应性好√√❌√❌√√结构简单，使用方便，采样载体易于保存√√❌√❌√√综合对含有新冠病毒气溶胶的采样需求，狭缝式撞击式采样原理的采样器具有最好的适应性。 本节相关技术原理图片部分来自文献《Methods for Sampling of Airborne Viruses》，MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS, Sept. 2008, p. 413–444 05 BC500生物气溶胶采样器 BC500生物气溶胶采样器是基于狭缝式撞击式采样原理进行设计开发的一款高效、便携、全天候的大流量生物气溶胶采样器。该设备配备生物性气溶胶采样载体及洗脱液，可以满足以上对生物气溶胶颗粒采样的多方面要求，适用于如细菌、病毒、真菌、芽孢等生物气溶胶颗粒的富集采样。该设备可以单独使用，也可与生物气溶胶报警器联合使用，实现监控、报警、采样一体化操作，满足多种生物气溶胶采样的要求。其特点包括： l参考最新国标设计：《GB/T 39990-2021 颗粒 生物气溶胶采样器 技术条件》；l设备联动采样：可以和生物气溶胶报警器联用，在生物气溶胶报警器报警同时，触发启动生物气溶胶采样器自动实施；l采样效率高：对于小粒径气溶胶颗粒采样效率高；l环境适应性好：采样性能不受环境温湿度变化影响；l生物安全性高：采集后可保持密封状态，设备整体便于洗消；l人机工程设计：生物气溶胶采样载体便于安装，设备可单手携带、一键操作、移动采样；l运输方便：标配携行箱，适应铁路、水运、公路、空运等运输方式。