一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀的製作方法
2023-10-22 16:05:47 3
本發明屬於大氣顆粒採集技術領域，具體涉及一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀。
背景技術：
隨著城市化與工業化的推進，大氣汙染問題日益嚴峻。其中大氣顆粒物汙染作為影響空氣品質的首要因素，成為當代環境科學、大氣化學的研究熱點。大氣顆粒物是指大氣中存在的各種固態和液態顆粒狀物質的總稱，它的成分多樣，按照顆粒物尺寸的不同可分為總懸浮顆粒物(TSP)、可吸入顆粒物(PM10)和細顆粒物(PM2.5)等。顆粒物常被汙染物附著，並且顆粒物可沉降、可存留於大氣中，也可在大氣動力的作用下被轉移，因此顆粒物的汙染影響範圍廣，影響深遠，已經成為全球重點關注的環境問題之一。
目前，環境監測和探究主要集中於PM2.5、PM10以及通過幹、溼沉降而進入地表環境的重金屬、多環芳烴致癌物、含氮物質等物質的採集檢測，對於大氣中其它的微顆粒物如微塑料等極少提及。微塑料是直徑小於5mm的塑料顆粒，為《聯合國環境規劃署2014年鑑》重提出的十大新興汙染物之一。據Dris等在2015年的研究顯示，在法國巴黎由大氣沉降所帶來的微塑料達到280顆粒/平方米，並估算整個巴黎每年由大氣沉降所帶來的微塑料可達3-10噸，因此大氣環境中微塑料的存在及其沉降行為，是大氣汙染的重要角色，也是地表水環境微塑料汙染的重要來源之一。微塑料除了本身含有添加劑如壬基苯酚(NP)、雙酚-A等外，還會從周圍環境中吸收一些疏水性的持久性有毒物質以及一些其它金屬化學物質，因此，其較一般的微汙染物毒性更強。同時，由於尺寸較小的特點使得微塑料極容易被環境中的生物誤食並通過食物鏈進行傳遞。這使得微塑料不僅成為汙染物的來源，同時也成為了傳播汙染物的載體。有鑑於此，有必要對大氣源中微塑料的沉降、歸趨及其對生態環境危害等方面做進一步研究，然而如何採集更加全面的大氣、水體樣本，將成為至關重要的一步。
目前對微塑料的採樣方法主要是直接採樣法，包括注射器採樣和塑膠袋採樣等。然而，這種人工採樣取樣的方法不僅監測工作繁瑣，也很難保證檢測結果的準確性。其他方法如定點抽水取樣法所得的樣本容易受到水源生物的破壞，較大的影響樣本數據的準確性。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀，可實現自動採集不同天氣狀況下的大氣源中微塑料樣本，免去繁瑣的人工操作，樣本數據的準確性高。
本發明的具體技術方案如下：
本發明提供了一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀，其特徵在於，包括：控制器、雨水感應器、擋板系統、迎風採集系統和沉降採集系統；
所述控制器接收所述雨水感應器傳遞的信號，移動所述擋板系統封閉所述迎風採集系統或沉降採集系統的採樣口，用於切換所述迎風採集系統和沉降採集系統。
優選的，所述擋板系統包括：第一擋板和第二擋板；
所述沉降採集系統包括：幹沉降採集系統和溼沉降採集系統；
所述雨水感應器在感應到持續降雨信號時，將信號傳遞至所述控制器，所述控制器移動所述第一擋板封閉所述迎風採集系統的採樣口以及移動所述第二擋板封閉所述幹沉降採集系統的採樣口，溼沉降採集系統開啟；
所述雨水感應器在不再感應到持續降雨信號時，將信號傳遞至所述控制器，所述控制器移動所述第二擋板封閉所述溼沉降採集系統的採樣口和移動所述第一擋板打開所述迎風採集系統的採樣口，所述幹沉降採集系統和所述迎風採集系統同時開啟。
優選的，所述雨水感應器設有倒計時功能；
當所述雨水感應器在感受到雨滴時，所述倒計時功能開啟，所述雨水感應器在倒計時內以及倒計時結束後感應到持續降雨信號時，所述溼沉降系統開啟，所述幹沉降採集系統和迎風採集系統關閉；
當天氣轉晴時，所述倒計時功能開啟，所述雨水感應器在倒計時以及倒計時結束後感應不到降雨信號時，所述幹沉降採集系統和迎風採集系統開啟，所述溼沉降系統封閉。
優選的，所述迎風採集系統包括：迎風採集裝置、第一濾網、採集箱、第一固定裝置和升降裝置；
在所述迎風採集裝置的採樣口設置有風向標和迎風擋板，所述迎風擋板的迎風面和所述風向標的箭頭指向一致；
所述第一濾網水平設置於所述迎風採集裝置內；
所述採集箱連接所述迎風採集裝置的底部。
優選的，所述自動採集儀還包括：第一固定裝置和升降裝置；
所述採集箱設置於所述第一固定裝置的底部；
所述第一固定裝置設置於所述升降裝置上，用於調整所述迎風採集裝置的高度；
所述第一擋板連接所述第一固定裝置。
優選的，所述幹沉降採集系統包括：幹沉降採集裝置、第二濾網和集塵箱；
所述溼沉降採集系統包括：溼沉降採集裝置、第三濾網和集水箱；
所述第二濾網水平設置於所述幹沉降採集裝置內；
所述第三濾網水平設置於所述溼沉降採集裝置內；
所述集水箱通過導管連接所述溼沉降採集裝置的底部；
所述集塵箱連接所述幹沉降採集裝置的底部。
優選的，所述迎風採集系統的採樣口為所述迎風採集裝置的採樣口；
所述幹沉降採集系統的採樣口為所述幹沉降採集裝置的採樣口；
所述溼沉降採集系統的採樣口為所述溼沉降採集裝置的採樣口。
優選的，所述自動採集儀還包括：第二固定裝置；
所述集塵箱和集水箱設置於所述第二固定裝置中；
所述第二擋板連接所述第二固定裝置。
優選的，所述擋板系統還包括：第三檔板；
所述第三檔板可升降設置於所述第二固定裝置內，圍在所述幹沉降系統的四周；
所述第三擋板可在豎直方向上進行升降調節，當所述第二擋板移動至所述幹沉降系統的採樣口時，所述第三檔板上升並與所述第二擋板相接。
優選的，所述自動採集儀還包括：自動記錄裝置；
所述自動記錄裝置設置於所述第二固定裝置內，介於所述集塵箱和所述集水箱之間；
所述自動記錄裝置連接所述集塵箱和所述集水箱，用於實時記錄所述集塵箱收集的大氣顆粒和所述集水箱收集的積水。
本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀由控制器、雨水感應系統、迎風採集部分和沉降採集系統組成，能自動感應大氣環境中的天氣狀況，並根據不同的天氣狀況切換採集系統形態，從而完成採集儀在不同天氣狀況下的採集工作。本發明所提供的自動採集儀可完成多種天氣狀況下樣本採集工作，不僅能實現在風力作用下對大氣樣本的迎風採集，又能實現在重力作用下對沉降物在幹、溼環境的分開採集，有利於採集到更加全面的微塑料樣本，可為後續的研究工作提供可靠的樣本來源，具有操作簡便、採集數據準確和適用環境廣泛等優點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀在乾燥環境下的結構示意圖；
圖2為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀在降雨環境下的結構示意圖；
圖3為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀的迎風採集系統在乾燥環境下的全剖主視圖；
圖4為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀的迎風採集系統在乾燥環境下的左視圖；
圖5為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀的迎風採集系統在降雨環境下的全剖主視圖；
圖6為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀的迎風採集系統在降雨環境下的俯視圖；
圖7為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀在降雨環境下的沉降採集系統的全剖主視圖；
圖8為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的第一固定裝置的結構示意圖；
其中，迎風採集裝置1、第一濾網2、採集箱3、幹沉降採集裝置4、第二濾網5、集塵箱6、溼沉降採集裝置7、第三濾網8、集水箱9、風向標11、迎風擋板12、第一擋板13、第一固定裝置14、升降裝置15、第三擋板21、自動記錄儀24、第二擋板23、第二固定裝置22和導管91。
具體實施方式
下面將結合本發明說明書附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例只是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本領域技術人員應當理解，對本發明的具體實施例進行修改或者對部分技術特徵進行同等替換，而不脫離本發明技術方案的精神，均應涵蓋在本發明保護的範圍中。
參照圖1至圖8，本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀，包括：控制器、雨水感應器、擋板系統、迎風採集系統和沉降採集系統。其中，控制器接收所述雨水感應器傳遞的信號，移動所述擋板系統，封閉所述迎風採集系統或沉降採集系統的採樣口，用於切換所述迎風採集系統和沉降採集系統。
其中，擋板系統包括：第一擋板13和第二擋板23；沉降採集系統包括：幹沉降採集系統和溼沉降採集系統。雨水感應器設有倒計時功能，優選的，倒計時設為10秒。
當雨水感應器感應到雨滴時，倒計時功能開啟。在倒計時內以及倒計時結束後仍感應到持續降雨信號時，降雨信號傳遞至控制器，控制器移動第一擋板13封閉迎風採集系統的採樣口和移動第二擋板23封閉幹沉降採集系統的採樣口，溼沉降系統開啟，幹沉降採集系統和迎風採集系統關閉；在倒計時內以及倒計時結束後感應到降雨不連續或者無感應到降雨信號時，將信號傳遞至控制器，控制器移動第二擋板23封閉溼沉降採集系統的採樣口和移動第一擋板13打開迎風採集系統的採樣口，幹沉降採集系統和迎風採集系統開啟，溼沉降系統關閉。
當天氣晴朗時，倒計時功能開啟。在倒計時內以及倒計時結束後仍無感應到持續降雨信號時，幹沉降採集系統和迎風採集系統開啟，溼沉降系統關閉；在倒計時內以及倒計時結束後感應到持續降雨信號時，溼沉降系統開啟，幹沉降採集系統和迎風採集系統關閉。
所述迎風採集系統包括：迎風採集裝置1、第一濾網2、採集箱3、第一固定裝置14和升降裝置15。
第一濾網2水平設置於所述迎風採集裝置內，採集箱3連接所述迎風採集裝置1的底部，採集箱3設置於所述第一固定裝置14的底部，第一擋板13連接第一固定裝置14。同時，第一固定裝置14設置於所述升降裝置15上，通過調整升降裝置15的高度可將迎風採集裝置1安放在不同高度，從而完成迎風採集裝置1對所需樣本的採集工作。
在迎風採集裝置的採樣口設置有風向標11和迎風擋板12，風向標11在測定好風向後發出信號，控制器接受信號後通過電力控制的方式控制迎風擋板12的移動，使得迎風擋板12的迎風面和風向標11的箭頭指向一致，進而實現迎風採集。
幹沉降採集系統包括：幹沉降採集裝置4、第二濾網5和集塵箱6。第二濾網5水平設置於幹沉降採集裝置4內，集塵箱6連接所述幹沉降採集裝置4的底部。自動採集儀能對大氣中的幹沉降物進行採集，幹沉降物經過幹沉降採集裝置4與第二濾網5後到達集塵箱6，從而完成大氣幹沉降樣本的採集工作。本實施例中，幹沉降採集原理是對顆粒物在重力的作用下所產生的沉降物進行採集，將幹沉降採集裝置4的採樣口設計成廣口的形態，能適當增加在大氣幹沉降採集形態時所採得的樣本量。
溼沉降採集系統包括：溼沉降採集裝置7、第三濾網8和集水箱9。第三濾網8水平設置於溼沉降採集裝置7內，集水箱9通過導管91連接所述溼沉降採集裝置7的底部。自動採集儀能對大氣中的溼沉降物進行採集，溼沉降物依次經過溼沉降採集裝置7、第三濾網8和導管91後到達集水箱9，從而完成自動採集儀對大氣溼沉降樣本的採集工作。
在本發明實施例中所提供的自動採集儀還包括：第二固定裝置22。集塵箱6和集水箱9設置於所述第二固定裝置22中，第二擋板23設置於所述第二固定裝置22上。
進一步的，自動採集儀還包括：四塊第三檔板21；第三擋板21設置於所述第二固定裝置22內，圍在幹沉降系統的四周，用於避免溼沉降採集系統開啟狀態時雨滴進入幹沉降採集系統內，影響幹沉降採集數據的準確性。
第三檔板21可在垂直方向上進行升降調節，控制器控制第二擋板23移動至幹沉降系統的採樣口的同時第三檔板21上升，然後與所述第二擋板23相接。
進一步的，自動採集儀還包括：自動記錄裝置24。該自動記錄裝置24設置於所述第二固定裝置22內，介於所述集塵箱6和所述集水箱9之間。自動記錄裝置24連接所述集塵箱6和所述集水箱9，用於實時記錄所述集塵箱6收集的大氣顆粒和所述集水箱9收集的積水。
更進一步的，所述雨水感應器設有倒計時功能。
雨水感應系統在倒計時10秒內或倒計時結束後感應到持續降雨時，將信號傳遞至控制器，控制器控制第一擋板13移動，封閉所述迎風採集系統的採樣口，迎風採集中止；同時，控制器控制第二擋板23移動，封閉幹沉降採集系統的採樣口，自動採集儀轉變為溼沉降採集形態。
當雨水感應系統不再感應到降雨後，將信號傳遞至控制器，控制器控制第二擋板23移動，封閉溼沉降採集系統的採樣口，轉變成溼沉降採集形態；同時，控制器控制第一擋板13移動，打開迎風採集系統的採樣口，迎風採集形態恢復。完成轉換後，自動記錄裝置24完成前次沉降數據的記錄並存儲數據。
更進一步的，所述迎風採集系統的採樣口為所述迎風採集裝置1的採樣口，幹沉降採集系統的採樣口為所述幹沉降採集裝置4的採樣口；所述溼沉降採集系統的採樣口為所述溼沉降採集裝置7的採樣口。
採用本實施例所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀進行大氣採樣的過程具體如下：
1、將所述自動採集儀置於露天環境中，開啟控制器，啟動雨水感應系統；
在天氣乾燥時，倒計時功能開啟，當雨水感應系統在10秒倒計時內以及倒計時結束後無感應到持續降雨時，控制器控制第二擋板23和第三檔板21移動並封閉溼沉降採集系統的採樣口，迎風採集系統和幹沉降採集系統開啟。此時，由風力所帶來的顆粒物經過迎風採集裝置1與第一濾網2後到達採集箱3；同時，沉降物經過幹沉降採集裝置4的採樣口和第二濾網5後到達所述集塵箱6，並由所述自動記錄裝置24完成採集時間段的記錄，大氣幹沉降採樣完成；
當雨水感應器感應到雨滴時，倒計時功能開啟，雨水感應系統在倒計時10秒內或者倒計時結束後感應到持續降雨，採集狀態轉換為溼沉降採集狀態，控制器控制第一擋板13移動並封閉迎風採集裝置1的採樣口，控制器控制第二擋板23移動並封閉幹沉降採集系統的採樣口，開啟溼沉降採集系統。溼沉降採集系統開啟時，雨水依次經過所述溼沉降採集裝置7的採樣口、第三濾網8和導管91後流至所述集水箱9，並由所述自動記錄裝置24完成採集時間段的記錄，大氣溼沉降採樣完成。
2、取出採集箱3，採用原位採集分離的方法，對由風力所帶來的顆粒物中的微塑料進行分離。
3、取出集塵箱6，採用原位採集分離的方法，對幹沉降樣本中的微塑料進行分離。
4、取出集水箱9，採用原位採集分離的方法，對溼沉降樣本中的微塑料進行分離。
本發明中所描述的具體實施例為本發明所提供的一種採集大氣源中微塑料的自動採集儀及其採集過程的優選實施例。本發明所屬技術領域的技術人員可根據不同的採集環境、不同的採集目的，對所描述的具體實施例加以修改或補充。另外，本專利申請文件中多次使用的控制器、雨水感應器、擋板系統、迎風採集裝置1、採集箱3、幹沉降採集裝置4、集塵箱6、溼沉降採集裝置7、集水箱9、導管91、自動記錄裝置24、第一濾網2、第二濾網5、第三濾網8、升降裝置15、第一固定裝置14和第二固定裝置22等術語，僅僅為了更方便地描述和解釋本發明的本質，如果使用其他術語並不偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍，也在本發明的保護範圍之內。