一种人体颗粒物主动吸入浓度测试方法与流程

本发明涉及一种人体颗粒物浓度测试方法，具体涉及人体颗粒物主动吸入浓度测试方法。

背景技术：

人员暴露量的概念定义为人员在某一环境中对物质的接触量。人员对颗粒物的暴露量可进一步细化为人员主动吸入的颗粒物暴露量和被动沉降的颗粒物暴露量。

主动吸入的颗粒物粒径越小，进入呼吸系统的部位越深。大于11.0μm的颗粒物大部分被鼻腔粘膜捕获，很少能进入人体呼吸系统。但是这些大颗粒物如果携带有花粉等过敏源时，会引起有过敏史的人产生过敏反应，导致打喷嚏、流涕、流眼泪、鼻奇痒，严重者还会诱发气管炎、支气管哮喘、肺心病(多发在夏秋季)等。能够进入呼吸道的颗粒物直径通常小于7.0μm，其中3.3μm～7.0μm的颗粒物会沉降在上下气管中。小于3.3μm的颗粒物容易穿透支气管气泡。更严重的是，粒径在0.65μm～1.1μm之间的颗粒物可能通过肺泡，通过血液循环系统移动到身体其他器官，理论上会造成更严重的健康威胁。主动吸入的颗粒物所吸附的重金属和有毒物质还会溶解于血液，进而对人体健康造成极大的伤害。颗粒物不仅具有呼吸道、心血管和血液系统毒性，同时还具有生殖系统毒性，可使胎儿发生宫内发育迟缓、低体重的风险性增加等。

此前关于主动吸入暴露量的研究方法主要是使用光学粒子计数器等颗粒物浓度测试仪器测试人体呼吸区颗粒物浓度。用仪器测试的浓度表征人体呼吸吸入的颗粒物浓度。除了主动吸入的颗粒物暴露量外，还存在着被动沉降的颗粒物暴露量。被动沉降颗粒物暴露量主要采用玻璃采样片、ptfe采样片等测试。因此，利用光学粒子计数器等测得的人体主动吸入颗粒物暴露量很难与玻璃采样片、ptfe采样片等测得的被动沉降颗粒物暴露量联系起来，并进行进一步对比分析。

所以，需要一种新的利用ptfe膜进行人体颗粒物主动吸入浓度测试的方法，以便于深入研究颗粒物主动吸入暴露对人体健康的影响，并且更好地与被动沉降暴露对比。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种人体颗粒物主动吸入浓度测试方法，解决现有技术中人体颗粒物主动吸入量研究方法精度不高的问题。

本发明的技术方案概述如下：

一种人体颗粒物主动吸入浓度测试方法，所述方法是由主动吸入颗粒物浓度采样方法，主动吸入颗粒物浓度标定方法，荧光颗粒物示踪标记方法，颗粒物图像采样样本自动计数方法组成的系统分析方法。

所述的颗粒物浓度采样方法通过主动采样系统实现，主动采样系统主要由可变流量采样器、流量调节阀、采样泵、计时器和电源组成，流量调节阀控制采样流量恒定，采样泵由电源供电，受计时器控制采样时间。

所述可变流量采样器包括上下两个部分，中间固定有ptfe采样膜；上下两部分用螺丝固定，采样器的上盖包括螺丝孔、切割托盘和凸槽，采样器的下盖包括螺丝孔和凹槽，ptfe采样膜放置在凸槽和凹槽之间，利用螺丝依次通过上盖螺丝孔和下盖螺丝孔固定好。

所述可变流量采样器为不锈钢，铁或pvc材料。

所述的颗粒物沉降量标定方法可以定量分析该方法用于不同情况分析时的相对误差情况。

所述的荧光颗粒物示踪标记方法借助荧光颗粒物和高分辨率荧光显微镜实现；利用特殊的荧光颗粒物模拟人体暴露颗粒物，被所述的颗粒物沉降量采样方法捕捉后，在高分辨率荧光显微镜特定波长激光照射下发出荧光，进而利用荧光显微镜的ccd相机拍摄高分辨率粒子照片。

所述的颗粒物图像采样样本自动计数方法使用matlab软件进行编程，自动统计荧光显微镜ccd相机拍摄的颗粒物采样样本图像，具体方法包括以下步骤：

(1)把ccd相机拍摄的灰度照片通过阈值转换法转变为纯黑白二值图像；颗粒物为白色的点，没有颗粒物的地方为纯黑色背景；

(2)在灰度为0-255的范围内，设置阈值为5，即认为灰度值大于5的地方是颗粒物；

(3)找出二值图像中连通的区域，统计连通区域的数量即为颗粒物数量，就可以得到不同情况下，人体不同位置被动暴露情况。

该自动计数方法与真实值之间的误差在5％以内。

本发明有益效果：

(1)集成了颗粒物主动吸入浓度采样方法、标定方法、测试方法和统计方法的测试方法可以准确地测试人体颗粒物主动吸入浓度。

(2)该方法的建立为人体颗粒物主动吸入暴露和被动沉降暴露的分析和对比提供了可能。对于颗粒物健康威胁的研究具有非常重要的意义。

(3)主动吸入颗粒物浓度采样方法可以改变流量，模拟不同运动情况下呼吸量不同时，主动吸入颗粒物暴露情况。

(4)颗粒物图像采样样本自动计数方法可以准确快速地计算采样装置上颗粒物数。统计时间降低为人工统计的10％以内，与真实值的误差在5％以内。

(5)本方法的建立使得人体主动吸入颗粒物暴露量和主动吸入颗粒物暴露量的对比成为可能。为新型人体暴露模型的开发提供数据和方法。

附图说明

图1为可变流量采样器结构示意图；图1a-1可变流量采样器上盖结构示意图；图1a-2为图1a-1侧视图；图1b-1可变流量采样器下盖结构示意图；图1b-2为图1b-1侧视图；

图2为主动采样系统图；

图3为本发明各部分方法逻辑关系图和流程图；

图4为ptfe采样膜采样方法和aps动力学粒径谱仪测试结果对比标定图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。

本发明使用特定的荧光颗粒物表征主动吸入颗粒物。首先使用如图1所示的可变流量采样器进行采样。该采样器可以用不锈钢，铁，pvc等材料制成。图1a和下图1b分别为采样器的两个部分，中间固定ptfe采样膜。上下两个部分用螺丝固定。图1a为该采样器的上盖，主要由螺丝孔a1、切割托盘a2和凸槽a3组成。图1b为该采样器的下盖，主要由螺丝孔b1和凹槽b2组成。ptfe采样膜放置在凸槽a3和凹槽b2之间，利用螺丝依次通过上盖螺丝孔a1和下盖螺丝孔b1固定好。将该采样器按照如图2所示的主动采样系统连接，进行采样。该主动采样系统主要由采样器、流量调节阀、采样泵、计时器和电源组成。流量调节阀控制采样流量恒定。采样泵由电源供电，受计时器控制采样时间。接着，如图3所示，使用荧光显微镜获得高分辨率的样本上颗粒物图像样品。然后，使用颗粒物图像采样样本自动计数方法统计样品上的颗粒物数。从而得到颗粒物被动暴露浓度。使用颗粒物沉降量标定方法对不同情况分析时的相对误差进行测试分析。图4显示的是利用该方法测得的颗粒物数与使用aps动力学粒径谱仪测得的颗粒物数的对比。

以某次假人被动暴露实验为例进行进一步的说明。为了研究暴露在室内颗粒物环境中人体被动暴露量，使用该发明中描述的方法进行。利用发尘器向室内均匀释放荧光颗粒。取1ml荧光粒子原液稀释后加入bgicollison发生器中。根据计算，每毫升荧光粒子原液含荧光颗粒8.7×10⁷个，假设在舱内地平面上均匀分布，荧光显微镜下每张照片能够看到平均27个荧光颗粒。基本能够满足要求。打开搅拌风扇，开始发尘，发尘约需要1h。在暖体假人呼吸区放置如图1和2所示的主动暴露采样器。以1l/min的速度使用采样泵进行采样。荧光颗粒经过采样器入口之后，会完全沉降在采样头中间的ptfe薄膜上。采样2h后取下ptfe薄膜。进行下一步的荧光显微镜观测。本实验使用的是nikon80i荧光显微镜。荧光显微镜的原理是：当使用普通的显微镜时没有激光激发，荧光粒子不会发光。在普通显微镜下也不能很容易地将它们与普通的颗粒物区分开。红色荧光颗粒在特定波长的红光激发下会发光，利用ccd相机就可以把这种特定的荧光颗粒物捕捉并拍照。其他荧光颗粒物则不会发光。在另外一种特定波长的光激发下，另外一种荧光颗粒物，例如绿色荧光颗粒物才会发光并被捕捉。这样就可以得到高分辨率的样本上颗粒物图像样品。一个采样片的照片上面的颗粒物数很多情况下会达到上千个。如此巨大的数据量无法用人工的方法直接数出。这就需要借助颗粒物图像采样样本自动计数方法。研究人员利用matlab软件(mathworksinc.，natick，ma，usa)开发了一个自动计算照片上颗粒物数的程序。首先把ccd相机拍摄的灰度照片通过阈值转换法转变为纯黑白二值图像。颗粒物为白色的点，没有颗粒物的地方为纯黑色背景。在灰度为0-255的范围内，设置阈值为5，即认为灰度值大于5的地方是颗粒物。找出二值图像中连通的区域，统计连通区域的数量即为颗粒物数量。这样就可以得到不同情况下，人体呼吸区主动暴露情况。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。