用于檢測空中漂浮的生物粒子的檢測設備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于檢測空中漂浮的生物粒子的檢測設備和方法。在檢測設備(100A)中，引入孔(10)和排出孔(11)打開，并且驅動空氣引入機構(50)向外殼(5)中引入空氣，并且空中飄浮的粒子被電吸引并固定在收集夾具12上。引入后，將引入孔和排出孔關閉，并且通過測量單元(40)測量光接收元件(9)接收的熒光的量，所述熒光由用由發(fā)光元件(6)發(fā)射的光照射而產(chǎn)生。然后，將收集夾具通過加熱器(91)加熱，并且通過測量單元測量加熱后的熒光的量?；诩訜崆昂鬅晒獾牧康淖兓?，在測量單元計算由所述收集夾具收集的微生物的量。
【專利說明】用于檢測空中漂浮的生物粒子的檢測設備和方法
[0001]本申請是申請日為2010年7月7日，于2012年8月23日進入中國國家階段的中國專利申請201080064635.8的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及檢測設備和方法，并且更具體地涉及用于檢測空中漂浮的生物粒子的檢測設備和方法。
【背景技術】
[0003]常規(guī)地，為了檢測空中漂浮的微生物，首先，通過沉降法、撞擊法、狹縫法、使用穿孔板法、離心撞擊法、塵埃測定器或過濾法收集空中漂浮的微生物，然后，培養(yǎng)所述微生物并且計數(shù)出現(xiàn)的集落數(shù)目。然而，通過這樣的方法，培養(yǎng)需要兩或三天，因此，難以進行實時檢測。因此，近來，例如，在日本專利公布號2003-38163(專利文獻I)和日本專利國家公布號2008-508527 (專利文獻2)中已經(jīng)提議了通過用紫外線照射空中漂浮的微生物并且檢測由微生物發(fā)射的光而測量數(shù)目的設備。
[0004]如在專利文獻I和2中提議的作為測定懸浮的粒子是否是生物來源的方式的常規(guī)設備中，使用這樣的方法，其中測定用紫外線照射時所述粒子是否發(fā)射熒光。
[0005]引用列表
[0006]專利文獻
[0007]PTLl:日本專利公布號2003-38163
[0008]PTL2:日本專利國內公布號2008-508527
[0009]發(fā)明概述
[0010]技術問題
[0011]然而，實際上，空氣中懸浮的塵埃包括大量在用紫外線照射時發(fā)射熒光的化學纖維棉絨。因此，當使用常規(guī)設備時，如使用專利文獻I和2中提議的常規(guī)設備時，不僅檢測到空中漂浮的生物來源的粒子，還檢測到發(fā)射熒光的塵埃。特別地，諸如專利文獻I和2中提議的常規(guī)設備具有這樣的問題，即，不可能僅對空氣中懸浮的生物粒子進行準確評估。
[0012]考慮到所述問題進行了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供利用熒光并且能夠實時地、與發(fā)射熒光的塵埃分開地僅檢測生物粒子的檢測設備和方法。
[0013]解決問題的方案
[0014]為了達到上述目的，按照一方面，本發(fā)明提供用于檢測空中漂浮的生物來源的粒子的檢測設備，所述檢測設備包括:發(fā)光元件；用于接收熒光的光接收元件；和計算單元，所述計算單元用于基于當用由所述發(fā)光元件發(fā)射的光照射引入到所述檢測設備的空氣時由所述光接收元件接收到的熒光的量來計算固定量的空氣中生物來源的粒子的量。
[0015]優(yōu)選地，計算單元基于在將粒子加熱之前和之后接收到的光的量的變化計算所引入的空氣中生物來源的粒子的量。
[0016]更優(yōu)選地，所述檢測設備還包括用于加熱引入的空氣的加熱器。[0017]更優(yōu)選地，所述檢測設備還包括用于控制加熱器的加熱量的控制單元。
[0018]更優(yōu)選地，所述檢測設備還包括用于向控制單元輸入指令的輸入單元。
[0019]優(yōu)選地，計算單元基于接收到的光的量的變化以及基于預先存儲的熒光變化量與生物來源的粒子的量之間的關系計算引入的空氣中生物來源的粒子的量。
[0020]優(yōu)選地，檢測設備還包括:收集構件；和通過所述收集構件收集引入的空氣中的粒子的收集機構。計算單元基于來自用由發(fā)光元件發(fā)射的光照射的收集構件的接收到的熒光的量計算由所述收集構件收集的生物來源的粒子的量。
[0021]更優(yōu)選地，布置發(fā)光元件，以使光以朝向收集構件的方向發(fā)射。
[0022]更優(yōu)選地，檢測設備還包括用于加熱收集構件的加熱器，并且計算單元基于在加熱收集構件之前和之后接收到的光量的變化計算由所述收集構件收集的生物來源的粒子的量。
[0023]優(yōu)選地，檢測設備還包括容納所述收集機構的收集室，與所述收集室分隔且容納所述發(fā)光元件和所述光接收元件的檢測室，和移動機構，所述移動機構用于將位于收集室內的收集構件移動到檢測室，并且用于將位于檢測室內的收集構件移動到收集室。
[0024]優(yōu)選地，檢測設備還包括用于清潔收集構件的清潔單元。
[0025]優(yōu)選地,檢測設備還包括顯示單元,所述顯示單元用于顯示計算單元計算的結果作為測量結果。
[0026]優(yōu)選地，發(fā)光元件發(fā)射可以激發(fā)活生物體內物質的波長范圍內的光。更優(yōu)選地，發(fā)光元件發(fā)射波長范圍為300nm至450nm的光。
[0027]按照另一方面，本發(fā)明提供一種檢測由收集構件收集的生物來源的粒子的方法，所述方法包括下述步驟:測量加熱前用由發(fā)光元件發(fā)射的光照射的收集構件的熒光量；測量加熱后用由所述發(fā)光元件發(fā)射的光照射的收集構件的熒光量；并且基于加熱前從收集構件測量到的熒光量和加熱后從收集構件測量到的熒光量的變化量計算由所述收集構件收集的生物來源的粒子的量。
[0028]發(fā)明的有利效果
[0029]通過本發(fā)明，使得與發(fā)射熒光的塵埃分開以高精度地實時檢測生物粒子變得可倉泛。
[0030]附圖簡述
[0031]圖1顯示作為按照一個實施方案的檢測設備的示例性空氣凈化器的外觀。
[0032]圖2A顯示按照第一實施方案的檢測設備的基本配置。
[0033]圖2B顯示在按照一個實施方案的檢測設備中在收集夾具和加熱器周圍的結構的具體實例。
[0034]圖3A是在按照第一實施方案的檢測設備中檢測機構的圖示。
[0035]圖3B是在按照第一實施方案的檢測設備中檢測機構的圖示。
[0036]圖4A是作為檢測機構中的截光機構的另一個具體實例的在引入孔處設置的機構的圖示。
[0037]圖4B是作為檢測機構中的截光機構的另一個具體實例的在排出孔處設置的機構的圖示。
[0038]圖4C顯示作為檢測機構中的截光機構的另一個具體實例的在引入孔和排出孔處設置的每個機構中所包括的遮光板之一的一個具體的實例。
[0039]圖4D顯示作為檢測機構中的截光機構的另一個具體實例的在引入孔和排出孔處設置的每個機構中所包括的遮光板之一的另一個具體的實例。
[0040]圖5顯示在加熱處理之前和之后的大腸桿菌(Escherichia coli)的突光光譜的時間變化。
[0041]圖6A是加熱處理之前的大腸桿菌的熒光顯微照片。
[0042]圖6B是加熱處理之后的大腸桿菌的熒光顯微照片。
[0043]圖7顯示在加熱處理之前和之后的枯草芽孢桿菌(Bacillius subtilis)的熒光光譜的時間變化。
[0044]圖8A是加熱處理之前的枯草芽孢桿菌的熒光顯微照片。
[0045]圖SB是加熱處理之后的枯草芽孢桿菌的熒光顯微照片。
[0046]圖9顯示在加熱處理之前和之后的青霉屬(Penicillium)的熒光光譜的時間變化。
[0047]圖1OA是加熱處理之前的青霉屬的熒光顯微照片。
[0048]圖1OB是加熱處理之后的青霉屬的熒光顯微照片。
[0049]圖1lA是加熱處理之前的雪松花粉(cedar pollen)的突光顯微照片。
[0050]圖1lB是加熱處理之后的雪松花粉的熒光顯微照片。
[0051]圖12A顯示加熱處理之前的發(fā)射熒光的塵埃的熒光光譜的時間變化。
[0052]圖12B顯示加熱處理之后的發(fā)射熒光的塵埃的熒光光譜的時間變化。
[0053]圖13A是加熱處理之前的發(fā)射熒光的塵埃的熒光顯微照片。
[0054]圖13B是加熱處理之后的發(fā)射熒光的塵埃的熒光顯微照片。
[0055]圖14顯示在加熱之前和之后發(fā)射熒光的塵埃的熒光光譜的比較結果。
[0056]圖15是按照第一實施方案的檢測設備的示例性功能配置的框圖。
[0057]圖16是顯示在按照第一實施方案的檢測設備中操作流程的時間圖。
[0058]圖17是顯示熒光衰減與微生物濃度之間的對應關系的圖。
[0059]圖18A表示檢測結果的示例性顯示。
[0060]圖18B表示顯示檢測結果的方法。
[0061]圖19顯示按照第二實施方案的檢測設備的基本結構。
[0062]圖20是關于按照第二實施方案的檢測設備的收集單元的操作的圖示。
[0063]圖21是顯示在按照第二實施方案的檢測設備中操作流程的時間圖。
[0064]圖22示意性顯示本發(fā)明人用于測量的儀器的配置。
[0065]圖23顯示實施例1中的測量結果。
[0066]圖24顯示實施例2中的測量結果。
[0067]圖25顯示青霉屬的加熱處理溫度與加熱前后由青霉屬提供的熒光強度之比之間的關系。
[0068]實施方案描述
[0069]以下將參照附圖描述本發(fā)明的實施方案。以下相同的部件和元件用相同的參考符號表示。其名稱和功能也是相同的。
[0070]在實施方案中，假定圖1所示的空氣凈化器作用為檢測設備。參照圖1，作為檢測設備100的空氣凈化器包括用于接收操作指令的開關，和用于顯示檢測結果的顯示面板130等。此外，提供用于引入空氣的吸入口和用于排出空氣的排氣口，所述吸入口和排氣口未顯示。檢測設備100還包括通信單元150，與其連接有記錄介質。通信單元150可以使用電纜400提供與作為外部設備的個人計算機(PC) 300的連接。備選地，通信單元150可以提供與通信線路的連接以通過互聯(lián)網(wǎng)與其他設備通信。通信單元150可以通過紅外通信或通過互聯(lián)網(wǎng)與其他設備通信。
[0071](第一實施方案)
[0072]參照圖2A，按照第一實施方案的檢測設備100A，所述檢測設備100A是按照作為空氣凈化器的檢測設備部分的實施方案的檢測設備100的實施方案，所述檢測設備100A具有外殼5，所述外殼5具有用于由吸入口引入空氣的引入孔10和排出孔11，并且所述檢測設備100A包括收集傳感器機構20，所述收集傳感機構20包括外殼5、信號處理單元30和測
量單元40。
[0073]在檢測設備100A中，設置空氣引入機構50?？諝庖霗C構50由吸入口向外殼5中引入空氣?？諝庖霗C構50可以是風扇、泵及其設置在外殼5外部的驅動機構。例如，其可以是加熱器、微量泵、微型風扇及其內置在外殼5中的驅動機構。此外，空氣引入機構50可以具有空氣凈化器的空氣凈化器部的空氣引入機構常見的結構。優(yōu)選地，空氣引入機構50中所包括的驅動機構由測量單元40控制，以調節(jié)所引入的空氣的流速。優(yōu)選地，通過空氣引入機構50引入的空氣的流速為IL(升)/min至50m3/min。
[0074]收集傳感器機構20包括檢測機構、收集機構和加熱機構。
[0075]圖2A顯示收集機構的一個實例，收集機構包括放電電極1、收集夾具12和高壓電源2。放電電極I與高壓電源2的負極電連接。高壓電源2的正極接地。結果，所引入的空氣中懸浮的粒子在放電電極I附近帶負電荷。收集夾具12具有支持基板4，例如，所述支持基板由玻璃板形成，具有導電透明涂層3。涂層3接地。因此，由于靜電力，空氣中懸浮的帶負電荷的粒子朝向收集夾具12運動，并且被導電涂層3吸引并固定，由此所述粒子被收集在收集夾具12上。
[0076]支持基板4不限于玻璃板，并且其可以由陶瓷、金屬或其他材料形成。支持基板4上形成的涂層3不限于透明涂層。作為另一個實例，支持基板4可以包括絕緣材料，如陶瓷，和在其上形成的金屬涂層。當支持基板4由金屬材料制成時，不必要在其表面上形成涂層。更具體地，支持基板4可以是娃基板,不銹鋼(stainless used steel, SUS)基板,銅基板等。
[0077]檢測機構包括:作為光源的發(fā)光元件6 個透鏡(或多個透鏡)7，所述透鏡設置在發(fā)射元件6的光照射方向上，用于準直來自發(fā)光元件6的光束或調節(jié)光束至指定的寬度；光圈8 ;光接收元件9 ;一個聚光透鏡(或多個聚光透鏡)13，所述透鏡設置在光接收元件9的光接收方向上，用于將用來自發(fā)光元件6的光照射通過收集機構收集在收集夾具12上的空中漂浮的粒子而產(chǎn)生的熒光會聚到光接收元件9 ;和一個濾光器(或多個濾光器)14，所述濾光器用于防止照射光束進入光接收元件9。需要時，提供光圈8。對于這些元件，可以應用常規(guī)的配置。
[0078]發(fā)光元件6可以包括半導體激光器6或LED(發(fā)光二極管)裝置。光波長可以在紫外光范圍內或可見光范圍內，條件是所述光可以激發(fā)并且引起空中漂浮的粒子中生物來源的粒子的熒光發(fā)射。優(yōu)選波長是300nm至450nm，使用該波長有效激發(fā)微生物中包含的色氨酸、NaDH、核黃素等并且發(fā)射熒光，如在日本專利公布號2008-508527中所公開的。作為光接收元件9，使用常規(guī)光電二極管、圖像傳感器等。
[0079]每個透鏡7和聚光透鏡13可以由塑料樹脂或玻璃形成。通過組合透鏡7和光圈8，由發(fā)光元件6發(fā)射的光束會聚在收集夾具12的表面上，并且在收集夾具12上形成照射區(qū)15。照射區(qū)15的形狀沒有特別的限制，并且其可以具有圓形、橢圓或矩形的形狀。盡管照射區(qū)15的尺寸沒有特別的限制，但是優(yōu)選圓形的直徑、橢圓形的長軸長度或矩形一邊的長度在約0.05mm至50mm的范圍內。
[0080]濾光器14由單個濾光器形成或由不同類型的濾光器的組合形成，并且放置在聚光透鏡13或光接收元件9的前方。這防止來源于由發(fā)光元件6發(fā)射的光的雜散光和由收集夾具12和外殼5反射的雜散光與來自由收集夾具12收集的粒子的熒光一起進入光接收元件9。
[0081]加熱機構包括加熱器91，所述加熱器91與測量單元40電連接并且其加熱量(加熱時間、加熱溫度)由測量單元40控制。適當?shù)募訜崞?1包括陶瓷加熱器。盡管在以下描述中，加熱器91假定為陶瓷加熱器，但是其可以是不同的加熱器，如紅外線加熱器、紅外線燈等。
[0082]加熱器91設置在可以加熱在收集夾具12上收集的空中漂浮的粒子的位置處，并且通過一些方式或其他方式至少在加熱時與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備分隔開。優(yōu)選地，如圖2A所示，加熱器布置在遠離傳感器設備的一側，所述傳感器設備如發(fā)光元件6和光接收元件9，收集夾具12位于其間。通過這樣的布置，在加熱時，加熱器91通過收集夾具12與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備分隔，由此可以防止加熱對發(fā)光元件6、光接收元件9等的影響。更優(yōu)選地，如圖2B所示，加熱器91被隔熱材料包繞。適當?shù)母魺岵牧习úＡЛh(huán)氧樹脂。利用這樣的結構，本發(fā)明人證實當通過陶瓷加熱器實施的加熱器91在約2分鐘內達到200°C時，與加熱器91連接的、插入隔熱構件的部分(未顯示)的溫度不高于30°C。
[0083]外殼5具有矩形平行六面體形狀，每邊長度為3mm至500mm。盡管在本實施方案中，外殼5具有矩形平行六面體形狀，但是形狀沒有限制，并且外殼可以具有不同的形狀。優(yōu)選地，至少一個內邊被涂成黑色或者用黑色防蝕鋁(alumite)處理。這防止光從內壁表面反射引起雜散光。盡管外殼5的材料沒有特別限制，但是優(yōu)選可以使用塑料樹脂、鋁、不銹鋼或這些的組合。外殼5的引入孔10和排出孔11具有圓形形狀，直徑為Imm至50mm。引入孔10和排出孔11的形狀不限于圓形，并且其可以是橢圓形或矩形。
[0084]如上所述，濾光器14放置在光接收元件9的前方，并且起作用防止雜散光進入光接收元件9。然而，為了獲得更高的熒光強度，有必要增加由發(fā)光元件6發(fā)射的光的強度。這導致更高的反射光強度，即，雜射光強度增加。因此，布置發(fā)光元件6和光接收元件9使它們具有這樣的位置關系，使得雜射光強度保持低于濾光器14達到的遮光效應。
[0085]參考圖2A、3A和3B描述發(fā)光元件6和光接收元件9的示例性布置。圖3A是從圖2A的IIIA-1IIA位置以箭頭方向觀察的檢測設備100A的橫截面視圖，圖3B是從圖3A的IIIB-1IIB位置在箭頭方向上獲取的橫截面視圖。為了描述方便，在這些附圖中，沒有顯示除收集夾具12之外的收集機構。[0086]參見圖3A，當從圖2A的箭頭IIIA(上表面)方向觀察時，發(fā)光元件6和透鏡7與光接收兀件9和聚光透鏡13成直角或大約成直角布置。來自發(fā)光兀件6的光,通過透鏡7和光圈8并且從在收集夾具12的表面上形成的照射區(qū)15反射，沿著入射光的方向繼續(xù)傳播。因此，通過這樣的結構，避免了反射光直接進入光接收元件9。從收集夾具12的表面發(fā)射的熒光是各向同性的，因此，布置不限于上述方式，只要可以防止反射光和雜射光進入光接收元件9即可。
[0087]更優(yōu)選地，收集夾具12提供有這樣的構造，所述構造用于將由截留在與照射區(qū)15相對應的表面上的粒子發(fā)射的熒光會聚到光接收元件9。例如，這樣的構造對應于圖3B中所示的球形凹槽51。此外，優(yōu)選地，收集夾具12被設置與光接收元件9的方向成Θ角度傾斜，以使收集夾具12的表面朝向光接收元件9。通過這樣的構造，由在球形凹槽51中的粒子各向同性發(fā)射的熒光在球形表面上反射并且有效地在光接收元件9的方向上會聚，由此可以加強光接收信號。盡管凹槽51的尺寸沒有限制，但是優(yōu)選其比照射區(qū)15大。
[0088]再參見圖2A，光接收元件9與信號處理單元30連接并且將與接收到的光強度成比例的電流信號輸出至信號處理單元30。因此，懸浮在引入的空氣中的粒子被收集到收集夾具的表面上并且用來自發(fā)光元件6的光照射而發(fā)射的熒光被光接收元件9接收，并且接收到的光的強度通過信號處理單元30檢測。
[0089]此外，外殼5的引入孔10和排出孔11分別提供有快門16A和16B?？扉T16A和16B與測量單元40連接并且使快門16A和16B的打開/關閉得到控制。當快門16A和16B關閉時，阻斷空氣流動和外部光進入到外殼5中。測量單元40在熒光測量時關閉快門16A和16B (這將在后文描述)，以阻斷空氣流動和外部光進入到外殼5中。因此，在熒光測量時，收集機構停止對空中漂浮的粒子的收集。此外，由于阻斷外部光進入外殼5，外殼5中的雜射光可以減少。僅設置快門16A和16B中的一個，例如，僅在排出孔11 一側設置快門16B可以是足用的。
[0090]此外，作為允許空氣流入/流出外殼5但是遮擋外部光進入的構造，可以在引入孔10和排出孔11上設置遮光部IOA和11A，如在圖4A和4B中所示。
[0091]參見圖4A和4B，在引入孔10和排出孔11上設置的遮光部IOA和IlA均具有以約
4.5mm的間隔交替重疊的遮光板IOa和10b。遮光板IOa和IOb具有在其中不彼此重疊的部分處形成的孔，孔的形狀與引入孔10和排出孔11的形狀(此處，為圓形)相對應，如在圖4C和4D中分別所示。具體地，遮光板IOa具有在周邊部分處開口的孔，遮光板IOb具有在中央處開口的孔。當遮光板IOa和IOb重疊時，在各個板中形成的孔不重疊。如在圖4A中所示，在用于引入孔10的遮光部IOA中，從外側到內側以遮光板10a、遮光板10b、遮光板IOa和遮光板IOb這樣的次序布置。如在圖4B中所示，在用于排出孔11的遮光部IlA中，從外側(在空氣引入機構50 —側)到內側以遮光板10b、遮光板IOa和遮光板IOb這樣的次序布置。通過這種構造，盡管空氣流入/流出外殼5是可能的，但是外部光的進入被遮擋，并且外殼5中的雜射光可以減少。
[0092]信號處理單元30與測量單元40連接，并且將電流信號處理的結果輸出至測量單元40?；谛盘柼幚韱卧?0的處理結果，測量單元40執(zhí)行將測量結果顯示在顯示面板130上的進程。
[0093]按照本實施方案的檢測設備檢測空中漂浮的生物來源的粒子的量。盡管以下描述中提及的“生物來源的粒子”典型地以微生物和其他微生物體(包括它們的尸體)為代表，但是它們還包括任何其他進行生命活動的生物實體或所述生物實體的部分，所述生物實體具有允許所述生物實體或其部分在空氣中傳播的尺寸，而不管其可能是死的還是活的。更具體地，除了微生物和其他微生物體(包括它們的尸體)之外，生物來源的粒子還可以包括花粉、螨類(包括它們的尸體)等。在下述描述中，“微生物體”將表示“生物來源的粒子”，并且也將類似地認為花粉等也是如此。
[0094]此處將描述檢測設備的檢測原理。
[0095]如在日本專利公布號2008-508527中公開的，常規(guī)已知當空中漂浮的生物來源的粒子用紫外光或藍光照射時，所述粒子發(fā)射熒光。然而，在空氣中，還懸浮其他發(fā)射熒光的粒子，如塵埃和化學纖維的棉絨。因此，不可能通過簡單地檢測熒光來區(qū)分光是來自生物來源的粒子還是來自例如化學纖維的塵埃。
[0096]考慮到上述，本發(fā)明人對生物來源的粒子和對化學纖維的塵埃等進行了熱處理，并且測量加熱前后的熒光變化。圖5至14顯示本發(fā)明人測量的具體結果。從所述測量結果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)來自塵埃的熒光強度在加熱前后沒有變化，而由生物粒子發(fā)射的熒光強度在加熱后增加。
[0097]此外，本發(fā)明人將青霉屬在不同的溫度進行加熱處理5分鐘，并且測量在加熱處理前后由青霉屬提供的熒光的強度比率(即，加熱處理后的熒光強度/加熱處理前的熒光強度)。圖25顯示加熱前后青霉屬的加熱處理溫度與由青霉屬提供的熒光強度比之間的關系，這由本發(fā)明人進行的測量所得到。從所述測量已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如在圖25中所示，當在50°C加熱青霉屬時，在對其加熱前后，其熒光強度幾乎不變，當將其在100°C或更高溫度加熱時，其熒光強度顯著增加。此外，盡管在該附圖中沒有顯示，還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當將其在250°C加熱時，與將其在200°C加熱時相比，其熒光強度改變較少。從這一測量，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100°C至250°C的加熱處理是合適的，并且更優(yōu)選地，200°C的加熱處理更合適。因此，本發(fā)明人將各種樣本在200°C進行加熱處理5分鐘，并且由此測量在加熱處理之前和之后之間來自每種樣本的熒光怎樣變化。
[0098]更具體地，圖5顯示將作為生物粒子的大腸桿菌(Escherichia coli)在200°C加熱處理5分鐘之前(曲線71)和之后(曲線72)的熒光光譜的測量結果。從圖5所示的測量結果可以看出來自大腸桿菌的熒光強度通過加熱處理顯著增加。從圖6A的加熱處理前大腸桿菌的熒光顯微照片與圖6B的加熱處理后大腸桿菌的熒光顯微照片之間的比較還明顯看出來自大腸桿菌的熒光強度通過加熱處理顯著增加。
[0099]類似地，圖7顯示將作為生物粒子的枯草芽孢桿菌在200°C加熱處理5分鐘之前(曲線73)和之后(曲線74)的熒光光譜的測量結果，圖8A是加熱處理前的熒光顯微照片，圖8B是加熱處理之后的熒光顯微照片。圖9顯示將作為生物粒子的青霉屬在200°C加熱處理5分鐘之前(曲線75)和之后(曲線76)的熒光光譜的測量結果，圖1OA是加熱處理前的熒光顯微照片，圖1OB是加熱處理之后的熒光顯微照片。此外，圖1lA和IlB分別是作為生物來源的粒子的雪松花粉在200°C加熱處理5分鐘之前和之后的熒光顯微照片。由這些結果可以看出，如在大腸桿菌的情形中一樣，來自不同生物來源的粒子的熒光強度通過加熱處理也顯著增加。
[0100]相反，圖12A和12B顯示發(fā)射熒光的塵埃在200°C加熱處理5分鐘之前(曲線77)和之后(曲線78)的熒光光譜的測量結果，圖13A是加熱處理前的熒光顯微照片，圖13B是加熱處理之后的熒光顯微照片。將圖12A的熒光光譜置于圖12B的熒光光譜上，我們得到圖14，由其可以驗證這些光譜基本上彼此重疊。具體地，從圖14的結果以及從圖13A和13B之間的比較可以看出，來自塵埃的熒光強度在加熱處理前后沒有變化。
[0101]作為檢測設備100的檢測原理，適用本發(fā)明人驗證的上述現(xiàn)象。具體地，塵埃、粘附有生物粒子的塵埃和生物來源的粒子懸浮在空氣中。從上述現(xiàn)象得出，如果收集的粒子包括發(fā)射熒光的塵埃，則加熱之前測量到的熒光光譜包括來自生物來源的粒子的熒光和來自發(fā)射熒光的塵埃的熒光，并且因此，不可能區(qū)分生物來源的粒子與例如化學纖維的塵埃。然而，通過加熱處理，來自僅生物來源的粒子的熒光強度增加，而來自發(fā)射熒光的塵埃的熒光強度不變化。因此，通過測量加熱處理前的熒光強度和進行指定的加熱處理后的熒光強度之間的差異，可能發(fā)現(xiàn)生物來源的粒子的量。
[0102]參考圖15描述利用該原理檢測空中漂浮的微生物體的檢測設備100A的功能配置。圖15顯示這樣的實例，其中信號處理單元30的功能由主要是電路組成的硬件配置實現(xiàn)。然而，注意到，至少部分功能可以由CPU(中央處理器)運行的軟件配置實現(xiàn)，所述CPU未顯示，其設置在信號處理單元30中，執(zhí)行指定的程序。此外，在所示的實例中，測量單元40由軟件配置來實現(xiàn)。其至少部分的功能可以由硬件配置如電路來實現(xiàn)。
[0103]參見圖15，信號處理單元30包括與光接收元件9連接的電流-電壓轉換電路34，和與電流-電壓轉換電路34連接的放大電路35。
[0104]測量單元40包括控制單元41、存儲單元42和時鐘產(chǎn)生單元43。此外,測量單元40包括:輸入單元44，所述輸入單元44用于在操作開關110時通過接收來自開關110的輸入信號而接收信息輸入；顯示單元45，所述顯示單元45執(zhí)行將測量結果等顯示在顯示面板130上的進程；外部連接單元46，所述外部連接單元46進行與連接至通信單元150的外部設備交換數(shù)據(jù)等所需要的進程；和驅動單元48，所述驅動單元48用于驅動快門16A和16B、空氣引入機構50和加熱器91。
[0105]當將引入到外殼5中并且收集在收集夾具12上的粒子用來自發(fā)光元件6的光照射時，由照射區(qū)中的粒子發(fā)射的熒光被會聚在光接收元件9。光接收元件9將與所接收到的光的量對應的電流信號輸出至信號處理單元30。所述電流信號輸入至電流-電壓轉換電路34。
[0106]電流-電壓轉換電路34檢測峰值電流值H，所述峰值電流值H表示來自從光接收元件9輸入的電流信號的熒光強度，并且將其轉換為電壓值Eh。電壓值Eh通過放大電路35以預定的增益放大，并且結果輸出到測量單元40。測量單元40的控制單元41接收來自信號處理單元30的電壓值Eh輸入，并且相繼地存儲在存儲單元42中。
[0107]時鐘產(chǎn)生單元43產(chǎn)生時鐘信號并且將時鐘信號輸出到控制單元41。利用基于所述時鐘信號的時序，控制單元41將用于打開和關閉快門16A和16B的控制信號輸出到驅動單元48，以控制快門16A和16B的打開/關閉。此外，控制單元41與發(fā)光元件6和光接收元件9電連接，并且控制這些元件的開/關。
[0108]控制單元41包括計算單元411。操作計算單元411來利用存儲單元42中存儲的電壓值Eh計算在所引入的空氣中懸浮的生物來源的粒子的量。使用圖16的時間圖來描述具體的操作，圖16顯示通過控制單元41的控制流程。此處，假定將在引入到外殼5中的空氣中懸浮的微生物體的濃度計算為生物來源的粒子的量。
[0109]參見圖16，當檢測設備100A接通電源時，測量單元40的控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48，以驅動空氣引入機構50。此外，在基于來自時鐘產(chǎn)生單元43的時鐘信號的時間點Tl時，控制單元41將用于打開(ON)快門16A和16B的控制信號輸出到驅動單元48。然后，在從Tl開始經(jīng)過ΛΤ1后的時間點T2時，控制單元41將用于關閉(OFF)快門16A和16B的控制信號輸出到驅動單元48。
[0110]因此，對于從Tl開始的時間期ΛΤ1，快門16A和16B打開，并且由于空氣引入機構被驅動，外部空氣通過引入孔10引入到外殼5中。在引入到外殼5中的空氣中懸浮的粒子通過放電電極I帶上負電荷，并且通過空氣流動和在放電電極I與收集夾具12表面上的涂層3之間形成的電場，在時間期間ΛΤ1內，所述粒子被收集到收集夾具12的表面上。
[0111]在時間點T2，快門16A和16B關閉，以使外殼5內的空氣流動停止。因此，收集夾具12對空中漂浮的粒子的收集終止。此外，阻斷來自外側的在射光。
[0112]在時間點T2，此時快門16A和16B關閉，控制單元41將控制信號輸出到光接收元件9，以啟動光接收(0N)。在相同的時間(T2)或在T2之后稍晚的T3，其將控制信號輸出到發(fā)光元件6，以啟動光發(fā)射(0N)。然后，在從T3開始經(jīng)過ΛΤ2(ΛΤ2是預定的測量熒光強度的測量時間)后的時間點Τ4，控制單元41將控制信號輸出到光接收元件9以停止光接收(0FF)，并且將控制信號輸出到發(fā)光元件6以停止光發(fā)射(OFF)。測量時間可以在控制單元41中預先設定，或者其可以通過例如開關110的操作、通過來自經(jīng)由電纜400與通信單元150連接的PC300的信號、或通過來自與通信單元150連接的記錄介質的信號而輸入或改變。
[0113]具體地，從時間點T3 (或從T2),發(fā)光兀件6啟動光的發(fā)射。來自發(fā)光兀件6的光被導向收集夾具12表面上的照射區(qū)15，并且由收集的粒子發(fā)射熒光。在從時間T3開始的確定的測量時間ΛΤ2內，光接收元件9接收熒光，并且將與熒光強度Fl對應的電壓值輸入到測量單元40并且存儲在存儲單元42中。
[0114]此時，可以設置一個單獨的發(fā)光元件如LED(未顯示)，由該元件發(fā)射的并且從在收集夾具12表面上不收集粒子的反射區(qū)(未顯示)反射的光可以通過單獨的光接收元件(未顯示)接收，接收到的光的強度可以用作參照值10，并且值F1/10可以存儲在存儲單元42中。通過計算與參照值10的比率，可以方便地補償來源于環(huán)境條件如發(fā)光元件或光接收元件的濕度和溫度、或來源于由劣化或老化導致的特征變化的熒光強度波動。
[0115]在時間點T4(或在比Τ4稍晚的時間點)，此時發(fā)光元件6的光發(fā)射和光接收元件9的光接收停止，控制單元41將控制信號輸出到加熱器91，以啟動加熱(0Ν)。然后，在從加熱器91啟動加熱(或從時間點T4或比T4稍晚的時間點)經(jīng)過ΛΤ3(其是預定的加熱處理的加熱時間)后的時間點Τ5，控制單元41將控制信號輸出到加熱器91以停止加熱(OFF)。
[0116]因此，在從T4(或比T4稍晚的時間點)加熱的時間期ΛΤ3內，通過加熱器91對在收集夾具12表面上的照射區(qū)15中收集的粒子進行加熱處理。此時的加熱溫度是預先確定的。通過歷時時間期ΛΤ3的加熱處理，在收集夾具12的表面上收集的粒子通過指定的加熱輸入加熱。如在上述測量時間的情形中，加熱處理時間ΛΤ3(Β卩，加熱輸入)可以在控制單元41中預先設定，或者其可以通過例如開關110的操作、通過來自經(jīng)由電纜400與通信單元150連接的PC300的信號、或通過來自與通信單元150連接的記錄介質的信號而輸入或改變。
[0117]然后，在時間期ΛΤ4內，對經(jīng)加熱的粒子進行冷卻。對于冷卻過程，可以使用空氣引入機構50。在該情形中，外部空氣可以從設置有HEPA(高效微粒空氣)濾器的開口(圖2中未顯示)進入。備選地，可以使用單獨的冷卻機構，如Peltier裝置。
[0118]此后，控制單元41輸出控制信號以終止空氣引入機構50的操作，并且在時間T6時，將控制信號輸出到光接收元件9以啟動光接收(0N)。在相同的時間(T6)或在比T6稍晚的時間17，其將控制信號輸出到發(fā)光元件6以啟動光發(fā)射(0N)。然后，在從T7經(jīng)過ΛΤ2后的時間點T8，控制單元41將控制信號輸出到光接收單元9以停止光接收(OFF)并且將控制信號輸出到發(fā)光兀件6以停止光發(fā)射(OFF)。
[0119]以這種方式，對被發(fā)光元件6照射的收集夾具12表面上的照射區(qū)15中收集的粒子加熱處理以時間期ΛΤ3后，由光接收元件9接收測量時間ΛΤ2的熒光。將與熒光強度F2對應的電壓值輸入到測量單元40中并且存儲在存儲單元42中。
[0120]計算單元411將存儲的熒光強度Fl與熒光強度F2之間的差值計算為增加量Λ F。如上述，增加量AF與生物粒子的量(粒子的數(shù)目或濃度)相關。計算單元411預先存儲增加量AF與生物粒子的量(粒子的濃度)之間的對應關系，如圖17所示。然后，計算單元411提供通過利用增加量AF和該對應性關系得到的生物來源的粒子的濃度，該濃度作為在時間期Λ Tl內在引入至外殼5的空氣中生物來源的粒子的濃度。
[0121]增加量AF與生物來源的粒子的濃度之間的對應性關系預先通過實驗確定。作為實例，將一種類型的微生物體如大腸桿菌、枯草芽孢桿菌或青霉屬用噴霧器噴到尺寸為Im3的容器中。當微生物體的濃度保持為Ν(粒子數(shù)/m3)時，使用檢測設備100通過上述檢測方法收集所述微生物體 歷時時間期ATI。然后，使用加熱器91將收集的微生物體通過指定的加熱輸入(加熱時間ΛΤ3，指定的加熱溫度)加熱，冷卻以指定的時間期ΛΤ4，并且測量加熱前后熒光強度的增加量△ F。對不同濃度的微生物體進行相似的測量，由此可以發(fā)現(xiàn)增加量AF與微生物體濃度(粒子數(shù)/m3)之間的關系，如圖17所示。
[0122]增加量AF與生物粒子濃度之間的對應性關系可以通過操作開關110等輸入，并且存儲在計算單元411中。備選地，可以將在其上記錄對應關系的記錄介質與通信單元150連接，并且被外部連接單元46讀取，并且存儲在計算單元411中。其可以通過PC300輸入和傳輸，被通過電纜400與通信單元150連接的外部連接單元46接收，并且存儲在計算單元411中。如果通信單元150適于紅外或互聯(lián)網(wǎng)通信，則對應性關系可以通過這樣的通信由在通信單元150處的外部連接單元46接收，并且存儲在計算單元411中。此外，曾經(jīng)存儲在計算單元411中的對應性關系可以通過測量單元40更新。
[0123]如果增加量AF計算為差值AF1，則計算單元411從圖17所示的對應性關系識別與所述增加量Λ Fl相對應的值，并且由此計算生物來源的粒子的濃度NI (粒子數(shù)/m3)。
[0124]然而，注意到，增加量AF與微生物體濃度之間的對應性關系可能隨微生物體類型(例如，微生物的類型)而不同。因此，計算單元411定義某些微生物體作為標準微生物體并且存儲增加量AF與該微生物體濃度之間的對應性關系。以這種方式，可以將不同環(huán)境中的微生物體濃度計算為等價于標準微生物體的微生物體濃度，由此環(huán)境管理變得更容易。
[0125]盡管在上述實施方案中，將在指定加熱輸入(指定的加熱溫度、加熱時間ΛΤ3)的加熱處理之前和之后的熒光強度的差值用作增加量AF，但是可以使用它們的比率。
[0126]通過計算單元411計算的收集的粒子中的生物粒子或微生物體的濃度從控制單元41輸出到顯示單元45。顯示單元45執(zhí)行將輸入的微生物濃度顯示在顯示單元130上的進程。在顯示面板130上的顯示實例是圖18A的傳感器顯示。具體地，在顯示面板130上，設置有與濃度對應的燈，并且顯示單元45指定與計算的濃度對應的燈并且點亮所述燈，如圖18B所示。作為另一個實例，還可以點亮與計算的濃度對應的不同顏色的燈。在顯示面板130上的顯示不限于燈，可以顯示預先為相對應的濃度準備的數(shù)值或濃度或信息。測量結果可以寫入與通信單元150連接的記錄介質，或可以傳輸?shù)酵ㄟ^電纜400與通信單元150連接的PC300。
[0127]輸入單元44可以按照來自開關110的操作信號接收在顯示面板130上的顯示方法的選擇。可以關于將測量結果顯示在顯示面板130上或輸出到外部設備做出選擇。指示選擇的內容的信號可以輸出到控制單元41，并且然后必要的控制信號從控制單元41輸出到顯示單元45和/或外部連接單元46。
[0128]以這種方式，檢測設備100A利用加熱時來自生物來源的粒子的熒光與來自發(fā)射熒光的塵埃的熒光之間的特征差異，并且基于在指定的加熱處理后的增加量，檢測生物來源的粒子。具體地，檢測設備100A利用這樣的現(xiàn)象檢測生物來源的粒子，所述現(xiàn)象是，當將收集的生物粒子和塵埃進行加熱處理時，來自微生物體的熒光強度增加，而來自塵埃的熒光強度不變。因此，即使發(fā)射熒光的塵埃懸浮在引入的空氣中，也可能與發(fā)射熒光的塵埃分開實時地以高精度檢測生物粒子。
[0129]此外，檢測設備100A以如圖16所示的方式控制，并且由此在通過收集機構進行的收集步驟轉換到通過檢測機構進行的檢測步驟時，快門16A和16B關閉。結果，可以減少熒光測量過程中由在空中漂浮的粒子上散射引起的發(fā)射光，并且可以提高測量精度。
[0130](第二實施方案)
[0131]如圖19所示，根據(jù)第二實施方案的檢測設備100B包括檢測機構，收集機構和加熱機構。在圖19中，以與檢測設備100A中相同的參照符號表示的構件基本上與檢測設備100A的對應構件相同。以下，將主要描述與檢測設備100A的差別。
[0132]更具體地，參照圖19，檢測設備100B設置有包括至少一部分收集機構的收集室5A和包括檢測機構的檢測室5B，二者由具有孔5C'的隔壁5C分隔。在收集室5A中，設置針形放電電極I和作為收集機構的收集夾具12，并且在檢測室5B中，設置發(fā)光元件6、光接收元件9和作為檢測機構的聚光透鏡13。
[0133]在收集室5A的放電電極I和收集夾具12的一側，分別設置有引入孔10和排出孔11，用于將空氣引入收集室5A。此外，如圖19所示，可以在引入孔10處設置濾光器(前置濾光器)10B。
[0134]引入孔10和排出孔11可以設置有遮光部IOA和10B，如在圖4A和4B中所示，與檢測設備100A的那些相似，用于遮擋外部光進入同時允許空氣流入/流出收集室5A。
[0135]靠近排出孔11設置作為空氣引入機構的風扇50A。通過風扇50A，空氣由引入孔引入收集室5A?？諝庖霗C構50可以是泵及其設置在收集室5A外的驅動機構。例如，其可以是加熱器、微量泵、微型風扇及其內置在收集室5A中的驅動機構。此外，風扇50A可以具有空氣凈化器的空氣凈化器部的空氣引入機構常見的結構。優(yōu)選地，風扇50A的驅動機構由測量單元40控制，以調節(jié)所引入的空氣的流速。優(yōu)選地，通過風扇50A引入的空氣的流速為IL(升)/min至50m3/min。當通過未顯示的驅動機構驅動、通過測量單元40控制時，風扇50A通過引入孔10引入收集室5A外部的空氣，并且通過排出孔11將收集室5A內的空氣排出到收集室5A外，如圖19中由虛線所示。
[0136]作為收集機構，可以使用與檢測設備100A的收集機構相似的收集機構。具體地，參見圖19，所述收集機構包括放電電極1、收集夾具12、和高壓電源2。放電電極I與高壓電源2的正極電連接。收集夾具12與高壓電源2的負極電連接。
[0137]收集夾具12是例如由玻璃板形成的支持基板，具有導電透明涂層，如在檢測設備100A中的那樣。收集夾具12的涂層側與高壓電源2的負極電連接。因此，產(chǎn)生在放電電極I和收集夾具12之間的電位差，并且形成圖19中箭頭E所示的方向的電場。
[0138]在放電電極I附近，通過風扇50A的驅動由引入孔10引入的空氣中懸浮的粒子帶上負電荷。由于靜電力，帶負電荷的粒子朝向收集夾具12運動，并且被導電涂層吸引并固定，由此所述粒子被收集在收集夾具12上。此處，由于使用針形電極作為放電電極1，因此可能使得帶電荷的粒子被吸引并且固定在與在放電電極I相對的由發(fā)光元件照射的收集夾具12的照射區(qū)15 (將在下文描述)相對應的非常窄的區(qū)域中。因此，在將在下文描述的檢測步驟中，可以有效地檢測被吸引的微生物體。
[0139]檢測室5B中所包括的檢測機構包括:作為光源的發(fā)光兀件6 ;光接收兀件9 ;和一個聚光透鏡(或多個透鏡)13，所述透鏡設置在光接收元件9的光接收方向上，用于將用來自發(fā)光元件6的光照射通過收集機構收集在收集夾具12上的空中漂浮的粒子而產(chǎn)生的熒光會聚到光接收元件9。其還可以包括:一個透鏡(或多個透鏡)，所述透鏡設置在發(fā)光元件6的光發(fā)射方向上，用于準直來自發(fā)光元件6的光束或調節(jié)該光束至指定的寬度；光圈；和一個濾光器(或多個濾光器)，所述濾光器用于防止照射光束進入光接收元件9。對于這些元件，可以應用常規(guī)的配置。聚光透鏡13可以由塑料樹脂或玻璃制成。
[0140]優(yōu)選地，至少檢測室5B的內邊被涂成黑色或者用黑色防蝕鋁處理。這防止光從內壁表面反射引起雜射光。盡管收集室5A和檢測室5B的材料沒有特別限制，但是優(yōu)選可以使用塑料樹脂、鋁、不銹鋼或這些的組合。外殼5的引入孔10和排出孔11具有圓形形狀，直徑為Imm至50mm。引入孔10和排出孔11的形狀不限于圓形，并且其可以是橢圓形或矩形。
[0141]發(fā)光兀件6與檢測設備100A的相似。由發(fā)光兀件6發(fā)射的光束會聚在收集夾具12的表面上，并且在收集夾具12上形成照射區(qū)15。照射區(qū)15的形狀沒有特別限制，并且可以具有圓形、橢圓形或矩形的形狀。盡管照射區(qū)15的尺寸沒有特別限制，但是優(yōu)選圓形的直徑、橢圓形的長軸長度或矩形的一邊的長度在約0.05mm至50mm的范圍內。
[0142]光接收元件9與信號處理單元30連接并且將與接收到的光強度成比例的電流信號輸出至信號處理單元30。因此，懸浮在引入的空氣中的粒子被收集到收集夾具的表面上并且用來自發(fā)光元件6的光照射而發(fā)射的熒光被光接收元件9接收，并且接收到的光的強度通過信號處理單元30檢測到。
[0143]在檢測室5B中，在接觸收集夾具12的表面的位置處設置用于清潔(refreshing)收集夾具12的表面的刷子60。刷子60與未顯示的移動機構連接，由測量單元40控制，并且在收集夾具12上往復運動，如該附圖中雙向箭頭B所示。因此，去除在收集夾具12上沉積的塵埃和微生物體。
[0144]加熱機構與檢測設備100A的加熱機構相同。在檢測設備100B中，優(yōu)選地，加熱器91布置在收集夾具12遠離放電電極I的表面上，如圖19所示。更優(yōu)選地，加熱器91被隔熱材料包繞，如圖2B所示。合適的隔熱材料包括玻璃環(huán)氧樹脂。
[0145]包括收集夾具12和加熱器91的單元在此處稱為收集單元12A。收集單元12A與未顯示的移動機構連接，受測量單元40控制，并且以該附圖中雙向箭頭A所示移動，即，通過在壁5C上形成的孔5CT從收集室5A到檢測室5B和從檢測室5B到收集室5A移動。如已經(jīng)描述的，加熱器91可以布置在允許對收集夾具12上收集的空中漂浮的粒子加熱的位置處，并且至少在加熱時與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備分隔開，并且因此，所述加熱器可以不包括在收集單元12A中，并且其可以設置在不同的位置處。當加熱操作發(fā)生在收集室5A中時，如在下文描述的那樣，在收集單元12A設置在收集室5A中的情形中，加熱器91可以不包括在收集單元12A中，但是其可以固定在收集夾具12的與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備相對的一側的位置上。通過這樣的布置，在加熱時，力口熱器91通過收集夾具12與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備分隔開，由此可以防止加熱對發(fā)光元件6、光接收元件9等的影響。此處，收集單元12A可以至少包括收集夾具12。
[0146]如圖20所示，在離收集單元12A的壁5C最遠的端部處，設置具有上突起和下突起的蓋子65A。在朝向收集室5A的壁5C的表面上，在孔5CT周圍設置與蓋子65A相對應的接頭65B。接頭65B具有與蓋子65A的突起相配的凹槽。因此，蓋子65A和接頭65B完美結合并且覆蓋孔5C'。具體地，當收集單元12A在圖20的箭頭A'方向通過孔5C'從收集室5A向檢測室5B移動并且收集單元12A被完全接納在檢測室5B中時，蓋子65A配合在接頭65B中，因此，孔5CT被完全覆蓋，并且檢測室5B被遮光。因此，當在檢測室5B中進行檢測操作時，阻斷光進入檢測室5B。
[0147]利用參照圖5至14所述的原理檢測空中漂浮的微生物體的檢測設備100B的功能配置基本上與圖15所示的檢測設備100A的功能配置相同。在檢測設備100B的功能配置中，驅動單元48代替檢測設備100A的加熱器91、空氣引入機構50和快門16A和16B驅動風扇50A、加熱器91、用于使收集單元12A往復運動的機構(未顯示的)和用于使刷子60往復運動的機構(未顯示的)。
[0148]參照圖21的流程圖描述計算引入收集室5A中的空氣中懸浮的生物粒子的量的控制單元41中的具體操作。此處，假定計算引入外殼5中的空氣中懸浮的微生物體的濃度作為生物來源的粒子的量。
[0149]參見圖21，當檢測設備100B接通電源時，在步驟SI，在收集室5A中進行收集操作歷時作為預定的收集時間的時間期ΛΤΙ。步驟SI的具體操作如下。控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48，以使風扇50Α被驅動將空氣輸送到收集室5Α中。在引入至收集室5Α的空氣中的粒子通過放電電極I帶上負電荷，并且由于由風扇50Α引起的空氣流動和在放電電極I與收集夾具12表面上的涂層3之間形成的電場，所述粒子被收集到與收集夾具12表面上的照射區(qū)15相對應的窄區(qū)域上。當經(jīng)過收集時間Λ Tl時，控制單元41停止收集操作，即，停止風扇50Α的驅動。
[0150]因此，在時間期ΛΤ1內，外部空氣通過引入孔10引入收集室5Α，并且空氣中的粒子收集在收集夾具12的表面上歷時所述時間期Λ Tl。
[0151]接著，在步驟S3，控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48以操作使收集單元12Α移動的機構，并且收集單元12Α從收集室5Α移動到檢測室5Β。當移動停止時，在步驟S5，進行檢測操作。如在檢測設備100Α中一樣，在步驟S5，控制單元41使得發(fā)光元件6發(fā)光，并且使得光接收元件9接收光，歷時確定的測量時間ΛΤ2。來自發(fā)光元件6的光被導向至收集夾具12表面上的照射區(qū)15，并且由所收集的粒子發(fā)射熒光。將與熒光強度Fl對應的電壓值輸入到測量單元40并且存儲在存儲單元42中。以這種方式，測量加熱前的熒光量SI。
[0152]測量時間ΛΤ2可以在控制單元41中預先設定，或者其可以通過例如開關110的操作、通過來自經(jīng)由電纜400與通信單元150連接的PC300的信號、或通過來自與通信單元150連接的記錄介質的信號而輸入或改變。
[0153]此時，可以設置一個獨立的發(fā)光元件如LED(未顯示)，由該元件發(fā)射的并且在收集夾具12表面上不收集粒子的反射區(qū)(未顯示)反射的光可以通過獨立的光接收元件(未顯示)接收，接收到的光的強度可以用作參照值10，并且值F1/10可以存儲在存儲單元42中。通過計算與參照值IO的比率，可以方便地補償來源于環(huán)境條件如發(fā)光元件或光接收元件的濕度和溫度、或來源于由劣化或老化導致的特征變化的熒光強度波動。
[0154]當步驟S5的測量操作終止時，在步驟S7，控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48，以使用于使收集單元12Α移動的機構移動，并且收集單元12Α從檢測室5Β移動到收集室5Α。當移動停止時，在步驟S9，進行加熱操作。在步驟S9，如在檢測設備100Α中一樣，控制單元41使得加熱器91加熱歷時預定的加熱時間ΛΤ3。此時的加熱溫度是預先確定的。
[0155]在加熱操作后，在步驟Sll，發(fā)生冷卻操作。在步驟Sll，控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48以使風扇50Α以相反的方向旋轉，歷時指定的冷卻時間。當抽取外部空氣時，收集單元12Α被冷卻。加熱時間ΛΤ3，加熱溫度和冷卻時間可以在控制單元41中預先設定，或者可以通過例如開關110的操作、通過來自經(jīng)由電纜400與通信單元150連接的PC300的信號、或通過來自與通信單元150連接的記錄介質的信號而輸入或改變。
[0156]在步驟S7將收集單元12Α移動至收集室5Α后，在收集室5Α中進行加熱操作和冷卻操作，并且冷卻后，將收集單元12Α移動到檢測室5Β。因此，在加熱時，放置加熱器91以使其與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備隔開一定距離并且還被壁5C隔開，并且因此，可以防止加熱對發(fā)光元件6和光接收元件9的影響。由于在加熱時，加熱器91在收集室5Α中，還被壁5C等與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備隔開，因此加熱器91可以不必位于遠離收集單元12Α的放電電極I的表面上，即，當收集單元12Α移動至檢測室5Β時遠離發(fā)光元件6和光接收元件9的表面，但是其可以在接近于放電電極I的表面上。
[0157]當步驟S9的加熱操作和步驟Sll的冷卻操作停止時，在步驟S13，控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48，以操作使收集單元12Α移動的機構，并且收集單元12Α從收集室5Α移動至檢測室5Β。移動停止后，在步驟S15，再次進行檢測操作。步驟S15的檢測操作與步驟S5的檢測操作相同。將步驟S15處的與熒光強度F2對應的電壓值輸出到測量單元40并且存儲在存儲單元42中。以這種方式，測量加熱后的熒光量S2。
[0158]在步驟S15測量到加熱后的熒光量S2后，在步驟S17進行收集單元12Α的清潔操作。在步驟S17，控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48以移動使刷子60移動的機構，以使刷子60在收集單元12A的表面上往復運動以指定的次數(shù)。清潔操作結束后，在步驟S19，控制單元41將控制信號輸出到驅動單元48以移動使收集單元12A移動的機構，并且收集單元12A從檢測室5B移動到收集室5A。因此，如果接收到啟動指令，則可以立即啟動下一次收集操作(SI)。
[0159]計算單元441將存儲的熒光強度Fl與F2之間的差值計算為增加量Λ F。如在檢測設備100Α中一樣，使用計算的增加量AF以及預先存儲的增加量Λ F與生物來源的粒子的濃度(粒子濃度)之間的對應性關系(圖17)得到的生物來源的粒子的濃度計算為在時間期ΛΤ1內在引入收集室5Α的空氣中生物來源的粒子的濃度。將計算的收集的粒子中的生物粒子或微生物體的濃度從控制單元41輸出到顯示單元45，并且以與在檢測設備100Α中相似的方式顯示(圖18Α，18Β)。
[0160]如上所述，在檢測設備100Β中，收集室5Α和檢測室5Β分隔開，并且收集單元12Α在收集室和檢測室之間移動。因此，可能連續(xù)進行收集和檢測。此外，收集夾具12在收集室5Α中加熱，冷卻，然后移動到檢測室5Β，如上所述。因此，可以防止加熱對在檢測室5Β中的傳感器等的影響。
[0161]此外，在檢測設備100Β中，當收集單元12Α從用于收集步驟的收集室5Α移動到用于檢測步驟的檢測室5Β時，在收集單元12Α上設置的蓋子封閉壁5C上的孔5C'。因此，阻斷外部光進入檢測室5Β。因此，可以減少熒光測量過程中例如由在空中漂浮的粒子上散射引起的雜射光，并且可以提聞測量的精度。
[0162]盡管在檢測設備100Β中收集室5Α和檢測室5Β被設置為由壁5C分隔的室，但是也可以設置作為完全隔開的個體的收集裝置和檢測裝置，并且使得收集單元12Α在它們之間移動，或者使得收集單元12Α設置在每個裝置中。在這樣的情形中，收集夾具12的加熱可以在檢測裝置外的位置處進行，與包括發(fā)光元件6和光接收元件9的傳感器設備分開。作為實例，加熱可以在與上述收集室5Α相對應的加熱裝置中進行，或者不在收集裝置或檢測裝置中的位置處加熱(例如，在從收集裝置到檢測裝置的移動過程中加熱)。加熱器91可以包括在收集單元12Α中或者可以設置在檢測裝置外進行加熱的位置處。此外，收集裝置和檢測裝置可以不作為一套而是各自作為與收集室5Α對應的單個裝置或與檢測室5Β對應的單個裝置使用。在這種情形中，所用的裝置被改造以包括與信號處理單元30、測量單元40等對應的功能。
[0163]此外，在檢測設備100Β中，設置一個收集單元12Α，并且通過雙向箭頭A所示的往復運動，所述單元移動至收集室5Α和檢測室5Β并且從收集室5Α和檢測室5Β移動。作為另一個實例，兩個或更多個收集單元12Α可以設置在轉臺上，并且當臺轉動時在收集室5Α和檢測室5Β之間移動。以這樣的配置，可以將多個收集單元中的一個放置在收集室5Α中并且將另一個收集單元放置在檢測室5Β中，由此平行進行收集操作和檢測操作。這樣的配置允許平行地進行連續(xù)的收集操作和連續(xù)的檢測操作。
[0164]在第二實施方案中，假定圖1所示的空氣凈化器作為檢測設備100Β行使功能進行描述。然而，應該注意，檢測設備100Β可以單獨使用。
[0165]本發(fā)明人使用上述檢測設備來測量空氣中懸浮的生物來源的粒子的量，從而驗證上述內容，如將在下文中所述。[0166](實施例1)
[0167](I)測量儀器
[0168]本發(fā)明人使用結構與圖19的檢測設備100B相似的檢測設備85來檢驗空中漂浮的青霉屬粒子濃度與檢測設備85測量的值之間的相關性。檢測設備85設置有尺寸為125mmx80mm x95mm的收集室5A、吸引能力為20升/min的風扇50A。發(fā)光元件6具體為發(fā)射405nm波長的激光的半導體激光器，光接收元件9具體為pin型光電二極管。具體地，檢測設備測量信號處理單元30的電壓值。電壓值表示光接收元件9接收到的光的量，其由信號處理單元30由與光接收元件9所接收到的輸入的光的量成比例的電流信號檢測到。
[0169]圖22示意性顯示本發(fā)明人用于測量的儀器的配置。參考圖22，對于測量，本發(fā)明人在體積為Im3的丙烯酸盒80中配置了其中培養(yǎng)有青霉屬的培養(yǎng)基81，吹氣裝置82的吹出孔，送風用風扇83，檢測設備85和粒子計數(shù)器84。盒80具有兩個孔，一個孔設置有HEPA濾器87，另一個孔設置有泵86。
[0170](2)測量程序
[0171]本發(fā)明人使用上述測量儀器以下述程序進行測量:
[0172]〈步驟1>運轉泵86，以圖22中箭頭V所示的方向向盒80中吸入空氣。這以圖22中箭頭A所示的方向抽取盒80外的空氣，并且使空氣通過HEPA濾器87，由此將空氣引入盒80中。連續(xù)運轉泵86數(shù)分鐘，然后，使用粒子計數(shù)器84證實不存在直徑為0.5微米以上的任何粒子，然后停止泵86。
[0173]<步驟2>運轉吹氣裝置82，以將空氣從此處吹到培養(yǎng)基81的表面。這允許在培養(yǎng)基81的表面上形成的青霉屬孢子88飄揚在空氣中。同時，也運轉風扇83。這使得青霉屬孢子88基本上均勻地分散在盒80中。
[0174]<步驟3>使用粒子計數(shù)器84來測量檢測前盒80中青霉屬孢子的量NI (步驟4)。
[0175]<步驟4>以與圖21所示的流程圖相似的程序運轉檢測設備85來測量青霉屬孢子。更具體地，盒80中的青霉屬孢子通過下述操作測量:
[0176](步驟4-1)檢測設備85使收集夾具12移動至收集室5A；
[0177](步驟4-2)運轉風扇50，并且在收集夾具12與放電電極I之間施加IOkV電壓，以將盒80中的青霉屬孢子88引入收集室5A，由此將它們收集在收集夾具12的表面上；
[0178](步驟4-3)這樣收集15分鐘后，停止風扇50，并且使收集夾具12從收集室5A移動至檢測室5B ；
[0179](步驟4-4)收集夾具12使其表面暴露于由半導體激光器或發(fā)光元件6發(fā)射的405nm的藍光；
[0180](步驟4-5)收集在收集夾具12的表面上的青霉屬孢子發(fā)射熒光量SI，其由光接收元件9接收到，并且其電壓值存儲在與檢測設備85連接的個人計算機(未顯示)中；
[0181](步驟4-6)收集夾具12從檢測室5B移動到收集室5A；
[0182](步驟4-7)運轉如微型陶瓷加熱器等的加熱器91，以在200°C加熱收集夾具12的表面5分鐘；
[0183](步驟4-8)加熱器91停止運轉，并且運轉風扇50進行冷卻3分鐘；
[0184](步驟4-9)收集夾具12從收集室5A移動到檢測室5B，并且與步驟4_2到步驟
4-5進行的操作相似，測量光接收元件9接收到的熒光量S2，并且將其電壓值存儲在個人計算機中；和
[0185](步驟4-10)加熱之前和之后測量的電壓值之間的差值AF計算為檢測設備85所檢測的值。
[0186]<步驟5>使用粒子計數(shù)器84來測量檢測后(步驟4)盒80中青霉屬孢子的數(shù)量N2,并且從數(shù)量NI和N2 (例如，計算平均值以及)得到在檢測時盒80中的青霉屬孢子的數(shù)量，并且將其除以盒80的體積(Im3)以計算在檢測時盒80中的青霉屬孢子的濃度N(單位:10，000 個孢子 /m3)。
[0187](3)測量的結果
[0188]圖23顯示實施例1的測量結果。本發(fā)明人以上述程序得到對于盒80中不同濃度N的青霉屬的測量，以使對于每次測量，收集夾具12的表面用玻璃纖維刷子清潔，或者用過的收集夾具12用新的收集夾具12替換。將得到的測量值做圖，如圖23所示，其具有表示所得到的檢測時盒80中的青霉屬濃度N的測量值的橫軸，和表示檢測設備85的檢測值(即，加熱之前和之后的電壓差AF)的縱軸。圖23的測量揭示之間存在線性相關性。因此，已經(jīng)驗證上述實施方案所述的本發(fā)明的檢測設備允許精確檢測生物來源的粒子形式的微生物體。
[0189](實施例2)
[0190]本發(fā)明人利用與實施例1相似的測量儀器和程序相似地得到關于雪松花粉的測量值。注意，在實施例2中，這樣進行測量，使得實施例1中的其中培養(yǎng)有青霉屬的培養(yǎng)基81替換為筒狀花粉噴霧裝置，該裝置的一個端部設置有濾器，相對的端部開放。
[0191 ] 在上述步驟2中，運轉吹氣裝置82將筒外部的空氣從更接近濾器的端部朝向筒內部吹向其中引入了花粉的花粉噴霧裝置。這使得筒內的花粉漂浮在空氣中。
[0192]圖24顯示實施例2的測量結果。與圖23的操作相似，將得到的測量值做圖，如圖24所示，其具有表示所得到的檢測時盒80中的雪松花粉濃度N的測量值的橫軸，和表示檢測設備85的檢測值(即，加熱之前和之后的電壓差AF)的縱軸。圖24的測量揭示之間存在線性相關性。因此，已經(jīng)驗證上述實施方案所述的本發(fā)明的檢測設備允許精確檢測生物來源的粒子形式的花粉。
[0193]此外，由實施例1和2，已經(jīng)驗證本發(fā)明的檢測設備可以精確檢測進行生命活動的生物來源的粒子(包括微生物體和花粉)或其部分，它們具有允許所述粒子或其部分在空氣中漂浮的尺寸。
[0194]盡管已經(jīng)詳細描述并且舉例說明了本發(fā)明，但是應該清楚地理解其只是作為舉例說明和實施例的方式，并不應該視為作為限制的方式，本發(fā)明的范圍由后附的權利要求解釋。
[0195]參考符號列表
[0196]I 放電電極
[0197]2高壓電源
[0198]3 涂層
[0199]4支持基板
[0200]5 外殼
[0201]5A收集室[0202]5B檢測室
[0203]5C 壁
[0204]5C'孔
[0205]6發(fā)光元件
[0206]7 透鏡
[0207]8 光圈
[0208]9光接收元件
[0209]10引入孔
[0210]IOA遮光部
[0211]10a, IOb 遮光板
[0212]11排出孔
[0213]IlA遮光部
[0214]12收集夾具
[0215]13聚光透鏡
[0216]14濾光器
[0217]15照射區(qū)
[0218]16A, 16B 快門
[0219]20收集傳感器機構
[0220]30信號處理單元
[0221]34電流-電壓轉換電路
[0222]35放大電路
[0223]40測量單元
[0224]41控制單元
[0225]42存儲單元
[0226]43 時鐘產(chǎn)生單元
[0227]44輸入單元
[0228]45顯示單元
[0229]46外部連接單元
[0230]48驅動單元
[0231]50空氣引入機構
[0232]50A，83 風扇
[0233]51 凹槽
[0234]71-78 曲線
[0235]80 盒
[0236]81 培養(yǎng)基
[0237]82吹氣裝置
[0238]84粒子計數(shù)器
[0239]86 泵
[0240]87 HEPA 濾器[0241]91加熱器
[0242]85，100，100A，IOOB 檢測設備
[0243]110 開關
[0244]130顯示面板
[0245]150通信單元
[0246]300 PC
[0247]400 電纜
[0248]411計算單元
【權利要求】
1.一種用于檢測空氣中的生物來源的粒子的檢測設備，所述檢測設備包括: 發(fā)光元件； 光接收元件，所述光接收元件用于接收熒光；和 計算單元，所述計算單元用于基于當用由所述發(fā)光元件發(fā)射的光照射能夠布置于所述檢測設備內并收集空氣中的粒子的收集構件時由所述光接收元件接收到的熒光的量，來計算由所述收集構件收集的所述生物來源的粒子的量， 其中所述計算單元基于在將所述粒子加熱之前和之后接收到的光的量的變化計算由所述收集構件收集的所述粒子的量。
2.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其還包括用于加熱所述收集構件的加熱器。
3.根據(jù)權利要求2所述的檢測設備，其還包括用于控制所述加熱器的加熱量的控制單J Li ο
4.根據(jù)權利要求3所述的檢測設備，其還包括用于向所述控制單元輸入指令的輸入單J Li ο
5.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其中所述計算單元基于接收到的光的量的所述變化，并且基于預先存儲的熒光變化量與生物來源的粒子的量之間的關系計算由所述收集構件收集的空氣中的生物來源的粒子的量。
6.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其還包括: 所述收集構件；和 收集機構，所述收集機構用于通過所述收集構件收集空氣中的粒子，其中所述計算單元基于來自用由所述發(fā)光元件發(fā)射的光照射的收集構件的接收到的熒光的量計算由所述收集構件收集的所述生物來源的粒子的量。
7.根據(jù)權利要求6所述的檢測設備，其還包括: 容納所述收集機構的收集室； 與所述收集室分隔且容納所述發(fā)光元件和所述光接收元件的檢測室；和移動機構，所述移動機構用于將位于所述收集室內的所述收集構件移動到所述檢測室，并且用于將位于所述檢測室內的所述收集構件移動到所述收集室。
8.根據(jù)權利要求6所述的檢測設備，其還包括用于清潔所述收集構件的清潔單元。
9.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其中所述發(fā)光元件被布置成以使光以朝向布置于所述檢測設備內的所述收集構件的方向發(fā)射。
10.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其還包括顯示單元，所述顯示單元用于將所述計算單元計算的結果顯示為測量結果。
11.根據(jù)權利要求1所述的檢測設備，其中所述發(fā)光元件發(fā)射能夠激發(fā)生物中的物質的波長范圍內的光。
12.根據(jù)權利要求11所述的檢測設備，其中所述發(fā)光元件發(fā)射波長范圍為300nm至450nm的光。
13.—種在包括發(fā)光元件和光接收元件的檢測設備中檢測由能夠布置于所述檢測設備內的收集構件收集的生物來源的粒子的方法，所述方法包括下述步驟: 測量在加熱前用由發(fā)光元件發(fā)射的光照射的所述收集構件的熒光量； 測量在加熱后用由所述發(fā)光元件發(fā)射的光照射的所述收集構件的熒光量；并且基 于加熱前從所述收集構件測量的所述熒光量和加熱后從所述收集構件測量的所述熒光量的變化量計算由所述收集構件收集的生物來源的粒子的量。
【文檔編號】G01N15/06GK103645123SQ201310604267
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2010年7月7日 優(yōu)先權日:2010年2月26日
【發(fā)明者】藤岡一志, 伴和夫, 松井紀江, 奧野大樹 申請人:夏普株式會社