微生物气溶胶是指悬浮于空气中的微生物所形成的胶体体系,包括病毒、细菌、真菌以及它们的副产物等,易沉着在人体的呼吸道系统,造成过敏、感染、哮喘、肺炎等疾病,也常导致传染病的发生。利用微生物气溶胶采样器对空气中的微生物浓度进行量化和检测,可确定其来源,进行有效的监测,制定相应控制措施。与传统的采样方法如撞击法、冲击法相比较,利用静电力将微生物气溶胶收集到介质上时速度小,能够更好地保持微生物形态和生物活性,且收集效率高,是新型有效的微生物气溶胶采样技术。本文利用电子低压冲击仪ELPI (Electrical Low Pressure Impactor)对微生物气溶胶的粒径分布、带电量情况进行检测,对其在静电场中的动力学进行探讨分析。自主研制便携式静电收集装置,考察了影响微生物气溶胶静电收集的主要因素,为开发新型微生物静电采样装置提供理论基础。通过对微生物气溶胶在电场中的动力学分析可知,电迁移率是影响微生物气溶胶在静电场中运动状态的主要因素,与气溶胶的带电量及粒径有关。实验结果显示,大肠杆菌气溶胶粒径范围在0.028-4.01 μm,呈正电特性,平均带电量为0-23 e,其中79%的可培养大肠杆菌气溶胶主要分布在0.95-1.61μm；白色假丝酵母气溶胶分布在0.028-9.96μm,呈负电特性,平均带电量为0-45e,其中40%的可培养酵母菌粒子分布在2.40-4.01μm。当所加收集电压为10 kV、电极板收集面积为20 cm2、收集流量为10L/min时,利用微生物气溶胶的自然带电量进行静电收集时,各粒径范围下的气溶胶都能很好地被静电收集。电迁移率较高的大肠杆菌和白色假丝酵母气溶胶较之带电量较少的非生物NaCl气溶胶,静电收集效率更高,三者最高收集率分别为52%、61%和27%。利用正负电晕预荷电装置使微生物气溶胶预荷电后,可有效增加气溶胶带电量,提升电迁移率,提高静电收集效率。当预荷电电压从士2 kV上升为士8 kV时,各粒径范围下的大肠杆菌气溶胶平均带电量可提高为自然带电量的5-13倍,白色假丝酵母可自然带电量的3-20倍。微生物气溶胶粒子的电迁移率可提高10-20倍。两者的最高静电收集效率可分别提高到为92%、89%。且微生物气溶胶所带电荷极性由所处电晕环境所决定。对微生物气溶胶分级收集理论模型进行探讨可知,增加静电收集板长度或提高收集电压能有效提高静电收集效率,微生物气溶胶分级收集效率可通过比收集面积和电场强度进行理论计算,用于指导静电采样装置的设计。文章通过与AGI-30采样器采样效果做对比,考察了静电对可培养微生物气溶胶的采样效果。利用微生物自然带电量进行采样时,可培养微生物的收集浓度与收集面积的增加而增加,电场强度过高则易对微生物活性造成影响。当收集面积为20 cm2、流量为10 L/min时,电场强度为4.3 kV/cm时,为实验最佳采样条件,收集到的可培养大肠杆菌和白色假丝酵母气溶胶浓度分别为AGI-30的1.2倍和3.9倍。预荷电后收集效率增加,负电晕较之正电晕产生对微生物活性影响更大,因此采样过程中选择正电晕为佳,预荷电电压过高会产生臭氧等活性物质对微生物活性影响较大。当预荷电电压为+5 kV时,为最佳预荷电条件,可培养大肠杆菌和白色假丝酵母菌气溶胶达到最高收集浓度,分别为AGI-30采样器的10倍和6.9倍。同时,单极性预荷电后,微生物气溶胶单极性荷电,可被更好地收集在一个极板上,简化采样工作。采样过程中还应选择合适的采样介质和采样时间以提高收集效率。