作者： 气象-地基遥感「北时间：2025-05-12
背景
生物气溶胶颗粒在地球系统，特别是在大气、生物圈和气候的相互作用中，起着至关重要的作用，而花粉作为生物气溶胶颗粒的重要组成部分，所导致的过敏性疾病被认为是一种在很大程度上被低估的疾病，且在公共卫生领域、空气污染和气候变化的相互作用下，正导致越来越多的花粉过敏患者。
因此生物气溶胶包括花粉颗粒的实时在线监测，正日益受到医学、环境科学、气候学等多领域科研人员的重视。
什么是气溶胶
气溶胶是指悬浮在气体介质（主要是空气 ）中的固态或液态微小粒子所组成的多相体系 。这些粒子大小通常在纳米到微米级别。
丨气溶胶颗粒大小通常在0.001μm（1 纳米）至100μm（100 微米）之间。
丨固体气溶胶颗粒
0.001 - 0.1 微米
0.1 - 1 微米
1 - 10 微米
10 - 100微米
丨液体气溶胶颗粒
0.001 - 0.1 微米
0.1 - 1 微米
1 - 10 微米
10 - 100 微米
按粒径大小分类
总悬浮颗粒物（TSP）粒径≤100um
可吸入颗粒物（PM10）颗粒物≤10um
细颗粒物（PM2.5）颗粒物≤2.5um
超细颗粒物（PM0.1）粒径≤0.1um
按来源分类
天然气溶胶（自然来源）例如火山 喷 发 、 植 物 花 粉 孢 子 等
人为气溶胶（人为来源）例如工 业 排 放 、 建 筑 施 工 扬 尘 等
按物理状态分类
固态气溶胶：如灰尘、花粉、烟尘等
液态气溶胶：如雾、云、喷雾等
混合态气溶胶：包含固态和液态成分
按化学组成分类
有机气溶胶：含有有机化合物，如碳氢化合物、多环芳烃等；
无机气溶胶：由无机化合物组成，如 硫 酸 盐 、 硝 酸 盐 等
生物气溶胶:生物性粒子如细菌,病 毒 、真菌孢子、花 粉 等
生物气溶胶
生物气溶胶是含有生物性粒子，属于大气气溶胶的范畴。生物气溶胶种类很多，包括细菌、真菌、尘螨、病毒、花粉、霉菌孢子、蕨类孢子、寄生虫卵以及动植物碎裂分解体等具有生命活性的微小粒子。
以花粉为例
花粉是生物气溶胶颗粒的重要组成部分，粒径范围一般为10~100微米。其在空气中飘散极易被人吸入呼吸道。所导致的疾病例如哮喘，皮肤过敏等被认为是一种在很大程度上被低估的疾病，在空气污染和气候变化的相互作用下，全球正涌现越来越多的花粉过敏患者。
SwisensPoleno花粉/生物气溶胶自动监测仪原理
• 数字全息测量：两个垂直 90°高分辨率相机进行全息测量，确定粒子的绝对尺寸、形状、面积、周长、球度等参数，通过人工智能进行精确的粒子识别（SwisenPoleno Mars 和 SwisenPoleno Jupiter ）
• 荧光光谱测量：测量单个粒子的化学组成，通过收集的荧光光谱强度和荧光寿命数据（SwisenPolenoJupiter），进一步确定粒子种类；
• 散射光和偏振测量：对粒子表面进行激光照射，通过两个光电检测器的信号比值确定粒子表面的额外信息（SwisenPoleno Jupiter）。
数字全息和荧光光谱测量的结合是独一无二的，它会生成系统测量的每个粒子的数字指纹。这个丰富的数据集（也称为数字指纹）包含形态数据和有关粒子化学成分的数据，然后通过机器学习算法对其进行处理和分类。从粒子的检测和测量到算法输出的分类只需要几秒钟。
数字全息测量原理
荧光光谱测量原理
• 激发过程
当用一定波长的光（激发光）照射物质时，物质分子吸收光子的能量， 从基态跃迁到激发态。但是处于激 发态的分子不稳定，短时间会通过 各种方式回到基态。
• 发射荧光
其中一种回到基态的方式是通过发射光子（产生荧光）。不同的物质吸收特定波长的光并发射出特定波长的荧光，这是荧光测量技术用于物质定性分析的基础。
• 测量参数
荧光强度与物质浓度有关，一定条件下遵循朗伯-比尔定律（荧光强度与物质浓度呈线性关系）。通过测量荧光的波长，可以确定物质发射荧光的特征光谱，对物质进行定性识别。荧光寿命是指激发态分子从激发态回到基态平均所需的时间，不同物质的荧光寿命也不同，因此可作为区分不同物质的参数。
• 仪器原理
荧光测量仪器通常由激发光源、样品池、单色器、检测器等部分组成。激发光源提供特定波长的激发光，照射样品池中的样品。单色器用于选择特定波长的激发光和分离出荧光信号，将不同波长的光分开，以便检测特定波长的荧光。检测器负责检测荧光信号的强度，并将其转化为电信号或数字信号进行记录和分析。
• 荧光测量技术的原理主要涉及物质的荧光产生机制和对荧光信号的检测分析；
• 荧光测量技术主要测量荧光的强度、波长、寿命等参数。
• 从粒子的检测和测量到算法输出的分类只需要几秒钟。
• 数字全息+荧光光谱测量，会生成系统测量的每个粒子的数字指纹（数据集）
左侧列为全息图像和荧光光谱对测量事件的可视化表示；
右侧列为不同模型的精确度对比：
(a) 仅全息图像模型，平均精确度 0.968；
(b) 仅荧光光谱测量，平均精确度 0.878；
(c) 全息图像和荧光光谱测量组合，平均精确度 0.992。
测量荧光的强度、波长、荧光寿命等参数（SwisenPoleno Jupiter）
Jupiter全息测量：波长：405nm；
荧光测量波长：280nm，365nm和405nm；
散射和偏振测量波长：405nm。
Mars全息测量波长：405nm。
光是一种电磁波，具有偏振特性。对光的偏振特性进行分析和测量，可以获取关于粒子的结构、成分等信息，有助于对不同类型的花粉或生物气溶胶进行区分和识别。
生物气溶胶测量新方法
花粉/生物气溶胶自动监测仪对环境中的每个未知的单个花粉/气溶胶颗粒通过监测产生独立的数字指纹 ，对各种粒子进行识别及分类并实时输出粒子信息。可根据情况构建花粉/生物气溶胶样本库 ，利用先进的人工智能算法实现数据库扩展。
SwisensPoleno Jupiter
花粉/生物气溶胶自动监测仪
• 数字全息测量• 荧光光谱测量• 散射光和偏振测量
SwisensPoleno Mars
花粉自动监测仪
• 数字全息测量
• SwisensPoleno 花粉/ 生物气溶胶自动监测仪可以实现24小时连续监测与识别；
• 输出的数据包括：花粉浓度（可自定义采样时间间隔，最小间隔 10 分钟）、花粉类别（属，部分到科）、单个粒子的全息图像、荧光强度、寿命（Jupiter独有）以及物理参数等数据。
• Jupiter 主机
利用人工智能和深度机器学习，可自主识别并测量空气中的花粉、孢子、生物气溶胶以及固体颗粒等。
• Mars 主机
先进的数字全息影像测量技术，可实现对花粉浓度长期、稳定、自动的测量与分类。
• 用户可构建本地花粉数据库
• 允许所有用户训练机器学习算法来扩展识别以前未知的粒子。
• 本地数据只存在国内
• 历史数据可以复原，分类
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