(57)【要約】【課題】従来の方法によらない粒度分布測定装置を提供する。【解決手段】粒度分布測定装置は、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した第１空隙配置構造体と、下流側に、金属製薄膜に第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した第２空隙配置構造体と、第１及び第２空隙配置構造体を貫く電磁波を照射する光源と、第１及び第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する検出器と、第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と捕捉量との関係を示す第１の検量線に基づいて、第１空隙配置構造体に捕捉量を算出すると共に、第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と捕捉量との関係を示す第２の検量線に基づいて第２空隙配置構造体に捕捉量を算出する、捕捉量算出部と、を備える。【選択図】図９
2020038092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する光源と、
前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する検出器と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第１の検量線に基づいて、前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出すると共に、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第２の検量線に基づいて前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する、捕捉量算出部と、
を備えた、粒度分布測定装置。
【請求項２】
被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
前記第１空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する第１の光源と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する第１の検出器と、
前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する第２の光源と、
前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する第２の検出器と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第１の検量線に基づいて、前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出すると共に、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第２の検量線に基づいて前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する、捕捉量算出部と、
を備えた、粒度分布測定装置。
【請求項３】
前記流路は、上流側から下流側に第１の方向に沿って延在し、
前記第１の光源と、前記第２の光源とは共通の光源であって、前記共通の光源によって前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射し、
前記第１の検出器と、前記第２の検出器とは共通の検出器であって、前記共通の検出器によって前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する、請求項２に記載の粒度分布測定装置。
【請求項４】
前記流路は、上流側から下流側に流路方向が変化する箇所を少なくとも２以上含み、前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体は、前記流路内の前記流路方向が変化する箇所に設けられている、請求項２又は３に記載の粒度分布測定装置。
【請求項５】
前記第１の検量線と、前記第２の検量線と、を記録する記憶部を、さらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の粒度分布測定装置。
【請求項６】
前記第１の検量線は、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の近接する２つのピークの間のディップ点より低周波数側のピーク点の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示すと共に、前記第２の検量線は、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の近接する２つのピークの間のディップ点より低周波数側のピーク点の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す、請求項１から５のいずれか一項に記載の粒度分布測定装置。
【請求項７】
前記光源は、前記第１空隙配置構造体の上流側から前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する、請求項１に記載の粒度分布測定装置。
【請求項８】
前記光源は、前記第２空隙配置構造体の下流側から前記第２空隙配置構造体及び前記第１空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する、請求項１に記載の粒度分布測定装置。
【請求項９】
被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
を備えた、粒度分布測定用流路ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体（気体、液体）中の被測定物の粒度分布測定装置に関する。特に、マイクロメートル（μｍ）オーダー以上の大きさを有する被測定物の粒度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロメートルオーダー以上の大きさを有する被測定物の粒度分布計測方法として、『篩分け重量法』、『レーザー回折・散乱法』などが知られている。
【０００３】
『篩分け重量法』は、被測定物を目開きの異なる篩によって分級し、各々の篩に分離された被測定物の重量を測定する方法であり、ＪＩＳ  Ｚ  ８８１５に試験方法が定められている。
【０００４】
『レーザー回折・散乱法』は、被測定物（粒子群）の複雑な回折散乱パターンを角度の異なる複数の検出器で計測して、粒子を球と仮定し、Ｍｉｅ散乱理論とフラウンホーファー回折理論から導かれる理論的回折散乱パターンと実測回折散乱パターンを照合することで有効径（回折散乱径）を求めるという方法であり、体積基準粒度分布として、どれくらいの大きさの粒子がどれくらいの割合で含まれているかが測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
『篩分け重量法』では、はかりによる重量測定を行うため、十分な精度を得るためには多量の被測定物の量（例えば、gオーダー以上）が必要となり、微量（ｎｇ〜ｍｇオーダー）の被測定物は測定できないという問題がある。
【０００７】
また、ＪＩＳ規格で定められている篩の最小目開きは、２０μｍであり、それ以上の粒度分布しか測定できないという問題がある。
【０００８】
『レーザー回折・散乱法』では、体積基準粒度分布として、どれくらいの大きさの粒子がどれくらいの割合で含まれているかを測定するため、篩分け重量法のように、被測定物の重さ（質量）に関する情報が得られないという問題がある。例えば、ＰＭ２．５測定において、パーティクルカウンター方式（レーザー回折・散乱法）が採用されないのは、この問題による。
【０００９】
また、解析には、被測定物（粒子）と分散媒の屈折率が必要となる。屈折率の入力値が不適当であると、ゴーストピークなどを生むなどの問題が発生するため、正確な値の入力が求められる。しかし、多くの場合、被測定物の屈折率を求めることは、非常に手間がかかるという問題がある。例えば、溶媒の代表的なものは屈折率が一般に明らかにされているが、被測定物はユーザー個別になるため、被測定物の屈折率は、ユーザーが別途用意する必要がある。
【００１０】
また、理論的回折散乱パターンと実測回折散乱パターンとの照合を行うため、つまり、近似を行うため、メーカー間差や機種間差が大きい、較正ができない、被測定物の形状の影響が大きい等の問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、従来の方法によらない粒度分布測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る粒度分布測定装置は、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する光源と、
前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する検出器と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第１の検量線に基づいて、前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出すると共に、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第２の検量線に基づいて前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する、捕捉量算出部と、
を備える。
【００１３】
また、本発明に係る粒度分布測定装置は、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
前記第１空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する第１の光源と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する第１の検出器と、
前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する第２の光源と、
前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する第２の検出器と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第１の検量線に基づいて、前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出すると共に、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第２の検量線に基づいて前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する、捕捉量算出部と、
を備える。
【００１４】
また、本発明に係る粒度分布測定用流路ユニットは、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る粒度分布測定装置によれば、流体中の被測定物の粒度分布測定装置を提供することができる。特に、μｍオーダー以上の大きさを有する被測定物の広いレンジにわたる粒度分布を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る粒度分布測定装置の原理を示す概略図である。
【図２】空隙配置構造体に規則的に配置された貫通孔の平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図３】図２の空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数と透過率との関係を示す図である。
【図４】図２の空隙配置構造体に流体中の被測定物が付着した場合に通過する流体の流量に応じて電磁波の透過率が低下する様子を示す図である。
【図５】図４に示す電磁波の透過率の低下と被測定物である粒子の数と粒子質量との関係の一例を示す図である。
【図６】図１の３つの空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数と透過率との関係を示す図である。
【図７】図６の３つの空隙配置構造体ごとの電磁波の透過率変化を示すグラフである。
【図８】図７の３つの空隙配置構造体ごとの電磁波の透過率変化に対応する粒子の質量、個数、体積との関係を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る粒度分布測定装置の構成を示す概略図である。
【図１０】空隙配置構造体とシリンジとの接続の一例を示す概略図である。
【図１１】４つの空隙配置構造体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）ごとの粒子の質量と透過率との関係を示す検量線のグラフである。
【図１２】４つの空隙配置構造体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）ごとの粒子数と透過率との関係を示す検量線のグラフである。
【図１３】実施例１において、図１０の検量線に基づいて算出した粒径毎の質量分布を示す図である。
【図１４】図１３の粒径毎の質量分布に基づいて算出した粒径毎の質量％の例を示す図である。
【図１５】実施例１において、図１２の検量線に基づいて算出した粒径毎の粒子数分布を示す図である。
【図１６】図１５の粒径毎の粒子数分布に基づいて算出した粒径毎の粒子数％の例を示す図である。
【図１７】実施例２において、流体が大気である場合の粒度分布測定装置における流路ユニットの構成を示す概略図である。
【図１８】各空隙配置構造体に捕捉したエアロゾルを回収する捕捉物分離回収装置の構成を示す概略図である。
【図１９】４つの空隙配置構造体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）ごとの分離物の質量と透過率との関係を示す検量線のグラフである。
【図２０】実施例２において、図１９の検量線に基づいて算出した粒径毎の質量分布を示す図である。
【図２１】図２０の粒径毎の質量分布に基づいて算出した粒径毎の質量％の例を示す図である。
【図２２】変形例の空隙配置構造体に規則的に配置された貫通孔の平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図２３】実施の形態２に係る粒度分布測定装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の態様に係る粒度分布測定装置は、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する光源と、
前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する検出器と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第１の検量線に基づいて、前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出すると共に、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第２の検量線に基づいて前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する、捕捉量算出部と、
を備える。
【００１８】
第２の態様に係る粒度分布測定装置は、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
前記第１空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する第１の光源と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する第１の検出器と、
前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射する第２の光源と、
前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出する第２の検出器と、
前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第１の検量線に基づいて、前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出すると共に、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率から、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示す第２の検量線に基づいて前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する、捕捉量算出部と、
を備えた、粒度分布測定装置。
【００１９】
第３の態様に係る粒度分布測定装置は、上記第２の態様において、前記流路は、上流側から下流側に第１の方向に沿って延在し、
前記第１の光源と、前記第２の光源とは共通の光源であって、前記共通の光源によって前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射し、
前記第１の検出器と、前記第２の検出器とは共通の検出器であって、前記共通の検出器によって前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波を検出してもよい。
【００２０】
第４の態様に係る粒度分布測定装置は、上記第２又は第３の態様において、前記流路は、上流側から下流側に流路方向が変化する箇所を少なくとも２以上含み、前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体は、前記流路内の前記流路方向が変化する箇所に設けられていてもよい。
【００２１】
第５の態様に係る粒度分布測定装置は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記第１の検量線と、前記第２の検量線と、を記録する記憶部を、さらに備えてもよい。
【００２２】
第６の態様に係る粒度分布測定装置は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記第１の検量線は、前記第１空隙配置構造体を透過した電磁波の近接する２つのピークの間のディップ点より低周波数側のピーク点の透過率と前記第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示すと共に、前記第２の検量線は、前記第２空隙配置構造体を透過した電磁波の近接する２つのピークの間のディップ点より低周波数側のピーク点の透過率と前記第２空隙配置構造体に捕捉された物質の量との関係を示すものであってもよい。
【００２３】
第７の態様に係る粒度分布測定装置は、上記第１の態様において、前記光源は、前記第１空隙配置構造体の上流側から前記第１空隙配置構造体及び前記第２空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射してもよい。
【００２４】
第８の態様に係る粒度分布測定装置は、上記第１の態様において、前記光源は、前記第２空隙配置構造体の下流側から前記第２空隙配置構造体及び前記第１空隙配置構造体を貫くように電磁波を照射してもよい。
【００２５】
第９の態様に係る粒度分布測定用流路ユニットは、被測定物を含む流体を上流側から下流側に流通させる流路と、
前記流路内で前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第１空隙配置構造体と、
前記流路の前記第１空隙配置構造体より下流側に、前記流体を通過させるように設けられ、金属製薄膜に前記第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる第２空隙配置構造体と、
を備える。
【００２６】
以下、実施の形態に係る粒度分布測定装置について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２７】
（実施の形態１）
＜粒度分布測定装置の原理について＞
図１は、実施の形態１に係る粒度分布測定装置１０の原理を示す概略図である。図２は、空隙配置構造体１４に規則的に配置された貫通孔５の平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。図３は、図２の空隙配置構造体１４を透過した電磁波の周波数と透過率との関係を示す図である。図４は、図２の空隙配置構造体１４に流体中の被測定物が付着した場合に通過する流体の流量に応じて電磁波の透過率が低下する様子を示す図である。図５は、図４に示す電磁波の透過率の低下と被測定物である粒子の数と粒子質量との関係の一例を示す図である。図６は、図１の３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃを透過した電磁波の周波数と透過率との関係を示す図である。図７は、図６の３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃごとの電磁波の透過率変化を示すグラフである。図８は、図７の３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃごとの電磁波の透過率変化に対応する粒子の質量、個数、体積との関係を示す図である。
【００２８】
図１を用いて、本実施の形態１に係る粒度分布測定装置１０の概要を示す。この粒度分布測定装置１０では、図１に示すように、貫通孔５の孔寸法Ｄ３、Ｄ２、Ｄ１が異なる空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃを複数種類以上用いて、流体１に含まれる被測定物２ａ、２ｂ、２ｃの分級（分離）を行う。分級に使用する空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃの種類（孔寸法の大きさ）は、図７に示すように最終的に求めたい粒度分布の測定範囲に対して、その分布を構成する測定レンジの境界（棒グラフと棒グラフとの境界）と一致するように選択する。また、被測定物２ａ、２ｂ、２ｃを含む流体１が、空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃを流通する方向を第１の方向３（ｚ方向）とする。空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、第１の方向３に沿って、孔寸法Ｄ３の最も大きい空隙配置構造体１４ａから孔寸法Ｄ１の最も小さい空隙配置構造体１４ｃに向かって孔寸法の大きさの順に流体１が通過するように配置する。これによって、まず大きな粒子２ａが空隙配置構造体１４ａに捕捉（分離）され、次いで、次に、中間の大きさの粒子２ｂが空隙配置構造体１４ｂに捕捉（分離）され、最後に小さい粒子２ｃが空隙配置構造体１４ｃに捕捉（分離）される。このような配置によって、大きさの異なる粒子２ａ、２ｂ、２ｃが含まれる場合にも分級を可能にすることができる。
【００２９】
各空隙配置構造体１４は、図２に示す貫通孔５が周期的に規則的に２次元配置されている。図２では、貫通孔５は一辺Ｄの正方形であり、貫通孔５のピッチＰ、厚さＴの場合を示している。この空隙配置構造体１４は、図３に示すような電磁波透過特性を有する。具体的には、テラヘルツ帯に電磁波を透過する透過領域を有し、透過領域には２つの近接したピークとその間にディップ点とを有する。また、透過領域より低周波数側には、ほとんど電磁波を透過しない遮断領域を有し、透過領域より高周波側には０次の回折点及び１次の回折点を有する回折領域を有する。この空隙配置構造体１４では、貫通孔５の構造（ピッチＰや孔寸法Ｄ、図２参照）を変えることにより、透過領域の周波数範囲やディップ点の周波数、ディップ点の低周波数側及び高周波数側のピークの周波数等が変化する。
【００３０】
また、図１に示したように空隙配置構造体近傍に被測定物が存在すると、その影響を受け、図４に示すように電磁波透過特性が変化する。具体的には、流体中の被測定物が空隙配置構造体に付着した場合に、通過する流体の流量、つまり捕捉された被測定物の量に応じて透過する電磁波の透過率が低下する。
【００３１】
図５に、検量線の例を示す。この図５は、濃度５０［ｍｇ／ｍＬ］の平均粒径２．０［μｍ］の球状ポリスチレン粒子の水溶液（Micromod 社製micromer）を用意し、希釈して濃度既知の粒子溶液を複数種類用意し、それらを孔寸法１．８［μｍ］の空隙配置構造体で分離した時の分離前後の透過率変化量を示している。ここで、図３の電磁波透過特性のうち、ディップ点より低周波数側のピーク点の透過率変化を用いることで最も大きな透過率変化を利用できる。なお、透過率変化を測定する箇所は、上記のディップ点より低周波数側のピーク点に限られるものではない。透過率変化を測定する箇所は、例えば、ディップ点より高低周波数側のピーク点、あるいは、ディップ点であってもよい。さらに、他の点であってもよい。
この図５の検量線を用いることによって、測定された透過率変化から被測定物の粒子数又は粒子質量を得ることができる。
【００３２】
次に、図１の３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃを用いた分級による粒度分布測定の例について説明する。
まず、分級後の各々の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃの電磁波透過特性の測定を行い、予め、各々の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃについて分級前に測定を行っていた電磁波透過特性との比較を行う。
【００３３】
図６に示す周波数ごとの３つの群のグラフは、図１に示した３種類の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃのそれぞれの電磁波透過特性に対応している。また、各群のなかで淡い色のグラフが分級前（空隙配置構造体単独の特性）の電磁波透過特性であり、濃い色が分級後（分離物を含む空隙配置構造体の特性）の電磁波透過特性を示している。分級前後の電磁波透過特性の変化は、代表的には、ディップ点（定義は図３参照）の周波数変化量、乃至、通過帯中の任意の周波数の透過率変化量（図６参照）を用いて数値化する。これらの分級前後の電磁波透過特性の変化量は、分級により流体から分離され空隙配置構造体に捕捉された被測定物の量に相関している。つまり、各空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃの分級前後の電磁波透過特性の変化量を測定することで、各空隙配置構造体に捕捉された被測定物の量を知ることが可能となる。
【００３４】
図７は、図６で得られた各空隙配置構造体の被測定物による電磁波透過特性の変化量（分級前後の透過率変化量）をまとめ、ヒストグラム化した図である。図７の横軸は、空隙配置構造体の孔寸法Ｄ１〜Ｄ３による粒径レンジを示している。図７の縦軸は、分級前後の透過率変化量、つまり、「分級前の透過率」と「分級後の透過率」との差分を示している。この図７から、図５の検量線を用いて、縦軸を分離された被測定物の質量、個数、体積などに変換して、最終的な粒度分布を得ることができる。
【００３５】
図８に示す粒度分布は、図７の各空隙配置構造体の分級前後の透過率変化量について、図５の検量線を用いて、図７の結果の縦軸の変換を行って得られたものである。
なお、孔寸法Ｄ１より小さい被測定物は空隙配置構造体１４ｃを通過するので観測できない。また、図８では、孔寸法Ｄ３以上の被測定物は、全て空隙配置構造体１４ａに捕捉される。つまり、孔寸法Ｄ３以上の被測定物の詳細な粒度分布を得るにはさらに細かく分級する必要がある。この場合には、対応する孔寸法の空隙配置構造体を用意する必要がある。
【００３６】
＜粒度分布測定装置の構成について＞
図９は、実施の形態１に係る粒度分布測定装置１０の構成を示す概略図である。図９では、便宜上、流体１の流れる方向をｚ方向として示している。また、図９の紙面手前から紙面に向ってｘ方向、図９の下方から上方に向ってｙ方向としている。
この粒度分布測定装置１０は、被測定物を含む流体１を上流側から下流側に流通させる流路１１と、流路１１の上流側に配置された第１空隙配置構造体１４ａと、下流側に配置された第２空隙配置構造体１４ｂと、電磁波４を照射する光源１６と、電磁波４を検出する検出器１７と、第１空隙配置構造体及び第２空隙配置構造体１４ｂに捕捉された物質の量を算出する捕捉量算出部２５ａと、を備える。第１空隙配置構造体１４ａは、流路１１内で流体１を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる。第２空隙配置構造体１４ｂは、流路１１の第１空隙配置構造体１４ａより下流側に、流体１を通過させるように設けられ、金属製薄膜に第１の開口径より小さい第２の開口径を有する同形状の貫通孔を周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる。光源１６は、第１空隙配置構造体１４ａ及び第２空隙配置構造体１４ｂを貫くように電磁波４を照射する。検出器１７は、第１空隙配置構造体１４ａ及び第２空隙配置構造体１４ｂを透過した電磁波４を検出する。電磁波４は、ｚ方向と交差するように照射される。捕捉量算出部２５ａは、第１空隙配置構造体１４ａを透過した電磁波の透過率から、第１の検量線に基づいて、第１空隙配置構造体に捕捉された物質の量を算出する。また、捕捉量算出部２５ａは、第２空隙配置構造体１４ｂを透過した電磁波の透過率から、第２の検量線に基づいて第２空隙配置構造体１４ｂに捕捉された物質の量を算出する。なお、第１の検量線２４ａは、第１空隙配置構造体１４ａを透過した電磁波の透過率と第１空隙配置構造体１４ａに捕捉された物質の量との関係を示すものである。また、第２の検量線２４ｂは、第２空隙配置構造体１４ｂを透過した電磁波の透過率と第２空隙配置構造体１４ｂに捕捉された物質の量との関係を示すものである。
【００３７】
この粒度分布測定装置１０によれば、先行技術の問題点を解決し、流体中の被測定物の粒度分布測定装置を提供することができる。特に、μｍオーダー以上の大きさを有する被測定物の広いレンジにわたる粒度分布を行うことができる。従来の『篩分け重量法』との比較では、微量（ｎｇ〜ｍｇオーダー）の被測定物の測定ができ、規格外の２０μｍ以下の大きさを有する被測定物の測定をも可能にする。また、従来の『レーザー回折・散乱法』との比較では、同法では困難な被測定物の重さ（質量）による測定ができ、近似不要の直接測定を提供することができる。
さらに、この粒度分布測定装置１０によれば、被測定物を含む流体を流路に流通させながら被測定物の粒度分布をリアルタイムに測定できる。
【００３８】
この粒度分布測定装置１０の捕捉量算出部２５ａは、コンピュータ装置２０において実行されるプログラムとして実現されるものであり、例えば、図９のブロック図ではコンピュータ装置２０の記憶部２２上に存在する。実行時には、記憶部２２から読み出されて処理部２１にて実行される。
また、第１の検量線２４ａ及び第２の検量線２４ｂは、例えば、図９のブロック図では、コンピュータ装置２０の記憶部２２上に存在する。
【００３９】
以下に、この粒度分布測定装置１０を構成する構成部材について説明する。
【００４０】
＜流路＞
流路１１によって被測定物２ａ、２ｂ、２ｃを含む流体１を上流側から下流側に流通させる。そこで、流路１１は、液体又は気体等の流体１を流せるものであればよい。また、電磁波を流路１１の外部から内部に向けて照射する場合には、照射する電磁波について透明である必要がある。なお、「透明」とは、例えば、電磁波を５０％以上透過させるものであればよい。さらに、流路１１は、図９に示すように直線状に設けられてもよいが、これに限られない。例えば、後述する実施の形態２に示すように、流路１１は、流路方向が変化する箇所を２以上含んでもよい。つまり、流路１１は、１本であって分岐していなければジグザグに設けられていてもよい。
【００４１】
＜第１空隙配置構造体及び第２空隙配置構造体＞
第１空隙配置構造体１４ａ及び第２空隙配置構造体１４ｂは、流路１１内で流体１を通過させるものである。また、第１空隙配置構造体１４ａは、金属製薄膜に第１の開口径Ｄ３を有する同形状の貫通孔５ａを周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる。第２空隙配置構造体１４ｂは、金属製薄膜に第１の開口径Ｄ３より小さい第２の開口径Ｄ２を有する同形状の貫通孔５ｂを周期的に２次元配置した金属製薄膜からなる。なお、図１及び図２では、貫通孔５、５ａ、５ｂ、５ｃは、正方形であるが、これに限られない。貫通孔は、例えば、円形、楕円形、多角形等であってもよい。また、正方形の開口の内側に向かって突起を有する形状や、図２２の長方形のように面内で等方的でない形状であってもよい。このような形状とすることで、面に垂直に入射する場合にもディップ点を示すことが知られている。
また、空隙配置構造体において、同形状の貫通孔が有機的に２次元配置されていればよい。貫通孔の孔寸法は、図１及び図２では正方形の一辺として示しているがこれに限定されない。例えば、貫通孔の孔寸法として、例えば、貫通孔の正方形のなかで最も長い対角線の長さを用いてもよい。なお、後述する実施例に示すように、被測定物の形状に応じて対応する孔寸法を用いることが望ましい。
【００４２】
＜光源＞
光源１６によって、第１空隙配置構造体１４ａ及び第２空隙配置構造体１４ｂを貫くように電磁波４を照射する。なお、光源１６は、図９に示すように１つの場合に限られない。例えば、図２３に示すように、第１の光源１６ａ、第２の光源１６ｂ、第３の光源１６ｃのように複数の光源を含んでもよい。この場合、各光源１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、各空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対応している。また、光源１６は、図９では流路１１の外から流路１１内の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに電磁波４を照射しているが、これに限られず、流路１１内に光源を配置してもよい。また、光源１６は、図９では上流側から下流側に照射しているが、これに限られない。逆に、下流側から上流側に照射してもよい。
また、光源１６は、用いる空隙配置構造体の透過領域に対応する周波数帯の電磁波を照射すればよい。例えば、図２、図３、図５に示すように、例えば、３０ＴＨｚ〜３００ＴＨｚ、好ましくは６０ＴＨｚ〜１２０ＴＨｚの範囲の周波数帯の電磁波を照射すればよい。具体的には、光源１６としては遠赤外線源から近赤外線源を用いることができる。
【００４３】
＜検出器＞
検出器１７によって第１空隙配置構造体１４ａ及び第２空隙配置構造体１４ｂを透過した電磁波を検出する。なお、検出器１７は、図９に示すように１つの場合に限られない。例えば、図２３に示すように、第１の検出器１７ａ、第２の検出器１７ｂ、第３の検出器１７ｃのように複数の検出器を含んでもよい。この場合、各検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、各空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対応している。また、検出器１７は、図９では流路１１の外から流路１１内の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを透過した電磁波４を検出しているが、これに限られず、流路１１内に検出器を配置してもよい。
なお、図９の場合には、複数の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを透過した透過光から、それぞれの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの電磁波透過特性を分離している。
【００４４】
＜コンピュータ装置＞
コンピュータ装置２０は、汎用的なコンピュータ装置を用いることができ、例えば、図９に示すように、処理部２１、記憶部２２、表示部２３を含む。なお、さらに、入力装置、記憶装置、インタフェース等を含んでもよい。
＜処理部＞
処理部２１は、例えば、中央処理演算子（ＣＰＵ）、マイクロコンピュータ、又は、コンピュータで実行可能な命令を実行できる処理装置であればよい。
＜記憶部＞
記憶部２２は、例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュＳＳＤ、ハードディスク、ＵＳＢメモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の少なくとも一つであってもよい。
記憶部２２には、検量線２４とプログラム２５とを含む。
＜検量線＞
検量線２４には、第１の検量線２４ａ、第２の検量線２４ｂ、第３の検量線２４ｃ、第４の検量線２４ｄを含む。各検量線２４ａ〜２４ｄは、各空隙配置構造体１４ａ〜１４ｄにそれぞれ対応している。なお、用いる空隙配置構造体ごとに対応する検量線をあらかじめ記憶しておく。
検量線は、例えば、図５に示すように、分級前後の空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率差と空隙配置構造体に捕捉された物質の量、あるいは対応する粒子数との関係を示す。つまり、分級前後の空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率差から捕捉された物質の量あるいは粒子数を算出できる。なお、検量線は、図５に示すように一次関数で表すことができる。
＜プログラム＞
プログラム２５には、捕捉量算出部２５ａを含んでいればよい。捕捉量算出部２５ａは、実行時には、記憶部２２から読み出されて処理部２１にて実行される。捕捉量算出部２５ａによって、検量線２４を用いて、分級前後の空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率差から捕捉された物質の量あるいは粒子数を算出する。
なお、必要に応じて検量線算出部２５ｂを含んでいてもよい。検量線算出部２５ｂによって、分級前後の空隙配置構造体を透過した電磁波の透過率差と空隙配置構造体に捕捉された物質の量、あるいは対応する粒子数とを検量線として関連づける。この検量線算出部２５ｂも、実行時には、記憶部２２から読み出されて処理部２１にて実行される。
＜表示部＞
表示部２３は、例えば、粒度分布を表示できればよい。また、検量線を表示してもよい。なお、カラー表示であると視覚的にわかりやすいが、これに限定されず、モノクロ表示であってもよい。あるいは、数字をデジタル表示できるだけのものであってもよい。
【００４５】
（実施例１：純水中のポリスチレン球状粒子の粒度分布測定の例）
被測定物として、下記の表１に示すMicromod 社の球状ポリスチレン粒子水溶液（sample１〜４）を用意した。平均粒径と濃度［ｍｇ／ｍＬ］は試薬規格である。１粒子体積は、平均粒径から算出した。１粒子質量は、ポリスチレンの密度１．０５［ｇ／ｃｍ３］と１粒子体積より算出した。粒子数濃度［個／ｍＬ］は、濃度と１粒子質量より算出した。これら４種類の溶液を混合することで被測定物を作製した。
【００４６】
【表１】
2020038092.tif 000003
【００４７】
また、検量線用の標準液を以下のようにして作製した。まず、試薬原液に対して、純水を用いて、sample１を１６００倍、sample２を２４００倍、sample３を３８００倍、sample４を９４００倍で希釈した。さらに、純水を用いてそれら希釈液を、２倍（標準液（１））、３倍（標準液（２））、５倍（標準液（３））、１０倍（標準液（４））で希釈し、標準液（１）〜（４）を得た。表２に、各sampleの標準液の濃度と粒子数濃度を示す。また、各sampleの標準液（３）を１［ｍＬ］づつ分収し、混合した溶液を被測定物とした。
【００４８】
【表２】
2020038092.tif 000004
【００４９】
被測定物の粒度分布測定において、１μｍ＜ｄ４≦４μｍ、４μｍ＜ｄ３≦７μｍ、７μｍ＜ｄ２≦１１μｍ、１１μｍ＜ｄ１の４つの粒径レンジ（ｄ１〜ｄ４）で測定することとし、レンジ境界値と同じ寸法の孔を有する４種類の空隙配置構造体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）を用意した。表３に、それらの構造設計値を示す。
空隙配置構造体の作製は、以下のようにして行った。まず、エレクトロフォーミング法によりＮｉ製の空隙配置構造体を作製した後、無電解メッキにより、Ｎｉ製の空隙配置構造体の全表面に厚さ３０ｎｍ程度のＡｕ表面層を形成して、空隙配置構造体を得た。なお、空隙配置構造体の外寸は６ｍｍφとし、その面全体を流体が通過するようにした。
【００５０】
【表３】
2020038092.tif 000005
【００５１】
初めに検量線を以下の手順で作成した。
空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の分級前の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲにより測定した。分級前（分離前）の空隙配置構造体の電磁波透過特性の測定結果から、通過領域が生じる周波数帯が空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４で異なっており、ディップ点（図４参照）の周波数で、空隙配置構造体Ｎｏ．１が約１６［ＴＨｚ］、空隙配置構造体Ｎｏ．２が約２６［ＴＨｚ］、空隙配置構造体Ｎｏ．３が約４５［ＴＨｚ］、空隙配置構造体Ｎｏ．４が約１８０［ＴＨｚ］であった。
【００５２】
続いて、空隙配置構造体Ｎｏ．１に対してsample１の標準液（１）〜（４）、空隙配置構造体Ｎｏ．２に対してsample２の標準液（１）〜（４）、空隙配置構造体Ｎｏ．３に対してsample３の標準液（１）〜（４）、空隙配置構造体Ｎｏ．４に対してsample４の標準液（１）〜（４）を通液した。通液は、シリンジ中に標準液１［ｍＬ］を滴下し、純水でメスアップし１０［ｍＬ］にした後、シリンジポンプを用いて、流量５［ｍＬ／ｍｉｎ］で行った。標準液の通液後、純水２０［ｍＬ］を同流量で通液し、洗浄を行った。洗浄後の空隙配置構造体を約３７℃で約１５時間の乾燥を行い、粒子捕捉後の空隙配置構造体の電磁波特性測定用のサンプルとした。なお、空隙配置構造体とシリンジとの接続は、例えば、図１０に示す流路治具（T3Z513-1010〜-1012）とリング状のシリコンゴムパッキン、及び、パッケージ治具を用いて行った。この場合、流路治具T3Z513-1012の先端のルアーロック構造部がシリンジに接続される。
【００５３】
続いて、粒子捕捉（分級）後（乾燥後）の空隙配置構造体の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲで測定した。さらに、分級前後の空隙配置構造体の電磁波透過特性の変化として、ディップ点の低周波側にあらわれる通過帯のピーク点における透過率変化を代表値として取得した。表４に、空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の分級前と、標準液（１）〜（４）の分級後の低周波側ピーク点における透過率の測定値を示す。また、この結果と、表２のsample１〜４の標準液（１）〜（４）の濃度、乃至、粒子数濃度から作成した検量線を図１１及び図１２に示す。
【００５４】
【表４】
2020038092.tif 000006
【００５５】
なお、この実施例では、検量線を求めるために、表１の試薬規格である濃度から、表２の標準液の濃度と粒子数濃度を求めているが、検量線の精度を高めるために、標準液の濃度と粒子数濃度とを実測により求めてもよい。その場合は、例えば、濃度はＱＣＭ（水晶振動子マイクロバランス法）、粒子数濃度は血球計算盤による計数などにより実測することができる。なお、その具体的な方法は、実施例２に示した。
【００５６】
次に、被測定物（各sampleの標準液（３）をそれぞれ１［ｍＬ］分収し、混合した溶液）の粒度分布を測定した。
まず、図９に示す被測定物の粒度分布測定装置１０を用意した。この粒度分布測定装置１０は、図１０と同様に、流路治具１２、シリコンゴムパッキン１３、パッケージ治具１５、空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄから構成されている。また、４種類の空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、流体１が、孔寸法の最も大きい空隙配置構造体（Ｎｏ．１）から最も小さい空隙配置構造体（Ｎｏ．４）に向かって孔寸法の大きさの順に通過するように配置されている。
【００５７】
空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の分級前（分離前）の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲにより測定した。
続いて、シリンジ中に被測定物４［ｍＬ］を滴下し、純水でメスアップし１０［ｍＬ］にした後、シリンジポンプを用いて、流量５［ｍＬ／ｍｉｎ］で図９の粒度分布測定装置に通液を行った。
通液後、純水２０［ｍＬ］を同流量で通液し、洗浄を行った。
洗浄後、デバイスから空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４を取り出し、約３７℃で約１５時間の乾燥を行い、分級後（粒子分離後）の空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の電磁波特性を測定した。
【００５８】
分級前後（分離前後）の空隙配置構造体の電磁波透過特性の変化として、ディップ点の低周波側にあらわれる通過領域のピーク点における透過率変化を代表値として取得した。
表５に、空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の被測定物の分級前後（分離前後）の低周波側ピーク点における透過率の測定値を示す。
また、この結果と、図１１及び図１２の検量線により得られた質量による被測定物の粒度分布図と粒子数による粒度分布図を図１３乃至図１６に示す。
なお、図１３乃至図１６では、質量と粒子数に関する粒度分布を示したが、表１からさらに体積に関する粒度分布を得ることも可能である。
【００５９】
【表５】
2020038092.tif 000007
【００６０】
（実施例２：大気中のＰＭの粒度分布測定の例）
大気中のＰＭ２．５やＰＭ１０等のエアロゾルの粒度分布測定において、１μｍ＜ｄ４≦４μｍ、４μｍ＜ｄ３≦７μｍ、７μｍ＜ｄ２≦１１μｍ、１１μｍ＜ｄ１の４つの粒径レンジ（ｄ１〜ｄ４）で測定することとした。そこで、レンジ境界値と同じ寸法の孔を有する４種類の空隙配置構造体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）を用意した。（表３参照）
図１７に示す、流路治具１２、シリコンゴムパッキン１３、パッケージ治具１５、及び空隙配置構造体（Ｎｏ．１〜Ｎｏ，４）１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄから成る粒度分布測定用流路ユニット２８を用いた。この粒度分布測定用流路ユニット２８において、大気１ａが、孔寸法の最も大きい空隙配置構造体（Ｎｏ．１）から孔寸法の最も小さい空隙配置構造体（Ｎｏ．４）に向かって孔寸法の大きさの順に通過するように、吸引ポンプ１９で大気吸引を行った。
また、粒度分布測定装置と同じ構成の装置を３セット用意し、検量線作成用とした。
【００６１】
同日同時刻に、同じ場所で、粒度分布測定装置と３セットの検量線作成用装置の大気吸引を行った。吸引は、１０［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で行い、粒度分布測定装置では吸引時間を６０［ｍｉｎ］、検量線作成用デバイスでは、吸引時間を３セットで変えて、３０、６０、９０［ｍｉｎ］とした。
【００６２】
検量線作成は、以下の手順で行った。
検量線作成デバイスで用いる空隙配置構造体の吸引前の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲにより測定した。
吸引後の検量線作成デバイスから空隙配置構造体を回収し、吸引後の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲにより測定した。
図１８は、捕捉物回収装置３０の構成を示す概略図である。吸引後の電磁波透過特性の測定が終了した空隙配置構造体１４及びパッケージ治具１５の１組を図１０の構成にして、洗浄用の溶媒３２を入れたシリンジ３１と接続して、図１８の捕捉物回収装置３０を構成した。図１８に示すように、大気吸引時の空隙配置構造体１４の吸引ポンプ側の面（排気側の面）から、溶媒３２をシリンジポンプで流すことで、空隙配置構造体１４上に分離されたエアロゾル３３の逆洗回収を行った。溶媒はエタノール、溶媒量は２０［ｍＬ］、流量２０［ｍＬ／ｍｉｎ］とした。空隙配置構造体１４は、その構造から、一般的なメンブレンフィルターと比較して、逆洗によって分離物をほぼ回収できるという特徴があり、その回収率は概ね９５％以上となる。
【００６３】
次に、逆洗で得られたエアロゾル回収液について、遠心分離を行い、エアロゾルを沈降分離した後、上澄み液を廃棄することで濃縮を行い、最終的に、回収したエアロゾルが分散した溶液量１００[μL]の回収液を得た。
この回収液とＱＣＭセンサーデバイスを用いて、回収液中のエアロゾルの定量を行った。ＱＣＭセンサーは、多摩デバイス社製の周波数９ＭＨｚ（測定レンジ１００ｎｇ〜３０μｇ）のＱＣＭセンサーチップを用い、５ｍｍφのＱＣＭ電極上に、回収液１００［μＬ］を滴下し、溶媒を乾燥させた後、電極上に残留したエアロゾルの質量の計測を行った。
【００６４】
以上の手順により、エアロゾル分離による空隙配置構造体の電磁波透過特性（実施例１と同様に低周波側ピーク点における透過率を代表値とした）の変化量と空隙配置構造体上に分離されたエアロゾルの質量の相関を求め、検量線とした。
図１９に、得られた検量線を示す。
【００６５】
なお、本実施例では、ＱＣＭセンサーを用いた方法を示したが、同様に回収液を用いて、回収液中のエアロゾルの個数を血球計算盤や画像解析等を用いて計数してもよい。表６に、画像解析より求めた粒子数の計数結果を示す。
【００６６】
【表６】
2020038092.tif 000008
【００６７】
エアロゾルの粒度分布は、以下の手順で求めた。
粒度分布測定装置の空隙配置構造体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の分離前の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲにより測定した。
続いて、大気吸引を行い、吸引後の粒度分布測定デバイスから空隙配置構造体を回収し、吸引後の電磁波透過特性をＦＴ−ＩＲにより測定した。
表７に測定結果を示す。また、この結果と、図１９の検量線から求めた大気中のエアロゾルの粒度分布測定結果を図２０及び図２１に示す。
【００６８】
【表７】
2020038092.tif 000009
【００６９】
（変形例）
実施例では、空隙配置構造体として、図２に示した正方形の貫通孔５が正方格子状に２次元配置された空隙配置構造体１４を用いたが、この構造に限定されるものではない。精密なサイズ排除分離が行える構造であれば、つまり、同じ形状の貫通孔を配列した構造であれば、どのような構造でも可能である。例えば、被測定物が球状と想定される場合は、丸孔を正方格子や三角格子状などに配置したような構造がより望ましい。
さらに、異なる孔形状を有する空隙配置構造体を複数種類以上用いて粒度分布計測を実施することで、被測定物の形状に関する情報（例えば、球や正方形など対称性が高い形状なのか、楕円や直方体などの低い形状なのかなど）を得ることも可能となる。
【００７０】
変形例として、図２２と表８に示す３種類の空隙配置構造体Ｎｏ．５〜Ｎｏ．７を用意した。空隙配置構造体Ｎｏ．５は、貫通孔５の構造として、ｘ方向のピッチＰ１よりｙ方向のピッチＰ２が長く、貫通孔５は、ｘ方向の長さＤ１よりｙ方向の長さＤ２が長い長方形状である。空隙配置構造体Ｎｏ．７は、貫通孔５の構造として、ｘ方向のピッチＰ１がｙ方向のピッチＰ２より長く、貫通孔５は、ｘ方向の長さＤ１がｙ方向の長さＤ２より長い長方形状である。なお、空隙配置構造体Ｎｏ．６は、表３の空隙配置構造体Ｎｏ．３と同じ構造であり、貫通孔５は正方形状を有する。
【００７１】
【表８】
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【００７２】
また、フォトリソ工程により、Ｌ４．５μｍ×Ｗ３．５μｍ×Ｔ３．５μｍの寸法を有する感光性樹脂粒子を作製し、その水溶液を測定物として、同条件で分離を行い、分級前後（分離前後）の電磁波透過特性の変化量を比較した。
表９に結果を示す。この結果は、被測定物である直方体粒子の貫通孔の通過時の向きに応じて透過率（分離される割合）が変化することを示している。
【００７３】
【表９】
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【００７４】
（実施の形態２）
図２３は、実施の形態２に係る粒度分布測定装置１０ａの構成を示す概略図である。粒度分布測定装置として、図９や図１７では、複数の空隙配置構造体を流路方向に主面が垂直に直列配置した構造を示したが、空隙配置構造体の配置は、これに限定されるものではない。空隙配置構造体の配置は、粒径測定レンジを規定する空隙配置構造体に対し、孔寸法が大きい空隙配置構造体から孔寸法の小さい空隙配置構造体の順に流体が流れる構造であれば、どのような配置でも等価となる。
【００７５】
実施の形態２に係る粒度分布測定装置１０ａでは、図２３に示すように、３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃを流路方向の変化する箇所に並列に配置している。この粒度分布測定装置１０ａでは、さらに、３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃの並列配置の利点を生かして、リアルタイムの粒度分布測定を可能にしている。また、３つの空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃごとにそれぞれ光源１６ａ、１６ｂ、１６ｃと検出器１７ａ、１７ｂ、１７ｃを有する別々の光学系で電磁波透過特性を測定できる。そこで、１つの光源からの電磁波が複数の空隙配置構造体を透過してきた透過光を用いる場合に比べて、それぞれの空隙配置構造体の電磁波透過特性を得ることができる。
なお、図２３では、流路治具１２の一部を電磁波透過材料からなる窓材１８とすることで、流体１を流して分級を行いながら、空隙配置構造体１４ａ、１４ｂ、１４ｃの電磁波透過特性の測定をリアルタイムに行うことができる。
【００７６】
本開示によれば、被測定物の分級前後における空隙配置構造体の電磁波透過特性の変化から、微量な被測定物の定量測定を行うことができる。特に、本開示に係る空隙配置構造体を用いた粒度分布測定装置により、従来技術の『篩分け重量法』では実現が困難であった微量（ｎｇ〜ｍｇオーダー）の被測定物の粒度分布測定、つまり、従来のＪＩＳ規格外の２０μｍ以下の大きさを有する被測定物の粒度分布測定を可能となった。
また、空隙配置構造体の逆洗による分離物回収が容易という特徴を活かせば、大気中のＰＭ２．５等の検量線作成用の標準試料が用意できない場合でも、分離物から検量線作成を行うことができる。従来技術の『レーザー回折・散乱法』では、被測定物の分級・回収が行われないため、このような検量線作成は困難であった。
【００７７】
また、本開示に係る空隙配置構造体を用いた粒度分布測定装置により、従来技術の『レーザー回折・散乱法』では困難であった被測定物の質量、粒子数、体積による粒度分布を理論値との照合という近似なしに測定できるようになった。
【００７８】
また、空隙配置構造体の構造を変えて粒度分布測定を行うことで被測定物の形、例えば、真球からのずれの程度等、に関する情報が得られる。
さらに、分級しながら電磁波透過特性を測定を行うことで、リアルタイムで粒度分布測定ができるという、従来技術では得られない効果も実現できる。
さらに、本開示に係る空隙配置構造体を用いた粒度分布測定装置により、例えば、高価な試薬や貴重な検体（被測定物が微量になる用途）、セラミック原料やエアロゾルや細菌・細胞等の生体関連物質（粒子サイズがμｍオーダーになる用途）の質量、粒子数、体積等に基づく粒度分布測定が可能となる。
【００７９】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係る粒度分布測定装置によれば、流体中の被測定物の粒度分布測定装置を提供することができる。特に、μｍオーダー以上の大きさを有する被測定物の広いレンジにわたる粒度分布を行うことができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  流体
１ａ  大気
２ａ、２ｂ、２ｃ  粒子
３  第１の方向
４  電磁波
４ａ  電磁波（入射波）
４ｂ  電磁波（透過波）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ  貫通孔
１０、１０ａ  粒度分布測定装置
１１  流路
１２  流路治具
１３  シリコンゴムパッキン
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  空隙配置構造体
１５  パッケージ治具
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  光源
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  検出器
１８  窓材
１９  吸引ポンプ
２０  コンピュータ装置
２１  処理部
２２  記憶部
２３  表示部
２４  検量線
２４ａ  第１の検量線
２４ｂ  第２の検量線
２５  プログラム
２５ａ  捕捉量算出部
２５ｂ  検量線算出部
２８  粒度分布測定用流路ユニット
３０  捕捉物回収装置
３１  シリンジ
３２  溶媒
３３  エアロゾル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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