(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧発生装置と、
前記一対の電極間の空間の一端から前記空間へシースガスを導入するシースガス供給部と、
前記シースガス供給部の下流で前記一対の電極のうちの一方の電極側に設けられ、シースガスの流れに帯電粒子を含む試料ガスを供給する荷電粒子導入口となる入口スリットと、
シースガス流に対して前記入口スリットよりも下流で前記一対の電極のうちの他方の電極側に設けられ、前記電圧により発生した静電気力により分級された荷電粒子を排出する出口スリットと、
前記出口スリットから排出された荷電粒子を計数する粒子計測器と、
前記電圧発生装置により前記電圧を変化させて前記粒子計測器の検出信号を取り込んで前記試料ガス中の荷電粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定手段と、
前記シースガス供給部から供給するシースガスの流量を少なくとも２種類に変化させるシースガス流量制御手段と、
異なるシースガス流量のもとで測定された粒径分布の比較から荷電粒子が前記一対の電極間の空間で前記入口スリットから前記出口スリットまでの間を通過する間の粒径の変化の有無を判定する粒径変化判定手段と
を備えている微分型電気移動度測定装置。
【請求項２】
前記粒径変化判定手段は、異なるシースガス流量で測定されたそれぞれの粒径分布の粒径ごとの個数密度の差分を求め、前記差分の最大値と最小値との差が予め設定された閾値より大きいときに粒径の変化があったと判定する請求項１に記載の微分型電気移動度測定装置。
【請求項３】
前記粒径変化判定手段は、異なるシースガス流量で測定されたそれぞれの粒径分布を正規化し、その差分に基づいて粒径の変化の有無を判定する請求項２に記載の微分型電気移動度測定装置。
【請求項４】
表示部を備え、
前記粒径変化判定手段は粒径の変化があったと判定したときは、前記荷電粒子を含む試料ガスは測定に適さないことを前記表示部に出力する請求項１から３のいずれか一項に記載の微分型電気移動度測定装置。
【請求項５】
前記粒径変化判定手段が粒径の変化があったと判定したとき、粒径の変化がなかった場合の粒径を計算する粒径推測手段をさらに備えており、
前記粒径推測手段は、複数種類のシースガス流量のもとで測定された粒径分布のそれぞれについて分布のピーク位置の粒径と荷電粒子が前記入口スリットから前記出口スリットまでの間を通過する時間tとを求め、粒径の変化量を時間tの関数で表すことで前記通過時間tをゼロに外挿したときの粒径を粒径変化前の分布のピーク位置の粒径とするものである請求項１から３のいずれか一項に記載の微分型電気移動度測定装置。
ここで、前記通過時間tは、前記電極間の空間と前記入口スリットと前記出口スリットの位置で囲われた領域の容積Ｈと、その領域を流れるシースガス流量Ｑｓ及び試料ガス流量Ｑａとから、
ｔ＝Ｈ／（Ｑｓ＋Ｑａ）
として求められる。
【請求項６】
前記粒径変化判定手段が粒径の変化があったと判定したとき測定中の試料ガスの測定動作を中止させる測定中止手段を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の微分型電気移動度測定装置。
【請求項７】
一対の電極と、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧発生装置と、
前記一対の電極間の空間の一端から前記空間へシースガスを導入するシースガス供給部と、
前記シースガス供給部の下流で前記一対の電極のうちの一方の電極側に設けられ、シースガスの流れの中に帯電粒子を含む試料ガスを供給する荷電粒子導入口となる入口スリットと、
シースガス流に対して前記入口スリットよりも下流の位置で前記一対の電極のうちの他方の電極側に設けられ、前記電圧により発生した静電気力により分級された荷電粒子を排出する出口スリットと、
前記出口スリットから排出された荷電粒子を計数する粒子計測器と、
前記電圧発生装置により前記電圧を変化させて前記粒子計測器の検出信号を取り込み前記試料ガス中の荷電粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定手段と、
を備えた微分型電気移動度測定装置を用い、
前記シースガス供給部から供給するシースガスの流量を少なくとも２種類に変化させ、各シースガス流量のもとにおいて前記試料ガス中の荷電粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定工程と、
異なるシースガス流量のもとで測定された粒径分布の比較から荷電粒子が前記一対の電極間の空間で前記入口スリットから前記出口スリットまでの間の分級領域を通過する間の粒径の変化の有無を判定する粒径変化判定工程と、
を備えている微分型電気移動度測定方法。
【請求項８】
一対の電極と、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧発生装置と、
前記一対の電極間の空間の一端から前記空間へシースガスを導入するシースガス供給部と、
前記シースガス供給部の下流で前記一対の電極のうちの一方の電極側に設けられ、シースガスの流れの中に帯電粒子を含む試料ガスを供給する荷電粒子導入口となる入口スリットと、
シースガス流に対して前記入口スリットよりも下流の位置で前記一対の電極のうちの他方の電極側に設けられ、前記電圧により発生した静電気力により分級された荷電粒子を排出する出口スリットと、
前記出口スリットから排出された荷電粒子を計数する粒子計測器と、
前記電圧発生装置及びシースガス供給部の動作を制御しシースガス流量を調整することのできるシースガス流量制御装置、前記粒子計測器の検出信号を取り込んで試料ガス中の荷電粒子の粒径分布を測定する手段と、を備えた微分型電気移動度測定装置で使用されるプログラムにおいて、
コンピュータを請求項１から３のいずれか一項に記載の粒径分布測定手段、シースガス流量制御手段、及び粒径変化判定手段として機能させるためのプログラム。
【請求項９】
前記微分型電気移動度測定装置はさらに表示部を備えたものであり、
前記粒径変化判定手段は粒径の変化があったと判定したときは、前記荷電粒子を含む試料ガスは測定に適さない旨の表示を前記表示部にさせるものである請求項８に記載のプログラム。
【請求項１０】
該プログラムは、前記粒径変化判定手段が粒径の変化があったと判定したときに粒径の変化がなかったと仮定したときの粒径を推測する粒径推測手段をさらに備えており、
前記粒径推測手段は、複数種類のシースガス流量のもとで測定された粒径分布のそれぞれについて分布のピーク位置の粒径と荷電粒子が前記入口スリットから前記出口スリットまでの間を通過する時間tとを求め、粒径の変化量を時間tの関数で表すことで前記通過時間tをゼロに外挿したときの粒径を粒径変化前の分布のピーク位置の粒径とするものである請求項８又は９に記載のプログラム。
ここで、前記通過時間tは、前記電極間の空間と前記入口スリットと前記出口スリットの位置で囲われた領域の容積Ｈと、その領域を流れるシースガス流量Ｑｓ及び試料ガス流量Ｑａとから、
ｔ＝Ｈ／（Ｑｓ＋Ｑａ）
として求められる。
【請求項１１】
該プログラムは、前記粒径変化判定手段が粒径の変化があったと判定したときに測定中の試料ガスの測定動作を中止させる測定中止手段をさらに備えている請求項８又は９に記載のプログラム。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれか一項に記載のプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微分型電気移動度測定装置（以下の明細書においては「ＤＭＡ」という。）に関し、より詳しくはＤＭＡ自体、ＤＭＡを用いた測定方法、ＤＭＡに用いるプログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＭＡは、エアロゾルに含まれる粒子の粒径を計測する装置（特許文献１、非特許文献１参照。）として環境中のエアロゾルの計測や工業的に製造された粒子の計測などに広く用いられている。エアロゾルは、固体又は液体の微粒子が気体中に比較的安定して浮遊して存在している状態のものであり、自動車の排気ガスや工場からの排出ガスなどに含まれる。
【０００３】
ＤＭＡによる粒径測定では、粒子に揮発性がある場合には粒径が正しく測定されないことが知られている。故に、市販のＤＭＡでは測定対象を不揮発（非揮発）性粒子のみを測定対象としている。
【０００４】
ＤＭＡを使用して粒径減少を測定する方法として、２台のＤＭＡと加熱装置を用いる方法が知られている（特許文献２、非特許文献２参照。）。この方法はタンデムＤＭＡ法と称され、まず初めに１台目のＤＭＡで特定の粒径の粒子を選び出し加熱装置に導入する。加熱装置で粒子を含むガスを加熱（加熱しないことも可）して揮発性成分を脱離させた後、２台目のＤＭＡで粒径分布を測定する。１台目のＤＭＡで設定した透過粒径と２台目のＤＭＡで測定された粒径を比較することで粒径減少を測定することができる。しかしながら、この方法では、２台のＤＭＡが必要となり、装置が大掛かりとなる。また、２台のＤＭＡをつなぐ配管を粒子が通過するのに要する時間がＤＭＡの分級部（分級電圧を印加する一対の電極間の空間への荷電粒子導入口となる入口スリットと分級された荷電粒子をその空間から排出する分級粒子排出口となる出口スリットの間の空間）を粒子が通過する時間に比べてきわめて長いため、ＤＭＡ内で粒径が減少したのか配管内で減少したのかを区別することが難しい。したがってタンデムＤＭＡ法で測定した場合には、ＤＭＡそのものでは粒径測定が正しくおこなわれているにも関わらず、粒径測定ができないと判断されてしまう可能性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４８７７５６号公報
【特許文献２】特許第４０６６９８９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Jpn. J. Appl. Phys., 41, 922-924(2002)
【非特許文献２】Aerosol Sci. Technol., 41, 898-906(2007)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
市販のＤＭＡでは測定対象を不揮発（非揮発）性粒子のみを測定対象としている。しかしながら、対象としている粒子の組成が明らかでない場合には、不揮発であるかないかは不明であり、測定対象となりうるか否かの判断は容易ではない。特にＤＭＡを一定の条件で運転している場合には、これを知ることはできない。
【０００８】
本発明は、１台のＤＭＡであっても、測定対象の荷電粒子の粒径変化を知ることができるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ＤＭＡは、一対の電極と、前記一対の電極間に電圧を印加する電圧発生装置と、前記一対の電極間の空間の一端から前記空間へシースガスを導入するシースガス供給部と、前記シースガス供給部の下流で前記一対の電極のうちの一方の電極側に設けられ、シースガスの流れの中に帯電粒子を含む試料ガスを供給する荷電粒子導入口となる入口スリットと、シースガス流に対して前記入口スリットよりも下流で前記一対の電極のうちの他方の電極側に設けられ、前記電圧により発生した静電気力により分級された荷電粒子を排出する出口スリットと、前記出口スリットから排出された荷電粒子を計数する粒子計測器と、を備えている。
【００１０】
ＤＭＡは直接的には試料ガス中での荷電粒子の電気移動度を計測する。電気移動度Ｚｐと粒径Ｄｐの間には次式の関係がある。
Ｚｐ＝ｑｅＣｃ／（３πμＤｐ）    （式１）
ここで、ｑは荷電量、ｅは電気素量、Ｃｃはカニンガムの補正係数、μは気体の粘性係数である。また、本発明の一実施例として示す図２に示されるような円筒型のＤＭＡでは、分級されて次式の条件を満たす電気移動度Ｚｐをもつ荷電粒子のみが出口スリットを通り抜けて粒子計測器に到達することができる。
Ｚｐ＝（Ｑｓ＋Ｑａ）ｌｎ（Ｒ２／Ｒ１）／（２πＶＬ）    （式２）
ここで、Ｑｓはシースガス流量、Ｑａは試料ガス流量、ｌｎは自然対数、Ｒ２は外筒電極の内径半径、Ｒ１は内筒電極の外径半径、Ｖは外筒電極と内筒電極間の電位差、すなわち分級電圧、Ｌは入口スリットと出口スリット間の垂直方向の距離である。この関係から、分級電圧を変化させたときその分級電圧下で検出された荷電粒子の電気移動度Ｚｐが求められ、次いで電気移動度Ｚｐから粒径Ｄｐが求められる。
【００１１】
図８Ａに、図２に示される円筒型ＤＭＡにおいて、シースガス流量Ｑｓ、分級電圧Ｖｓの測定条件で、不揮発性粒子の分級を行ったときの外筒電極と内筒電極付近の概略図を示す。分級電圧Ｖｓ、シースガス流量Ｑｓのときに式１及び式２から求まる粒径Ｄｐｓの粒子Ａが出口スリットに到達する。一方、図８Ｂに、同ＤＭＡにおいて同条件にて、揮発性粒子の分級を行ったときの外筒電極と内筒電極付近の概略図を示す。揮発性粒子の場合、入口スリットから外筒電極と内筒電極間の空間に入った後、該空間を通過する間に粒径が減少する。粒径の減少は、式１及び２からわかるようにＬの減少となり、すなわち、粒径Ｄｐの粒子Ａは出口スリットに到達しないこととなる。それと同時に、出口スリットに到達する粒子は、粒径がＤｐｓより大きい粒子Ｂが到達する。その結果、粒径Ｄｐｓの粒子Ａの個数を計測する条件において、粒子Ｂの個数を計測することとなり、粒径Ｂは粒径Ｄｐｓという実際の粒径より小さい粒子として計測され、正しく粒径が計測されない。なお便宜的に図８Ｂでは、エアロゾルに含まれる粒子として出口スリットに到達する粒子Ｂのみを図示している。
【００１２】
そこで、ＤＭＡ内で荷電粒子が揮発していないかいるのかを知るために、本発明では荷電粒子がＤＭＡ内を通過する時間を変えて、数点、少なくとも２点での粒径分布を測定する。ＤＭＡ内を通過する時間の変更はシースガス流量を調節することで行う。そのために、本発明では、一実施例を示す図１と図３にも示されているように、コンピュータシステム６は、電圧発生装置４により前記電圧を変化させて粒子計測器３の検出信号を取り込んで試料ガス中の荷電粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定手段１２と、シースガス供給部から供給するシースガスの流量を少なくとも２種類に変化させるシースガス流量制御手段１４と、異なるシースガス流量のもとで測定された粒径分布の比較から荷電粒子が前記一対の電極間の空間で前記入口スリットから前記出口スリットまでの間を通過する間の粒径の変化の有無を判定する粒径変化判定手段１６と、を備えている。
【００１３】
粒径変化判定手段１６は、例えば、異なるシースガス流量で測定されたそれぞれの粒径分布の粒径ごとの個数密度の差分を求め、その差分の最大値と最小値との差が予め設定された閾値より大きいときに粒径の変化があったと判定するものである。その場合、さらに、粒径変化判定手段１６は、異なるシースガス流量で測定されたそれぞれの粒径分布を正規化し、その差分に基づいて粒径の変化の有無を判定するものとすることもできる。正規化の一例は、その差分の最大値と最小値との差を一方の粒径分布の個数密度の最大値で割算をすることである。
【００１４】
本発明のＤＭＡはさらに表示部１８を備えることができる。そして、粒径変化判定手段１６は粒径の変化があったと判定したときは、その荷電粒子を含む試料ガスは測定に適さないことをその表示部１８に出力することができる。
【００１５】
好ましい態様では、コンピュータシステム６は、粒径変化判定手段１６が粒径の変化があったと判定したときに粒径の変化がなかった場合の粒径を計算する粒径推測手段２０をさらに備えることができる。粒径推測手段２０は、複数種類のシースガス流量のもとで測定された粒径分布のそれぞれについて分布のピーク位置の粒径と荷電粒子が前記入口スリットから前記出口スリットまでの間を通過する時間tとを求め、粒径の変化量を時間tの関数で表すことで前記通過時間tをゼロに外挿したときの粒径を粒径変化前の分布のピーク位置の粒径とするものである。すなわち、通過時間ｔを変えたときの粒径の変化から元の粒径をアルゴリズムによって推測する。
【００１６】
荷電粒子が分級領域を通過する時間tは、前記電極間の空間と前記入口スリットと前記出口スリットの位置で囲われた領域の容積Ｈと、その領域を流れるシースガス流量Ｑｓ及び試料ガス流量Ｑａとから、
ｔ＝Ｈ／（Ｑｓ＋Ｑａ）
として求められる。
【００１７】
一対の電極として、図２に示されるように同心円状に配置された外筒電極と内筒電極を用いるとすると、
Ｈ＝Ｌ（Ｒ２2−Ｒ１2）π
となるので、通過時間tは以下の式により計算することができる。
ｔ＝Ｌ（Ｒ２2−Ｒ１2）π／（Ｑｓ＋Ｑａ）
ここで、Ｌは入口スリットと出口スリット間の垂直方向の距離、Ｒ２は外筒電極の内径半径、Ｒ１は内筒電極の外径半径、Ｑｓはシースガス流量、Ｑａは試料ガス流量である。
【００１８】
この態様によれば、ＤＭＡの通常の使用法では計測対象とならない揮発性粒子についても、粒径の推定が可能になる。このことは、他の測定装置を使用する際の装置選択の判断材料となる。すなわち、揮発性粒子と判断されれば、ＤＭＡによる測定には不向きであるから、他の手段による測定が必要であるということになるが、その際、この態様によればおおよその粒径がわかるので、その粒径はその試料をどのような種類の測定装置を使用すればよいかの判断材料になるということである。例えば、この態様による推定粒径が１００ｎｍよりも大きければ、その試料はレーザ散乱法による測定が適当であると判断することができ、もし推定粒径が１００ｎｍよりも小さければ、その試料にはレーザ散乱法による測定は適当ではないので、他の測定方法を選択しなければならないという判断ができる。
【００１９】
コンピュータシステム６は、粒径変化判定手段１６が粒径の変化があったと判定したときに測定中の試料ガスの測定動作を中止させる測定中止手段２２をさらに備えることもできる。
【００２０】
本発明の微分型電気移動度測定方法は、ＤＭＡを用い、シースガス供給部から供給するシースガスの流量を少なくとも２種類に変化させ、各シースガス流量のもとにおいて試料ガス中の荷電粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定工程と、異なるシースガス流量のもとで測定された粒径分布の比較から荷電粒子がＤＭＡ内を通過する間の粒径の変化の有無を判定する粒径変化判定工程と、を備えている。
【００２１】
本発明のプログラムはＤＭＡで使用されるプログラムであって、コンピュータを上記の粒径分布測定手段１２、シースガス流量制御手段１４及び粒径変化判定手段１６として機能させるためのプログラムである。
【００２２】
ＤＭＡがさらに表示部１８を備えたものである場合には、このプログラムの粒径変化判定手段１６は、粒径の変化があったと判定したときは、その荷電粒子を含む試料ガスは測定に適さないことをその表示部１８に出力することができる。
【００２３】
このプログラムは上記の粒径推測手段２０をさらに備えることができる。
【００２４】
このプログラムは上記の測定中止手段２２をさらに備えることもできる。
【００２５】
本発明のコンピュータ読取り可能な記録媒体は上記のプログラムを記録したものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＭＡの使用者は、１台のＤＭＡのみの使用であっても測定対象の試料ガス中の荷電粒子がＤＭＡの測定対象となりうるか否かを知ることができる。このことは、ＤＭＡで測定された粒径分布の信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施例を示すブロック図である。
【図２】同実施例におけるＤＭＡ部分を示す概略断面図である。
【図３】同実施例における制御部を示すブロック図である。
【図４】同実施例の動作を示すフローチャートである。
【図５Ａ】不揮発性粒子と揮発性粒子の粒径変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５Ｂ】不揮発性粒子の粒径分布に対するシースガス流量の影響を示すシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５Ｃ】同シミュレーション結果を正規化された差分として示すグラフである。
【図５Ｄ】揮発性粒子の粒径分布に対するシースガス流量の影響を示すシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５Ｅ】同シミュレーション結果を正規化された差分として示すグラフである。
【図６Ａ】同実施例を用いた測定結果の粒径分布を個数密度で示したグラフである。
【図６Ｂ】同実施例を用いた測定結果の粒径分布を正規化された差分で示したグラフである。
【図７】同実施例のさらなる動作を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図２に示される円筒型ＤＭＡにおいて不揮発性粒子の分級を行ったときの外筒電極と内筒電極付近の概略図である。
【図８Ｂ】図２に示される円筒型ＤＭＡにおいて揮発性粒子の分級を行ったときの外筒電極と内筒電極付近の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
一実施例を図１から図３に示す。ＤＭＡ２として一例を図２に示すが、本発明はあらゆるＤＭＡに適用することが可能である。ＤＭＡ２としては、電極の形状、配置方向及び電圧印加方法、シースガスの流通方向などに関して種々に変形が可能であり、実際に種々の形式の市販製品が存在する。図２は説明に必要な部分を概略的に示しているに過ぎない。
【００２９】
ＤＭＡ２の筐体１０１の内部には、内筒電極１０３が筐体１０１の中心軸と一致するように設けられている。この例では筐体１０１は円筒状であり、内筒電極１０３は円柱状であるが、他の形状にすることもできる。筐体１０１は導電性の材質からなり、その内面は外筒電極１０４となっている。外筒電極１０４の内径半径がＲ２、内筒電極１０３の外径半径がＲ１である。筐体１０１は絶縁性の基台１０２上に配置されている。内筒電極１０３は絶縁性の基部１１９上に配置され、内筒電極１０３は基部１１９と基台１０２により筐体１０１から絶縁されている。両電極１０３，１０４間には回転体状の空間が形成されている。内筒電極１０３と外筒電極１０４は対向電極を構成しており、荷電微粒子を電気移動度により分級する分級電圧を発生することが可能である。電極１０４は接地され、電極１０３は電圧発生装置４に接続され、電圧発生装置４は制御部１００に接続されている。制御部１００は図１に示されているコンピュータシステム６とインタフェース５からなる。両電極１０３，１０４間の印加電圧は制御部１００から電圧発生装置４により制御される。
【００３０】
筐体１０１の上部にはシースガス供給部１０７が設けられている。シースガス供給部１０７には流量制御装置１を介して非荷電ガスが一定流量で供給され、シースガス供給部１０７から筐体１０１内にその非荷電ガスがシースガスとして導入される。両電極１０３，１０４間の空間の上端にはシースガスを層流化するための整流子１０９が設けられており、整流子１０９を経たシースガスが層流となってその空間に供給される。
【００３１】
両電極１０３，１０４間の空間で外筒電極１０４側には帯電エアロゾル導入口として内筒電極１０３を取り囲む環状の入口スリット１１１が設けられ、その入口スリット１１１からシースガスの流れの中に帯電エアロゾルが一定流量で供給される。入口スリット１１１に帯電エアロゾルを供給するために、この分級装置２の外側には荷電装置（図示略）が設けられている。その荷電装置で帯電させられた帯電エアロゾルが入口スリット１１１に供給される。
【００３２】
内筒電極１０３には入口スリット１１１より下方の位置に分級後の微粒子を排出する環状の出口スリット１２０が形成されている。出口スリット１２０は分級粒子排出口１２２を経て荷電粒子の個数密度を検出する粒子計測器３につながっている。粒子計測器３はファラデーカップ又は凝縮核計数器などである。
【００３３】
帯電エアロゾルの入口スリット１１１から出口スリット１２０までの垂直方向の距離がＬであり、両電極１０３，１０４間の空間で入口スリット１１１から出口スリット１２０までの間が分級領域１０５となっている。
【００３４】
筐体１０１にはシースガスと帯電エアロゾルがそれぞれ一定流量で供給される。筐体１０１に供給されたそれらのガスの一部は分級された荷電粒子とともに出口スリット１２０から分級粒子排出口１２２を経て通って子計数器３に導かれた後に排出され、残りのガスは筐体１０１の下部に設けられた排出口１２４から流量制御装置９により一定流量に制御されて排出される。
【００３５】
このＤＭＡ２に荷電装置にて帯電した帯電エアロゾルが試料ガスとして入口スリット１１１を経て分級領域１０５に供給され、シースガス供給部１０７から供給されたシースガスとともに軸方向下方に移動し、分級領域１０５に形成された電場の影響を受けて帯電エアロゾル中の個々の粒径の微粒子の電気移動度に応じた速度で中心軸方向に引き寄せられる。その結果、そのときの電場に応じた所定の軌跡を描いて出口スリット１２０に到達した荷電粒子１１２のみが分級粒子排出口１２２から粒子計測器３に導かれてその荷電粒子１１２の個数が電気量として計数される。
【００３６】
制御部１００により電圧発生装置４から電極１０３，１０４間に印加する電圧が変化させられ、その電圧に応じた粒径の荷電粒子の個数が計数されることにより粒径分布が測定される。
【００３７】
図１に示されるように、コンピュータシステム６からの信号はインタフェース５によって変換され、流量制御装置１、電圧発生装置４及び流量制御装置９を制御する。また、粒子計測器３からの信号はインタフェース５によって変換されコンピュータシステム６に取り込まれる。コンピュータシステム６とインタフェース５は図２、図３に示された制御部１００を構成するものである。
【００３８】
制御部１００は、機能として図３に示されているように、粒径分布測定手段１２、シースガス流量制御手段１４、粒径変化判定手段１６、粒径推測手段２０及び測定中止手段２２を備えている。
【００３９】
粒径分布測定手段１２は電圧発生装置４により分級電圧を変化させて粒子計測器３の検出信号を測定することにより試料ガスとして供給された帯電エアロゾル中の荷電粒子の粒径分布を測定する。
【００４０】
シースガス流量制御手段１４は流量制御装置１，９を介してシースガス供給部１０７から供給するシースガスの流量を少なくとも２種類に変化させる。
【００４１】
粒径変化判定手段１６は異なるシースガス流量のもとで測定された粒径分布の比較から荷電粒子がこのＤＭＡ２内を通過する間の粒径の変化の有無を判定する。
【００４２】
制御部１００には液晶ディスプレーなどの表示部１８が接続されている。粒径変化判定手段１６は粒径の変化があったものと判定したときは、その荷電粒子を含む試料ガスは測定に適さない旨の表示をその表示部１８にさせることができる。
【００４３】
粒径推測手段２０は粒径変化判定手段１６が粒径の変化があったものと判定したときに粒径の変化がなかったと仮定したときの粒径を推測する。粒径を推測する方法の一例は、複数種類のシースガス流量のもとで測定された粒径分布のそれぞれについて分布のピーク位置の粒径と荷電粒子が分級領域１０５を通過する時間tを求め、通過時間tをゼロに外挿したときの粒径を粒径変化前の分布のピーク位置の粒径と推測する。荷電粒子が分級領域１０５を通過する時間tは、図２のＤＭＡの場合は、
ｔ＝Ｌ（Ｒ２2−Ｒ１2）π／（Ｑｓ＋Ｑａ）          （式３）
により計算することができる。Ｌは入口スリット１１１と出口スリット１２０間の距離、Ｒ２は外筒電極１０４の内径半径、Ｒ１は内筒電極１０３の外径半径、Ｑｓはシースガス流量、Ｑａは試料ガス流量である。
【００４４】
分級された荷電粒子が揮発性粒子である場合には、出口スリット１２０から粒子計測器３に至る間にも粒径の変化が起こるが、出口スリット１２０に入った後は粒径が変化しても粒子計測器３による計数値には影響はない。
【００４５】
測定中止手段２２は粒径変化判定手段１６が粒径の変化があったものと判定したときに測定中の試料ガスの測定動作を中止させる。
【００４６】
図１に戻って説明すると、ＤＭＡ２には筐体１０１内の温度を測定する温度測定器７と圧力を測定する圧力測定器８が接続されている。温度測定器７と圧力測定器８のそれぞれの測定信号がインタフェース５を介してコンピュータシステム６に取り込まれる。コンピュータシステム６に取り込まれた温度と圧力の測定値は、ＤＭＡ２の測定結果とともに表示又は記録される。
【００４７】
この実施例の装置を用いた測定方法の一実施例を図４のフローチャートを参照して説明する。測定は次の手順でおこなわれる。シースガス流量Ａでの粒径分布測定をおこなう（ステップＳ１０１）。例えば、流量ＡはＤＭＡで目的とする粒径範囲を正常に測定することができる最大流量に設定する。粒径分布測定はシースガス流量Ａでおこなう他は通常の測定と同様である。通常の測定とは次のとおりである。コンピュータシステム６は、流量制御装置１及び９にシースガス流量を流量Ａにするように信号を送り、電圧発生装置４に信号を送りＤＭＡに分級電圧を印加する。分級電圧は内筒電極１０３と外筒電極１０４間に印加する電圧である。この電圧は荷電粒子の極性に応じて負又は正に設定する。コンピュータシステム６は、印加した電圧によりＤＭＡで分級された粒子が粒子計測器３に到達するのに十分な時間待った後、粒子計測器３から粒子数に相当する信号を受け取り、一定時間積分して記録する。印加する電圧を次々に変えて粒子数を記録する。印加する電圧は、低電圧側から高電圧側に変えていってもよく、その逆でもよく、又は電圧の上昇と低下を適宜組み合わせてもよい。温度測定器７及び圧力測定器８からそれぞれ温度を表す信号及び圧力を表す信号を受け取りこれも記録する。記録された結果から粒径分布を計算する。粒径分布の縦軸については、記録されたそれぞれの分級電圧での粒子の個数の積分値を用いてもよく、粒子の個数の積分値を粒子計測器３下流の定流量ポンプ（図示略）等の流量の積分値で除算した値を用いてもよい。粒子の個数の積分値を流量の積分値で除算した値は個数密度となり、単位としては一般には個数／ｃｃ（立方センチメートルあたりの個数）が用いられる。横軸については、装置の形状、温度、圧力及びシースガス流量が変わらなければ、式１と式２の関係から印加電圧Ｖと粒径Ｄｐは１対１で対応する。温度検出値と圧力検出値は記録されるので、その記録された温度と圧力が一定であれば測定データの信頼性を担保することができる。
【００４８】
次に、シースガス流量Ｂでの粒径分布測定をおこなう（ステップＳ１０２）。例えば、流量Ｂは流量Ａで測定した粒径範囲を正常に測定することができる最小流量に設定する。ステップＳ１０１と同様の処理をおこない、流量Ｂでの粒径分布を得る。
【００４９】
流量Ａと流量Ｂとで粒径の変化があったかを判断する（ステップＳ１０３）。変化については、粒径分布間の差分をとったり、それぞれの粒径分布でピーク検出によって中心粒径を求めて比較したりするなどの方法により判断する。粒径分布が変化していると判定された場合には、測定に適さない試料を測定している旨表示して終了する（ステップＳ１０４）。
【００５０】
ＤＭＡ内での粒径減少が測定に及ぼす影響についてのシミュレーション結果を図５Ａから図５Ｅに示した。図５Ａに粒子の成分の蒸気を含まないガス中における粒子の粒径減少の時間変化を示した。２０１は不揮発性粒子、２０２は揮発性粒子の時間変化である。点線２０３はあるＤＭＡ（ワイコフ標準型、標準状態）を使用し、シースガス流量を１９．０ ＳＬＭ（standard liter per minute）、エアロゾルガス流量を１．０ ＳＬＭ、シースガス流量とエアロゾルガス流量の和（以下、合計ガス流量という。）を２０ ＳＬＭとしたときに粒子がＤＭＡを通り抜けるのに要する時間０．０８秒を表し、点線２０４は、エアロゾルガス流量を１．０ ＳＬＭで一定のまま、シースガス流量を９．０ ＳＬＭにしたときに（合計ガス流量は１０ ＳＬＭ）粒子がＤＭＡを通り抜けるのに要する時間０．１６秒を示している。不揮発性粒子の粒径は時間によって変化しないが、揮発性粒子の粒径は時間の経過に伴って小さくなっていく。
【００５１】
次に、粒径分布を測定して得られるグラフのシミュレーション結果を図５Ｂから図５Ｅに示す。粒径分布は、一般的なエアロゾルが示すとされている対数正規分布を仮定した。
【００５２】
図５Ｂにおけるグラフ２０５は合計ガス流量を２０ＳＬＭとして不揮発性粒子の粒径分布を測定したときに得られる分布、グラフ２０６は合計ガス流量を１０ＳＬＭとしたときの分布を示す。図５Ｃのグラフ２０７は次式によって計算した正規化した差分の結果を表わす。
Ｉd（Ｄp）＝（Ｉ20（Ｄp）−Ｉ10（Ｄp））／Ｉ20ｍａｘ    （式４）
ここで、Ｉ20（Ｄp）は粒径Ｄｐでの合計ガス流量２０ＳＬＭでの個数密度、Ｉ10（Ｄp）は、合計ガス流量１０ＳＬＭでの個数密度、Ｉ20ｍａｘは合計ガス流量２０ＳＬＭでの粒径分布の最大個数密度を示す。
【００５３】
図５Ｄにおけるグラフ２０８は合計ガス流量を２０ＳＬＭとして揮発性粒子の粒径分布を測定したときに得られる分布、グラフ２０９は合計ガス流量を１０ＳＬＭとしたときの分布を示す。図５Ｅのグラフ２０９は式４によって計算した正規化した差分の結果を表わす。
【００５４】
次に変化の判定方法の一例を示す。正規化した差分の最大値と最小値の差に閾値を設定することで判断する。図５Ｃのグラフ２０７に示したとおり、不揮発性粒子では差はない。揮発性の粒子では、図５Ｅのグラフ２１０に示したとおり０．８の差がある。仮にこの差の閾値を０．１とした場合、グラフ２０８と２０９は差があるものと判断され、測定に適さない旨表示される。閾値については任意に設定可能である。
【００５５】
また、粒径変化の有無を判定する手法は、これ以外の方法でもよい。例えば、ピーク検出によって粒径中心を求めて比較するなどでも良い。
【００５６】
ＤＭＡ測定実験で得られた結果を図６Ａに示した。図６Ａは揮発性物質を含む粒子を合計ガス流量２０ＳＬＭで測定した結果（３０１）と、合計ガス流量１０ＳＬＭで測定した結果（３０２）を表わしている。粒径１８ｎｍに現れているピークは、核となっている不揮発性粒子のものであり、合計ガス流量を変えても変化していない。
【００５７】
一方、合計ガス流量２０ＳＬＭで測定した結果のグラフ３０１の粒径１００ｎｍ付近に現れている幅の広いピークは不揮発性粒子に揮発性物質が付着した粒子によるものである。合計ガス流量２０ＳＬＭでの粒径１００ｎｍ付近のこのピークは、合計ガス流量が１０ＳＬＭ、すなわちＤＭＡ内の通過時間が合計ガス流量２０ＳＬＭの場合の２倍となったときの測定結果３０２では粒径８０ｎｍ付近に移動していることがわかる。この差を見やすくするため式４を用いて計算した結果を図６Ｂのグラフ３０３に示した。グラフ３０３のプロットの最小値と最大値の差は、０．１７である。前述の基準（閾値を０．１とする）を仮に適用するとこの測定は測定に適さない試料を測定していると判断され、測定に適さない試料を測定している旨表示されることとなる。
【００５８】
この実施例の装置を用いた測定方法の他の実施例を図７のフローチャートを参照して説明する。この場合も測定の適不適の判断（ステップＳ１０１−Ｓ１０４）までは、図４の実施例と同じである。この実施例では、不適と判断された揮発性粒子に対して、ＤＭＡに入る前の粒径の推定を試みる。
【００５９】
ステップＳ１０１及びＳ１０２とは異なるシースガス流量Ａ１で粒径分布を測定する（ステップＳ４０１）。この流量Ａ１は、例えば、流量ＡとＢの平均値に設定する。流量Ａ、Ｂ、Ａ１のそれぞれでの粒径として粒径中心値をピーク検出などで求める。また、流量Ａ、Ｂ、Ａ１それぞれの粒子のＤＭＡ通過時間ｔを式３により計算する（ステップＳ４０２）。これらの３点の粒径中心値を、粒径を縦軸、時間ｔを横軸として図５Ａのようにプロットする。その結果にカーブフィッティングを適用してｔ＝０における粒径（初期粒径）を求める（ステップＳ４０３）。
【００６０】
初期粒径の値の誤差が基準以下となったかどうかを判断し（ステップＳ４０４）、基準以上の場合には、シースガス流量Ａ２をＡ、Ｂ、Ａ１とは異なる流量に設定し、粒径分布測定をおこなう（ステップＳ４０１）。この操作を基準と満たすまで繰り返す。基準以下になったところで推定された初期粒径を表示して終了する（ステップＳ４０５）。
【符号の説明】
【００６１】
１      流量制御装置（シースガス用）
２      ＤＭＡ
３      粒子計測器
４      電圧発生装置
５      インタフェース
６      コンピュータシステム
７      温度測定器
８      圧力測定器
９      流量制御装置（余剰ガス用）
１２      粒径分布測定手段
１４      シースガス流量制御手段
１６      粒径変化判定手段
１８      表示部
２０      粒径推測手段
１０３      内筒電極
１０４      外筒電極
１０５      分級領域
１０７      シースガス供給部
１１１      帯電エアロゾル入口スリット
１２０      出口スリット
【図１】
0005453597.tif 000002
【図２】
0005453597.tif 000003
【図３】
0005453597.tif 000004
【図４】
0005453597.tif 000005
【図５Ａ】
0005453597.tif 000006
【図５Ｂ】
0005453597.tif 000007
【図５Ｃ】
0005453597.tif 000008
【図５Ｄ】
0005453597.tif 000009
【図５Ｅ】
0005453597.tif 000010
【図６Ａ】
0005453597.tif 000011
【図６Ｂ】
0005453597.tif 000012
【図７】
0005453597.tif 000013
【図８Ａ】
0005453597.tif 000014
【図８Ｂ】
0005453597.tif 000015