(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を原子化・イオン化して励起・発光させる励起・発光手段と、発光した波長の異なる複数の光を分光する複数の分光器と、これら複数の分光器のそれぞれに設けられ分光した所定の波長を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段で変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの出力信号を入力して波長選別を行なう波長選別手段と、波長選別手段で選別された信号から微粒子の大きさを測定する微粒子成分分析装置において、
前記波長選別手段はローパスフィルタであって、前記信号増幅手段からの出力を入力し直流成分信号を出力する直流成分演算手段と、を備え、前記ローパスフィルタからの出力と直流成分演算手段からの出力を入力してローパスフィルタの出力から直流成分を引き算する差分演算手段と、差分演算手段からの出力信号に基づいて前記微粒子の大きさを演算する粒径演算手段とで構成されたことを特徴とする微粒子成分分析装置。
【請求項２】
微粒子を原子化・イオン化して励起・発光させる励起・発光手段と、発光した波長の異なる複数の光を分光する複数の分光器と、これら複数の分光器のそれぞれに設けられ分光した所定の波長を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段で変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの出力信号を入力して波長選別を行なう波長選別手段と、波長選別手段で選別された信号から微粒子の大きさを測定する微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、
予め微粒子がない状態で微粒子成分分析装置を動作させ、装置自身によるノイズ信号を測定し、所定の範囲を超えるピークを有する信号について、時間積分とピークの半値幅を測定し、統計処理を行なって時間積分とピークの半値幅の値を求めておき、前記選別された信号のうち所定の範囲にピークを有する信号については波形の時間積分若しくはピーク値の半値幅の少なくとも一つと前記予め求めた統計データを基に測定信号若しくはノイズの判定を行なうようにしたことを特徴とする微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法。
【請求項３】
請求項１記載の微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、下記の手順により成分分析を行なうことを特徴とする微粒子成分分析方法。
記
１）微粒子成分を測定するに先立って、微粒子成分分析装置の測定波長を測定対象の微粒子の測定波長に合わせる。
２）微粒子が存在しない状態で測定を行なって微粒子成分分析装置の出力を測定する。
３）出力の平均電圧を測定し、これをベースライン電圧とする。
４）微粒子成分の測定を行ない、その測定出力からベースライン電圧を減算し、これより高い電圧出力を微粒子成分信号としてカウントする。
【請求項４】
請求項１記載の微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、下記の手順により成分分析を行なうことを特徴とする微粒子成分分析方法。
記
１）微粒子成分測定中に微粒子が存在しない状態で測定を行なって微粒子成分分析装置の出力を測定する。
２）出力の平均電圧を測定し、これをベースライン電圧とする。
３）微粒子成分測定を行ない、その測定出力からベースライン電圧を減算し、これより高い電圧出力を微粒子成分信号としてカウントする。
【請求項５】
前記複数の分光器のうち、同じ測定波長に設定した分光器を２台用い、それらの分光器の出力の相関から真の出力の判定を行なうようにしたことを特徴とする請求項１記載の微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は微粒子の成分を分析する微粒子分析装置および微粒子分析装置を用いた微粒子の分析方法に関し、更に詳しくは測定精度の向上を図った分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば大気中に浮遊する微粒子を空気とともに吸引し、その微粒子をフィルタ上に集め、微粒子を構成する元素の数や大きさをマイクロ波誘導ブラズマを利用して測定する微粒子分析装置が知られている。
【０００３】
この分析装置では、予め元素の種類とその元素の粒子の大きさが既知のものを走査形顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）等を用いて測定し、次にその元素をマイクロ波誘導ブラズマ分析装置で発光させてその発光強度を光電変換器により電気信号に変換して出力する。
【０００４】
図６は粒径とその分布状態を示すもので、縦軸を個数（％表示）、横軸を粒径として示すもので、斜線で示す棒グラフは例えば公称直径５．０μｍの市販のシリコン粒子をＳＥＭにより測定した粒径の分布を示している。
また、多点で示す棒グラフはＳＥＭにより測定した前記シリコン元素をプラズマ分析装置で発光させてその発光強度を光電変換器により電気信号に変換した出
力の分布を示すものである。
【０００５】
図によれば、ＳＥＭで測定したものと電気信号に変換した結果がほぼ同様の分布を示すグラフとなっており、５μｍの大きさの粒子は２．５２２Ｖ程度の出力である。
【０００６】
このような場合、１Ｖの出力であれば１．９８μｍ、２Ｖの出力であれば３．９７μｍ程度の大きさであると推定することができる。
従って元素の種類が既知で粒子の大きさが未知のものを同様の条件で測定することにより、微粒子の大きさを推定することができる。
【０００７】
図７はこのような装置の信号処理の流れを示すもので、マイクロ波誘導ブラズマを利用して発光した光が分光器５７に入力し、光電子増倍管５８及びプリアンブ５９を経てバンドパスフィルタ７０で選別され、選別された信号が３乗根アンプ６６で等価粒径に換算され演算部７１で画像信号に変換されている。
【０００８】
この場合、バンドパスフィルタ７０のカットオフ周波数が１０Ｈｚのハイパスフイルタ及びカットオフ周波数が７５０Ｈｚのローパスフイルタを用いて、光電子増倍管５８やプリアンプ５９の出力信号の直流成分をカットする方法を採用している。
【０００９】
図８はこのような従来装置のプリアンプ５９の出力信号イ（実線）とこの信号がバンドパスフィルタ７０を通過した場合の演算処理結果ロ（細い点線）を示すもので、被測定粒子が凡そ３０ｍｓの間に３つ（Ａ，Ｂ，Ｃ）連続して発光した状態を示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
その場合、バンドパスフィルタ７０を通過して演算処理されたＢ，Ｃの粒子では、曲線の立ち上がり部イ１，イ２の出力電圧が、ハイパスフイルタ７０のアンダーシュートの影響で０Ｖレベルより小さな電圧となっている。
その結果、Ｂ，Ｃの粒子では実体よりも小さく観測されてしまい、また、大きい微粒子の後に来る小さな微粒子は全く観測されないという問題がある。
【００１１】
図９はこのような装置を用いて、公称０．７５μｍの炭素粒子を測定した例を示すものである。この様に小さな微粒子では測定信号そのものが小さくノイズレベルに近いものとなり、信号との判別が難しいという問題があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、アンダーシュートによる測定誤差がなく、信号とノイズとの判別基準を設けることにより測定精度を向上させた微粒子測定装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の構成は、請求項１においては、
微粒子を原子化・イオン化して励起・発光させる励起・発光手段と、発光した波長の異なる複数の光を分光する複数の分光器と、これら複数の分光器のそれぞれに設けられ分光した所定の波長を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段で変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの出力信号を入力して波長選別を行なう波長選別手段と、波長選別手段で選別された信号から微粒子の大きさを測定する微粒子成分分析装置において、
【００１３】
前記波長選別手段はローパスフィルタであって、前記信号増幅手段からの出力を入力し直流成分信号を出力する直流成分演算手段と、を備え、前記ローパスフィルタからの出力と直流成分演算手段からの出力を入力してローパスフィルタの出力から直流成分を引き算する差分演算手段と、差分演算手段からの出力信号に基づいて前記微粒子の大きさを演算する粒径演算手段とで構成されている
【００１４】
請求項２においては、
微粒子を原子化・イオン化して励起・発光させる励起・発光手段と、発光した波長の異なる複数の光を分光する複数の分光器と、これら複数の分光器のそれぞれに設けられ分光した所定の波長を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段で変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの出力信号を入力して波長選別を行なう波長選別手段と、波長選別手段で選別された信号から微粒子の大きさを測定する微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、
【００１５】
予め微粒子がない状態で微粒子成分分析装置を動作させ、装置自身によるノイズ信号を測定し、所定の範囲を超えるピークを有する信号について、時間積分とピークの半値幅を測定し、統計処理を行なって時間積分とピークの半値幅の値を求めておき、前記選別された信号のうち所定の範囲にピークを有する信号については波形の時間積分若しくはピーク値の半値幅の少なくとも一つと前記予め求めた統計データを基に測定信号若しくはノイズの判定を行なうようにしている。
【００１６】
請求項３においては、
請求項１記載の微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、下記の手順により成分分析を行なうことを特徴としている。
記
１）微粒子成分を測定するに先立って、微粒子成分分析装置の測定波長を測定対象の微粒子の測定波長に合わせる。
２）微粒子が存在しない状態で測定を行なって微粒子成分分析装置の出力を測定する。
３）出力の平均電圧を測定し、これをベースライン電圧とする。
４）微粒子成分の測定を行ない、その測定出力からベースライン電圧を減算し、これより高い電圧出力を微粒子成分信号としてカウントする。
【００１７】
請求項４においては、
請求項１記載の微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、下記の手順により成分分析を行なうことを特徴としている。
記
１）微粒子成分測定中に微粒子が存在しない状態で測定を行なって微粒子成分分析装置の出力を測定する。
２）出力の平均電圧を測定し、これをベースライン電圧とする。
３）微粒子成分測定を行ない、その測定出力からベースライン電圧を減算し、これより高い電圧出力を微粒子成分信号としてカウントする。
【００１８】
請求項５においては、
請求項１記載の微粒子成分分析装置を用いた微粒子成分分析方法であって、
前記複数の分光器のうち、同じ測定波長に設定した分光器を２台用い、それらの分光器の出力の相関から真の出力の判定を行なうようにしたことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
始めに本発明に使用するマイクロ波誘導ブラズマを利用した微粒子成分分析装置について図１０を用いて簡単に説明する。
図１０おいて５１はフィルタユニットであり、この表面には測定すべき固体微粒子（図示せず）が付着したフィルタ５２が配置されている。５３はアスピレータで、フィルタ５２に付着した固体微粒子を吸引し放電管５４に供給する。５５はマイクロ波源、５６はマイクロ波源５５からのマイクロ波が導入されたキヤピティである。
【００２０】
５７は放電管５４で発光した光を光ファイバ８０を介して取入れて分光する分光器であり、この例では４台の分光器を備えている。５８は分光器５７の後段に設けられた光電変換手段であり、例えば光電子増倍管（Ｐｈｏｔｏ  Ｍａｌｔｌｐｌｉｒｅ  ｔｕｂｅ）が用いられる。７１は演算手段である。
【００２１】
図１は本発明の請求項１における微粒子分析装置の演算手段の一例を示すもので、光電子増倍管５８で増借された電気信号がプリアンプ５９で増幅され、その信号がローパスフィルタ６０及び直流成分演算回路６１に入力される。直流成分演算回路６１に入力した電気信号は接点Ａに接続されたセレクタ６２を介して演算部６３に出力され、この演算部６３を構成するメモリ（図示省略）に記憶される。直流成分がメモリに記憶された時点で演算部６３はセレクタ６２に対して切替え信号を発し接続を接点Ｂに接続する。
【００２２】
メモリに記憶された直流成分の信号はＤ／Ａ変換器６４によりアナログ信号に変換されて差分演算回路６５の一方の端子に入力される。
差分演算回路６５の他方の端子にはローパスフィルタ６０を通過した信号が入力され、差分演算が行なわれて、ローパスフィルタ６０を通過した信号から直流成分が取り除かれる。差分演算回路６５の出力は３乗根アンプ６６に入力されて等価粒径が求められ、その信号はセレクタ６２の接点Ｂを介して演算部６３に送られて所定の演算が行なわれてモニター６７で視覚化される。
【００２３】
図８に戻り、太い点線ハは本発明による演算処理結を示すもので、２番目以降の波形の立ち上がり（ハ１，ハ２）が零Ｖ付近となり、アンダーシュートがなくなっていることが分かる。
【００２４】
ところで、先に図９を用いて説明したようにサブμｍの小さな微粒子では信号レベルが低くなりノイズ信号との区別がつきにくい。
そこで、本発明の請求項２ではピーク検出に加えて、そのピークを含む信号の時間積分とピークの半値幅を測定する。
【００２５】
即ち、フィルタに微粒子がない状態で装置を動作させ、光電子増倍管５８やプリアンプ５９など装置自身によるノイズ信号を測定する。そして所定の範囲を超えるピークを有する信号について、時間積分とピークの半値幅を測定し、統計処理を行なって時間積分とピークの半値幅の値を求めておく。
【００２６】
次にサブμｍの元素名が既知の粒子をフィルタに採取して通常の測定を行なう。図２は粒径０．７５１１ｍの炭素粒子の測定例を示すもので、ここでは、４ｍＶ以上のピークを有する信号Ａ，Ｂに注日する。
【００２７】
そして、注目した信号の時間積分とピークの半値幅の値を求めると、Ａの信号の半値幅は比較的に長く４．２ｍｓ、Ｂの信号の半値幅は２．０ｍｓで、Ａの信号が２倍程度あり、また、Ａの信号の時間積分は２４．９Ｖ・ｍｓ、Ｂの信号の時間積分は９．３Ｖ・ｍｓでＡの信号の時間積分はＢの信号の２．７倍となる。従って、ここではＡの信号を微粒子からの信号としてピックアップする。
【００２８】
図３は測定サンプルとして公称３．８μｍと５．４μｍの炭素粒子を混合して粒子の数を測定した例を示すもので、点線で示す線分は理論値の個数、実線に◇印を付して示す線分は本発明の、実線に×印を付して示す線分は従来の装置で測定した個数である。
【００２９】
図から明らかなように、従来の装置で測定した線分×印の個数はパーティクル度数にばらつきが見られるが、本発明の装置を用いた◇印を付した線分では理論値とよく一致していることが分かる。
【００３０】
図４はピーク検出を行なった後半値幅計算を行なうとともに、積分計算を行なって信号判別を行なうまでの流れ図を示している。なお、半値幅計算や積分計算は公知のソフトウエア技術に基づいて行なうものとするが、これらの計算は元素の種類や大きさにより両方若しくはいずれか一方であってもよい。
【００３１】
なお、上記では測定元素を炭素とし、時間積分とピークの半値幅を比較して、大きな方を微粒子信号としたが、元素によってはノイズの時間積分とピークの半値幅より小さなものがある。そのような場合は何れを測定信号とするか適宜判断するものとする。また、元素の種類によってはノイズと同程度のものもあるがそのような元素ついては判定不能である。
【００３２】
請求項２においては、フィルタに微粒子がない状態で装置を動作させ、光電子増倍管５８やプリアンブ５９など装置自身によるノイズ信号を測定し、所定の範囲を超えるピークを有する信号について、時間積分とピークの半値幅を測定し、統計処理を行なって時間積分とピークの半値幅を求めておき、そのノイズの半値幅と微粒子が発する信号の半値幅を比較して信号を判定した。
【００３３】
請求項３及び４においては、フィルタに微粒子がない状態で装置を動作させ（請求項３は測定開始時、請求項４は測定途中において複数回微粒子を含まない…発光しない…状態をつくる）、ノイズ及びバックグランドを含む出力電圧をベースラインとする。そして、微粒子の測定に際してそのべースラインを越えたものを微粒子の発光による信号と判定する。
【００３４】
即ち、請求項３では、はじめに分析装置が有する固有の器差やノイズの平均値を含んでベースラインを定め、これを規準として信号かノイズかを判断するので精度の高い測定が可能となる。
また、請求項４においてはベースラインを常に補正しながら測定を行なうので、請求項３の方法より更に正確な測定が可能となる。
【００３５】
請求項５においては、同じ測定波長に設定した分光器を２台用い、それらの分光器で微粒子の発光を同時に測定する。図５は公称１μｍのラテックスを２台のひで同時に測定し、それら、２台の分光器の出力を重畳したもので、実線は分光器１の出力、点線は分光器２の出力を示している。
【００３６】
ここで、例えば２２０ｍＶを超えるものを微粒子の出力とした場合、（ａ）で示す部分は両方の出力が２２０ｍＶを超え、（ｂ）で示す部分の出力は分光器２のみ、（ｃ）で示す部分の出力は分光器１のみの出力となっている。このような場合は（ａ）の部分の出力を微粒子信号とし、（ｂ），（ｃ）で示す部分の出力はノイズ信号と判定する。
【００３７】
なお、２台の分析装置の信号を加えたり、一方から他方を減じるようにしてもよく、要は信号とノイズの判別ができる方法であればよい。
【００３８】
なお、本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば、測定元素は炭素に限ることなく、半値幅と時間積分値がノイズ信号と異なる元素であれば適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳しく説明したような本発明によれば、微粒子を原子化・イオン化して励起・発光させる励起・発光手段と、発光した波長の異なる複数の光を分光する複数の分光器と、これら複数の分光器のそれぞれに設けられ分光した所定の波長を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段で変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの出力信号を入力して波長選別を行なう波長選別手段と、波長選別手段で選別された信号から微粒子の大きさを測定する微粒子成分分析装置において、
【００４０】
前記波長選別手段はローパスフィルタであって、前記信号増幅手段からの出力を入力し直流成分信号を出力する直流成分演算手段と、を備え、前記ローパスフィルタからの出力と直流成分演算手段からの出力を入力してローパスフィルタの出力から直流成分を引き算する差分演算手段と、差分演算手段からの出力信号に基づいて前記微粒子の大きさを演算する粒径演算手段とで構成したので、アンダーシュートによる測定誤差のない微粒子成分分析装置を提供することができる。
【００４１】
また、予め微粒子がない状態で微粒子成分分析装置を動作させ、装置自身によるノイズ信号を測定し、所定の範囲を超えるピークを有する信号について、時間積分とピークの半値幅を測定し、統計処理を行なって時間積分とピークの半値幅の値を求めておき、前記選別された信号のうち所定の範囲にピークを有する信号については波形の時間積分若しくはピーク値の半値幅の少なくとも一つと前記予め求めた統計データを基に測定信号若しくはノイズの判定を行なうようにしたので、小さな粒径のものも精度よく測定可能な微粒子成分分析装置を提供することができる。
また、はじめに分析装置が有する固有の器差やノイズの平均値を含んでベースラインを定め、これを規準として信号かノイズかを判断するので精度の高い測定が可能となる。
また、ベースラインを常に補正しながら測定を行なうことにより更に正確な測定が可能となる。
また、複数の分光器のうち、同じ測定波長に設定した分光器を２台用い、それらの分光器の出力の相関から真の出力の判定を行なうようにしたので、ノイズか信号かの判別精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微粒子成分分析装置の演算手段の一例を示す図である。
【図２】炭素微粒子の測定例を示す図である。
【図３】２種類の炭素微粒子を混合して微粒子の数を測定した例を示す図である。
【図４】ピーク検出後、半値幅計算と、積分計算を行って信号判別を行うまでの流れを示す図である。
【図５】２台の分光器で同時に測定した出力を重畳した図である。
【図６】粒径とその分布状態の一例を示す図である。
【図７】微粒子成分分析装置の信号処理の流れを示す図である。
【図８】従来装置による演算処理結果を示す図である。
【図９】サブμｍの炭素微粒子を測定した例を示す図である。
【図１０】微粒子成分分析装置の一般的構成例を示す図である。
【００４２】
【符号の説明】
５１  フィルタユニツト５２  フィルタ５３アスピレータ５４  反応管５５  マイクロ波源５６  キャビテイ５７  分光器
５８  光電変換器（光電子増倍管）５９  プリアンプ６０  ローパスフィルタ６１  直流成分演算回路
６２  セレクタ
６３  演算部
６４  Ｄ／Ａ変換器
６５  差分演算器
６６  ３乗根アンプ
６７  モニター
【図１】
0003554810.tif 000002
【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】
0003554810.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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