(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気と、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第１空気と、第２空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さＣだけ送って、新しい位置３ａ′，３ｂ′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第２空気中の浮遊粒子状物質の量ＦＰとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項２】
一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気と、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第１空気と、第２空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さＣだけ送って、新しい位置３ａ′，３ｂ′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
第１空気による捕集手段のテープ状フィルタに捕集した浮遊粒子状物質に白色光を照射し、その散乱光の強さから浮遊粒子状物質の元素状炭素の量を連続的に検出する光照射検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第２空気中の浮遊粒子状物質の量ＦＰと、元素状炭素の量ＦＰＣとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項３】
請求項１または２において、該テープ状フィルタがフッ素系メンブランフィルタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの１つにおいて、該分級手段がバーチャルインパクタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項５】
（ａ）バーチャルインパクタ分級器２であって、
試料大気が吸引される縮管部４３と、
縮管部４３からの空気を噴出口４１にスムーズに噴出する円筒部４２とを有するノズル部４０と、
噴出口４１からノズル部４０の軸線方向に間隔Ｓをあけてノズル部４０の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部４５を有し、集気部４５に、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気の２次流４５を形成する円筒状隔壁４６と、
隔壁４６より大きい内径を有し、隔壁４６を囲み、前記噴出口４１から前記間隔Ｓを経て、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気の主流を形成する外管部５０を有する外管５１とを含むバーチャルインパクタ分級器２と、
（ｂ）フッ素系メンブランフィルタであるテープ状フィルタ３と、
（ｃ）テープ送り機構２７であって、
フィルタ３を予め定める一定時間毎に、予め定める一定の長さＣだけ、送り方向２８に送って供給し、
前記一定の長さＣには、
第２空気を濾過して第２空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第１捕集位置３ａと、
第１空気を濾過して第１空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第２捕集位置３ｂとが、前記送り方向２８に、順次形成され、前記一定長さＣだけ供給されることによって、新しい第１および第２捕集位置３ａ′，３ｂ′でさらに捕集するテープ送り機構２７と、
（ｄ）前記分級器２からの第２空気を、フィルタ３の第１捕集位置３ａを透過させて吸引する第１吸引ポンプ６と、
（ｅ）前記分級器２からの第１空気を、フィルタ３の第２捕集位置３ｂを透過させて吸引する第２吸引ポンプ１６と、
（ｆ）フィルタ３の第１捕集位置３ａにβ線を照射して、第１捕集位置３ａの捕集された浮遊粒子状物質の第１の質量ＦＰを検出する第１β線源９と、
（ｇ）フィルタ３の第２捕集位置３ｂにβ線を照射して、第２捕集位置３ｂの捕集された浮遊粒子状物質の第２の質量ＣＰを検出する第２β線源１９と、
（ｈ）フィルタ３の第１捕集位置３ａよりも下流で、第１捕集位置３ａを透過した第２空気の流量を検出する第１流量センサ４と、
（ｉ）フィルタ３の第１捕集位置３ａよりも下流で、第１捕集位置３ａを透過した第２空気の圧力を検出する第１圧力センサ５と、
（ｊ）空気の温度を検出する温度センサ３１と、
（ｋ）フィルタ３の第２捕集位置３ｂよりも下流で、第２捕集位置３ｂを透過した第１空気の流量を検出する第２流量センサ１４と、
（Ｌ）フィルタ３の第２捕集位置３ｂよりも下流で、第２捕集位置３ｂを透過した第１空気の圧力を検出する第２圧力センサ１５と、
（ｍ）演算記録手段１３，３２であって、
第１流量センサ４と第１圧力センサ５と温度センサ３１との出力に応答して、第１流量センサ４の出力を、第２空気の基準状態の流量に換算し、
第２流量センサ１４と第２圧力センサ１５と温度センサ３１との出力に応答し、第２流量センサ１４の出力を、第１空気の基準状態の流量に換算し、
第１および第２β線源９，１９によって検出された第１および第２の質量ＦＰ，ＣＰの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第１の質量ＦＰとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段１３，３２とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項６】
（ｎ）第１吸引ポンプ６に外気を吸引させる第１流量調整器８と、
（ｏ）第２吸引ポンプ１６に外気を吸引させる第２流量調整器１８とをさらに含み、
（ｐ）演算記録手段１３，３２は、
第１流量センサ４の出力が予め定められた第１流量になるように第１流量調整器８を制御し、
第２流量センサ１４の出力が予め定められた第２流量になるように第２流量調整器１８を制御することを特徴とする請求項５記載の浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項７】
演算記録手段１３，３２は、予め定める前記一定時間経過したとき、第１および第２吸引ポンプ６，１６を停止し、テープ送り機構２７を作動させ、次の測定をスタートさせることを特徴とする請求項５または６記載の浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【請求項８】
（ａ７）バーチャルインパクタ分級器２であって、
試料大気が吸引される縮管部４３と、
縮管部４３からの空気を噴出口４１にスムーズに噴出する円筒部４２とを有するノズル部４０と、
噴出口４１からノズル部４０の軸線方向に間隔Ｓをあけてノズル部４０の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部４５を有し、集気部４５に、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気の２次流４５を形成する円筒状隔壁４６と、
隔壁４６より大きい内径を有し、隔壁４６を囲み、前記噴出口４１から前記間隔Ｓを経て、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気の主流を形成する外管部５０を有する外管５１とを含むバーチャルインパクタ分級器２と、
（ｂ７）テープ状フィルタ３と、
（ｃ７）フィルタの異なる位置を介して、バーチャルインパクタ分級器によって分級された第１空気と、第２空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集する捕集手段２７と、
（ｄ７）捕集手段２７によってフィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量ＦＰ，ＣＰを、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段９，１９と、
（ｅ７）前記分級器２からの第２空気を、フィルタに透過させて吸引する第１吸引ポンプ６と、
（ｆ７）前記分級器２からの第１空気を、フィルタに透過させて吸引する第２吸引ポンプ１６と、
（ｇ７）フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第２空気の流量を検出する第１流量センサ４と、
（ｈ７）フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第１空気の流量を検出する第２流量センサ１４と、
（ｉ７）第１吸引ポンプ６に外気を吸引させる第１流量調整器８と、
（ｊ７）第２吸引ポンプ１６に外気を吸引させる第２流量調整器１８と、
（ｋ７）演算記録手段１３，３２であって、
第１流量センサ４の出力が予め定められた第１流量になるように第１流量調整器８を制御し、
第２流量センサ１４の出力が予め定められた第２流量になるように第２流量調整器１８を制御し、
検出手段９，１９によって検出された質量ＦＰ，ＣＰの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第１の空気からフィルタによって捕集した浮遊粒子状物質の質量ＦＰとを演算して自動的に記録する演算記録手段１３，３２とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中の浮遊粒子状物質の連続測定装置に関し、特に人の健康に影響の大きい粒径２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質の連続測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質が存在する。粒径が１０μｍを超える浮遊粒子状物質は、発生源の近くで沈降するものが多く、また呼吸に際し、大部分が気道で濾過されるので、特に粉塵の多い環境で作業する場合を除いて、人の健康に大きい被害はない。このような理由で、公害対策基本法に基づく大気汚染に関する環境基準では、大気中の浮遊粒子状物質は、粒径が１０μｍ以下のものと規定されている。そして、従来からこの規定に従って、粒径１０μｍ以下の浮遊粒子状物質の測定装置が市販されている。
【０００３】
最近、都市部における浮遊粒子状物質の粒径と含有量との関係が詳しく調べられた結果、図７に示すように、粒径２．５μｍ程度を境として粗大浮遊粒子状物質（coarse
particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小浮遊粒子状物質（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが大気中に存在することが判明した。ＣＰの大部分は、海塩粒子や土壌に由来する砂塵であり、自然に生じるものと考えられる。これに対し、ＦＰは人為的に発生するものと考えられ、都市部に多い。特にディーゼル車の排気には元素状炭素として、ＦＰが多く含まれている。さらに元素状炭素には、空気中の窒素酸化物や硫黄酸化物のような健康に有害な物質が吸着されることも考えられる。最近の医学的・疫学的研究によれば、ＦＰが２０μｇ／ｍ3程度含有されていても心筋梗塞の原因になることが報告されている。
【０００４】
都市部におけるＦＰを減少するため、東京都はディーゼル車にフィルタを取付けることを義務化する方針であり、他の地方自治体もこれに倣うものと推測され、これと同時に空気中のＦＰを連続自動的に測定する装置の開発が要望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、浮遊粒子状物質の全量ＴＰＳと、特に人の健康に被害を及ぼす粒径２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質ＰＭ２．５とを各別に一定時間毎に連続自動的に測定する装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気と、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第１空気と、第２空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さＣだけ送って、新しい位置３ａ′，３ｂ′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第２空気中の浮遊粒子状物質の量ＦＰとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気と、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第１空気と、第２空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さＣだけ送って、新しい位置３ａ′，３ｂ′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
第１空気による捕集手段のテープ状フィルタに捕集した浮遊粒子状物質に白色光を照射し、その散乱光の強さから浮遊粒子状物質の元素状炭素の量を連続的に検出する光照射検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第２空気中の浮遊粒子状物質の量ＦＰと、元素状炭素の量ＦＰＣとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、請求項１において、該テープ状フィルタがフッ素系メンブランフィルタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、請求項１または２において、該分級手段がバーチャルインパクタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
【０００７】
本発明に従えば、吸引された大気は、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気と、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気とに浮遊粒子状物質を分級し、各空気に含まれる浮遊粒子状物質は各別にテープ状フィルタの異なる位置に連続的に捕集され、捕集された浮遊粒子状物質は各別に連続的にβ線吸収方式で検出され、これと吸引された大気流量とから大気中の浮遊粒子状物質の全量ＴＰＳおよびＦＰの量が演算され自動的に記録される。
浮遊粒子状物質を捕集したフィルタに白色光を照射し、散乱光の強さから浮遊粒子状物質中の元素状炭素量を検出する。元素状炭素は黒色であり、他に黒色の浮遊粒子状物質はほとんどないので、この方法が有効に用いられる。
【０００８】
本発明で用いる分級手段は、たとえば後述するバーチャルインパクタ（virtual
impactor）と呼ばれる分級器である。
【０００９】
【００１０】
本発明に従えば、検出器がβ線吸収方式である。β線吸収方式は、各別にフィルタ上に捕集された浮遊粒子状物質によるβ線の吸収量の増加から浮遊粒子状物質の質量を各別に検出できる。β線照射の線源となる物質は、特に限定されるものではないが、放射線取扱資格および届出の必要がない３．７ＭＢｑ（１００μＣｉ）の147Ｐm密封線源を用いることが好ましい。
【００１１】
【００１２】
本発明に従えば、濾過材としてテープ状フッ素系メンブランフィルタが用いられる。従来の浮遊粒子状物質測定装置の濾過材としてガラスファイバー製フィルタが用いられている。ガラスファイバー製フィルタは、孔径が比較的大きく、粒径が１μｍ以下の粒子が透過されることがある。これに対し、フッ素系メンブランフィルタは孔径が小さく、粒径が０．２μｍ程度まで捕集できる。フッ素系メンブランフィルタは、ガラスファイバー製フィルタに比し、均質に製造しやすく、テープ状としたとき各捕集位置におけるバラツキが少ない。
【００１３】
また本発明は、（ａ）バーチャルインパクタ分級器２であって、
試料大気が吸引される縮管部４３と、
縮管部４３からの空気を噴出口４１にスムーズに噴出する円筒部４２とを有するノズル部４０と、
噴出口４１からノズル部４０の軸線方向に間隔Ｓをあけてノズル部４０の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部４５を有し、集気部４５に、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気の２次流４５を形成する円筒状隔壁４６と、
隔壁４６より大きい内径を有し、隔壁４６を囲み、前記噴出口４１から前記間隔Ｓを経て、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気の主流を形成する外管部５０を有する外管５１とを含むバーチャルインパクタ分級器２と、
（ｂ）フッ素系メンブランフィルタであるテープ状フィルタ３と、
（ｃ）テープ送り機構２７であって、
フィルタ３を予め定める一定時間毎に、予め定める一定の長さＣだけ、送り方向２８に送って供給し、
前記一定の長さＣには、
第２空気を濾過して第２空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第１捕集位置３ａと、
第１空気を濾過して第１空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第２捕集位置３ｂとが、前記送り方向２８に、順次形成され、前記一定長さＣだけ供給されることによって、新しい第１および第２捕集位置３ａ′，３ｂ′でさらに捕集するテープ送り機構２７と、
（ｄ）前記分級器２からの第２空気を、フィルタ３の第１捕集位置３ａを透過させて吸引する第１吸引ポンプ６と、
（ｅ）前記分級器２からの第１空気を、フィルタ３の第２捕集位置３ｂを透過させて吸引する第２吸引ポンプ１６と、
（ｆ）フィルタ３の第１捕集位置３ａにβ線を照射して、第１捕集位置３ａの捕集された浮遊粒子状物質の第１の質量ＦＰを検出する第１β線源９と、
（ｇ）フィルタ３の第２捕集位置３ｂにβ線を照射して、第２捕集位置３ｂの捕集された浮遊粒子状物質の第２の質量ＣＰを検出する第２β線源１９と、
（ｈ）フィルタ３の第１捕集位置３ａよりも下流で、第１捕集位置３ａを透過した第２空気の流量を検出する第１流量センサ４と、
（ｉ）フィルタ３の第１捕集位置３ａよりも下流で、第１捕集位置３ａを透過した第２空気の圧力を検出する第１圧力センサ５と、
（ｊ）空気の温度を検出する温度センサ３１と、
（ｋ）フィルタ３の第２捕集位置３ｂよりも下流で、第２捕集位置３ｂを透過した第１空気の流量を検出する第２流量センサ１４と、
（Ｌ）フィルタ３の第２捕集位置３ｂよりも下流で、第２捕集位置３ｂを透過した第１空気の圧力を検出する第２圧力センサ１５と、
（ｍ）演算記録手段１３，３２であって、
第１流量センサ４と第１圧力センサ５と温度センサ３１との出力に応答して、第１流量センサ４の出力を、第２空気の基準状態の流量に換算し、
第２流量センサ１４と第２圧力センサ１５と温度センサ３１との出力に応答し、第２流量センサ１４の出力を、第１空気の基準状態の流量に換算し、
第１および第２β線源９，１９によって検出された第１および第２の質量ＦＰ，ＣＰの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第１の質量ＦＰとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段１３，３２とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、（ｎ）第１吸引ポンプ６に外気を吸引させる第１流量調整器８と、
（ｏ）第２吸引ポンプ１６に外気を吸引させる第２流量調整器１８とをさらに含み、
（ｐ）演算記録手段１３，３２は、
第１流量センサ４の出力が予め定められた第１流量になるように第１流量調整器８を制御し、
第２流量センサ１４の出力が予め定められた第２流量になるように第２流量調整器１８を制御することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、演算記録手段１３，３２は、予め定める前記一定時間経過したとき、第１および第２吸引ポンプ６，１６を停止し、テープ送り機構２７を作動させ、次の測定をスタートさせることを特徴とする。
また本発明は、（ａ７）バーチャルインパクタ分級器２であって、
試料大気が吸引される縮管部４３と、
縮管部４３からの空気を噴出口４１にスムーズに噴出する円筒部４２とを有するノズル部４０と、
噴出口４１からノズル部４０の軸線方向に間隔Ｓをあけてノズル部４０の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部４５を有し、集気部４５に、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第１空気の２次流４５を形成する円筒状隔壁４６と、
隔壁４６より大きい内径を有し、隔壁４６を囲み、前記噴出口４１から前記間隔Ｓを経て、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第２空気の主流を形成する外管部５０を有する外管５１とを含むバーチャルインパクタ分級器２と、
（ｂ７）テープ状フィルタ３と、
（ｃ７）フィルタの異なる位置を介して、バーチャルインパクタ分級器によって分級された第１空気と、第２空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集する捕集手段２７と、
（ｄ７）捕集手段２７によってフィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量ＦＰ，ＣＰを、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段９，１９と、
（ｅ７）前記分級器２からの第２空気を、フィルタに透過させて吸引する第１吸引ポンプ６と、
（ｆ７）前記分級器２からの第１空気を、フィルタに透過させて吸引する第２吸引ポンプ１６と、
（ｇ７）フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第２空気の流量を検出する第１流量センサ４と、
（ｈ７）フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第１空気の流量を検出する第２流量センサ１４と、
（ｉ７）第１吸引ポンプ６に外気を吸引させる第１流量調整器８と、
（ｊ７）第２吸引ポンプ１６に外気を吸引させる第２流量調整器１８と、
（ｋ７）演算記録手段１３，３２であって、
第１流量センサ４の出力が予め定められた第１流量になるように第１流量調整器８を制御し、
第２流量センサ１４の出力が予め定められた第２流量になるように第２流量調整器１８を制御し、
検出手段９，１９によって検出された質量ＦＰ，ＣＰの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量ＴＰＳと、第１の空気からフィルタによって捕集した浮遊粒子状物質の質量ＦＰとを演算して自動的に記録する演算記録手段１３，３２とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態によって、より具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態の浮遊粒子状物質の連続測定装置１の構成を示すブロック図である。本装置１に吸引された試料大気は、バーチャルインパクタ分級器２によって、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない空気（ＣＰのみを含む空気と称することがある）と、粒子径が２．５μｍ以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が２．５μｍを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない空気（ＦＰのみを含む空気と称することがある）とに浮遊粒子状物質を分級され、ＦＰのみを含む空気は、テープ状のフッ素系メンブランフィルタ３の第１の位置３ａによって濾過され、第１流量センサ４、第１圧力センサ５、第１吸引ポンプ６、第１サイレンサ７を通って外部へ排気される。第１流量センサ４の出力は、ＣＰＵ１３に送られ、予め入力された第１流量になるように、第１流量調整器８から外気が吸引される。
分級器２で分級されたＣＰのみを含む空気は、フィルタ３の第２の位置３ｂによって濾過され、第２流量センサ１４、第２圧力センサ１５、第２吸引ポンプ１６、第２サイレンサ１７を通って外部へ排気される。第２流量センサ１４の流量が予め定められた第２流量に流量調整器１８によって、同様に調整される。これによって、フィルタ３の第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂには、連続的に分級されたＦＰとＣＰとが各別に捕集される。
【００１７】
フィルタ３の第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂには、第１β線源９および第２β線源１９からβ線が照射され、透過したβ線量が、たとえば１分毎に連続的に検出される。検出結果は、第１プリアンプ１１および第２プリアンプ２１を通してＣＰＵ１３に入力される。またフィルタ３の第１の位置３ａには、光源２３から光ファイバ２４を介して一定強さの白色光が照射され、その反射光が光ファイバ２４を介して光検出器２５で１分毎に連続的に検出され、検出結果が第３プリアンプ２６を介してＣＰＵ１３に入力される。
【００１８】
連続してフィルタ３の第１および第２の位置３ａ，３ｂに空気を透過させていると、第１および第２の位置３ａ，３ｂ上に捕集された浮遊粒子状分級の量が次第に増え、空気を透過できなくなるので、一定時間毎、たとえば１時間毎に、テープ送り機構２７によってフィルタ３が一定の長さＣだけ矢符２８方向に送られ、次の測定が開始される。
図２は、フィルタ３の第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂ近傍の平面図である。フィルタ３の浮遊粒子状物質を捕集する第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂは、たとえば直径１１ｍｍの円形である。フィルタ３は、テープ状であり供給ロール２９に巻かれた状態で供給され、図示しない複数のガイドローラによって、第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂに供給され、図示しない複数のガイドローラおよび上下２個のローラから成るテープ送り機構２７を経て、巻取ローラ３０に巻取られる。テープ送り機構２７は、一定時間経過すれば、フィルタ３を一定の長さＣだけ矢符２８方向に送る。これによって、新しいフィルタ３の３ａ’の位置が３ａに、３ｂ’の位置が３ｂに移動する。
【００１９】
第１および第２β線検出器１０，２０ならびに光検出器２５の検出結果と、フィルタ上の浮遊粒子状物質の量との関係は、式１で計算される。
Ｉj＝Ｉj-1ｅｘｐ（−μｘ）                                     …（１）
【００２０】
ここにＩjは、ある瞬間に浮遊粒子状物質を捕集したフィルタを透過したβ線量またはフィルタで反射された光量であり、Ｉj-1はその１分前の同じ量である。またＩ0は、浮遊粒子状物質を捕集する前の新しいフィルタを透過したβ線量または同フィルタで反射された光量であり、μは比例定数であり、ｘはフィルタの単位面積当たりの捕集浮遊粒子状物質の量（ｍｇ／ｃｍ2）である。μはβ線源および光源に固有の値であり、標準物質によって予めｃｍ2／ｍｇの単位で求められる。
式Ｉを変形して、式２を得る。
【００２１】
【数１】
0003574045.tif 000002
【００２２】
式２からＩjとＩj-1との比を求めることによって、たとえば１分間に捕集されたフィルタの単位面積当たりの浮遊粒子状物質の量が計算でき、これに第１の位置の面積（これは第２の位置の面積に等しく、直径が１１ｍｍの場合、約０．９５ｃｍ2となる）を掛ければ、１分間に捕集された浮遊粒子状物質の量（ｍｇ／ｍｉｎ）が計算できる。
【００２３】
次に、本実施の形態で用いたバーチャルインパクタ分級器２の構成およびフィルタ３の第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂを透過する空気量について説明する。図３は、バーチャルインパクタ分級器２の構成を説明するための断面図である。バーチャルインパクタ分級器２は、ノズル部４０と、集気部４５と、外管部５０とから構成される。ノズル部４０は、空気を噴出し、内径Ｄ0を有する円形の噴出口４１と、噴出口４１に連なり、長さＴの円筒部４２と、円筒部４２に連なる縮管部４３とから成り、空気がスムーズに噴出口４１から噴出される。集気部４５は、ノズル部４１の軸線と同一の軸線と、前記Ｄ0よりも大きい内径Ｄ1とを有する円筒状の隔壁４６によって囲まれ、噴出口４１と隔壁４６の先端とは長さＳの間隔で対峙している。外管部５０は、隔壁４６より充分大きい内径の外管５１によって囲まれ、図１に示す排出口５２を有している。排出口５２および集気部４５は、第１および第２吸引ポンプ６，１６に接続され、噴出口４１から噴出された空気Ｑ0をＱ1と（Ｑ0−Ｑ1）との割合に分配する。噴出口４１から噴出される空気がレイノズル数約１０，０００に相当する線速（２０，０００〜２５，０００ｍ／ｍｉｎ）で噴出されると、空気中の微粒子６０は、流線に沿って流れ、前記空気の流量割合に応じて外管部５０（主流）と集気部４５（２次流）とに配分される。これに対し粗粒子６１は、その慣性力のため、ほとんど全部２次流に入る。前記Ｄ1／Ｄ0，Ｓ／Ｄ0，Ｔ／Ｄ0，Ｑ1／Ｑ0を適当に定めれば、ＣＰのほとんど全部が２次流に入る分級器２を得ることができる。
Ｄ0＝３．９１２ｍｍ，Ｄ1／Ｄ0＝１．２８，Ｓ／Ｄ0＝１．０，Ｔ／Ｄ0＝２．０，Ｑ0＝２７．７ｌ／ｍｉｎ，Ｑ1／Ｑ0＝０．１０の条件でバーチャルインパクタ分級器２を運転して、粒子径１〜１０μｍの浮遊粒子状物質を含む空気を分級した。結果を図４に示す。図４に示すように、前記条件でバーチャルインパクタ分級器２を運転したとき、粒径２．５μｍで完全に分級されるものではないが、主流と２次流との分級曲線が、大略粒径２．５μｍの位置で交わり、大略粒径２．５μｍで分級されている。分級が正確に行われるために、第１および第２流量センサ４，１４で、分級器２で主流および２次流の空気流量が監視され、これが予め定めた量、すなわち（Ｑ0−Ｑ1）およびＱ1になるように、第１および第２流量調整器８，１８で調整される。
【００２４】
実際に演算される浮遊粒子状物質の量は、空気量Ｑ0に対するＦＰ全量（以下、ＰＭ２．５量という）、ＦＰ中の元素状炭素量（以下、ＰＭ２．５Ｃ量という）および全浮遊粒子状物質量（以下、ＴＰＳ量という）であり、これは先に計算されたＦＰ量、ＦＰＣ量（ＦＰ中の元素状炭素量）およびＣＰ量から、次の式３で計算される。
ＰＭ２．５＝Ｑ0／（Ｑ0−Ｑ1）×ＦＰ
ＰＭ２．５Ｃ＝Ｑ0／（Ｑ0−Ｑ1）×ＦＰＣ                        …（３）
ＴＰＳ＝ＦＰ＋ＣＦ
【００２５】
空気中のＰＭ２．５，ＰＭ２．５Ｃ，ＴＰＳの空気中の含有量を算出するために１分間に流れた空気量Ｑ0を基準状態、たとえば０℃１気圧に換算する必要がある。このために第１および第２流量センサ４，１４の後に設けた第１および第２圧力センサ５，１５によって圧力を、また温度センサ３１によって温度を測定し、第１および第２流量センサ４，１４の実測値を１分毎に基準状態の流量に換算している。これらの計算はＣＰＵ１３の演算部で行われ、その結果は記録計３２に記録される。
【００２６】
図５は、ＣＰＵ１３の動作を説明するためのフローチャートである。テープ送り機構２７の作動によって、フィルタ３の第１および第２の位置３ａ，３ｂに新しいフィルタ面が来て、ステップＳ０でスタートする。ステップＳ１でｊ＝０に設定され、ステップＳ２でＩ0が検出される。ステップＳ３で第１および第２吸引ポンプ６，１６が運転され、第１および第２流量センサ４，１４の出力が（Ｑ0−Ｑ1）がＱ1になるように第１および第２流量調整器８，１８で流量調整される。ステップＳ４でｊ＝ｊ＋１とされ、ステップＳ５でｊ＋１＝６０か否かが判断され、これが否定されると、ステップＳ６に進み、Ｉj+1が検出される。ステップＳ７でＩj+1／Ｉjの比が計算され、ステップＳ８で、上に述べた演算手法でＰＭ２．５、ＰＭ２．５ＣおよびＴＰＳが演算され、ステップＳ９で演算結果が記録計３２に記録され、ステップＳ４に戻る。ステップＳ５でｊ＋１＝６０になれば、すなわち１時間経過すればステップＳ１０で第１および第２吸引ポンプ６，１６が停止し、ステップＳ１１で一連の測定が終了する。テープ送り機構２７を作動させて、次の測定がスタートする。
【００２７】
図６は、図１に示す浮流粒子状物質の連続測定装置１を用いて、大気中の浮遊粒子状物質を２日間連続測定した結果の一例を示すグラフである。図６に示されるように横軸の各時刻毎に、実際の測定結果では全浮遊粒子状物質ＴＰＳが記録されているが、微小浮遊粒子状物質の量を表す曲線と重なる部分が多く見難いため、図６ではＴＰＳ−ＰＭ２．５の量を粗大浮遊粒子状物質量として記した。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、分級器によってＣＰのみを含む空気と、ＦＰのみを含む空気とに分級され、各々の空気が連続してテープ状フィルタの異なる位置を透過して吸引される。これによって、テープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量が各別に連続自動的に測定され、これとフィルタを透過した大気量の積算値とから大気中の浮遊粒子状物質の含有量と、微小浮遊粒子状物質の含有量とが各別に連続自動的に記録される。これによって、人の健康に影響を及ぼす微小浮遊粒子状物質を別に連続自動的に測定できる。
【００２９】
微小浮遊粒子状物質の測定をβ線吸収方式と光散乱方式とによって行い、これによって人の健康に大きく影響し、ディーゼル車が主排出源と考えられる元素状炭素量を別に連続自動的に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である浮遊粒子状物質の連続測定装置１のブロック図である。
【図２】テープ状のフッ素系メンブランフィルタ３の捕集位置（第１の位置３ａおよび第２の位置３ｂ）近傍の平面図である。
【図３】バーチャルインパクタ分級器２の断面図である。
【図４】バーチャルインパクタ分級器２による分級の一例を示すグラフである。
【図５】ＣＰＵ１３の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本装置１を使用して空気中の浮遊粒子状物質を測定したときの記録計の表示の一例である。
【図７】都市部における空気中の浮遊粒子状物質の粒径分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１  浮遊粒子状物質測定装置
２  バーチャルインパクタ分級器
３  テープ状のフッ素メンブランフィルタ
３ａ  第１の位置
３ｂ  第２の位置
４，１４  流量センサ
５，１５  圧力センサ
６，１６  吸引ポンプ
８，１８  流量調整器
９，１９  β線源
１０，２０  β線検出器
１３  ＣＰＵ
２３  白色光源
２４  ガラスファイバ
２５  光検出器
２７  テープ送り機構
３１  温度センサ
３２  記録計
【図１】
0003574045.tif 000003
【図２】
0003574045.tif 000004
【図３】
0003574045.tif 000005
【図４】
0003574045.tif 000006
【図５】
0003574045.tif 000007
【図６】
0003574045.tif 000008
【図７】
0003574045.tif 000009