(57)【要約】     【課題】    リアルタイムにエアロゾルを分析できる装置を提供する。    【解決手段】    ＤＭＡ（微分型電気移動度測定器）１は、微粒子を外部に取り出すためのスリット１２を有する中心ロッド１３と、微粒子供給部４と、分析対象ガス成分を含まないガスで置換するためのシースガス導入口７を備えており、帯電エアロゾルはシースガス中の微粒子となって、ＤＭＡ１中の電圧によって分級する。分級された粒子は加熱装置４１によって加熱され、ＤＭＡ２に導入される。ＤＭＡ２とＤＭＡ１によって分級された粒径分布を比較することにより、粒径分布変化を測定する。ファラデーカップ電流計１４，３４で電荷を測定し粒子数を計測する。加熱装置４１で揮発したガスは、取出し口３０からシースガスと混ざらずに外部に取り出され、分析機器４３で粒子を構成していた揮発生成分を測定することができる。    【選択図】  図１
2006084303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル試料を帯電させる帯電機能を有し、試料中のガスを分析対象ガス成分を含まないシースガスで置換するとともに、試料中の微粒子を分級して取り出す第１のＤＭＡと、
前記ＤＭＡにより分級して取り出された微粒子を加熱する装置と、
前記加熱装置で加熱されて出てくる微粒子と発生したガスを取り込み、微粒子を分級し、微粒子とガスを別々に取り出す第２のＤＭＡと、
前記第２のＤＭＡのガス出口に接続されたガス分析機器と、を備えたエアロゾル分析装置。
【請求項２】
前記ガス分析機器は、取り込んだガスに酸素を添加し、加熱して酸化させた後に分析するものである請求項１に記載のエアロゾル分析装置。
【請求項３】
前記ガス分析機器は、ＣＯ2，ＳＯx又はＮＯxを測定するものである請求項２に記載のエアロゾル分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ガス中に含まれるエアロゾルの成分を分析するために適用されるエアロゾル分析装置に係り、特にエアロゾルに含まれる微粒子の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）成分のリアルタイム計測を可能にし、かつ精度よく行なえるようにしたエアロゾル分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアロゾルとは分散媒体がガスで、分散質が液体または固体であるコロイドを示す。分散質が液体の場合には、エアロゾルは、霧、もや、雲等となり、分散質が固体の場合には、ちり、煙等となる。このエアロゾルの微粒子の構成成分の測定は、環境状態の評価や健康影響などの研究分野において重要な意味を持つ（特許文献１参照。）。
【０００３】
エアロゾルの測定としては、例えば大気汚染測定がある。環境汚染や近年の大気汚染の原因となる車の排気ガスや工業プラントの排煙には、硫黄化合物（ＳＯx，Ｈ2Ｓ等）、窒素化合物（ＮＯx，ＮＨ3等）、炭化水素等が含まれ、これらは化学反応または光化学反応によって硫酸塩又は硝酸塩となり、大気中の水蒸気を吸収して液体状のエアロゾルとなる。
【０００４】
測定方法の例としては、エアロゾルをＬＶＳ(Low Volume Sample)などによりフィルタに捕集した後、溶媒にとかしてＬＣ（液体クロマトグラフィ）分析する方法や、試料を加熱して有機物を揮発させ、その後揮発物に酸素を加えたガス中でさらに高温に加熱して酸化させ、揮発性有機化合物の総量を定量する方法がある。
【０００５】
微分型電気移動度測定器（ＤＭＡ(Differential mobility analyzer)）（特許文献２参照。）は、微粒子の粒径を効率的かつ広範囲にわたって測定できる装置であることが知られており、エアロゾルを分級することが可能である。
【特許文献１】特開平０９−１８４８０８号公報
【特許文献２】特開２０００−４６７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来エアロゾルを分析する場合、微粒子の分析が難しいことからリアルタイムで計測することが困難であった。
本発明は、ＤＭＡを用いてリアルタイムに微粒子の成分を分析できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１は本発明で提案するエアロゾル分析装置の全体構成図であり、図２は本発明で使用するＤＭＡの装置図である。
本発明は、エアロゾル試料を帯電させる帯電機能を有し、試料中のガスを分析対象ガス成分を含まないシースガスで置換するとともに、試料中の微粒子を分級して取り出す第１のＤＭＡと、前記ＤＭＡにより分級して取り出された微粒子を加熱する装置と、前記加熱装置で加熱されて出てくる微粒子と発生したガスを取り込み、微粒子を分級し、微粒子とガスを別々に取り出す第２のＤＭＡと、前記第２のＤＭＡのガス出口に接続されたガス分析機器を備えたエアロゾル分析装置である。
【０００８】
本発明では、ＤＭＡは分級した微粒子の流路にファラデーカップ電流計のような計測器が設けられており、分級した微粒子の粒子数を計数することができる。
エアロゾルは第１のＤＭＡで帯電され、粒子の電気移動度に応じて分級される。分級された微粒子はシースガス中に浮遊した状態となって粒子数が計数され、帯電したまま予め指定した温度に加熱された後、第２のＤＭＡに導かれる。
【０００９】
その加熱により揮発した有機化合物は帯電していない状態なので、第２のＤＭＡでは帯電微粒子と分離され、第２のＤＭＡにおけるシースガスの流れと混ざることなく、シースガスの出口とは別の出口から取り出すことができる。
エアロゾル中の微粒子は、その粒子成分の揮発性及び加熱温度に依存して粒子径が変化し、第２のＤＭＡにおいても分級されて粒子数が計数される。第２のＤＭＡと第１のＤＭＡの粒径分布比較によって微粒子の粒径変化を測定することができ、加熱による微粒子の変化を正確に観察することができる。
【００１０】
第２のＤＭＡに接続されたガス分析機器は、例えば、第２のＤＭＡで微粒子から分級されたガスに酸素を添加し、加熱して酸化させた後に分析するものであり、燃焼後のＣＯ2，ＳＯx又はＮＯxを測定する機器とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、エアロゾル試料を帯電させ、第１のＤＭＡで試料中のガスを分析対象ガス成分を含まないシースガスで置換し試料中の微粒子を分級し、取り出して加熱した微粒子を第２のＤＭＡで再度分級することで、加熱による微粒子の分級及び粒子径分布の変化がわかる。
【００１２】
分析装置に、ＣＯ2、ＳＯx、又はＮＯxの計測器を設置することで、微小粒子の揮発性有機化合物成分のリアルタイム計測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を用いた一実施例を詳細に説明する。
図１（Ａ）は本発明で提案するエアロゾル分析装置の全体構成図を示しており、試料ガス中の微粒子を帯電させる帯電装置４０、第１のＤＭＡ（ＤＭＡ１）、第２のＤＭＡ（ＤＭＡ２）、ＤＭＡ１で分級された微粒子がＤＭＡ２に導かれる途中で加熱して微粒子に付着した揮発成分を揮発させる加熱装置４１、ＤＭＡ２から取り出された目的ガス成分を酸化する燃焼装置４２、及び燃焼装置４２で酸化物となった目的成分ガスを測定する分析装置４３，４４を備えている。各装置のつながりは、試料ガスが帯電装置４０、ＤＭＡ１、加熱装置４１、ＤＭＡ２、及び燃焼装置４２を経て分析装置４３又は４４の順に流れるように構成されている。
【００１４】
ＤＭＡ１，２は、囲み体５，２５と、囲み体５，２５の内部に設置されて、分級された微粒子を外部に取り出すためのスリット１２，３２を有する中心ロッド１３，３３と、正に帯電した微粒子および負に帯電した微粒子が混在した帯電粒子を、囲み体５，２５と中心ロッド１３，３３の間に供給する微粒子供給部４，２４とを備えている。
囲み体５，２５と中心ロッド１３，３３間に所定の電圧を印加することにより、特定の粒子径をもつ荷電粒子が中心ロッド１３，３３のスリット１２，３２に入り、分級される。
シースガスはフィルタ８，２８を通過してＤＭＡ１，２内に供給され、排出口９，２９から外部に排出される。
ＤＭＡ１で分級された荷電粒子を含むガスは、加熱装置４１を通過してＤＭＡ２に導かれ、微粒子供給部２４からＤＭＡ２内に供給される。分級される微粒子は中心ロッド３３方向に分級され、揮発して帯電していないガスは取出し口３０から燃焼装置４２の方向に取り出される。
【００１５】
ＤＭＡ１の構造はＤＭＡ２とほぼ同じ構造であるが、揮発したガスを取り出すための取出し口３０は有していない。
ＤＭＡ１、ＤＭＡ２ともに装置の下部には、電荷を測定することで粒子量を計量するファラデーカップ１４,３４を備えている。荷電粒子がファラデーカップを通過すると電荷を失う。
【００１６】
シースガスの引込口７，２７はＤＭＡ１，２の上部に設けられ、引込口７，２７の下部にはシースガス１６の流れを整え、不純物を除去するフィルタ８，２８が取り付けられている。引込口７，２７から供給されたシースガス１６は、囲み体５，２５と中心ロッド１３，３３の間を流れ、囲み体５，２５の下部に設けられた排出口９，２９からポンプ等により外部に排出され、その一部はスリット１２，３２から分級された微粒子とともに外部に取り出されるようになっている。
【００１７】
試料中のガス成分とともに、中心ロッド１３，３３のスリット１２，３２を経て分級されて取り出された微粒子は、シースガス１６とともに連通管１５，３５を経て外部に取り出される。
装置の下部には電荷を測定することで、連通管１５，３５を通る分級された粒子の個数を計測できるファラデーカップ電流計１４，３４を備えている。
ＤＭＡ１では連通管１５は分岐され、分級されてシースガスとともに導かれる荷電粒子の一部はファラデーカップ１４に導かれ、残りはＤＭＡ２側に供給される。
【００１８】
次に、図２（Ａ）〜（Ｃ）によりＤＭＡによる分級について説明する。
図２はＤＭＡ２について示したものであるが、荷電粒子を分級する構造はＤＭＡ１についても同じである。（Ａ）はＤＭＡ２の全体図であり、（Ｂ），（Ｃ）は分級が行なわれる領域の説明図である。
微粒子供給部２４と囲み体２５及び中心ロッド３３の間には、（Ｂ）に示されるように、囲み体２５と中心ロッド３３の間に接続された可変電圧源１０によって、所定電圧が印加されるようになっている。
【００１９】
中心ロッド３３に正電圧、囲み体２５に負電圧が印加される場合、微粒子供給部２４と中心ロッド３３との間には、負に帯電した微粒子を微粒子供給部２４側から中心ロッド３３側へ移動させるような電位差が生じる状態（状態１）となる。
中心ロッド３３に負電圧、囲み体２５に正電圧が印加される場合、微粒子供給部２４と中心ロッド３３との間には、正に帯電した微粒子を微粒子供給部２４側から中心ロッド３３側へ移動させるような電位差が生じる状態（状態２）になる。
以下の実施例の説明では、中心ロッド３に負に帯電した微粒子が移動して分級する状態１の場合について記載する。本発明は、状態１の場合に限定されず、状態２の場合や、微粒子が囲み体２５側に分級する場合も同様に実施できる。
【００２０】
次に、試料ガスの流れに沿って、装置の実施例を説明する。
試料ガスは帯電装置４０を通過することで帯電され、帯電エアロゾルとなる。帯電エアロゾルは、ＤＭＡ１の試料供給口１１から装置内に導入され、微粒子供給部４へと導かれる。
図２（Ｂ）に示すように、微粒子供給部４から放出される帯電エアロゾルは、シースガス１６によって下部１８方向に導かれつつ、中心ロッドのスリット１２に分級される。
このとき電位を調節することで、特定の粒径を持つ微粒子成分だけを分級することができる。
【００２１】
例えば、分級される前の帯電エアロゾルは、横軸に粒子サイズ、縦軸に粒子数を示す粒径分布で表すと、図１（Ｂ）のような分布をもつが、分級することで、図１（Ｂ）中に斜線で示す粒径の粒子を分級することができる。
分級して中心ロッド１３から取り出される微粒子を含むエアロゾルは、その媒体がシースガス供給口７から供給されるシースガスで置換される。例えばシースガスに窒素を用いた場合、分級して取り出される微粒子は窒素中に浮遊した状態となる。
分級された成分は連通管１５の分岐点を経て、ファラデーカップ１４と加熱装置４１に導かれる。
【００２２】
加熱装置４１に導入された微粒子を含むガス成分のうち、加熱温度より低い温度で揮発する微粒子の成分は揮発してガス状となり、残りの成分自体は微粒子の粒子サイズが小さくなり、帯電したまま加熱装置４１から取り出され、ＤＭＡ２に供給される。
ＤＭＡ２に供給されるガス中の成分は、シースガスと微粒子から揮発したガス状有機化合物成分及び揮発しなかった帯電微粒子成分である。帯電微粒子成分を含むガスはＤＭＡ２の供給口３１から導入され、微粒子供給部２４に導かれる。
【００２３】
ＤＭＡ２の微粒子供給部２４から放出されるガスのうち、加熱装置４１で揮発していない微粒子は帯電した状態である。
図２（Ｂ）に示すＤＭＡ２と同様に、微粒子供給部２４から放出される帯電エアロゾルは、シースガスによって下部方向に導かれつつ、中心ロッド３３にかかる電位によって分級される。このとき電位を調節することで、特定の粒径を持つ微粒子成分だけを分級することができる。
【００２４】
分級された粒子を含むガス成分はシースガスに浮遊した微粒子として存在し、例えばシースガスに窒素を用いた場合、微粒子は窒素中に浮遊した状態となる。
加熱装置４１により揮発したガス成分は、ＤＭＡ２装置内の壁に沿って流れ、取出し口３０から取り出される。中心ロッド３３に分級した微粒子はファラデーカップ電流計３４で粒子数を計測した後排出される。
シースガスは排出口２９から外部に排出される。
【００２５】
図１（Ｃ）はＤＭＡ２で分級された後の粒子分布の模式図であり、横軸に粒子サイズ、縦軸に粒子数を示している。
加熱装置４１によって加熱されることにより、粒子中の揮発分子分が減少して粒子サイズが小さくなり、粒径分布は図の左側にシフトする。すなわち、粒径の平均値はｘ1＞ｘ2となる。ｘ1、ｘ2の値を測定することにより、エアロゾル中の特定粒径サイズの、加熱による粒径サイズ変化が得られる。
揮発したガス成分は、ＤＭＡ２で、シースガスと混ざることなく、ほとんど希釈されないで、ＤＭＡ２の取出し口３０から取り出すことができ、取り出されたガス成分は燃焼装置４２によって完全燃焼させられ、有機化合物の成分を、ＣＯ2計４３で炭素量、ＳＯ2計４４で硫黄量として分析することができる。
【００２６】
ＤＭＡ２を用いることにより、加熱装置４１で揮発したガス成分の濃度を分析装置４３，４４で求め、ファラデーカップ電流計３４により揮発しなかった成分の粒子数を算出することができ、エアロゾル中の粒子成分を知ることができる。
【００２７】
本実施例ではシースガスとして純窒素ガスを用いたが、測定成分を含まないガスであればアルゴンガスなど、他のガスであってもよい。
本発明は前記実施例のみに限定されず、分級された粒子の処理方法として、加熱及び燃焼の温度を変えて施しても実施可能である。
また、シースガスの排出口２９と分析機器への取出し口３０の位置等を変更しても実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は大気試料や排気ガス測定などの測定機器として、エアロゾルの揮発性有機化合物成分をリアルタイムに計測するのに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（Ａ）は本発明で提案するエアロゾル分析装置の全体構成図であり、（Ｂ）はＤＭＡ１による粒径分布、（Ｃ）はＤＭＡ２による粒径分布を示している。
【図２】微分型電気移動度測定器（ＤＭＡ）の装置図であり、（Ａ）はＤＭＡ、（Ｂ）はＤＭＡの微粒子分級部、（Ｃ）は微粒子分級部の拡大図を示している。
【符号の説明】
【００３０】
４，２４      微粒子供給部
５，２５      囲み体
７，２７      シースガス供給口
８，２８      フィルタ
９，２９      排出口
１３，３３      中心ロッド
１１，３１      試料（エアロゾル）供給口
１２，３２      スリット
１４，３４      ファラデーカップ電流計
１５，３５      連通管
３０            取出し口
４０            加熱装置
４１            帯電装置
４２            燃焼装置
４３，４４      分析機器
【図１】
2006084303.tif 000003
【図２】
2006084303.tif 000004