(57)【要約】    【課題】  エアロゾルの液滴が揮発性をもっていても、その大きさが変化する前の液滴の大きさを求めることができるようにする。    【解決手段】  被測定機器２の噴霧装置から発生したエアロゾルが希釈装置１０で希釈されて加熱装置４に導かれ、エアロゾルの液滴から溶媒が蒸発して溶質のみの微小粒子となる。荷電装置６により荷電粒子となった微小粒子は分型電気移動度測定装置８に導入され、分級されて計数される。演算制御装置１２は噴霧装置でエアロゾルを生成する溶液の濃度と微分型電気移動度測定装置８で測定された粒子の大きさとから、溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを算出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾルを生成する液として、非揮発性溶質が溶媒に溶解した溶液を用い、
噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴から溶媒を蒸発させて溶質のみの微小粒子とするステップと、
前記液滴が微小粒子となる過程又はその前後において前記液滴又は微小粒子を帯電させるステップと、
前記両ステップを経て得られる荷電粒子を微分型電気移動度測定装置により分級して計数するステップと、
前記溶液の濃度と前記微分型電気移動度測定装置で測定された粒子径とから液滴の溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを算出するステップと、を備えたことを特徴とする液滴評価方法。
【請求項２】
噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴から溶媒を蒸発させて溶質のみの微小粒子とする加熱装置と、
前記液滴が微小粒子となる過程又はその前後において前記液滴又は微小粒子を帯電させる荷電装置と、
前記両装置を経て得られる荷電粒子を分級して計数する微分型電気移動度測定装置と、
前記噴霧装置でエアロゾルを生成する溶液の濃度と前記微分型電気移動度測定装置で測定された粒子の大きさとから、溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを算出する演算制御装置と、を備えたことを特徴とする液滴評価装置。
【請求項３】
前記演算制御装置は前記加熱装置の加熱温度制御も行なう請求項２に記載の液滴評価装置。
【請求項４】
前記噴霧装置から発生したエアロゾルを希釈ガスにより希釈した状態で前記加熱装置に導く希釈装置をさらに備えている請求項２又は３に記載の液滴評価装置。
【請求項５】
前記演算制御装置は前記希釈装置の希釈条件制御も行なう請求項４に記載の液滴評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エレクトロスプレーなど微小なエアロゾル液滴を噴霧する機器において、揮発性のある噴霧液滴の大きさを測定するための方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小なエアロゾル粒子を測定する方法として、レーザ回折法による粒度分布計測法（特許文献１参照。）、微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ）を用いる方法（特許文献２参照。）などが行われている。
【０００３】
レーザ回折法による粒度分布計測では、レーザ回折／散乱式の粒度分布測定装置を用い、被測定粒子群を媒体中に分散させ、その分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射することによって得られる回折／散乱光の強度分布を測定し、その測定結果からフラウンホーファ回折理論又はミー散乱理論に基づく演算によって被測定粒子群の粒度分布を求める。
【０００４】
微分型電気移動度測定装置を用いる方法では、同装置内で帯電した微粒子の電場中での移動速度（電気移動度）の違いを利用して微粒子の粒径を測定する。
【特許文献１】特許第３５５５３０２号公報
【特許文献２】特許第３４５９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
噴霧装置から発生したエアロゾルの液滴が揮発性をもっている場合、エアロゾル中の液滴は短時間のうちに蒸発が進み、その大きさが変化してしまう。そこで、大きさが変化する前のエアロゾル内での液滴の大きさを測定したいという要請がある。
【０００６】
レーザ回折式の測定方法は、噴霧された液滴のノズルから一定の位置の粒子径分布を測定することができるので、液滴の大きさが変化するまでの短時間のうちに測定することができる。しかしながら、その測定方法には測定できる粒子の大きさに制約があり、サブミクロンより大きい領域の粒子しか測定することができない。
【０００７】
一方、微分型電気移動度測定装置を用いると、レーザ回折式の測定方法より小さい領域の粒子の測定が可能となり、ナノ粒子（１００ｎｍ以下）と称される領域の微小粒子まで測定することができるようになる。しかし、微分型電気移動度測定装置では、エアロゾルの液滴をサンプリングして装置内部まで導入するのに時間がかかり、液滴の大きさが変化する目安と考えられる１秒以内に測定対象の液滴を装置内に導入して測定することは困難である。
【０００８】
本発明は噴霧装置から発生したエアロゾルの液滴が揮発性をもっていて、しかもその大きさがレーザ回折式の測定方法では測定が困難な微小な粒子であっても、その微小粒子の大きさが変化する前の液滴の大きさを求めることのできる方法と装置を提供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】
本発明の液滴評価方法は、エアロゾルを生成する液として、非揮発性溶質が溶媒に溶解した溶液を用い、噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴から溶媒を蒸発させて溶質のみの微小粒子とするステップと、前記液滴が微小粒子となる過程又はその前後において前記液滴又は微小粒子を帯電させるステップと、前記両ステップを経て得られる荷電粒子を微分型電気移動度測定装置により分級して計数するステップと、前記溶液の濃度と前記微分型電気移動度測定装置で測定された粒子径とから液滴の溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを算出するステップとを備えている。
【００１０】
エアロゾルを生成する液として、非揮発性溶質が溶媒に溶解した溶液を用いることにより、噴霧した液滴の溶媒を蒸発させて液滴中に含まれる溶質を析出させて微小粒子とし、その大きさを測定することで、噴霧された直後で溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを計算により求める。エアロゾルを生成する溶液中での溶質濃度は予めわかっているので、析出した溶質量から溶媒が蒸発する前の液滴の溶液量を計算で求めることができる。
【００１１】
本発明の液滴評価装置は、噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴から溶媒を蒸発させて溶質のみの微小粒子とする加熱装置と、前記液滴が微小粒子となる過程又はその前後において前記液滴又は微小粒子を帯電させる荷電装置と、前記両装置を経て得られる荷電粒子を分級して計数する微分型電気移動度測定装置と、前記噴霧装置でエアロゾルを生成する溶液の濃度と前記微分型電気移動度測定装置で測定された粒子の大きさとから、溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを算出する演算制御装置とを備えている。
【００１２】
噴霧装置から発生したエアロゾルを希釈ガスにより希釈した状態で前記加熱装置に導く希釈装置をさらに備えていることが好ましい。
前記演算制御装置は前記加熱装置の加熱温度制御と前記希釈装置の希釈条件制御の一方又は両方を行なうようになっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
噴霧された液滴が揮発性である場合は、液滴の蒸発により粒子径が短時間のうちに変化するので、液滴の大きさを直接的に測定することは困難である。しかし、本発明では、液滴の溶媒が蒸発して最終的に溶質のみの微小粒子に到達した時点で液滴の液量に比例して残留する非揮発性溶質成分の大きさ、すなわち量を測定することにより、溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを計算により推定することができる。
【００１４】
噴霧装置から発生したエアロゾルを希釈ガスにより希釈した状態で加熱装置に導く希釈装置を備えている場合には、微小粒子の密度を低下させて微分型電気移動度測定装置での測定を容易にするとともに、微小液滴の溶媒の蒸発を促進する上で好都合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１の概略図を参照して、一実施例の液滴評価装置を説明する。
２は噴霧装置を備えた被測定機器であり、例えば原子吸光測定装置やエレクトロスプレーイオン化質量分析装置などである。原子吸光測定装置は試料溶液を液滴として噴霧するために噴霧装置としてアトマイザーを備えている。エレクトロスプレーイオン化質量分析装置は噴霧装置として大気圧下で試料をイオン化することのできるエレクトロスプレーイオン化装置を備えている。そのような被測定機器２では、測定対象のイオンを含む溶液が試料溶液として吸引され、アトマイザーやエレクトロスプレーイオン化装置からエアロゾルとして噴霧されるが、ここではそのエアロゾルの液滴を評価するための試験液として、純水な水にわずかな非揮発性溶質を溶解させた溶液を調製して使用する。
【００１６】
４は被測定機器２の噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴から溶媒を蒸発させて溶質のみの微小粒子とする加熱装置である。加熱装置４はエアロゾルが接触せずに通過する空洞をもち、その空洞をエアロゾルが通過する間に液滴から溶媒がすべて蒸発するように、空洞の長さ及び温度が設定されている。加熱装置４を経ることによりエアロゾル中の液滴から溶媒がすべて蒸発して、非揮発性溶質のみが残り、微小粒子となる。
【００１７】
６はエアロゾル中の液滴が加熱装置４で微小粒子となる過程又はその前後において液滴又は微小粒子を帯電させる荷電装置である。荷電装置６は微分型電気移動度測定装置８のエアロゾル導入部に従来から備えられており、この実施例でもそのような荷電装置を使用することができる。
【００１８】
８は加熱装置４で溶質のみとなった微小粒子が導入される微分型電気移動度測定装置であり、例えば特許文献２に記載されているものを使用することができる。微小粒子は微分型電気移動度測定装置８に導入されるときには荷電装置６により帯電させられて荷電粒子となっている。微分型電気移動度測定装置８では、導入された荷電粒子が分級して計数され、その荷電粒子の粒径分布が求められる。
【００１９】
この実施例では、被測定機器２の噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴の蒸発を促進するとともに、微小粒子濃度を下げて微分型電気移動度測定装置８での測定を容易にするために、噴霧装置から発生したエアロゾルを希釈ガスにより希釈した状態で加熱装置４に導く希釈装置１０が、被測定機器２と加熱装置４の間に配置されている。
【００２０】
１２は演算制御装置であり、例えば汎用のパーソナルコンピュータ又は専用のＣＰＵにより実現することができる。演算制御装置１２は噴霧装置でエアロゾルを生成する溶液の濃度と微分型電気移動度測定装置８で測定された粒子の大きさとから、溶媒が蒸発する前の液滴の大きさを算出するプログラムを備えている。その溶液の濃度及び溶質の比重は、その溶液を調製したときにわかっているので、それをデータとして演算制御装置に入力しておけば、微分型電気移動度測定装置８で測定された粒子の大きさから液滴に含まれていた溶質の重量が計算でき、その重量の溶質が含まれていた液滴の体積、すなわち液滴の大きさが計算により求められる。このような計算は演算制御装置１２に保持されるプログラムにより自動的に実行され、その結果が表示装置に表示される。
【００２１】
この実施例の動作について、水を噴霧して水滴のエアロゾルを作成する噴霧装置の液滴の大きさを評価する場合を説明する。
エアロゾルを作成する溶液として、純水な水にわずかな非揮発性溶質、例えば０.１ｗｔ％程度のＮａＣｌ（塩化ナトリウム）を溶解させた溶液を調製する。この水溶液を噴霧器で噴霧したときの液滴の大きさを次のようにして計算により推定する。
【００２２】
被測定機器２の噴霧装置から発生したエアロゾル中の液滴は、希釈装置１０で微粒子を含まない希釈ガスにより希釈されながら加熱装置４中を通過し、その通過中に液滴の溶媒である水が完全に蒸発する。液滴からの水の蒸発により、液滴に溶解していたＮａＣｌは析出し微粒子となる。この微粒子は電気移動度測定装置８に導入されるが、電気移動度測定装置８に導入される時点では、その微粒子は荷電装置６により帯電されられて荷電粒子となっている。電気移動度測定装置８内では荷電粒子は電場中での移動速度（電気移動度）の違いにより分離され、微粒子の粒径が測定される。
【００２３】
ＮａＣｌの比重は既知であるので、演算制御装置１２ではＮａＣｌ粒子径が粒子質量に変換される。さらに、水に溶解していたＮａＣｌの濃度が既知であるので、演算制御装置１２ではそのＮａＣｌ粒子質量から液滴の体積、すなわち液滴の大きさが計算により求められる。
ここでは、溶媒として水、溶質としてＮａＣｌを取り上げたが、溶媒と溶質はこれに限らず、溶媒としては揮発性であればよく、溶質としては非揮発性であればよい。
【００２４】
図１の実施例では、荷電装置６を被測定機器２の噴霧装置とは別のものとして構成された例を示しているが、荷電装置６を被測定機器２の噴霧装置と一体的に構成されていてもよい。例えば、エレクトロスプレー装置では噴霧されるときに電圧が印加されて荷電粒子のエアロゾルが発生する。本発明ではエアロゾル中の液滴を帯電させる段階は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、原子吸光測定装置のアトマイザーや質量分析装置のエレクトロスプレーイオン化装置、又はその他の機器でエアロゾルを発生する装置において、エアロゾル中の液滴の大きさを測定するのに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施例の構成を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
２      噴霧装置を備えた被測定機器
４      加熱装置
６      荷電装置
８      微分型電気移動度測定装置
１０      希釈装置
１２      演算制御装置
【図１】
2006250740.tif 000003