(57)【要約】【課題】大気等の雰囲気ガス中の浮遊微粒子を構成する元素の定性および定量分析を高精度かつ短時間で連続的に行うことができる微粒子分析装置を提供する。【解決手段】雰囲気ガス中に浮遊する微粒子を雰囲気ガスと共にサンプリングするサンプリング手段と、サンプリングした微粒子に対してレーザー光を照射し、レーザー光を照射した際に生じる散乱光の強度に基づきサンプリングした微粒子の総質量濃度を測定する微粒子総質量濃度測定手段と、微粒子総質量濃度測定手段で総質量濃度を測定した微粒子を大気圧励起源でイオン化し、微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を微粒子総質量濃度測定手段で測定した総質量濃度に基づき定量分析する質量分析手段とを備え、質量分析手段が、微粒子をイオン化した際の微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するイオン強度検出手段と、微粒子を構成する各元素の量を算出する演算手段とを備えることを特徴とする微粒子分析装置である。【選択図】図１
2011169884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雰囲気ガス中に浮遊する微粒子を雰囲気ガスと共にサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段でサンプリングした微粒子に対してレーザー光を照射し、該レーザー光を照射した際に生じる散乱光の強度に基づきサンプリングした微粒子の総質量濃度を測定する微粒子総質量濃度測定手段と、
前記微粒子総質量濃度測定手段で総質量濃度を測定した微粒子を大気圧励起源でイオン化し、微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した総質量濃度に基づき定量分析する質量分析手段と、
前記サンプリング手段と前記質量分析手段との間に設けられて、前記雰囲気ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換手段と、
を備え、
前記質量分析手段が、微粒子をイオン化した際の微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するイオン強度検出手段と、微粒子を構成する各元素について、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘおよび微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと感度係数ａｉとの積の和Σ（Ｉｉ×ａｉ）を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×Ｉｘ×ａｘ／Σ（Ｉｉ×ａｉ）を算出する演算手段とを備えることを特徴とする、微粒子分析装置。
【請求項２】
前記大気圧励起源がマイクロ波誘導プラズマであることを特徴とする、請求項１に記載の微粒子分析装置。
【請求項３】
前記サンプリング手段が、微粒子を分級してサンプリングするための分級手段を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の微粒子分析装置。
【請求項４】
前記不活性ガス置換手段と前記質量分析手段との間に設けられ、不活性ガス置換手段で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給手段を更に備え、
前記質量分析手段が、前記微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、
前記イオン強度検出手段が、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、
前記演算手段が、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘの比Ｉｘ／Ｉｓ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を算出する、請求項１〜３の何れかに記載の微粒子分析装置。
【請求項５】
前記不活性ガス置換手段よりも上流側に設けられ、不活性ガス置換手段へバックグラウンド雰囲気を前記サンプリング手段でサンプリングした微粒子と切り替え可能に供給するバックグラウンド雰囲気供給手段を更に備え、
バックグランド雰囲気を供給した際には、
前記不活性ガス置換手段が、バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換し、
前記質量分析手段が、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子を大気圧励起源でイオン化し、
前記イオン強度検出手段が、前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出し、そして、
前記演算手段が、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘと前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘとの差Ｉｘ−Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉとの差Ｉｉ−Ｉｂｉと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ−Ｉｂｘ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を算出する、請求項１〜３の何れかに記載の微粒子分析装置。
【請求項６】
前記不活性ガス置換手段よりも上流側に設けられ、不活性ガス置換手段へバックグラウンド雰囲気を前記サンプリング手段でサンプリングした微粒子と切り替え可能に供給するバックグラウンド雰囲気供給手段を備え、バックグランド雰囲気を供給した際には、前記不活性ガス置換手段が、バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換し、
前記不活性ガス置換手段と前記質量分析手段との間に設けられ、不活性ガス置換手段で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物、或いは、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給手段を更に備え、
前記質量分析手段が、前記微粒子および前記標準ガス成分、或いは、前記バックグラウンド微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、
前記イオン強度検出手段が、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度、或いは、前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、そして、
前記演算手段が、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓ、前記バックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓ、並びに、前記微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと前記バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓに対する前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉの比Ｉｂｉ／Ｉｂｓとの差Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ−Ｉｂｘ／Ｉｂｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を算出する、請求項１〜３の何れかに記載の微粒子分析装置。
【請求項７】
雰囲気ガス中に浮遊する微粒子を雰囲気ガスと共にサンプリングするサンプリング工程と、
前記サンプリング工程でサンプリングした微粒子に対してレーザー光を照射し、該レーザー光を照射した際に生じる散乱光の強度に基づきサンプリングした微粒子の総質量濃度を測定する微粒子総質量濃度測定工程と、
前記微粒子総質量濃度測定工程で総質量濃度を測定した微粒子を大気圧励起源でイオン化し、微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した総質量濃度に基づき定量分析する質量分析工程と、
前記サンプリング工程と前記質量分析工程との間で、前記雰囲気ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換工程と、
を含み、
前記質量分析工程が、微粒子をイオン化した際の微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するイオン強度検出工程と、微粒子を構成する各元素について、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘおよび微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと感度係数ａｉとの積の和Σ（Ｉｉ×ａｉ）を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×Ｉｘ×ａｘ／Σ（Ｉｉ×ａｉ）を算出する演算工程とを更に含むことを特徴とする、微粒子分析方法。
【請求項８】
前記大気圧励起源がマイクロ波誘導プラズマであることを特徴とする、請求項７に記載の微粒子分析方法。
【請求項９】
前記サンプリング工程が、微粒子を分級してサンプリングするための分級工程を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の微粒子分析方法。
【請求項１０】
前記不活性ガス置換工程と前記質量分析工程との間に設けられ、不活性ガス置換工程で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給工程を更に備え、
前記質量分析工程で、前記微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、
前記イオン強度検出工程で、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、
前記演算工程で、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘの比Ｉｘ／Ｉｓ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を算出する、請求項７〜９の何れかに記載の微粒子分析方法。
【請求項１１】
バックグラウンド雰囲気をサンプリングするバックグラウンド雰囲気サンプリング工程と、
前記バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換するバックグラウンド用不活性ガス置換工程と、
前記バックグラウンド用不活性ガス置換工程の後で、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子を大気圧励起源でイオン化し、該バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するバックグラウンド用イオン強度検出工程と、
を更に含み、
前記演算工程で、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘと前記バックグラウンド用イオン強度検出工程で検出した前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘとの差Ｉｘ−Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉとの差Ｉｉ−Ｉｂｉと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ−Ｉｂｘ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を算出する、請求項７〜９の何れかに記載の微粒子分析方法。
【請求項１２】
前記不活性ガス置換工程と前記質量分析工程との間に設けられ、不活性ガス置換工程で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給工程と、
バックグラウンド雰囲気をサンプリングするバックグラウンド雰囲気サンプリング工程と、
前記バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換するバックグラウンド用不活性ガス置換工程と、
前記バックグラウンド用不活性ガス置換工程で得たバックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給するバックグラウンド用標準ガス供給工程と、
前記バックグラウンド用標準ガス供給工程の後で、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子および標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、該バックグラウンド微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出するバックグラウンド用イオン強度検出工程と、
を更に備え、
前記質量分析工程で、前記微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、
前記イオン強度検出工程で、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、そして、
前記演算工程で、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、前記バックグラウンド用イオン強度検出工程で検出した前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓ、前記バックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓ、並びに、前記微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと前記バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓに対する前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉの比Ｉｂｉ／Ｉｂｓとの差Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ−Ｉｂｘ／Ｉｂｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を算出する、請求項７〜９の何れかに記載の微粒子分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気等の雰囲気ガス中に浮遊している微粒子を分析する装置および方法に関し、特には、雰囲気ガス中の浮遊微粒子を構成する元素を定性および定量分析（元素分析）することが可能な微粒子分析装置並びに微粒子分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する関心の高まりから、大気中に浮遊している微粒子（浮遊微粒子）に対して環境基準や環境目標値が設定される傾向がある。そのため、大気中の浮遊微粒子を分析する方法が注目されている。
【０００３】
ここで、一般に、大気中に浮遊している微粒子の総量（総質量濃度）を測定する方法としては、微粒子にレーザー光を照射した際の散乱光の強度を測定することで浮遊微粒子の総質量濃度を求める光散乱法や、フィルタ上に捕集した微粒子に対してβ線を照射し、微粒子の捕集前後のβ線強度の減衰率から浮遊微粒子の総質量濃度を求めるβ線吸収法が知られている。
【０００４】
しかし、上記光散乱法およびβ線吸収法では、浮遊微粒子の総質量濃度を求めることはできるものの、浮遊微粒子を構成する元素を元素毎に定量分析する（即ち、浮遊微粒子を元素分析する）ことはできなった。そのため、光散乱法やβ線吸収法を用いた浮遊微粒子の分析では、浮遊微粒子を構成する元素の種類および量を求め、その分析結果から微粒子の発生源を推定または特定するということができなかった。
【０００５】
一方、浮遊微粒子を元素分析することができる方法としては、回分的な元素分析方法と、連続的な元素分析方法とが知られている。具体的には、浮遊微粒子の元素分析を回分的に行う方法としては、フィルタ上に浮遊微粒子を捕集し、該フィルタ上に捕集された微粒子を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）法、電子線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）法、レーザー発光分光分析法または二次イオン質量分析法などの機器分析法、或いは、化学的な処理を用いた化学分析法により分析する方法が知られている。また、浮遊微粒子の元素分析を連続的に行う方法としては、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）質量分析装置や飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）へ浮遊微粒子を連続的に導入して分析する方法が知られている。
【０００６】
しかし、浮遊微粒子の元素分析を回分的に行う方法には、フィルタ上に浮遊微粒子を捕集した後に分析を行うため分析に時間がかかるという問題点があった。また、浮遊微粒子の元素分析を回分的に行う方法のうち、機器分析法には、分析対象となる微粒子がフィルタ上に捕集された微粒子の一部に限定されるため、浮遊微粒子全体に対して正確な元素分析を行うことができないという問題があった。一方、浮遊微粒子の元素分析を連続的に行う方法には、浮遊微粒子全体に対して短時間で元素分析を行うことができるものの、浮遊微粒子の導入効率や、浮遊微粒子の励起効率またはイオン化効率が安定せず（誤差要因が大きく）、分析値が安定しないため、浮遊微粒子の定性分析や浮遊微粒子を構成する元素の量の相対的な比較を短時間で行うことはできても、浮遊微粒子を構成する元素の正確な定量分析を行うことができないという問題があった。また、特に、浮遊微粒子をイオン化して飛行時間型質量分析装置で分析する方法には、浮遊微粒子の真空中でのイオン化時に微粒子が揮散して正確な定量分析を行うことができないという問題もあった。
【０００７】
そこで、高周波誘導結合プラズマ質量分析装置または飛行時間型質量分析装置へ導入される浮遊微粒子のうち一部を計数計に分配導入して、質量分析装置へ導入される浮遊微粒子の粒子数を測定することにより、計数計で測定された浮遊微粒子の絶対量に基づき、質量分析装置で浮遊微粒子を構成する元素の正確な定量分析を連続的に短時間で行う方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００８】
しかし、計数計を用いて浮遊微粒子の絶対量に基づき元素の定量分析を行う上記方法では、サンプリングした浮遊微粒子の一部を計数計に分配導入して浮遊微粒子の絶対量を求めており、計数計と質量分析装置とで同一の粒子を測定していないので、特に流入する微粒子の量が経時変化するような場合には、分析結果に大きな誤差が生じる恐れがあり、高精度で元素分析を行うことができなかった。また、上記方法には、計数計（例えばファラデーカップ）に複数の粒子が同時に導入された場合に、該複数の粒子を単一の粒子として分析してしまい、分析結果に大きな誤差が生じる恐れもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２８８６０１号公報
【特許文献２】特開平１０−２８８６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのため、大気等の雰囲気ガス中の浮遊微粒子を構成する元素の定性および定量分析（浮遊微粒子の元素分析）を高精度かつ短時間で連続的に行うことができる微粒子分析装置並びに微粒子分析方法を開発することが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の微粒子分析装置は、雰囲気ガス中に浮遊する微粒子を雰囲気ガスと共にサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段でサンプリングした微粒子に対してレーザー光を照射し、該レーザー光を照射した際に生じる散乱光の強度に基づきサンプリングした微粒子の総質量濃度を測定する微粒子総質量濃度測定手段と、前記微粒子総質量濃度測定手段で総質量濃度を測定した微粒子を大気圧励起源でイオン化し、微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した総質量濃度に基づき定量分析する質量分析手段と、前記サンプリング手段と前記質量分析手段との間に設けられて、前記雰囲気ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換手段とを備え、前記質量分析手段が、微粒子をイオン化した際の微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するイオン強度検出手段と、微粒子を構成する各元素について、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘおよび微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと感度係数ａｉとの積の和Σ（Ｉｉ×ａｉ）を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×Ｉｘ×ａｘ／Σ（Ｉｉ×ａｉ）を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
ここで、本発明の微粒子分析装置は、前記大気圧励起源がマイクロ波誘導プラズマ（ＭＩＰ）であることが好ましい。
【００１３】
更に、本発明の微粒子分析装置は、前記サンプリング手段が、微粒子を分級してサンプリングするための分級手段を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の微粒子分析装置は、前記不活性ガス置換手段と前記質量分析手段との間に設けられ、不活性ガス置換手段で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給手段を更に備え、前記質量分析手段が、前記微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、前記イオン強度検出手段が、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、前記演算手段が、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘの比Ｉｘ／Ｉｓ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を算出することが好ましい。
【００１５】
更に、本発明の微粒子分析装置は、前記不活性ガス置換手段よりも上流側に設けられ、不活性ガス置換手段へバックグラウンド雰囲気を前記サンプリング手段でサンプリングした微粒子と切り替え可能に供給するバックグラウンド雰囲気供給手段を更に備え、バックグランド雰囲気を供給した際には、前記不活性ガス置換手段が、バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換し、前記質量分析手段が、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子を大気圧励起源でイオン化し、前記イオン強度検出手段が、前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出し、そして、前記演算手段が、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘと前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘとの差Ｉｘ−Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉとの差Ｉｉ−Ｉｂｉと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ−Ｉｂｘ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を算出することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の微粒子分析装置は、前記不活性ガス置換手段よりも上流側に設けられ、不活性ガス置換手段へバックグラウンド雰囲気を前記サンプリング手段でサンプリングした微粒子と切り替え可能に供給するバックグラウンド雰囲気供給手段を備え、バックグランド雰囲気を供給した際には、前記不活性ガス置換手段が、バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換し、前記不活性ガス置換手段と前記質量分析手段との間に設けられ、不活性ガス置換手段で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物、或いは、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給手段を更に備え、前記質量分析手段が、前記微粒子および前記標準ガス成分、或いは、前記バックグラウンド微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、前記イオン強度検出手段が、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度、或いは、前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、そして、前記演算手段が、前記微粒子総質量濃度測定手段で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出手段で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓ、前記バックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓ、並びに、前記微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと前記バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓに対する前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉの比Ｉｂｉ／Ｉｂｓとの差Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ−Ｉｂｘ／Ｉｂｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を算出することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の微粒子分析方法は、雰囲気ガス中に浮遊する微粒子を雰囲気ガスと共にサンプリングするサンプリング工程と、前記サンプリング工程でサンプリングした微粒子に対してレーザー光を照射し、該レーザー光を照射した際に生じる散乱光の強度に基づきサンプリングした微粒子の総質量濃度を測定する微粒子総質量濃度測定工程と、前記微粒子総質量濃度測定工程で総質量濃度を測定した微粒子を大気圧励起源でイオン化し、微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した総質量濃度に基づき定量分析する質量分析工程と、前記サンプリング工程と前記質量分析工程との間で、前記雰囲気ガスを不活性ガスに置換する不活性ガス置換工程とを含み、前記質量分析工程が、微粒子をイオン化した際の微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するイオン強度検出工程と、微粒子を構成する各元素について、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘおよび微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと感度係数ａｉとの積の和Σ（Ｉｉ×ａｉ）を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×Ｉｘ×ａｘ／Σ（Ｉｉ×ａｉ）を算出する演算工程とを更に含むことを特徴とする。
【００１８】
ここで、本発明の微粒子分析方法は、前記大気圧励起源がマイクロ波誘導プラズマであることが好ましい。
【００１９】
更に、本発明の微粒子分析方法は、前記サンプリング工程が、微粒子を分級してサンプリングするための分級工程を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の微粒子分析方法は、前記不活性ガス置換工程と前記質量分析工程との間に設けられ、不活性ガス置換工程で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給工程を更に備え、前記質量分析工程で、前記微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、前記イオン強度検出工程で、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、前記演算工程で、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘの比Ｉｘ／Ｉｓ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を算出することが好ましい。
【００２１】
更に、本発明の微粒子分析方法は、バックグラウンド雰囲気をサンプリングするバックグラウンド雰囲気サンプリング工程と、前記バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換するバックグラウンド用不活性ガス置換工程と、前記バックグラウンド用不活性ガス置換工程の後で、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子を大気圧励起源でイオン化し、該バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度を検出するバックグラウンド用イオン強度検出工程とを更に含み、前記演算工程で、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘと前記バックグラウンド用イオン強度検出工程で検出した前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘとの差Ｉｘ−Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、前記微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉとの差Ｉｉ−Ｉｂｉと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ−Ｉｂｘ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を算出することが好ましい。
【００２２】
また、本発明の微粒子分析方法は、前記不活性ガス置換工程と前記質量分析工程との間に設けられ、不活性ガス置換工程で得た前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給する標準ガス供給工程と、バックグラウンド雰囲気をサンプリングするバックグラウンド雰囲気サンプリング工程と、前記バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガスに置換するバックグラウンド用不活性ガス置換工程と、前記バックグラウンド用不活性ガス置換工程で得たバックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に対して標準ガス成分を含む標準ガスを供給するバックグラウンド用標準ガス供給工程と、前記バックグラウンド用標準ガス供給工程の後で、前記バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子および標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、該バックグラウンド微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出するバックグラウンド用イオン強度検出工程とを更に備え、前記質量分析工程で、前記微粒子および前記標準ガス成分を大気圧励起源でイオン化し、前記イオン強度検出工程で、前記微粒子を構成する各元素および標準ガス成分のイオン強度を検出し、そして、前記演算工程で、前記微粒子総質量濃度測定工程で測定した微粒子の総質量濃度Ａ、前記イオン強度検出工程で検出した前記微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、前記バックグラウンド用イオン強度検出工程で検出した前記バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、前記微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｓ、前記バックグラウンド微粒子と前記不活性ガスとの混合物に供給した前記標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓ、並びに、前記微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと前記バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓに対する前記バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉの比Ｉｂｉ／Ｉｂｓとの差Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を用いて微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ−Ｉｂｘ／Ｉｂｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を算出することが好ましい。
【００２３】
なお、本発明において、「感度係数」とは、イオン化効率の違い等に起因する、イオン強度検出手段またはイオン強度検出工程若しくはバックグラウンド用イオン強度検出工程における元素間の検出感度の違いを補正するための係数を指し、例えば、既知の濃度の標準物質を分析してイオン強度を測定し、測定したイオン強度を比較することにより求めることができる。具体的には、既知の濃度の標準物質を質量分析計で分析した際に得られるイオン強度に対する標準物質の濃度の比、すなわち検量線の勾配を「感度係数」とすることができる。
【００２４】
また、本発明において、「標準ガス」とは、測定対象の微粒子に含まれている元素とは分離測定可能な濃度既知の成分を含むガスを指す。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の微粒子分析装置および微粒子分析方法によれば、大気等の雰囲気ガス中の浮遊微粒子を構成する元素の定性および定量分析（浮遊微粒子の元素分析）を高精度かつ短時間で連続的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従う微粒子分析装置の一例の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に従う微粒子分析装置の他の例の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ここに、本発明の微粒子分析装置の一例は、大気中に浮遊している微粒子を構成する元素を定性および定量分析（元素分析）するための微粒子分析装置１０である。
【００２８】
ここで、図１に示すように、微粒子分析装置１０は、大気中の浮遊微粒子を大気と共にサンプリングするサンプリング手段としてのサンプリング装置１と、サンプリング装置１で浮遊微粒子と共に採取した大気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換手段としての不活性ガス置換装置２と、サンプリング装置１でサンプリングした浮遊微粒子の総質量濃度を測定する微粒子総質量濃度測定手段としての光散乱式微粒子量測定装置３と、光散乱式微粒子量測定装置３で総質量濃度を測定した浮遊微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を定量分析する質量分析手段としての質量分析装置４とを備えている。
【００２９】
サンプリング装置１は、周囲の雰囲気（大気中）から浮遊微粒子および大気を同時に吸引（サンプリング）するためのポンプ１１と、ポンプ１１でサンプリングした浮遊微粒子および大気が流れる流路を切り替える切替バルブ１２と、ポンプ１１でサンプリングした浮遊微粒子を分級するための分級器１３とを備えている。
【００３０】
ここで、ポンプ１１としては、一定の流量で浮遊微粒子および大気（雰囲気ガス）を同時にサンプリングすることができるもの、例えば、流体を用いて作り出した負圧を利用して目的物質を吸引するアスピレータ（水流ポンプ等）を用いることができる。このように、アスピレータなどを用いれば、不純物の混入を防止しつつ、サンプリングした浮遊微粒子を一定の流量、例えば０．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎで光散乱式微粒子量測定装置３および質量分析装置４へ送ることができる。なお、サンプリングした浮遊微粒子を光散乱式微粒子量測定装置３および質量分析装置４へ送る流量を０．５〜２．０Ｌ／ｍｉｎとすれば、質量分析装置４の大気圧励起源を安定して維持することができる。
【００３１】
切替バルブ１２としては、既知の二方切替弁を用いることができる。そして、微粒子分析装置１０では、この切替バルブ１２により、ポンプ１１でサンプリングした浮遊微粒子および大気の流路が、光散乱式微粒子量測定装置３および質量分析装置４へと向かう流路と、微粒子分析装置１０の外へ排出される流路との何れかに切り替えられる。従って、微粒子分析装置１０では、ポンプ１１でサンプリングした浮遊微粒子および大気のうち、一定時間採取分のみを、光散乱式微粒子量測定装置３および質量分析装置４で分析することができる。なお、本発明の微粒子分析装置では、浮遊微粒子の連続分析を行う場合には、切替バルブを設けなくても良い。
【００３２】
分級器１３としては、ポンプ１１でサンプリングした浮遊微粒子および大気の流量を変化させることなく浮遊微粒子を分級することができるもの、例えば、微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）やロープレッシャーインパクター（ＬＰＩ）を用いることができる。このように、分級器１３で予め分級した浮遊微粒子を、分級後連続して光散乱式微粒子量測定装置３や質量分析装置４で分析すれば、粒度分布が一定の範囲内に収まった浮遊微粒子を分析することができるので、大気中に浮遊する微粒子の粒径範囲が広い場合であっても、高精度な分析を行うことができる。なお、分級器１３では、浮遊微粒子を、例えば粒径２．５μｍ未満の微粒子、粒径２．５〜１０μｍの微粒子、粒径１０μｍ超の微粒子に分級することができる。また、微粒子分析装置１０では、分級器１３で分級した微粒子を、各粒径範囲ごとに全て分析しても良いし、分級したうちの一つの粒径範囲、例えば粒径２．５〜１０μｍの微粒子のみを分析しても良い。
【００３３】
不活性ガス置換装置２としては、浮遊微粒子と共にサンプリングされた大気（窒素ガス、酸素ガスなど）をアルゴンガス、キセノンガス、ネオンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスに置換することができる装置、例えば住友精化製のガス交換システムなどを用いることができる。
【００３４】
光散乱式微粒子量測定装置３としては、サンプリングした浮遊微粒子にレーザー光を照射するためのレーザー光源（図示せず）と、照射したレーザー光が浮遊微粒子により散乱された際の散乱光の強度を測定する散乱光強度測定部（図示せず）とを備える通常の光散乱式微粒子量測定装置を用いることができる。そして、この光散乱式微粒子量測定装置３では、浮遊微粒子にレーザー光を照射した際の散乱光の強度に基づき既知の方法で算出した浮遊微粒子の個数Ｎ、浮遊粒子の平均直径ＤＰを用いて、下記の式に従い浮遊微粒子の総質量濃度Ａが算出される。
Ａ＝ＫπＮ（ＤＰ）２Ｑｓ／４
Ａ：総質量濃度［μｇ／ｍ３］、Ｋ：定数［−］、Ｎ：浮遊微粒子の個数［個／ｍ３］、ＤＰ：浮遊微粒子の平均直径［μｍ］、Ｑｓ：浮遊微粒子の散乱効率［−］
【００３５】
質量分析装置４は、浮遊微粒子をイオン化するための大気圧励起源としてのマイクロ波誘導プラズマ発生器４１と、マイクロ波誘導プラズマ発生器４１で浮遊微粒子をイオン化した際のイオン化された元素のイオン強度を検出するイオン強度検出手段としてのイオン強度検出器４２と、イオン強度検出器４２で検出された各元素のイオン強度および光散乱式微粒子量測定装置３で算出された浮遊微粒子の総質量濃度に基づき浮遊微粒子を構成する元素の量を算出する演算手段としての演算器（コンピュータ）４３とを備えている。なお、質量分析装置４としては、例えば既知の四重極質量分析装置や、飛行時間質量分析装置に演算器４３を組合せたものを用いることもできる。
【００３６】
マイクロ波誘導プラズマ発生器４１としては、既知のプラズマ発生器を用いることができる。そして、このマイクロ波誘導プラズマ発生器４１では、不活性ガス置換装置２により置換された不活性ガス雰囲気下、浮遊微粒子が安定的にイオン化される。なお、本発明の微粒子分析装置では、大気圧励起源として誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生器を用いてもよいが、炭素（Ｃ）や酸素（Ｏ）などの元素を効率的にイオン化して浮遊微粒子を高精度で分析するという観点からは、特に有機系微粒子の含有比率が高い大気中の浮遊微粒子等を分析する際には、大気圧励起源としてマイクロ波誘導プラズマ発生器４１を用いることが好ましい。
【００３７】
イオン強度検出器４２としては、既知のイオン検出器を用いることができる。そして、このイオン強度検出器４２では、検出されたイオン種から浮遊微粒子を構成する元素が定性されると共に、各イオン種（元素）のイオン強度が測定される。
【００３８】
そして、質量分析装置４の演算器４３では、イオン強度検出器４２で検出した各イオン種（元素）のイオン強度と、光散乱式微粒子量測定装置３で算出した浮遊微粒子の総質量濃度とを用いて、浮遊微粒子を構成する各元素の量が算出される。具体的には、演算器４３では、光散乱式微粒子量測定装置３で算出された浮遊微粒子の総質量濃度Ａ、イオン強度検出器４２で定性された任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘおよび浮遊微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉと感度係数ａｉとの積の和Σ（Ｉｉ×ａｉ）を用いて、浮遊微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×Ｉｘ×ａｘ／Σ（Ｉｉ×ａｉ）を算出することが、イオン強度検出器４２で定性された全てのイオン種（元素）に対して行われる。
【００３９】
なお、感度係数ａｘ，ａｉは、元素毎に異なるイオン化効率等を補正するためのものであり、例えば既知の量・濃度の標準物質を質量分析装置４で分析してイオン強度を測定し、測定したイオン強度を比較することにより求めることができる。より具体的には、感度係数ａｘ，ａｉは、例えば、電子顕微鏡等を用いて予め浮遊粒子を定性分析して浮遊微粒子に含まれている元素を特定し、該浮遊微粒子に含まれている元素の標準物質（濃度既知）を質量分析計で分析した際に得られるイオン強度に対する標準物質の濃度の比（検量線の勾配）を求めることにより、決定することができる。ここで、複数の元素の標準物質を含む標準試料を用いて感度係数ａｘ，ａｉを求める場合には、共存元素の影響を抑える観点から、各元素の質量数を質量干渉の無い範囲とすることが好ましい。
【００４０】
ここで、この微粒子分析装置１０では、まず、サンプリング装置１のポンプ１１で浮遊微粒子が大気と共に吸引され、分級器１３で浮遊微粒子が分級される。次に、不活性ガス置換装置２で大気が不活性ガスに置換される。そして、不活性ガス雰囲気下、サンプリングした浮遊微粒子の総質量濃度が光散乱式微粒子量測定装置３で測定され、浮遊微粒子を構成する元素の定性分析や、浮遊微粒子の総質量濃度に基づく浮遊微粒子を構成する元素の定量分析が、質量分析装置４で行われる。
【００４１】
そして、このような微粒子分析装置１０によれば、微粒子総質量濃度測定手段としての光散乱式微粒子量測定装置３で総質量濃度を測定した浮遊微粒子を質量分析手段としての質量分析装置４で分析し、浮遊微粒子を構成する元素を光散乱式微粒子量測定装置３で測定した総質量濃度に基づき定量しているので、同一の浮遊微粒子に対して総質量濃度の測定と定量分析とを連続的に行うことができる。従って、ポンプ１１で吸引した雰囲気ガス（大気）中の浮遊微粒子の量が経時変化するような場合でも、大きな誤差を生じることなく高精度且つ短時間で浮遊微粒子の元素分析（定性および定量分析）を行うことができる。また、浮遊微粒子を構成する元素の量を、演算手段としての演算器４３を用いて、イオン強度検出器４２で検出されたイオン強度に感度係数を乗じて算出しているので、元素間で異なるイオン化効率の違いを補正して、より高精度な微粒子の元素分析を行うことができる。更に、質量分析手段としての質量分析装置４で分析を行う前に、不活性ガス置換手段としての不活性ガス置換装置２で雰囲気ガスを不活性ガスに置換しているので、雰囲気ガスが大気等の場合であっても、大気圧励起源としてのマイクロ波誘導プラズマ発生器４１でプラズマを安定的に発生させて浮遊微粒子のイオン化を行うことができると共に、大気中に含まれているＮやＯによりイオン強度検出器４２で検出されるイオン強度のバックグラウンドが上昇することがないので、浮遊微粒子を構成する元素を高精度で定量することができる。また、分級手段としての分級器１３で浮遊微粒子を分級してサンプリングすれば、粒径が一定の範囲内の分級した浮遊微粒子のみを対象として分析を行うことができるので、大気中に浮遊する浮遊微粒子の粒径範囲が広い場合であっても、浮遊微粒子を安定的にイオン化させることができる。従って、浮遊微粒子を構成する元素を正確に定量することができる。
【００４２】
従って、微粒子分析装置１０によれば、雰囲気中の浮遊微粒子の元素分析を高精度で迅速に行うことができるので、該元素分析結果に基づき浮遊微粒子の発生源を推定することもできる。なお、上述した微粒子分析装置１０は、大気中の浮遊微粒子の分析に用いたが、本発明の微粒子分析装置は、クリーンルーム中の浮遊微粒子の分析など、任意の雰囲気ガス中の浮遊微粒子の分析に用いることができる。なお、本発明の微粒子分析装置を用いてクリーンルームの雰囲気ガス中の浮遊微粒子を分析すれば、該分析結果に基づいてクリーンルーム中の浮遊微粒子の発生源を特定し、クリーンルームの清浄度を更に高めることができる。
【００４３】
次に、本発明の他の例の微粒子分析装置２０について、図２を用いて説明する。この微粒子分析装置２０は、大気圧励起源としてのプラズマの変動や、イオン強度検出器の劣化等に起因する装置感度の経時変化（ドリフト）、並びに、バックグラウンドの影響を抑制して、より高精度な分析を可能としたものである。
【００４４】
ここで、この微粒子分析装置２０は、サンプリング装置１の前段に、バックグラウンド雰囲気供給手段としての流路切替バルブ５およびバックグラウンド雰囲気源７が設けられており、流路切替バルブ５で流路を切り替えることによりサンプリング装置１が雰囲気ガス（大気）とバックグラウンド雰囲気（バックグランドガスと微量のバックグラウンド微粒子との混合物）とを選択的にサンプリングできる点、並びに、光散乱式微粒子量測定装置３と質量分析装置４との間に、標準ガス供給手段としての混合器６および標準ガス発生器８が設けられており、質量分析装置４で分析されるサンプル（即ち、大気中の浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物、或いは、バックグラウンド雰囲気中に含まれているバックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物）に標準ガスを添加して混合できる点で先の一例の微粒子分析装置１０と構成が異なっており、他の点では先の一例の微粒子分析装置１０と同様に構成されている。なお、図２中、先の一例の微粒子分析装置１０と同様の構成を有する部材には先の一例と同一の符号を付した。
【００４５】
なお、この微粒子分析装置２０では、サンプリング装置１でバックグラウンド雰囲気をサンプリングした場合、該バックグラウンド雰囲気は、ポンプ１１、切替バルブ１２および分級器１３を通って不活性ガス置換装置２へと進む。そして、不活性ガス置換装置２では、バックグラウンド雰囲気中のガス（バックグラウンドガス）が不活性ガスに置換される。また、この微粒子分析装置２０では、不活性ガス置換装置２を介して得られる、浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物、或いは、バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物は、光散乱式微粒子量測定装置３を通った後、混合器６において標準ガスと混合されてから、質量分析装置４へと送られる。更に、この微粒子分析装置２０では、演算器４３において、浮遊微粒子の総質量濃度Ａ、浮遊微粒子中の各元素のイオン強度Ｉｘ，Ｉｉ、バックグラウンド微粒子中の各元素のイオン強度Ｉｂｘ，Ｉｂｉ、各元素の予め定められた感度係数ａｘ，ａｉ、標準ガス成分のイオン強度Ｉｓ，Ｉｂｓを用いて浮遊微粒子を構成する各元素の量が算出される。
【００４６】
ここで、流路切替バルブ５としては、サンプリング装置１でサンプリングする雰囲気を、浮遊微粒子および大気からなる大気雰囲気と、バックグラウンド微粒子およびバックグラウンドガスからなるバックグラウンド雰囲気との間で切り替えることができる弁、例えば三方コックなどを用いることができる。
【００４７】
バックグラウンド雰囲気源７は、微粒子分析装置２０におけるバックグラウンド測定に用い得る、性状が安定した清浄な雰囲気であるバックグラウンド雰囲気を供給するものである。そして、バックグラウンド雰囲気としては、空気清浄度がクラス１の雰囲気や、クラス１００の雰囲気などの微粒子量が少なく且つ性状が安定した雰囲気を用いることができる。また、バックグラウンド雰囲気源としては、クリーンベンチやクリーンルームなどを用いることができる。なお、本発明の微粒子分析装置では、流路切替バルブ５およびバックグラウンド雰囲気源７は、不活性ガス置換装置２よりも上流側であれば、例えばサンプリング装置１と不活性ガス置換装置２との間に設けても良い。
【００４８】
混合器６は、浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物、或いは、バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物と、標準ガス発生器８から供給された標準ガスとを均一に混合するものである。
【００４９】
標準ガス発生器８は、浮遊微粒子に含まれている元素とは分離測定可能な濃度既知の成分（標準ガス成分）を含むガスである標準ガスを発生させるものである。そして、標準ガス発生器８としては、標準ガスを一定量で連続的に発生させることができる装置、例えば、標準ガスボンベや、特許第３６７２２６７号明細書に記載されているような、金属化合物を封入するためのセルと、セルを加熱するための加熱装置と、金属化合物に対して不活性な気体を流すための流路と、セルと流路とを接続するための連通管とを備え、連通管は、流路の流入口と流出口との間に接続している標準ガス調製装置を用いることができる。なお、大気中の浮遊微粒子を分析する際の標準ガス成分としては、例えば常温で昇華性の高い、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）のヘキサカルボニル化合物等から発生させたＣｒ、ＭｏまたはＷなどを用いることができる。
【００５０】
そして、この微粒子分析装置２０では、まず、サンプリング装置１で浮遊微粒子を大気と共にサンプリングし、不活性ガス置換装置２で大気を不活性ガスに置換した後に、光散乱式粒子量測定装置３で浮遊微粒子の総質量濃度Ａを算出する。更に、混合器６において、光散乱式微粒子量測定装置３で総質量濃度Ａを測定した浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物に対し、標準ガス発生器８から所定量の標準ガスを供給し、混合した後に、浮遊微粒子と標準ガス成分とを質量分析装置４のマイクロ波誘導プラズマ発生器４１でイオン化し、浮遊微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｘ，Ｉｉおよび標準ガス成分のイオン強度Ｉｓをイオン強度検出器４２で検出する。
【００５１】
次に、この微粒子分析装置２０では、大気中の浮遊微粒子の分析に引き続いてバックグラウンド雰囲気をサンプリングして分析する。具体的には、まず、バックグラウンド雰囲気源７から流路切替バルブ５を介してバックグラウンド雰囲気をサンプリング装置１でサンプリングし、次に、バックグラウンド雰囲気中のバックグラウンドガスを不活性ガス置換装置２で不活性ガスに置換した後に、バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物を光散乱式粒子量測定装置３に通す。更に、混合器６において、バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に対し、標準ガス発生器８から所定量の標準ガスを供給し、混合した後に、バックグラウンド微粒子と標準ガス成分とを質量分析装置４のマイクロ波誘導プラズマ発生器４１でイオン化し、バックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｘ，Ｉｂｉおよび標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓをイオン強度検出器４２で検出する。
【００５２】
そして、この微粒子分析装置２０では、演算器４３において、浮遊微粒子中の元素のイオン強度Ｉｘ，Ｉｉのみを用いて元素Ｘの量Ｃｘを演算する代わりに、光散乱式微粒子量測定装置３で測定した浮遊微粒子の総質量濃度Ａ、イオン強度検出器４２で検出した浮遊微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘ、バックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓ、バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓ、並びに、浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する浮遊微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓとバックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｂｓに対するバックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉの比Ｉｂｉ／Ｉｂｓとの差Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を用いて浮遊微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ−Ｉｂｘ／Ｉｂｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）×ａｉ｝を算出する。なお、感度係数ａｘ，ａｉは、先の一例の微粒子分析装置１０と同様にして求めることができる。
【００５３】
ここで、この微粒子分析装置２０によれば、先の一例の微粒子分析装置１０と同様にして、雰囲気中の浮遊微粒子の元素分析を高精度で迅速に行うことができる。
【００５４】
また、この微粒子分析装置２０では、標準ガスを使用し、イオン強度検出器４２で検出された浮遊微粒子を構成する各元素のイオン強度（Ｉｘ，Ｉｉ）と標準ガスのイオン強度（Ｉｓ）との比（Ｉｘ／Ｉｓ，Ｉｉ／Ｉｓ）を用いて浮遊微粒子の元素分析を行っているので、プラズマ状態の変動やイオン強度検出器の劣化等に起因する装置感度の経時変化（ドリフト）の影響を抑えて高い精度で分析を実施することができる。なお、微粒子分析装置２０では、浮遊微粒子を連続的にサンプリングして分析しているので、内標準法を用いた溶液の定量分析等とは異なり、一定量の標準ガスを連続的に供給する必要がある。
【００５５】
更に、この微粒子分析装置２０では、大気雰囲気中の浮遊微粒子の分析と連続してバックグラウンド雰囲気中のバックグラウンド微粒子の分析を行い、浮遊微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する浮遊微粒子を構成する各元素のイオン強度（Ｉｘ，Ｉｉ）の比（Ｉｘ／Ｉｓ，Ｉｉ／Ｉｓ）と、バックグラウンド微粒子と不活性ガスとの混合物に供給した標準ガス成分のイオン強度（Ｉｂｓ）に対するバックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度（Ｉｂｘ，Ｉｂｉ）の比（Ｉｂｘ／Ｉｂｓ，Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）との差（Ｉｘ／Ｉｓ−Ｉｂｘ／Ｉｂｓ，Ｉｉ／Ｉｓ−Ｉｂｉ／Ｉｂｓ）を用いて浮遊微粒子の元素分析を行っているので、大気圧励起源の安定性を高めるための不活性ガス等の不純物ガス成分の影響、即ちバックグラウンドの影響を抑制して高い精度で分析することができる。よって、この微粒子分析装置２０では、標準ガス供給手段としての混合器６および標準ガス発生器８で標準ガスを供給すると共にバックグラウンド雰囲気供給手段としての流路切替バルブ５およびバックグラウンド雰囲気源７からバックグラウンド雰囲気を供給することで、標準ガス成分を用いて装置感度の経時変化（ドリフト）の影響を抑制しつつ、バックグラウンド雰囲気を用いてバックグラウンドの影響を抑制して、より一層高い精度で分析を行うことができる
【００５６】
なお、本発明の微粒子分析装置は、上記一例および他の例に限定されることなく、適宜変更を加えることができる。具体的には、本発明の微粒子分析装置は、分級器を備えていなくても良い。
【００５７】
また、本発明の微粒子分析装置では、先の他の例の微粒子分析装置２０のようにバックグラウンド雰囲気供給手段と標準ガス供給手段との双方を備えていなくても良く、バックグラウンド雰囲気供給手段と標準ガス供給手段との何れか一方のみを備えていても良い。
なお、バックグラウンド雰囲気供給手段のみを備えている場合には、バックグラウンド雰囲気供給手段でバックグラウンド雰囲気を供給し、演算器で、浮遊微粒子中の元素のイオン強度Ｉｘ，Ｉｉのみを用いて元素Ｘの量Ｃｘを演算する代わりに、浮遊微粒子の総質量濃度Ａ、浮遊微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘとバックグラウンド微粒子中の任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｂｘとの差Ｉｘ−Ｉｂｘ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、浮遊微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉとバックグラウンド微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｂｉとの差Ｉｉ−Ｉｂｉと、感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を用いて浮遊微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ−Ｉｂｘ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ−Ｉｂｉ）×ａｉ｝を算出することにより、大気圧励起源の安定性を高めるための不活性ガス等の不純物ガス成分の影響、即ちバックグラウンドの影響を抑制して浮遊微粒子を高い精度で分析することができる。
また、標準ガス供給手段のみを備えている場合には、標準ガス供給手段で標準ガスを供給し、演算器で、浮遊微粒子中の元素のイオン強度Ｉｘ，Ｉｉのみを用いて元素Ｘの量Ｃｘを演算する代わりに、浮遊微粒子の総質量濃度Ａ、標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する任意の元素Ｘのイオン強度Ｉｘの比Ｉｘ／Ｉｓ、該元素Ｘの予め定められた感度係数ａｘ、並びに、標準ガス成分のイオン強度Ｉｓに対する微粒子を構成する各元素のイオン強度Ｉｉの比Ｉｉ／Ｉｓと感度係数ａｉとの積の和Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を用いて浮遊微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×（Ｉｘ／Ｉｓ）×ａｘ／Σ｛（Ｉｉ／Ｉｓ）×ａｉ｝を算出することにより、ドリフトの影響を抑制して浮遊微粒子を高い精度で分析することができる。
【００５８】
因みに、高精度且つ短時間で浮遊微粒子の元素分析を行うことができる微粒子分析装置としては、大気中の浮遊微粒子を大気と共にサンプリングするサンプリング装置と、サンプリング装置で浮遊微粒子と共に採取した大気を不活性ガスに置換する不活性ガス置換装置と、サンプリングした浮遊微粒子の総質量濃度を測定する光散乱式微粒子量測定装置と、光散乱式微粒子量測定装置で総質量濃度を測定した浮遊微粒子を構成する元素を定性すると共に、該元素を定量分析する発光分光分析装置とを備える微粒子分析装置も挙げられる。
【００５９】
この微粒子分析装置では、発光分光分析装置内の大気圧励起源により励起された微粒子が基底状態に戻る際の発光を利用して、微粒子を構成する各元素の定性分析および定量分析を行う。なお、この微粒子分析装置での定量分析は、上記一例の微粒子分析装置１０と同様に、光散乱式微粒子量測定装置で算出された浮遊微粒子の総質量濃度Ａ、定性した任意の元素Ｘの発光強度Ｉ’ｘ、元素Ｘの予め定められた感度係数ａ’ｘおよび浮遊微粒子を構成する各元素の発光強度Ｉ’ｉと感度係数ａ’ｉとの積の和Σ（Ｉ’ｉ×ａ’ｉ）を用いて、浮遊微粒子を構成する元素Ｘの量Ｃｘ＝Ａ×Ｉ’ｘ×ａ’ｘ／Σ（Ｉ’ｉ×ａ’ｉ）を演算器で算出することにより実施できる。
【００６０】
なお、この発光分光分析装置を利用した微粒子分析装置においても、先のイオン強度検出器を用いた微粒子分析装置と同様にバックグラウンド雰囲気供給手段や標準ガス供給手段を設けることができる。そして、バックグラウンド雰囲気供給手段や標準ガス供給手段を用いた場合には、先のイオン強度検出器を用いた微粒子分析装置で元素Ｘの量を計算する式中のＩｘをＩ’ｘに、ａｘをａ’ｘに、ＩｉをＩ’ｉに、ａｉをａ’ｉに、Ｉｓ，Ｉｂｓをそれぞれ標準ガス成分の発光強度Ｉ’ｓ，Ｉ’ｂｓに、そして、Ｉｂｘ，Ｉｂｉをそれぞれバックグラウンド微粒子の元素の発光強度Ｉ’ｂｘ，Ｉ’ｂｉに置き換えた式を用いて元素Ｘの量を算出することができる。
【実施例１】
【００６１】
以下、実施例１により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例１に何ら限定されるものではない。
【００６２】
（分析例１）
図１に示すような構成の微粒子分析装置を用いて、環境大気から採取した３種の試料（Ａ，Ｂ，Ｃ）の元素分析を行った。具体的には、試料Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれについて、分級器で分級を行い、粒径２．５μｍ以下の粒子に対して光散乱式微粒子量測定装置および質量分析装置を用いた分析を行った。浮遊微粒子を構成する元素のイオン強度Ｉｘおよび各元素の感度係数ａｘを表１に示し、分析に要した時間Ｔ、光散乱式微粒子量測定装置で測定された浮遊微粒子の総質量濃度Ａおよび元素の量Ｃｘを表２に示す。
なお、分級器としてはロープレッシャーインパクター（東京ダイレック製）を用い、不活性ガス置換装置としてはガス交換システム（住友精化製）を用い、光散乱式微粒子量測定装置および質量分析装置としてはThermo製の装置を用いた。また、質量分析装置の大気圧励起源としてはマイクロ波誘導プラズマ（プラズマガス：Ｈｅ）を用い、定量分析は、試料の採取開始からイオン強度が検出されなくなるまでの値を積算して行った。また、感度係数の決定は、予め濃度既知の標準物質を分析し、イオン強度を比較する（検量線の勾配を求める）ことにより行った。
【００６３】
（分析例２）
環境大気から採取した３種の試料（Ａ，Ｂ，Ｃ）をロープレッシャーインパクターで分級した後にフィルタ上に捕集し、湿式法（金属成分は酸分解−ＩＣＰ質量分析法、ガス成分はガス分析法）で浮遊微粒子を構成する元素の定量分析を行った。分析に要した時間Ｔおよび浮遊微粒子を構成する元素の量Ｃｘを表２に示す。なお、湿式法による分析は、３種の試料をそれぞれ２回捕集し、１回目に捕集した試料は酸分解−ＩＣＰ質量分析法で、２回目に捕集した試料はガス分析法で分析することにより行った。そして、ガス分析法で測定した値は、表２中では丸括弧内に記載した。
【００６４】
【表１】
2011169884.tif 000003
【表２】
2011169884.tif 000004
【００６５】
（分析例３）
分級器を備えていない以外は図１に示すのと同様の構成を有する微粒子分析装置を用いて、環境大気から採取した３種の試料（Ａ，Ｂ，Ｃ）の元素分析を分析例１と同様にして行った。浮遊微粒子を構成する元素のイオン強度Ｉｘおよび各元素の感度係数ａｘを表３に示し、分析に要した時間Ｔ、光散乱式微粒子量測定装置で測定された浮遊微粒子の総質量濃度Ａおよび元素の量Ｃｘを表４に示す。なお、感度係数ａｘは、分析例１と同じ値を用いた。
【００６６】
（分析例４）
環境大気から採取した３種の試料（Ａ，Ｂ，Ｃ）を分級することなくフィルタ上に捕集し、湿式法（酸分解−ＩＣＰ質量分析法およびガス分析法）で浮遊微粒子を構成する元素の定量分析を行った。分析に要した時間Ｔおよび浮遊微粒子を構成する元素の量Ｃｘを表４に示す。なお、湿式法による分析は、分析例２と同様にして行い、ガス分析法で測定した値は、表４中では丸括弧内に記載した。
【００６７】
【表３】
2011169884.tif 000005
【表４】
2011169884.tif 000006
【００６８】
分析例１，３および分析例２，４より、本発明の微粒子分析装置によれば、大気中の浮遊微粒子を高精度且つ短時間で元素分析できることが分かった。また、従来法では複数のサンプルを測定するので当然に精度が落ちるのに対し、本発明の微粒子分析装置においては、サンプリングした試料を分級した後に元素分析することにより、より高精度な分析値を得られることが分かった。
【実施例２】
【００６９】
以下、実施例２により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例２に何ら限定されるものではない。
【００７０】
（分析例５）
分析例１と同様の手法を用いて、環境大気から採取した試料Ａの元素分析を５回繰り返した。そして、元素Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅについて全５回の分析値の変動係数（＝（標準偏差／平均値）×１００）を求めた。結果を表５に示す。
【００７１】
（分析例６）
図２に示すような構成の微粒子分析装置を用いた以外は分析例５と同様にして、環境大気から採取した試料Ａの元素分析を５回繰り返した。そして、分析例５と同様にして、元素Ｓｉ，Ａｌ，Ｆｅについて全５回の分析値の変動係数を求めた。結果を表５に示す。
なお、バックグラウンド雰囲気源としては、ＨＥＰＡフィルターユニットＳＳ−ＭＡＣ（日本エアテック社製）を搭載した簡易型クリーンベンチを用い、標準ガス成分としては、クロムヘキサカルボニルから発生するＣｒを用い、標準ガス成分のイオン強度Ｉｓは、質量数５３のイオン強度とした。
【００７２】
【表５】
2011169884.tif 000007
【００７３】
分析例５および６より、バックグラウンド雰囲気供給手段および標準ガス供給手段を用いた方が、より高精度な分析をし得ることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の微粒子分析装置および微粒子分析方法によれば、大気等の雰囲気ガス中の浮遊微粒子を構成する元素の定性および定量分析（浮遊微粒子の元素分析）を高精度かつ短時間で連続的に行うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  サンプリング装置
２  不活性ガス置換装置
３  光散乱式微粒子量測定装置
４  質量分析装置
５  流路切替バルブ
６  混合器
７  バックグラウンド雰囲気源
８  標準ガス発生器
１０  微粒子分析装置
２０  微粒子分析装置
１１  ポンプ
１２  切替バルブ
１３  分級器
４１  マイクロ波誘導プラズマ発生器
４２  イオン強度検出器
４３  演算器
【図１】
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【図２】
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