(57)【要約】【課題】大気中の浮遊粒子状物質の密度を再現性よく正確に測定することのできる方法を提供する。【解決手段】大気中の浮遊粒子状物質Ｐを、着脱自在の捕集部材２４を備えた捕集装置２により捕集し、その捕集部材２４の体積および質量を、浮遊粒子状物質Ｐの捕集前後において測定し、各測定値の捕集前後での差を用いて浮遊粒子状物質Ｐの密度を測定する。体積測定には、定容積膨張法に基づく乾式測定により行うことで、容易かつ正確に浮遊粒子状物質Ｐの密度を求めることを可能とする。【選択図】  図１
2004340897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に含まれている浮遊粒子状物質の密度を測定する方法であって、大気中の浮遊粒子状物質を、着脱自在の捕集部材を備えた捕集装置により捕集し、その捕集部材の体積および質量を、浮遊粒子状物質の捕集前後において測定し、その体積および質量の各測定値の浮遊粒子状物質の捕集前後での差を用いて、当該捕集部材に捕集した浮遊粒子状物質の密度を算出するとともに、上記体積の測定は、定容積膨張法に基づく乾式測定により行うことを特徴とする大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法。
【請求項２】
上記捕集装置として、放電電極と集塵電極を配置した容器内に大気を吸引し、放電電極から発生した単極イオンにより容器内に吸引された大気に含まれる浮遊粒子状物質を帯電させて集塵電極上に捕集する装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法。
【請求項３】
上記捕集装置として、フィルタと、大気を吸引してそのフィルタを通過させることにより大気中に含まれる浮遊粒子状物質を当該フィルタに捕集する装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法。
【請求項４】
上記捕集装置として、大気を捕集板に衝突させ、大気中に含まれる浮遊粒子状物質を分離して捕集板表面に捕集するインパクタを用いるとともに、その捕集板の表面に着脱自在のフィルムを貼着して当該フィルム表面に浮遊粒子状物質を付着させ、そのフィルムの体積および質量を浮遊粒子状物質の捕集前後で測定することを特徴とする請求項１に記載の大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法。
【請求項５】
上記捕集装置の前段に、大気中の浮遊粒子状物質を分級する分級手段を設け、特定の粒径範囲の浮遊粒子状物質のみを上記捕集部材に捕集して密度測定に供することを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法。
【請求項６】
上記分級手段として、移動度解析装置を用いることを特徴とする請求項５に記載の大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法。
【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密度を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中に浮遊している粉じんのうち、粒径が１０μｍ以下のものは浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）と称される。この浮遊粒子状物質は、巻き上げられた土なども含まれるが、ディーゼル車が排出する黒鉛や未燃焼燃料、硫黄化合物などが多くを占め（関東地方では３５％がディーゼル車からのもの）、これらは有害性もより高いと言われている。このディーゼル車からの排気ガスが原因の粒子状物質は、特にＤＥＰと称される。また、より粒径の小さい２．５μｍ以下のものは微小粒子状物質（ＰＭ２．５）と呼ばれ、欧米では調査・研究が盛んになってきている。このＰＭ２．５の場合、その排出原因はディーゼル車の排ガスである割合がより高くなると言われている。
【０００３】
以上のような大気中の浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や微小粒子状物質（ＰＭ２．５）の調査・研究対象項目として、密度は有意義な項目の一つと考えられるが、の密度を正確に測定することに関しての報告ないしは提案は、現時点においてなされていない。なお、大気中の浮遊粒子状物質を捕集する技術については、大気を吸引してフィルタを通過させることにより、そのフィルタに浮遊粒子状物質を付着させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−５０８７０号公報（第５−８頁，図１−図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した提案に基づく技術によりフィルタに浮遊粒子状物質を捕集しても、その密度を測定するためには、まず、フィルタから浮遊粒子状物質を抽出してその体積と質量を測定する必要があるが、浮遊粒子状物質をフィルタから抽出すること自体が困難であり、抽出してもその体積を正確に測定することも困難である。
本発明の目的は、大気中の浮遊粒子状物質の密度を再現性よく正確に測定することのできる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の大気中の浮遊粒子状物質の密度測定方法は、大気中の浮遊粒子状物質を、着脱自在の捕集部材を備えた捕集装置により捕集し、その捕集部材の体積および質量を、浮遊粒子状物質の捕集前後において測定し、その体積および質量の各測定値の浮遊粒子状物質の捕集前後での差を用いて、当該捕集部材に捕集した浮遊粒子状物質の密度を算出するとともに、上記体積の測定は、定容積膨張法に基づく乾式測定により行うことによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００７】
ここで、本発明においては、上記捕集装置として、放電電極と集塵電極を配置した容器内に大気を吸引し、放電電極から発生した単極イオンにより容器内に吸引された大気に含まれる浮遊粒子状物質を帯電させて集塵電極上に捕集する装置を用いること（請求項２）ができる。
【０００８】
また、本発明において用いる他の捕集装置としては、フィルタと、大気を吸引してそのフィルタを通過させることにより大気中に含まれる浮遊粒子状物質を当該フィルタに捕集する装置（請求項３）を挙げることができる。更には、大気を捕集板に衝突させ、大気中に含まれる浮遊粒子状物質を分離して捕集板表面に捕集するインパクタを捕集装置として用いるとともに、この場合、その捕集板の表面に着脱自在のフィルムを貼着して当該フィルム表面に浮遊粒子状物質を付着させ、そのフィルムの体積および質量を浮遊粒子状物質の捕集前後で測定すること（請求項４）もできる。
【０００９】
そして、本発明においては、上記捕集装置の前段に、大気中の浮遊粒子状物質を分級する分級手段を設け、特定範囲の浮遊粒子状物質のみを上記捕集部材に捕集して密度測定に供する方法（請求項５）を好適に採用することができる。その場合、分級手段としては、移動度解析装置を用いること（請求項６）ができる。
【００１０】
本発明は、浮遊粒子状物質を捕集した捕集部材から浮遊粒子状物質を抽出することなく、捕集部材ごと体積および質量を測定し、その各測定値と、浮遊粒子状物質を捕集する前にあらかじめ測定しておいた捕集部材の体積および質量との差から、浮遊粒子状物質の体積および質量を求めることにより、浮遊粒子状物質の捕集部材からの抽出を不要とするとともに、その体積の測定を、定容積膨張法に基づく乾式測定によって行うことにより、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１１】
すなわち、本発明においては、帯電させた浮遊粒子状物質を捕集する集塵電極（請求項２）、あるいは通過させた大気中の浮遊粒子状物質を付着させるフィルタ（請求項３）、もしくは大気の衝突により浮遊粒子状物質を分離捕集するインパクタの捕集板の表面を覆って浮遊粒子状物質を付着させるフィルム（請求項４）の体積および質量を、浮遊粒子状物質の捕集前後で測定する。これにより、浮遊粒子状物質の捕集後における体積および質量の増加分が、捕集した浮遊粒子状物質の体積および質量と見なすことができ、これにより、捕集部材から浮遊粒子状物質を抽出する困難で面倒な作業を必要とすることなく、浮遊粒子状物質の体積と質量を求めることができる。そして、体積の測定には、定容積膨張法に基づく乾式測定を採用することにより、液浸法に比してより高精度に体積を測定することができる。
【００１２】
また、請求項５に係る発明のように、捕集装置の前段に分級手段（例えば請求項６に係る発明のように移動度解析装置）を配置することにより、特定の粒径範囲の浮遊粒子状物質の密度を高精度に測定することができ、分級する粒径を変化させることとにより、粒径別の密度を求めることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態で用いる主要な装置と、測定手順とを示す模式図である。
【００１４】
この例において用いる装置は、微分型の移動度解析装置（ＤＭＡ）１と、静電集塵式の粒子捕集装置２と、電子天びん３、および定容積膨張法に基づく体積測定装置４（乾式自動密度計として市販）である。
【００１５】
微分型の移動度解析装置１は、図２にその概略構成図を示すように、外側円筒１１の内部に、その軸心に沿って内側円筒を構成する電極１２が配置された構造を有し、これらの間の空間に空気と電荷した粒子Ｐの流路１３が形成されているとともに、外側円筒１１にはその内部の空気を排気するための排気口１１ａが形成された構造を有している。
【００１６】
すなわち、外側円筒１１の上端部に円錐形のガイド板１４が配置されており、このガイド板１４の内側に清浄なシースエアＡが流されるとともに、ガイド板１４の外側には、浮遊粒子状物質Ｐを含む気体が帯電装置１５を介して送り込まれる。また、外側円筒１１の下端部には、細い管からなる流路出口１６が開口している。
【００１７】
電極１２は電圧可変高圧電源１７に接続されており、任意の負の高電圧を印加することができるようになっているとともに、外側円筒１１は接地電位１８に接続されている。このような構成において、帯電装置１５により一定の電荷が付与された浮遊粒子Ｐは、ガイド板１４の外側を介して外側円筒１１内に導入されることにより、この外側円筒１１の内壁面に沿って一定の速度で流路１３内を図中下方へと移動する。流路１３には、電極１２と外側円筒１１とを結ぶ方向への電界が形成されているため、各粒子Ｐは電界の方向に直交して流れることになり、これらの粒子Ｐには流路１３内において電極１２側に移動する向きの力が作用する。荷電粒子の電界中での移動の速度は、電荷が同じであればその粒子の大きさに依存し、粒径の小さい粒子粒子ほど速く移動するので、流路１３内を流れる粒子Ｐは、粒径の大きいものについては流路出口１６さを通りすぎてしまい、空気とともに排気口１１ａから排出されることになる。従って、流路出口１６には、粒子Ｐの速度および電荷数を一定にしたとき、電極１２の印加電圧に応じた粒径範囲のもののみが導かれる。
【００１８】
以上の微分型の移動度解析装置１の流路出口１６は、静電集塵式の粒子捕集装置２の捕集容器２１に連通している。
【００１９】
静電集塵式の粒子捕集装置２は、図１に示すように、捕集容器２１と、その捕集容器２１内に気体を吸引するポンプ２２と、捕集容器２１内に配置された放電電極２３および集塵電極２４と、放電電極２３に対して正の高電圧を印加する高圧電源２５等を主要構成要素とするものであって、集塵電極２４は接地電位２６に接続されている。
【００２０】
集塵電極２４は、浮遊粒子状物質Ｐの捕集前の清浄な状態において、その質量ｍおよび体積ｖを電子天びん３および体積測定装置４によって測定しておく。ここで、この集塵電極２４は、例えばフィルム状の薄いものとして、体積および質量ともに小さいものとしておくことが、浮遊粒子状物質Ｐの捕集前後で体積および質量の変化率が大きくなって、測定精度を向上させるうえで望ましい。
【００２１】
以上の構成において、ポンプ２２を駆動しつつ放電電極２３に高電圧を印加すると、その周囲の空気が電離して生成された単極イオンは、集塵電極２４との電位差により集塵電極４側に向けて移動し、その過程で捕集容器２１内に吸引された気体中の粒子Ｐと接触してこれを帯電させる。帯電した粒子Ｐは、同じく放電電極２３と集塵電極２４との電位差によって、集塵電極２４上に捕集される。
捕集容器２１内に導入される粒子Ｐは、微分型の移動度解析装置１によって分級されたものであるため、電圧可変高圧電源１７による電極１２への印加電圧を調整することによって、集塵電極２４上には任意の設定可能な特定の粒径範囲の粒子Ｐのみが捕集されることになる。
【００２２】
ある一定の期間にわたって捕集を行った後、浮遊粒子状物質Ｐが付着した集塵電極２４を取り出し、電子天びん３によって質量ｍ′を測定するとともに、体積測定装置４によって体積ｖ′を測定する。この質量ｍ′と体積ｖ′は、捕集前に測定した質量ｍおよび体積ｖに比して、捕集した浮遊粒子状物質Ｐの分だけ増加しており、従って、捕集した浮遊粒子状物質Ｐの密度ρは、
ρ＝（ｍ′−ｍ）／（ｖ′−ｖ）  ・・・・（１）
によって求めることができる。
【００２３】
ここで、定容積膨張法に基づく乾式の体積測定装置４は、物体の体積を高精度に測定することができ、以下にその測定原理について図３を参照しつつ説明する。
【００２４】
装置は試料室４１と膨張室４２をバルブ４３を介して連通させた構造を有し、測定に際しては、まず、図３（Ａ）に示すように、バルブ４３を開け、試料室４１および膨張室４２をともに同じ大気圧並びに温度としておく。試料室４１の体積をＶＣＥＬＬ、膨張室４２の体積をＶＥＸＰ  とし、圧力および温度はそれぞれともにＰａ  およびＴａであったとする。
【００２５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、試料室４１内に試料Ｗを投入した後、バルブ４３を閉じ、試料室４１内の圧力のみをＰ１  にまで加圧する。この状態における試料室４１の内部の状態式は、
Ｐ  １（ＶＣＥＬＬ−ＶＳＡＭＰ）＝ｎＣＥＬＬＲＴａ    ・・・・（２）
となる。ここで、ＶＳＡＭＰは試料Ｗの体積（未知）であり、ｎＣＥＬＬは試料室４１内の気体のモル数、Ｒは気体常数である。
【００２６】
一方、膨張室４２については、加圧せずに大気圧のままであるので、その内部の状態式は、
Ｐａ  ＶＥＸＰ  ＝ｎＥＸＰ  ＲＴａ    ・・・・（３）
となる。
【００２７】
次に、図３（Ｃ）に示すように、試料室４１と膨張室４２の間のバルブ４３を開く。これにより、試料室４１内の圧力は低下し、膨張室４２の圧力は上昇する。バルブ４３を開くことにより、試料室４１と膨張室４２の圧力はそれぞれＰ２  となる。このときの系内全体の状態式は、
2004340897.tif 000003
となる。
【００２８】
（４）式に（２）式および（３）式の関係を適用すると、
2004340897.tif 000004
となり、この（５）式を変形すると、
2004340897.tif 000005
となり、乾式測定にて試料Ｗの体積ＶＳＡＭＰを正確に求めることができる。
【００２９】
よってこの実施の形態によれば、（１）式で求められる浮遊粒子状物質Ｐの密度は正確なものとなり、しかも、集塵電極２４に付着した浮遊粒子状物質Ｐを抽出することなく、そのまま体積および質量の測定に供することができるので、測定作業も極めて容易である。
【００３０】
ここで、以上の実施の形態においては、浮遊粒子状物質Ｐの捕集装置２の前段に分級装置として微分型の移動度解析装置１を配置したが、この移動度解析装置１を通過させる粒径を種々に変化させて上記の測定を行えば、浮遊粒子状物質Ｐの粒径範囲ごとの密度を求めることができる。
【００３１】
また、分級装置を設けない場合には、大気中の全ての浮遊粒子状物質の密度の平均値を求めることができる。
なお、分級装置としては、以上の移動度解析装置１のほか、捕集板に空気を衝突させて所定の粒径範囲以下の粒子を通過させるインパクタ（慣性衝突捕集装置）やサイクロン（遠心分離式捕集・分級装置）を用いることもできる。
【００３２】
更に、以上の実施の形態では、浮遊粒子状物質Ｐの捕集装置として静電式の集塵装置を用いたが、大気を吸引してフィルタに導いて浮遊粒子状物質を付着させる方式の捕集装置や、インパクタを用いることができる。フィルタを用いた捕集装置を用いる場合、浮遊粒子状物質Ｐの捕集前後においてフィルタごと質量並びに体積を測定すればよく、インパクタを用いる場合には、捕集板の表面をフィルムで覆うことによってそのフィルムに浮遊粒子状物質Ｐを付着させ、捕集前後におけるフィルムの質量並びに体積を測定すればよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、大気中の浮遊粒子状物質を集塵電極等の捕集部材に捕集し、その捕集部材の質量と体積を、浮遊粒子状物質の捕集前後において測定するとともに、体積測定には定容積膨張法に基づく乾式測定を採用するので、捕集した浮遊粒子状物質を捕集部材から抽出することなく、容易に、かつ、正確にその密度を測定することができる。
【００３４】
また、捕集装置の前段に分級装置を設けることにより、特定の粒径範囲の浮遊粒子状物質の密度を測定し、あるいは、粒径範囲ごとの密度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で用いる主要な装置と、測定手順とを示す模式図である。
【図２】図１における移動度解析装置１の構成を示す模式図である。
【図３】図１における体積測定装置４の測定原理の説明図である。
【符号の説明】
１  移動度解析装置
２  粒子捕集装置
２４  集塵電極
３  電子天びん
４  体積測定装置
Ｐ  浮遊粒子状物質
【図１】
2004340897.tif 000006
【図２】
2004340897.tif 000007
【図３】
2004340897.tif 000008