(57)【要約】【課題】大気中に存在する黄砂粒子を効率的に捕集し、かつ、捕集した黄砂粒子を顕微鏡で観察したり、各種分析機器に供することが容易な黄砂粒子の捕集方法と、捕集した黄砂粒子の粒度分布を高い分解能で測定し、黄砂粒子濃度をも測定することのできる測定方法を提供する。【解決手段】大気をポンプ２により捕集容器１内に吸引し、その内部に配置した放電電極３からの単極イオンで大気中に含まれる黄砂粒子を含む粒子Ｐを帯電させ、放電電極３に対して電位差が与えられた集塵電極４上に捕集することにより、捕集した粒子Ｐを個々に抽出することを容易とする。捕集した粒子Ｐを測定対象とし、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０を用いて、あらかじめ設定した黄砂粒子の粒径範囲のみの粒度分布と粒子濃度を求めることにより、大気中の黄砂粒子の粒度分布を高い分解能のもとに測定することを可能とし、かつ、大気中の黄砂粒子濃度の測定をも可能とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に含まれる黄砂粒子を捕集する方法であって、
大気をポンプにより容器内に吸引するとともに、その容器内に配置した放電電極で発生させた単極イオンにより、大気中の黄砂粒子を含む浮遊粒子を帯電させ、その帯電粒子を、上記容器内で放電電極に対して電位差が与えられた集塵電極上に捕集することを特徴とする黄砂粒子の捕集方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法により捕集した粒子を分散状態に維持した状態で、レーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から、黄砂粒子が含まれている粒径範囲のみの粒度分布と粒子濃度を求めることを特徴とする黄砂粒子の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中に浮遊する黄砂粒子の捕集方法と、その方法により捕集した黄砂粒子の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
黄砂は、中国大陸奥地の砂漠の砂が強風に舞い上げられ、上空の偏西風に流されて海を渡り、日本にまで飛んでくる。黄砂の粒子径は場所によって異なり、発生源に近い中国大陸では２０〜３０μｍ、発生源から遠い日本では４〜５μｍ程度と言われている。
【０００３】
このような大気中の黄砂粒子の形状等を調査したり、あるいはそこに含まれている化学物質を同定するには、大気中から黄砂粒子をフィルタを用いて捕集し、顕微鏡で観察したり、あるいは化学分析を行っている。
【０００４】
また、このような黄砂粒子の粒度分布を測定する装置としては、従来、カスケードインパクタ方式に基づく装置が実用化されている。このカスケードインパクタ方式に基づく測定装置は、流体を捕集板に衝突させてその流れの方向を急変させることによって粒子を流体から分離するインパクタ法を利用したものであり、５０％捕集効率の粒径を順次変化させたインパクタを多段に直列接続して、各段における５０％捕集効率の粒径をそれぞれの段の代表径として、それぞれの段における捕集量の測定結果から、流体中の粒度分布を求めるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、大気中に浮遊する黄砂粒子を顕微鏡で観察したり、あるいは各種化学分析機器に供すべくフィルタにより捕集する方法では、特に日本に飛来する粒子が前記したように４〜５μｍ程度と細かいために、個々の粒子を単独で抽出することが極めて困難であり、顕微鏡により観察するに当たってはフィルタに付着した状態の黄砂粒子を観察することになるが、その場合、背景のフィルタ像で粒子の像が不鮮明となり、観察しにくいという問題がある。また、捕集した黄砂粒子を各種分析機器に供する場合においても、フィルタから黄砂粒子を単独で抽出することが困難であることから、機器によってはフィルタに付着した状態で分析を行う必要があり、その場合、例えば蛍光Ｘ線分析装置などにおいては粒子のみにＸ線を照射することが困難となって、実質的に分析不能となったり、あるいは、前処理が難しいなどといった問題がある。
【０００６】
また、従来のカスケードインパクタ方式に基づく従来の測定装置を用いて、黄砂粒子の粒度分布を測定する場合、その原理上、粒径の分解能が捕集板の数によって決まってしまうために、高い分解能で粒度分布を測定することは望めない。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、大気中に存在する黄砂粒子を効率的に捕集し、しかも捕集した黄砂粒子を顕微鏡で観察したり、あるいは各種分析機器に供することが極めて容易な黄砂粒子の捕集方法と、捕集した黄砂粒子の粒度分布および粒子濃度を高い分解能のもとに測定することのできる黄砂粒子の測定方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の黄砂粒子の捕集方法は、大気中に含まれる黄砂粒子を捕集する方法であって、大気をポンプにより容器内に吸引するとともに、その容器内に配置した放電電極で発生させた単極イオンにより、大気中の黄砂粒子を含む浮遊粒子を帯電させ、その帯電粒子を、上記容器内で放電電極に対して電位差が与えられた集塵電極上に捕集することによって特徴づけられる。
【０００９】
本発明の黄砂粒子の捕集方法においては、内部に放電電極と集塵電極を配置した容器内に大気を吸引し、放電電極からの単極イオンで大気中の黄砂粒子を帯電させて集塵電極の表面に捕集するため、捕集した黄砂粒子を容易に単独で抽出することが可能であって、各種分析機器に容易に供することができ、顕微鏡による観察も容易となる。
【００１０】
一方、本発明の黄砂粒子の測定方法は、請求項１に記載の方法により捕集した粒子を分散状態に維持した状態で、レーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から、黄砂粒子が含まれている粒径範囲のみの粒度分布と粒子濃度を求めることによって特徴づけられる。
【００１１】
本発明の黄砂粒子の測定方法においては、上記のように集塵電極上に捕集した黄砂粒子を、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法を用いて粒度分布を求めることにより、高い分解能のもとに黄砂粒子の粒度分布と粒子濃度の測定を可能とするものである。
【００１２】
すなわち、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定においては、一般に、分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その光強度分布がミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に則ることを利用し、回折・散乱光の空間強度分布の測定結果からミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折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。このレーザ回折・散乱式の粒度分布測定によれば、被測定粒子群を分散させるための媒体中の濃度を適正範囲とすることによって、広い粒径範囲において高い分解能で粒度分布を求めることができる。
【００１３】
しかしながら、大気中の黄砂粒子に直接的にレーザ光を照射して回折・散乱光を測定しようとしても、大気中における黄砂粒子の濃度が低すぎる関係上、粒度分布を求めるに十分な回折・散乱光を得ることができない。
【００１４】
そこで、本発明においては、請求項１に係る発明を用いて、つまり大気を容器内に吸引してその容器内で黄砂粒子を含む粒子を帯電させて捕集電極上に捕集し、その捕集した粒子を、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定に適した濃度範囲のもとに分散させてレーザ光を照射して回折・散乱光の空間強度分布を測定する。これにより、通常のレーザ回折・散乱式の粒度分布測定と同等の広い粒径範囲において高い分解能のもとに容器内に吸引した大気中に存在する粒子の粒度分布を測定することができる。そして、測定点における黄砂粒子の粒径範囲は、予備調査などによって判るので、その粒径範囲の粒度分布のみを測定すれば、その粒度分布を構成する粒子は黄砂粒子が支配的となり、従ってその測定結果は大気中に浮遊している黄砂粒子の粒度分布をほぼ正確に表すものとなる。
【００１５】
また、その粒度分布測定に用いるレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を、あらかじめ濃度が既知の粒子でキャリブレーションを行っておくことにより、容器内に吸引した大気の量は、ポンプの流量とその駆動時間から容易に割り出すことができるので、大気中の黄砂粒子の濃度を求めることができる。
【００１６】
【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述べる。
図１は本発明の実施の形態の構成図であり、捕集装置１０と、その捕集装置１０により捕集した黄砂粒子の粒度分布並びに粒子濃度を測定するためのレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０とを併記して示す図である。
【００１７】
捕集装置１０は、捕集容器１とポンプ２、並びに捕集容器１内に配置された放電電極３および集塵電極４を主体として構成されている。開閉自在の蓋１ａを備えた捕集容器１には、大気の流入口１ｂと、ポンプ（捕集用圧縮機）２の吸引口への連通口１ｃが形成されており、蓋１ａを閉じた状態でポンプ２を駆動することにより、流入口１ｂを介して大気が捕集容器１内に吸引される。この捕集容器１内には、その上部に放電電極３が設けられているとともに、その放電電極３に対向してその下方には集塵電極４が配置されている。放電電極３には高圧電源５によって高圧電源が印加され、これによって放電電極３の近傍の空気が電離し、単極イオンが発生する。
【００１８】
一方、集塵電極４は接地電位に接続され、この集塵電極と放電電極３の電位差により、単極イオンは集塵電極４に向けて移動し、その過程で捕集容器１内の大気中に含まれている黄砂などの浮遊粒子Ｐと接触してこれを帯電させる。帯電した黄砂を含む粒子Ｐは、同じく放電電極３と集塵電極４との電位差によって集塵電極４に向けて移動し、集塵電極４の表面に捕集される。
【００１９】
集塵電極４として、平滑な平面を持つ金属などの導体、あるいは透明なガラスやプラスチックなどの表面に透明電極をコーティングしたものを用いると、捕集した黄砂粒子などの粒子Ｐは、容易に個々に抽出することができ、従って、顕微鏡で観察する場合、サンプリングが簡単で鮮明な像を得ることができる。また、各種分析機器による分析に供する場合においても、サンプリングや前処理が極めて容易となる。
【００２０】
捕集した黄砂粒子の粒度分布を測定する場合、集塵電極４上に捕集した全ての粒子Ｐを、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０による測定に供する。図１に示す例は、湿式測定を行う場合の例を示している。湿式測定の場合、分散槽２１内に例えば蒸留水もしくは有機溶媒、またはこれらに界面活性剤等の分散剤を添加した液体からなる媒液Ｌを収容し、その媒液Ｌ中に集塵電極４上に捕集した粒子Ｐを投入して分散させる。
【００２１】
分散槽２１は、攪拌機２１ａおよび超音波振動子２１ｂを備えているとともに、その底部には循環用配管２１ｃの一端が連通しており、この循環用配管２１ｃは循環用ポンプ２１ｄを介してフローセル２２の入口に連通し、更にそのフローセル２２の出口から分散槽２１の上方にまで至って開口している。また、この分散槽２１の底部には、内容物を排出するための排出バルブ２１ｅが設けられている。
【００２２】
分散槽２１内の媒液Ｌ中に粒子Ｐが投入された状態で、攪拌機２１ａおよび超音波振動子２１ｂを駆動することにより、粒子Ｐは媒液Ｌ中に均一に分散するとともに、媒液Ｌ中に含まれている気泡が取り除かれる。媒液Ｌおよびそこに分散している粒子Ｐは、循環用ポンプ２１ｄの駆動により循環用配管２１ｃを介してフローセル２２内を流れた後、分散槽２１内に戻される。
【００２３】
レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０の測定部は、上記したフローセル２２と、そのフローセル２２に対してレーザ光を照射する照射光学系２３と、その照射光学系２３からのレーザ光の回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系２４を主体として構成されている。
【００２４】
照射光学系２３は、レーザ光源２３ａ，集光レンズ２３ｂ、空間フィルタ２３ｃ、コリメートレンズ２３ｄによって構成され、レーザ光源２３ａから出力されたレーザ光を平行光束としてフローセル２２に照射する。このフローセル２２に照射されたレーザ光は、その内部を流れる媒液Ｌ中の粒子Ｐによって回折・散乱を受ける。この回折・散乱光の空間強度分布は測定光学系２４によって測定される。
【００２５】
測定光学系２４は、照射光学系２３の光軸上にフローセル２２を挟んで配置された集光レンズ２４ａおよびリングディテクタ２４ｂと、その外側に配置された前方広角度散乱光センサ群２４ｃと、フローセル２２の側方および後方（照射光学系２３側）に配置された側方／後方散乱光センサ群２４ｄによって構成されている。リングディテクタ２４ｂは、互いに異なる半径のリング状または１／２リング状もしくは１／４リング状の受光面を有する光センサを同心上に配置した光センサアレイであって、集光レンズ２４ａにより集光された前方所定角度以内の回折・散乱光の強度分布を検出することができる。従って、これらのセンサ群からなる測定光学系２４により、フローセル２２内の媒液Ｌ中に分散している粒子Ｐによる回折・散乱光の空間強度分布が、前方微小角度から後方に至る広い範囲で測定される。
【００２６】
以上の測定光学系２４による各回折・散乱角度ごとの光強度検出信号は、それぞれのアンプ並びにＡ−Ｄ変換器を有してなるデータサンプリング回路２５によって増幅されたうえでデジタル化され、回折・散乱光の空間強度分布データとしてコンピュータ２６に取り込まれる。
【００２７】
コンピュータ２６では、その回折・散乱光の空間強度分布を用いて、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定において公知の、ミーの散乱理論およびフラウンホーファの回折理論に基づく演算手法により、レーザ光が回折・散乱した原因粒子であるフローセル２２内の粒子Ｐの粒度分布を算出する。
【００２８】
このとき、黄砂粒子の粒度分布を算出するためには、前もって黄砂粒子の粒径範囲を例えば顕微鏡観察等によって調査し、その粒径範囲をコンピュータ２６に設定しておく。コンピュータ２６では、この設定に基づき、集塵電極４上に捕集した大気中の全ての粒子Ｐの粒度分布のなかから、黄砂粒子の粒径範囲の粒度分布のみをピックアップし、その粒径範囲の分布データを正規化して、大気中の黄砂粒子の粒度分布として表示器（図示せず）に表示し、あるいはプリンタ（図示せず）により印字させる。
【００２９】
また、測定に先立ち、単位体積中に含まれる個数が既知の標準粒子を用いて、散乱光の絶対強度を測定してキャリブレーションを行っておくことにより、粒子Ｐの回折・散乱光の絶対強度と、捕集容器１に送り込んだ大気の総量、つまりポンプ２の流量と駆動時間から、単位体積中に含まれる粒子径と個数の関係を求めることができる。その算出結果と、上記した黄砂粒子が含まれる粒径範囲とから、単位体積の大気に含まれる黄砂粒子の濃度を算出することができる。
【００３０】
そして、以上の測定を、一定時間ごとに繰り返し行うことにより、連続的に大気中の黄砂粒子の状況を監視することができ、例えば黄砂粒子の濃度が、あらかじめ設定した濃度を越えた場合に、警報を発してその旨を報知することも可能となる。
【００３１】
なお、以上の実施の形態においては、捕集電極４上に捕集した粒子Ｐを媒液Ｌ中に分散させて粒度分布の測定を行う例を示したが、本発明は、このような湿式測定によるレーザ回折・散乱式粒度分布測定のほか、媒液を使用しない、乾式測定によるレーザ回折・散乱式粒度分布測定を採用することもできる。
【００３２】
乾式測定を採用する場合、集塵電極４として、図２にその模式的断面図を示すように、ガラスやプラスチックなどの透明板４ａの表面に透明電極膜４ｂをコーティングしたものを用いることにより、粒子Ｐを捕集した集塵電極４に対して直接的にレーザ光を照射して、その回折・散乱光の空間強度分布を測定することが可能となり、その測定作業を容易化することができる。
【００３３】
その場合のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の要部構成例を図３に示す。この構成は、図１に示したフローセル２２に代えて粒子Ｐを表面に捕集した透明板４ａと透明電極膜４ｂとからなる集塵電極４を配置した点に特徴があり、媒液Ｌを用いないが故に分散槽２１も不要となる。なお、測定光学系以下の構成は図１のものと全く同等である。このような乾式測定によっても、集塵電極４上の粒子Ｐが適宜の濃度（単位面積当たりの粒子Ｐの存在量）となっている限り、前記した湿式測定と同様に粒子Ｐによるレーザ光の回折・散乱光の空間強度分布を正確に測定することができ、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００３４】
また、このような透明板４ａと透明電極４ｂとからなる集塵電極４を用いることにより、その集塵電極４に捕集したままで黄砂粒子の顕微鏡観察を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の黄砂粒子の捕集方法によれば、大気中に浮遊する黄砂粒子を効率的に捕集することができるとともに、個々の黄砂粒子の抽出が簡単であるため、顕微鏡観察や各種分析機器による分析に容易に供することができる。
【００３６】
また、本発明の黄砂粒子の測定方法によると、高い分解能のもとに黄砂粒子の粒度分布を測定することができるとともに、大気中の黄砂粒子の濃度を正確に測定することが可能となり、黄砂粒子の濃度変化の監視や、その結果に従って警報を発することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成図であり、捕集装置１０と、その捕集装置１０により捕集した黄砂粒子の粒度分布並びに粒子濃度を測定するためのレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０とを併記して示す図である。
【図２】本発明の捕集装置１０に用いることのできる集塵電極４の他の構成例を示す模式的断面図である。
【図３】図２の集塵電極４を用いる場合のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の要部構成例を示す図である。
【符号の説明】
１　捕集容器
２　ポンプ
３　放電電極
４　集塵電極
５　高圧電源
６　接地電位
２０　レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置
２１　分散槽
２２　フローセル
２３　照射光学系
２４　測定光学系
２５　データサンプリング回路
２６　コンピュータ
Ｐ　黄砂粒子を含む粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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