(57)【要約】【課題】サンプルの前処理を不要にして簡便に測定できるようにするとともに、大気中に浮遊している粒子状物質の表面に付着した物質を分子の状態で測定できるようにする。【解決手段】粒子状物質を捕集したサンプルシート１４を容器１２内の保持部１６上に固定し、冷却部１８でサンプルシート１４を冷却し、ポンプ３４により真空排気する。窓２０を介してレーザ装置２２から加熱用のレーザ光を照射し、サンプルシート１４上に捕集されていた粒子状物質を加熱して気化させる。レーザ装置２２からのレーザ光の照射に同期して蛍光測定用のレーザ装置２６からレーザ光を照射し、サンプルシート１４上で加熱されて気化した測定対象物質のガス状物質中にレーザ装置２６のレーザ光を集光して照射し、発生した蛍光を蛍光分光測定器３２により測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中に浮遊する粒子状物質を捕捉したサンプルに対し、減圧状態下で、そのサンプル上に捕捉された粒子状物質に付着した測定対象物質の分子を破壊しないで気化させるのに適したエネルギーをもつ第１の光で照射して気化させるステップ、及び
その気化したガス状物質に第２の光を励起光として照射し、発生した蛍光を測定するステップを備えたことを特徴とする浮遊粒子状物質測定方法。
【請求項２】
容器内部にサンプルを保持するとともに冷却することのできるサンプル保持部を有し、前記サンプル保持部に保持されたサンプルの表面に第１の光を照射することのできる第１の光入射窓及び前記第１の光による照射位置に接近して前記サンプルの表面に平行に第２の光を入射することのできる第２の光入射窓を有するサンプル容器と、
前記サンプル容器内を減圧にする排気機構と、
前記第１の光として前記サンプル上に捕捉された粒子状物質に付着した測定対象物質の分子を破壊しないで気化させるのに適したエネルギーをもつ光を照射する第１の光源と、
前記第２の光として前記測定対象物質が気化したガス状物質を励起する励起光を照射する第２の光源と、
前記第２の光の照射により前記測定対象物質から発生した蛍光を測定する蛍光測定装置とを備えたことを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項３】
前記第１の光源はパルスレーザー装置であり、前記蛍光測定装置は前記パルスレーザー装置の発光と同期して蛍光を検出するものである請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
前記第１の光源はサンプルを照射するエネルギーが可変である請求項２又は３に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【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粒子状物質を測定する方法と装置に関するものである。
粒子状物質の有害性の研究においては粒子の構成成分の特定、粒子生成メカニズムの解明が重要な課題であり、本発明はそのような研究分野や測定分野において使用されるのに適する。
【０００２】
【従来の技術】
浮遊粒子状物質を測定するには、インパクタなどを用いて環境大気中に浮遊している微粒子を粒子径により分級してサンプルシート上に捕集し、その捕集された粒子状物質をマイクロ波プラズマ法やレーザブレイクダウン法で原子化し、その発光を分析する方式の装置が使用されている。
【０００３】
また、ＶＯＣ（揮発性有機炭素）成分の測定では、ＶＯＣ成分を溶剤により抽出し、液体クロマトグラフ（ＬＣ）などの分析機器により分析することが行なわれている（非特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
大気環境学会誌、第３７巻、第２号、第１３１−１４０頁（２００２年）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ波プラズマ法やレーザブレイクダウン法は高いエネルギーを供給するので、粒子状物質の表面に凝集している有機物などの分子は破壊されて原子状となる。したがって、これらの方法は原子の含有率を測定することはできるが、分子の形態を観測することはできない。
液体クロマトグラフなどの分析機器で分析するには、測定対象物を溶媒により抽出するなどサンプルの前処理が必要となり、操作が面倒である。
【０００６】
そこで、本発明は溶媒による抽出のようなサンプルの前処理を不要にして簡便に測定できるようにするとともに、大気中に浮遊している粒子状物質の表面に付着した物質を分子の状態で測定できるようにすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の浮遊粒子状物質測定方法は、空気中に浮遊する粒子状物質を捕捉したサンプルに対し、減圧状態下で、そのサンプル上に捕捉された粒子状物質に付着した測定対象物質の分子を破壊しないで気化させるのに適したエネルギーをもつ第１の光で照射して気化させるステップ、及びその気化したガス状物質に第２の光を励起光として照射し、発生した蛍光を測定するステップを備えている。
【０００８】
サンプルに捕捉された粒子状物質に付着した測定対象物質に第１の光を照射して気化させるので、溶媒に抽出するというような前処理が不要である。そして、測定対象物質を気化させるのに照射する第１の光は、測定対象物質を分子の状態で気化させるのに適したエネルギーに設定されているので、環境大気中に浮遊している粒子状物質の表面に付着している有機物などを分子の状態で測定することができる。
【０００９】
本発明の測定方法を実現する本発明の浮遊粒子状物質測定装置は、容器内部にサンプルを保持するとともに冷却することのできるサンプル保持部を有し、前記サンプル保持部に保持されたサンプルの表面に第１の光を照射することのできる第１の光入射窓及び前記第１の光による照射位置に接近して前記サンプルの表面に平行に第２の光を入射することのできる第２の光入射窓を有するサンプル容器と、そのサンプル容器内を減圧にする排気機構と、第１の光としてサンプル上に捕捉された粒子状物質に付着した測定対象物質を分子を破壊しないで気化させるのに適したエネルギーをもつ光を照射する第１の光源と、第２の光として測定対象物質が気化したガス状物質を励起する励起光を照射する第２の光源と、第２の光の照射により測定対象物質から発生した蛍光を測定する蛍光測定装置とを備えている。
【００１０】
好ましい例として、第１の光源がパルスレーザー装置であり、蛍光測定装置がそのパルスレーザー装置の発光と同期して蛍光を検出するものとすることができる。その場合には、微量な気化ガスを効率よく測定することができるようになる。
【００１１】
また、他の好ましい例として、第１の光源が出力エネルギー可変であるものとすることができる。その場合には、出力エネルギーを低い方から高い方に変化させることにより、気化エネルギーの異なる複数の物質を気化エネルギーの低いものから順に気化させて分別測定をすることができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例の測定装置であり、図２はその測定装置で測定するためのサンプルを採取するためのサンプル採取装置を概略的に現したものである。
まず、図２のサンプル採取装置から説明する。このサンプル採取装置は、カスケードインパクタの一種である既知の低圧型カスケードインパクタ（ElectricalLow Pressure Impactor）である。容器内に、サンプルガスの流れに沿って上流から下流に３段のキャプチャープレートと称されるサンプルシートを保持する台６−１〜６−３が直列に配列されて設置されている。キャプチャープレート６−１〜６−３にはそれぞれサンプルシート（アルミニウム箔）が取り付けられている。サンプルガスの流路は、サンプルガス入口２から出口４に向かい、各段のキャプチャープレート６−１〜６−３に設けられたサンプルシートに沿って流れるように流路が形成されている。サンプルガスが入口から出口に向かって流れる間に、大きな粒子から順に分級されてキャプチャープレート６−１〜６−３のサンプルシートに捕集されていく。
【００１３】
図１は一実施例の測定装置を表わしている。図２のサンプル採取装置の各段のキャプチャープレートでサンプルを捕集したサンプルシートなどが測定の対象となる。
【００１４】
１２はサンプル容器で、密閉容器として構成されている。サンプル容器１２内の中央底部にはサンプル保持部１６が設けられている。サンプル保持部１６上には、図２のサンプル採取装置などの装置で粒子状物質を捕集したサンプルシート１４が、粒子状物質を捕集した面を上面にして取り付けるようになっている。保持部１６の下部には冷却機構としてペルチエ素子を用いた冷却装置１８が設けられており、保持部１６に保持されたサンプルシート１４を冷却できるようになっている。冷却装置１８は後で説明する加熱用レーザ装置２２からのレーザ光照射の時にだけ測定対象物質が気化するように冷却するためのものである。
３４は容器１２内を排気する真空ポンプ、３６は容器１２内をリークするためのリークバルブである。
【００１５】
サンプル容器１２の上部には第１の光入射窓２０が設けられている。２２は容器１２の外部に配置され、窓２０を通して容器内のサンプルシート１４に第１の光を照射するレーザ装置である。このレーザ装置２２はサンプルシート１４上の粒子状物質に付着した測定対象物質の分子を破壊しないで気化させるのに適したエネルギーを供給するものである。レーザ装置２２としては、例えばパルスレーザ装置を使用することができ、その発生するエネルギーが可変になっている。
【００１６】
サンプル容器１２の側部にはサンプルシート１４からレーザ装置２２のレーザ光により加熱されて気化した測定対象物質の蛍光を測定するための第２の光入射窓２４が設けられている。光入射窓２４の位置は、励起用の第２の光を発生するレーザ装置２６からの光をサンプルシート１４の表面に沿って平行で、第１の光により気化したガス状物質が存在する位置を透過するように励起用レーザ光を照射することのできる位置に設定されている。２７は励起用レーザ光を透過させる透過窓であり、光入射窓２４に対向して配置されている。
【００１７】
光入射窓２４の外側には、励起用レーザ光を収束して測定対象物質の気化ガスに照射するとともに、気化した物質から発生した蛍光を集光するための集光レンズ２８が配置されている。３０は励起レーザ光を反射し、蛍光を透過させるガラス板、ハーフミラー又はダイクロイックミラーである。３２は蛍光を受光し、測定する蛍光分光測定器である。
【００１８】
次に、この実施例の動作について説明する。
図２のサンプル採取装置で粒子状物質を粒子径により分級して捕集したサンプルシート１４を容器１２内の保持部１６上に固定した後、容器１２を密閉し、冷却部１８でサンプルシート１４を冷却し、レーザ照射により測定対象物質を気化して蛍光測定に適する状態までポンプ３４により真空排気する。真空度は１Torr〜１００Torr程度が適当である。
【００１９】
その後、窓２０を介してレーザ装置２２から加熱用のレーザ光を照射する。このレーザ光のエネルギーは、測定対象物質に応じて、サンプルシート１４上に捕集されていた粒子状物質が１００〜３００℃程度に加熱されるように調節する。このレーザ光の照射によりサンプルシート上の粒子状物質に付着していた物質が加熱され、ＳＶＯＣ類（半揮発性有機炭素）類が気化される。
【００２０】
レーザ装置２２からのレーザ光の照射に同期して蛍光測定用のレーザ装置２６からレーザ光が照射され、サンプルシート１４上で加熱されて気化した測定対象物質のガス状物質中にレーザ装置２６のレーザ光が集光して照射される。サンプルから気化したガス状物質はその励起用レーザ光により励起され、蛍光を発し、その蛍光が蛍光分光測定器３２により測定される。
【００２１】
この実施例ではレーザ装置２２はエネルギーが可変となっているので、測定対象物質に応じてエネルギーを調節することにより、種々の対象を測定することができる。また、レーザ装置２２に変えて放電ランプを使用することもできる。
【００２２】
励起用レーザ装置２６としては、例えば半導体レーザを使用することができる。半導体レーザでは種々の励起光波長を選択することができる。また励起用レーザ装置２６として色素レーザを使用することもできる。色素レーザは波長の可変範囲が広いという利点を備えている。
【００２３】
【発明の効果】
本発明では、空気中に浮遊する粒子状物質をシート上に捕捉したサンプルシートに対し、減圧状態下で、そのサンプルシート上に捕捉された粒子状物質に付着した測定対象物質を分子を破壊しないで気化させるのに適したエネルギーの第１の光で照射して気化させ、その気化したガス状物質に第２の光を励起光として照射し、発生した蛍光を測定するようにしたので、測定対象物質を溶媒に抽出するというような前処理が不要であり、しかも測定対象物質を分子の状態で気化させて測定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の測定装置を示す概略断面図である。
【図２】実施例の測定装置で測定するためのサンプルを採取するためのサンプル採取装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１２      サンプル容器
１４      サンプルシート
１６      サンプル保持部
１８      冷却装置
２０      第１の光入射窓
２２      加熱用レーザ装置
２４      第２の光入射窓
２６      励起用レーザ装置
２８      集光レンズ
３２      蛍光分光測定器
３４      真空ポンプ
【図１】
2004191284.tif 000003
【図２】
2004191284.tif 000004