(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定粒子よりも目が細かく且つ前記測定粒子と反応する薬が含浸又は塗布されているフィルタを通して大気を吸引し、前記大気中に飛散している前記測定粒子を前記フィルタで捕捉する粒子捕捉方法において、前記フィルタに捕捉された前記測定粒子が前記大気中の水分によって前記薬と反応できる程度にまで湿るのに必要な時間を考慮して吸引継続時間を予め決定しておき、前記大気の吸引を前記吸引継続時間続けて前記フィルタに捕捉された前記測定粒子を前記大気中の水分で湿らせて前記薬と反応させて固定することを特徴とする粒子捕捉方法。
【請求項２】
前記測定粒子は海塩粒子であり、前記薬は硝酸銀であることを特徴とする請求項１記載の粒子捕捉方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子捕捉方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、大気中に飛散する測定粒子を大気ごと吸引してフィルタによって捕捉する粒子捕捉方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気中に飛散している海塩を正確に計測する装置として、例えば気中塩分計がある。気中塩分計は、粒子を含む空気を高速のジェットでフィルムなどの壁面に衝突させた場合、ジェットが一定速度を超えると、一定粒径以上の粒子が高い効率で壁面に捕捉されるという原理を利用したものである。具体的には、ジェットの径が１ｍｍ、ジェットの速度が４０ｍ／ｓを超えると、ジェット中に含まれる直径１ミクロン以上の粒子は衝突した壁面に１００％捕捉されるというものである（非特許文献１）。
【０００３】
この原理を利用した海塩粒子測定器（非特許文献２）を図６に示す。ケーシング１０１内の空気をシリンジ１０４で吸引してケーシング１０１内を負圧にすることで、ケーシング１０１の先端に設けられたノズル１０２から大気を吸引する。ノズル１０２の先端は直径１ｍｍの流路に絞られており、吸引した大気を高速ジェットにしてフィルム１０３に衝突させている。この衝突によって大気中に含まれる海塩粒子がフィルム１０３に捕捉される。そして、フィルム１０３に衝突した大気はフィルム１０３の表面に沿って流れた後、フィルム１０３の脇を通り抜けてシリンジ１０４内に吸引される。
【０００４】
フィルム１０３は、回転可能に支持されたフィルムステージ１０５に保持されている。ハンドル１０６を操作することでフィルムステージ１０５を回転させることができ、ノズル１０２から噴射させた高速ジェットが当たる場所を変えることができる。フィルム１０３には硝酸銀の溶液が塗布されており、捕捉した海塩粒子との接触部分は反応して変色する。この反応の痕跡を手掛かりにして大気中の海塩粒子の粒径分布を測定することができる。
【０００５】
【非特許文献１】「計測技術」日本工業出版株式会社  2002.3.  p16〜19
【非特許文献２】Yoshiaki TOBA and Masaaki TANAKA  "Simple technique for the measurement of giant sea-salt particles by use of a hand-operated impactor and a chloride reagent film"  Special Contributions, Geophysical Institute, Kyoto University,No.7, 1967, 111-118
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の気中塩分計は、原理的には高速ジェット中に含まれる全ての海塩粒子をフィルム１０３によって捕捉可能であるが、実際には、特に大気の湿度が低い場合等には全ての海塩粒子を捕捉できるとは限らなかった。このため、測定の信頼性に劣っていた。
【０００７】
本発明は、たとえ大気の湿度が低い場合であっても大気中の粒子を確実に捕捉することができる粒子捕捉方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、測定粒子よりも目が細かく且つ測定粒子と反応する薬が含浸又は塗布されているフィルタを通して大気を吸引し、大気中に飛散している測定粒子をフィルタで捕捉する粒子捕捉方法において、フィルタに捕捉された測定粒子が大気中の水分によって薬と反応できる程度にまで湿るのに必要な時間を考慮して吸引継続時間を予め決定しておき、大気の吸引を吸引継続時間続けてフィルタに捕捉された測定粒子を大気中の水分で湿らせて薬と反応させて固定するものである。
【０００９】
フィルタを通して大気を吸引すると、大気中に飛散している測定粒子、即ち測定対象の粒子がフィルタによって捕捉される。測定粒子はフィルタの目によって捕捉され、また捕捉後も大気の吸引が続けられているので、測定粒子はフィルタにしっかりと付着する。そして、測定粒子が湿っている場合には、フィルタに含浸又は塗布されている薬とただちに反応して固定される。また、たとえ観測する大気の湿度が低く捕捉した測定粒子が乾燥している場合であっても、大気の吸引を続けることで大気中の水分によって捕捉した測定粒子を徐々に湿らすことができ、大気中の水分を吸ってミスト状になった部分がただちにフィルタに含まれている薬と反応して固定される。このため、測定粒子はさらにしっかりとフィルタに付着する。
【００１０】
また、請求項２記載の粒子捕捉方法は、測定粒子は海塩粒子であり、フィルタに含浸又は塗布されている薬は硝酸銀である。したがって、大気中に飛散している海塩粒子をフィルタで捕捉して硝酸銀と反応させて固定することができる。フィルタ上の反応部分は変色して反応の痕跡を生じさせる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の粒子捕捉方法では、フィルタに捕捉された測定粒子が大気中の水分によって薬と反応できる程度にまで湿るのに必要な時間を考慮して吸引継続時間を予め決定しておき、大気の吸引を吸引継続時間続けてフィルタに捕捉された測定粒子を大気中の水分で湿らせて薬と反応させて固定するようにしているので、たとえ大気の湿度が低く測定粒子が乾燥している場合であっても測定粒子を湿らせて薬と反応させて固定することができ、フィルタにしっかりと付着させることができる。このため、より確実に測定粒子を捕捉することができ、捕捉の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の粒子捕捉方法では、測定粒子は海塩粒子であり、フィルタに含浸又は塗布されている薬は硝酸銀であるので、大気中に飛散している海塩粒子をフィルタで捕捉して硝酸銀と反応させて固定することができる。また、フィルタ上の反応部分が変色して反応の痕跡となるので、この反応の痕跡に基づいて海塩粒子の粒径やその分布を求めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明の粒子捕捉方法の実施形態の一例を、図２及び図３に本発明の粒子捕捉装置の実施形態の一例をそれぞれ示す。粒子捕捉装置は、測定粒子１１よりも目が細かく且つ測定粒子１１と反応する薬が含浸又は塗布されているフィルタ１２と、フィルタ１２を通して大気を吸引する吸引装置１３とを備え、吸引装置１３はフィルタ１２が測定粒子１１を捕捉した後も大気の吸引を続け、フィルタ１２に捕捉された測定粒子１１を大気中の水分で湿らせて前記薬と反応させて固定するものである。
【００２０】
フィルタ１２は例えばセルロースフィルタであり、ホルダ１４内に設置されている。フィルタ１２は測定粒子１１よりも細かい目を有している。例えば、測定粒子１１が粒径：数μｍ〜数十μｍの海塩である場合には、例えば口径：０．４５μｍの目を有するセルロースフィルタを使用する。フィルタ１２には測定粒子１１に反応する薬が含浸されている。例えば、測定粒子１１が海塩である場合には、硝酸銀が含浸されている。
【００２１】
ホルダ１４の断面を図３に示す。ホルダ１４は、例えば先端１４ａが開口し、後端１４ｂが閉塞している円筒体であり、例えば脚１５によって地面から所定の高さの位置に支持されている。ホルダ１４内にはメッシュ状のフィルタ支持体１６が設けられており、フィルタ支持体１６の前面にフィルタ１２を設置する。
【００２２】
吸引装置１３は、例えば単位時間当たりの吸引流量が調節可能な排気ポンプであり、チューブ１８によってホルダ１４の後端１４ｂに接続されている。吸引装置１３はバッテリ１７から電力の供給を受けて作動する。吸引装置１３には、例えば瞬間的な流量と積算流量とを計測できる流量計量機としての気体用マスフローメータが設けられている。
【００２３】
次に、粒子捕捉方法について説明する。粒子捕捉方法は、例えば上述の粒子捕捉装置によって実施されるものである。粒子捕捉方法は、測定粒子１１よりも目が細かく且つ測定粒子と反応する薬が含浸又は塗布されているフィルタ１２を通して大気を吸引し、大気中に飛散している測定粒子１１をフィルタ１２で捕捉するものであり、フィルタ１２に捕捉された測定粒子１１が大気中の水分によって薬と反応できる程度にまで湿るのに必要な時間を考慮して吸引継続時間を予め決定しておき、大気の吸引を吸引継続時間続けてフィルタ１２に捕捉された測定粒子１１を大気中の水分で湿らせて薬と反応させて固定するものである。
【００２４】
吸引装置１３が吸引を開始するとホルダ１４の先端の開口から大気が吸い込まれる（ステップＳ１）。ホルダ１４内に吸い込まれた大気はフィルタ１２を通過し、チューブ１８を通って吸引装置１３に吸い込まれ、そして外に排出される。大気がフィルタ１２を通過する際、大気中の測定粒子１１がフィルタ１２によって捕捉される（ステップＳ２）。
【００２５】
フィルタ１２には測定粒子１１と反応する薬が含浸又は塗布されているので、フィルタ１２の測定粒子１１との接触部分が変色し反応の痕跡が生じる（ステップＳ３）。図４に反応の痕跡が生じたフィルタ１２の顕微鏡写真を示す。図４中、黒丸部分が反応の痕跡である。測定粒子１１はフィルタ１２の目によって捕捉され、また捕捉後も吸引装置１３は大気の吸引を続けているので、測定粒子１１はフィルタ１２にしっかりと付着する。そして、測定粒子１１が十分湿っている場合には、測定粒子１１は薬とただちに反応してしっかりと固定される。また、たとえ大気の湿度が低く捕捉した測定粒子１１が乾燥している場合であっても、吸引装置１３が大気の吸引を続けることで大気中の水分によって測定粒子１１及びフィルタ１２を徐々に湿らせることができる。このため、たとえ大気の湿度が低く捕捉した測定粒子１１が乾燥している場合であっても、測定粒子１１を湿らせてミスト状になった部分をただちに薬と反応さこせてフィルタ１２に固定することができる。
【００２６】
吸引装置１３は予め決められた時間が経過するまで大気を吸引し続ける（ステップＳ４→ステップＳ１）。例えば０．５〜１時間大気の吸引が継続される。吸引を継続する時間は、例えば大気の湿度、測定粒子の大気中濃度等を考慮して決定される。つまり、フィルタ１２に捕捉された測定粒子１１がフィルタ１２の薬と反応できる程度にまで湿るのに必要な時間（大気の湿度を考慮した時間）や、フィルタ１２上に生じた反応の痕跡が隣同士で著しく重ならない程度の時間（測定粒子１１の大気中濃度を考慮した時間）等を考慮して、吸引を継続する時間を決定する。ただし、通常は後者の時間の方が前者の時間よりも長く、後者の時間条件を満たせば前者の時間条件も満たすことになるので、後者の時間を主に考慮して吸引継続時間を決定する。
【００２７】
所定時間の経過後、吸引装置１３を停止させてホルダ１４からフィルタ１２を取り出す（ステップＳ５）。また、必要に応じて、取り出したフィルタ１２に大気の積算流量値を記入する。これにより、測定粒子１１の捕捉の作業が終了する。
【００２８】
なお、ホルダ１４から取り出したフィルタ１２は湿っていることから、捕捉した測定粒子１１はフィルタ１２上で液状になって薬と反応すると考えられる。
【００２９】
このように、本発明では、たとえ大気の湿度が低く測定粒子１１が乾燥している場合であっても測定粒子１１を湿らせてフィルタ１２にしっかりと付着させることができる。このため、より確実に測定粒子１１を捕捉することができ、捕捉の信頼性を向上させることができる。図６の気中塩分計では、大気の湿度が例えば６０％よりも低くなるとフィルム１０３によって捕捉されない海塩が発生し始めるが、本発明では、大気の湿度が例えば６０％よりも低くなった場合にも、海塩をフィルタ１２によって良好に捕捉することができる。
【００３０】
なお、本発明によって大気中の測定粒子１１を捕捉したフィルタ１２を使用して、例えば大気中に飛散している測定粒子１１の粒径分布を正確に測定することができる。即ち、フィルタ１２の測定粒子１１が接触している部分は薬との反応によって変色しており、反応の痕跡が生じているので、この痕跡の直径を測定し、その測定結果に基づいて測定粒子１１の実際の粒径を求めることができる。大気中には多数の測定粒子１１が飛散しており、フィルタ１２には多数の反応の痕跡が生じているが、各反応の痕跡を測定することで、大気中に飛散している測定粒子１１の粒径分布を求めることができる。
【００３１】
フィルタ１２上の痕跡に基づいて測定粒子１１の実際の粒径を求める手段は、公知の手段によるのでここでは詳しい説明は省略するが、フィルタ１２上の痕跡の直径を測定する公知手段としては、例えばコンピュータを使用した画像測定技術を利用することができる。画像計測を行うソフトウェアとしては、例えばシオンイメージ（Scion Corporation社製）の使用が可能である。ホルダ１４から取り出したフィルタ１２に紫外線を当てて反応の痕跡を固定した後、画像計測を行う。測定粒子１１が海塩であり、フィルタ１２に塗布されている薬が硝酸銀の場合には、反応によって塩化銀が生じるので、これを紫外線によって感光させた後、画像計測を行う。画像計測では、例えば図４に示すフィルタ１２の顕微鏡写真を画像解析して図５に示すように各反応の痕跡の位置や直径を特定する。また、画像計測による測定データに基づいて測定粒子１１の実際の粒径を求める公知手段としては、例えばフィルタ１２上の痕跡径と実際の粒径との関係を示す検定曲線を利用して算出する手段がある。検定曲線は、例えば予備実験を行って求めることができる。即ち、実際の観測を模擬して噴霧を行い、フィルタ１２上に生じた反応痕跡の直径の分布と噴霧粒子の直径の分布とを対比して検定曲線を求めることができる。
【００３２】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００３３】
例えば、上述の説明ではフィルタ１２に薬を含浸させていたが、薬を塗布しても良い。
【００３４】
また、海塩を測定粒子１１としていたが、海塩以外の粒子を測定粒子１１としても良い。即ち、海塩以外の粒子を測定の対象にしても良い。例えば、大気中に飛散しているクロム、鉄等の粒子を測定の対象にしても良い。なお、クロムの粒子を測定の対象にする場合には、フィルタ１２に含浸又は塗布させておく薬として、例えばジフェニルカルバジドを使用することができる。また、鉄の粒子を測定の対象にする場合には、フィルタ１２に含浸又は塗布させておく薬として、例えばN,N-ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウムを使用することができる。
【実施例１】
【００３５】
大気中に飛散している海塩を測定の対象にする場合のフィルタ１２を、例えば以下のようにして作成した。
【００３６】
フィルタ１２のベースフィルムとして、例えば口径：０．４５μｍ、フィルター直径：４７ｍｍのセルロースフィルタを使用した。このベースフィルムを、蒸留水ベース硝酸銀１５％溶液に染料（例えば青）を混ぜたものに約１５分間浸した後、溶液が均一に染み込んでいることを確認して乾燥させた。染料によってベースフィルムが均一に着色されていれば、溶液が均一に染み込んでいると判断した。溶液の染み込みが不均一の場合には、さらに数分間溶液に浸して上述の操作を行うようにした。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の粒子捕捉方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明の粒子捕捉装置の実施形態の一例を示す図である。
【図３】ホルダを示す断面図である。
【図４】反応の痕跡が生じているフィルタの顕微鏡写真である。
【図５】図４の顕微鏡写真の画像解析後の様子を示す図である。
【図６】従来の海塩粒子測定器を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１  測定粒子
１２  フィルタ
１３  吸引装置
【図１】
0004783607.tif 000002
【図２】
0004783607.tif 000003
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
0004783607.tif 000007