(57)【要約】      （修正有）【課題】気相中に浮遊するナノメータ・サイズからサブミクロンメータ・サイズまでの幅広い分布を有する微粒子の粒径分布及び特定の粒径サイズの微粒子についての個数濃度の経時変化を２種類の粒径範囲に分けて同時にかつリアルタイムに測定することができる微粒子分析装置を提供する。【解決手段】微分型電気移動度測定器１において、コモン電極部４と中心電極部５との間に第１測定領域２が形成され、コモン電極部４と導電性スリーブ２０との間に第２測定領域３が形成されている。帯電微粒子がサンプルガス導入管２６を経由してサンプルガス導入孔２７に取り込まれ、その一部はサンプルガス導入スリット１０を介して第１測定領域２へ取り込まれ、残りは、サンプルガス導入流路３１から第２測定領域３に取り込まれる。取り込まれた帯電微粒子はそれぞれの測定条件の下で分級される。【選択図】図１
2005214931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相中に浮遊する微粒子を分析する微粒子分析装置において、
外部から気密に保たれた筐体と、
前記筐体内に配置された中心電極部と、
前記筐体内にて前記中心電極部を取り囲むように当該中心電極部と同心軸上に配置され、前記中心電極部との間に第１測定領域を形成するコモン電極部と、
前記筐体内にて前記コモン電極部を取り囲むように当該コモン電極部と同心軸上に配置され、前記コモン電極部との間に第２測定領域を形成する外側電極部と、
前記コモン電極部に近接した位置から前記第１測定領域及び前記第２測定領域へ向けて帯電微粒子を導入する微粒子導入部と、
前記微粒子導入部により導入された帯電微粒子を前記第１測定領域内及び前記第２測定領域内にて一定の方向へ移動させるように前記筐体内にシースガスを導入するシースガス導入部と、
前記コモン電極部を基準にして前記コモン電極部と前記中心電極部との間及び前記コモン電極部と前記外側電極部との間に電圧を印加する電源とを備え、
前記中心電極部及び前記外側電極部にはそれぞれ、前記第１測定領域内及び前記第２測定領域内を所定の距離だけ移動した帯電微粒子を外部へ取り出すための第１導出スリット及び第２導出スリットが形成され、
前記電源により前記コモン電極部と前記中心電極部との間に電位差を生じさせた状態で、前記コモン電極部に近接した位置からシースガスと共に導入される帯電微粒子を前記第１測定領域内にて前記コモン電極部側から前記中心電極部側へ移動させると共に、前記電源により前記コモン電極部と前記外側電極部との間に電位差を生じさせた状態で、前記コモン電極部に近接した位置からシースガスと共に導入される帯電微粒子を前記第２測定領域内にて前記コモン電極部側から前記外側電極部側へ移動させ、前記中心電極部及び前記外側電極部にそれぞれ形成された前記第１導出スリット及び前記第２導出スリットから特定の粒径サイズの帯電微粒子を外部へ取り出すことを特徴とする微粒子分析装置。
【請求項２】
前記微粒子導入部は、前記コモン電極部の外側に位置する導入孔に帯電微粒子を導入する導入管と、前記コモン電極部に形成された導入スリットであって前記導入孔に取り込まれた帯電微粒子を前記第１測定領域内に取り込むための導入スリットと、前記コモン電極部の外面とガイドとにより形成されたサンプルガス導入流路であって前記導入孔に取り込まれた帯電微粒子を前記第２測定領域内に取り込むためのサンプルガス導入流路とを有す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】
前記中心電極部及び前記外側電極部にそれぞれ形成された前記第１導出スリット及び前記第２導出スリットに連通して設けられ、当該各導出スリットから取り出された特定の粒径サイズの帯電微粒子の個数濃度を測定する微粒子個数濃度計数器をさらに備えたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の微粒子分析装置。
【請求項４】
前記中心電極部に形成された前記第１導出スリットは、前記中心電極部に連結された電気絶縁体からなる絶縁体ロッドを介して外部に連通しており、
前記第１導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器はファラデーカップ及び電流増幅器を有し、このうち少なくとも前記ファラデーカップが前記絶縁体ロッドの内部空間内に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の微粒子分析装置。
【請求項５】
前記第１導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器のうち前記ファラデーカップ及び前記電流増幅器が共に前記絶縁体ロッドの内部空間内に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の微粒子分析装置。
【請求項６】
前記外側電極部に形成された前記第２導出スリットは、前記外側電極部に連結された電気絶縁体からなるハウジング部を介して外部に連通しており、
前記第２導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器はファラデーカップ及び電流増幅器を有し、このうち少なくとも前記ファラデーカップが前記ハウジング部の内部空間内に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の微粒子分析装置。
【請求項７】
前記第１導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器のうち前記ファラデーカップ及び前記電流増幅器が共に前記ハウジング部の内部空間内に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の微粒子分析装置。
【請求項８】
前記シースガス導入部により前記筐体内に導入されたシースガスを前記筐体の外部へ取り出すと共に当該シースガスを前記シースガス導入部により再度導入するシースガス循環部をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の微粒子分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相中に浮遊する微粒子を分析する微粒子分析装置に係り、とりわけ、気相中に浮遊するナノメータ・サイズからサブミクロンメータ・サイズまでの幅広い分布を有する微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）及び特定の粒径サイズの微粒子についての個数濃度の経時変化を２種類の粒径範囲に分けて同時にかつリアルタイムに測定することができる微粒子分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter）の問題が注目されている。特に、ディーゼル車の比率が大きいヨーロッパにおいては、ディーゼルエンジンから排出されるナノメータ・サイズの微粒子が人体に及ぼす影響に関する研究がクローズアップされており、自動車が実際に市中を走行する際の走行パターンの下で排出される微粒子の挙動をリアルタイムに測定する研究が進められている。また、日本及び米国においても、数年後を目途に微粒子の個数濃度を基準とした規制を検討するとの動きもある。
【０００３】
このような微粒子を対象とした従来の分析方法としては、(1)一定時間あたりの排出ガス中の微粒子をフィルタ等に捕集して重量を測定する重量測定法、(2)微粒子にレーザー光線等を照射して散乱光強度や透過率等から微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）を求める光学的手法、(3)ガス中に浮遊する帯電微粒子の電場中での電気移動度が粒径に依存する性質を利用して微粒子の粒径を測定する微分型電気移動度測定法（特許文献１〜４参照）、といった方法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、上述した従来の分析方法のうち、上記(1)の重量測定法では、測定のために長時間を要し、フィルタの濾過効率によって捕集される粒子量が異なってしまう、という問題がある。また、上記(2)の光学的手法では、散乱光強度等が微粒子の粒径の６乗に比例するので、微粒子の大きさがナノメータ・サイズの領域になると、正確な粒径分布を求めることが困難になる、という問題がある。なお、一般に用いられているパーティクルカウンタはいずれも、粒径がサブミクロンメータ・サイズ以上の比較的大きな微粒子を対象とするものであって、自動車の排気ガスや大気中に浮遊するナノメータ・サイズの微粒子をリアルタイムに分析することは不可能であった。
【０００５】
これに対し、上記(3)の微分型電気移動度測定法は、現在のところ、ナノメータ・サイズの微粒子の粒径分布をその場観察することが可能な唯一の装置であるが、微粒子の粒径分布を求めるために数分間の時間を要するので、自動車が走行しているときのような、変化が著しいモードで排出される排気ガス中の微粒子の粒径分布をリアルタイムに分析することは困難であった。また、複数の粒径サイズの微粒子の粒径分布を同時に測定することも困難であった。
【０００６】
なお、このような問題を解決するため、複数の微分型電気移動度測定器を並列に設置して測定する方法をとることも可能であるが、この場合には、各微分型電気移動度測定器に対してサンプルガスを均一に分配することが難しいので測定精度が低下しやすい、という問題があり、また、装置が大型化するので測定可能な場所が限定されてしまう、という問題もある。
【特許文献１】特開平１１−２６４７９０号公報
【特許文献２】特開２０００−４６７２０号公報
【特許文献３】特開２０００−２７９８９３号公報
【特許文献４】特開２００１−２３９１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、気相中に浮遊するナノメータ・サイズからサブミクロンメータ・サイズまでの幅広い分布を有する微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）及び特定の粒径サイズの微粒子についての個数濃度の経時変化を２種類の粒径範囲に分けて同時にかつリアルタイムに測定することができる微粒子分析装置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】
本発明は、気相中に浮遊する微粒子を分析する微粒子分析装置において、外部から気密に保たれた筐体と、前記筐体内に配置された中心電極部と、前記筐体内にて前記中心電極部を取り囲むように当該中心電極部と同心軸上に配置され、前記中心電極部との間に第１測定領域を形成するコモン電極部と、前記筐体内にて前記コモン電極部を取り囲むように当該コモン電極部と同心軸上に配置され、前記コモン電極部との間に第２測定領域を形成する外側電極部と、前記コモン電極部に近接した位置から前記第１測定領域及び前記第２測定領域へ向けて帯電微粒子を導入する微粒子導入部と、前記微粒子導入部により導入された帯電微粒子を前記第１測定領域内及び前記第２測定領域内にて一定の方向へ移動させるように前記筐体内にシースガスを導入するシースガス導入部と、前記コモン電極部を基準にして前記コモン電極部と前記中心電極部との間及び前記コモン電極部と前記外側電極部との間に電圧を印加する電源とを備え、前記中心電極部及び前記外側電極部にはそれぞれ、前記第１測定領域内及び前記第２測定領域内を所定の距離だけ移動した帯電微粒子を外部へ取り出すための第１導出スリット及び第２導出スリットが形成され、前記電源により前記コモン電極部と前記中心電極部との間に電位差を生じさせた状態で、前記コモン電極部に近接した位置からシースガスと共に導入される帯電微粒子を前記第１測定領域内にて前記コモン電極部側から前記中心電極部側へ移動させると共に、前記電源により前記コモン電極部と前記外側電極部との間に電位差を生じさせた状態で、前記コモン電極部に近接した位置からシースガスと共に導入される帯電微粒子を前記第２測定領域内にて前記コモン電極部側から前記外側電極部側へ移動させ、前記中心電極部及び前記外側電極部にそれぞれ形成された前記第１導出スリット及び前記第２導出スリットから特定の粒径サイズの帯電微粒子を外部へ取り出すことを特徴とする微粒子分析装置を提供する。
【０００９】
なお、本発明において、前記微粒子導入部は、前記コモン電極部の外側に位置する導入孔に帯電微粒子を導入する導入管と、前記コモン電極部に形成された導入スリットであって前記導入孔に取り込まれた帯電微粒子を前記第１測定領域内に取り込むための導入スリットと、前記コモン電極部の外面とガイドとにより形成されたサンプルガス導入流路であって前記導入孔に取り込まれた帯電微粒子を前記第２測定領域内に取り込むためのサンプルガス導入流路とを有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明においては、前記中心電極部及び前記外側電極部にそれぞれ形成された前記第１導出スリット及び前記第２導出スリットに連通して設けられ、当該各導出スリットから取り出された特定の粒径サイズの帯電微粒子の個数濃度を測定する微粒子個数濃度計数器をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
ここで、前記中心電極部に形成された前記第１導出スリットは、前記中心電極部に連結された電気絶縁体からなる絶縁体ロッドを介して外部に連通しており、前記第１導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器はファラデーカップ及び電流増幅器を有し、このうち少なくとも前記ファラデーカップが前記絶縁体ロッドの内部空間内に配置されていることが好ましい。また、前記第１導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器のうち前記ファラデーカップ及び前記電流増幅器が共に前記絶縁体ロッドの内部空間内に配置されていてもよい。また、前記外側電極部に形成された前記第２導出スリットは、前記外側電極部に連結された電気絶縁体からなるハウジング部を介して外部に連通しており、前記第２導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器はファラデーカップ及び電流増幅器を有し、このうち少なくとも前記ファラデーカップが前記ハウジング部の内部空間内に配置されていることが好ましい。また、前記第１導出スリットに連通して設けられた前記微粒子個数濃度計数器のうち前記ファラデーカップ及び前記電流増幅器が共に前記ハウジング部の内部空間内に配置されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明においては、前記シースガス導入部により前記筐体内に導入されたシースガスを前記筐体の外部へ取り出すと共に当該シースガスを前記シースガス導入部により再度導入するシースガス循環部をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、互いに同心軸上に配置された三重円筒構造のコモン電極部、中心電極部及び外側電極部を備え、コモン電極部と中心電極部との間（第１測定領域）及びコモン電極部と外側電極部との間（第２測定領域）に電位差を生じさせた状態で、コモン電極部４に近接した位置からシースガスとともに導入された帯電微粒子を第１測定領域及び第２測定領域のそれぞれにおいて特定の測定条件の下で分級するようにしている。このため、中心電極部及び外側電極部に印加される電圧を段階的にスキャンすれば、外部から導入された気相中に浮遊する幅広い分布を有するナノメータ・サイズからサブミクロンメータ・サイズの帯電微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）を２種類の粒径範囲に分けて１台の装置で同時に測定することができる。またこの場合、中心電極部及び外側電極部に印加される電圧を所望の粒径サイズの帯電微粒子を取り出すのに必要とされる電圧に固定することも可能であり、この場合には、特定の粒径サイズの帯電微粒子についての個数濃度の経時変化を２種類の粒径範囲に分けて１台の装置で同時にかつリアルタイムに測定することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
第１の実施の形態
まず、図１により、本発明による微粒子分析装置の第１の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る微粒子分析装置１００は、気相中に浮遊する微粒子を分析するものであり、同心軸上に２つの測定領域２、３が配列された三重円筒構造の微分型電気移動度測定器１を備えている。
【００１７】
すなわち、微分型電気移動度測定器１は、円筒状の中心電極部５と、中心電極部５を取り囲むように当該中心電極部５と同心軸上に配置された円筒状のコモン電極部４と、コモン電極部４を取り囲むように当該コモン電極部４と同心軸上に配置された円筒状の導電性スリーブ（外側電極部）２０とを備えている。なお、以上において、中心電極部５、コモン電極部４及び導電性スリーブ２０は、ハウジング部６、カバー部７、サンプルガス導入部８及びベース部９からなる筐体１ａ内に配置され、外部から気密に保たれている。また、このような筐体１ａ内において、コモン電極部４と中心電極部５との間に第１測定領域２が形成され、コモン電極部４と外導電性スリーブ２０との間に第２測定領域３が形成されている。
【００１８】
ここで、図１に示す微分型電気移動度測定器１において、自動車の排気ガス等の大気（気相）中に浮遊している微粒子（エアロゾル）は、アメリシウム２４１等の放射線源から照射されるα線やコロナ放電器によって生成されたコロナイオン等によって予め荷電された後、サンプルガス導入部８のサンプルガス導入管２６を経由してコモン電極部４の外側に位置するサンプルガス導入孔２７に取り込まれる。その後、サンプルガス導入孔２７に取り込まれた帯電微粒子の一部は、コモン電極部４の上流部に形成された環状のサンプルガス導入スリット１０を介して第１測定領域２へ取り込まれ、一方、帯電微粒子の残りは、コモン電極部４の上流部に位置する外面とガイド３２とにより形成されるサンプルガス導入流路３１から第２測定領域３に取り込まれる。そして、このようにして取り込まれた帯電微粒子は、後述するような原理及び作用に従い、第１測定領域２及び第２測定領域３において、それぞれの測定条件の下で分級される。なおここで、サンプルガス導入管２６、サンプルガス導入孔２７、コモン電極部４に形成されたサンプルガス導入スリット１０及びガイド３２等により、コモン電極部４に近接した位置から第１測定領域２及び第２測定領域３へ向けて帯電微粒子を導入する微粒子導入部が構成されている。
【００１９】
より具体的には、図１に示す微分型電気移動度測定器１において、コモン電極部４の上流部に形成された環状のサンプルガス導入スリット１０を介して第１測定領域２に取り込まれた帯電微粒子の一部は、カバー部７に設けられた第１シースガス供給管２４から供給されて第１ラミナー２５により層流化されたシースガス中に流入して、シースガスと共に下流方向へ移動する。なおここで、第１シースガス供給管２４及び第１ラミナー２５により、導入された帯電微粒子を第１測定領域２内にて一定の方向へ移動させるように筐体１ａ内にシースガスを導入するシースガス導入部が構成されている。このとき、電圧可変の第１直流電源３８から、第１コネクタ２１及び中心電極部５の一端部の中心軸上に設けられた端子１４を経由して中心電極部５に電圧が印加されており、アースに接続されたコモン電極部４と中心電極部５との間に電位差を生じさせると、両電極間に形成される電場の影響を受けて帯電微粒子が電気移動度に応じた速度でコモン電極部４側から中心電極部５側に引き寄せられる。これにより、第１直流電源３８により印加された電圧に相当する粒径サイズの帯電微粒子のみが中心電極部５に設けられた環状の第１分級ガス導出スリット（第１導出スリット）１２に到達する。
【００２０】
このときの第１測定領域２における帯電微粒子の電気移動度Ｚｐ１は、次式（１）により算出される。
【００２１】
Ｚｐ１＝Ｑｃ１・ｌｎ（ｒ２／ｒ１）／（２π・Ｖ１・Ｌ１）  …  （１）
上式（１）において、Ｑｃ１は第１測定領域２に供給されたシースガスの流量、ｒ１は中心電極部５の外径、ｒ２はコモン電極部４の内径、Ｖ１は中心電極部５とアースに接続されたコモン電極４との間の電位差、Ｌ１はサンプルガス導入スリット１０と第１分級ガス導出スリット１２との間の距離である。
【００２２】
また、帯電微粒子の電気移動度Ｚｐ１と粒径Ｄｐ１との間には次式（２）の関係が成り立つ。
【００２３】
Ｚｐ１＝ｎ１・ｅ・Ｃｃ１／（３π・μ１・Ｄｐ１）  …  （２）
上式（２）において、ｎ１は帯電微粒子の荷電量、ｅは電気素量、Ｃｃ１はカニンガム補正係数、μ１は第１測定領域２に供給されたシースガスの粘性係数である。
【００２４】
ここで、上式（１）及び（２）に則って、中心電極部５に印加される電圧Ｖ１を段階的にスキャンすれば、第１分級ガス導出スリット１２に到達する帯電微粒子の粒径サイズＤｐ１を変化させることが可能となる。中心電極部５の第１分級ガス導出スリット１２に到達した特定の粒径サイズＤｐ１の帯電微粒子は、中心電極部５の他端部の中心軸上に設けられた第１分級ガス導出孔１３から、電気絶縁体からなる絶縁体ロッド１６に設けられた微粒子導出流路１５を経由して、ベース部９に設けられた第１分級ガス排出管３３から外部へ取り出される。ここで、第１分級ガス排出管３３には、第１分級ガス導出スリット１２、第１分級ガス導出孔１３及び微粒子導出流路１５に連通した別置きの第１微粒子個数濃度計数器４２や第１凝縮核計数器４４が設けられており、分級された特定の粒径サイズＤｐ１の帯電微粒子の個数濃度を測定することができるようになっている。なお、第１微粒子個数濃度計数器４２は、第１ファラデーカップ３４、第１電流増幅器３５及び第１エレクトロメータ３９を有している。
【００２５】
なお、第１測定領域２において、第１分級ガス導出スリット１２から取り出された帯電微粒子（及びそれを共に移動するガス）以外の帯電微粒子（及びそれと共に移動するガス）は、コモン電極部４の下流部に位置する第１余剰ガス排出管１１から外部へ排出される。
【００２６】
一方、コモン電極部４の上流部に位置する外面とガイド３２とにより形成されるサンプルガス導入流路３１を介して第２測定領域３へ取り込まれた帯電微粒子の残り（サンプルガス導入部８のサンプルガス導入管２６から導入された全帯電微粒子の量から第１測定領域２へ分配された帯電微粒子の量を差し引いた量の帯電微粒子）は、サンプルガス導入部８に設けられた第２シースガス供給管２８から供給されて環状のシースガス供給孔２９を経由して第２ラミナー３０により層流化されたシースガス中に流入して、シースガスと共に下流方向へ移動する。なおここで、第２シースガス供給管２８、シースガス供給孔２９及び第２ラミナー３０により、導入された帯電微粒子を第２測定領域３内にて一定の方向へ移動させるように筐体１ａ内にシースガスを導入するシースガス導入部が構成されている。このとき、電圧可変の第２直流電源４０から、第２コネクタ２３を経由してハウジング部６の内面に挿入された導電性スリーブ２０に電圧が印加されており、アースに接続されたコモン電極４と導電性スリーブ２０との間に電位差を生じさせると、両電極間に形成される電場の影響を受けて帯電微粒子が電気移動度に応じた速度でコモン電極部４側から導電性スリーブ２０側に引き寄せられる。これにより、第２直流電源４０により印加された電圧に相当する粒径サイズの帯電微粒子のみが導電性スリーブ２０形成された環状の第２分級ガス導出スリット（第２導出スリット）１７に到達する。なお、図１において、導電性スリーブ２０のうち第２分級ガス導出スリットを挟んで上流側の部分と下流側の部分とは、互いに近接する環状の端部においてその円周上の３点で電気的に接続されており、導電性スリーブ２０の上流側の部分に第２コネクタ２３を経由して電圧を印加すれば導電性スリーブ２０の下流側の部分にも同一の電圧がかかるようになっている。
【００２７】
このときの第２測定領域３における帯電微粒子の電気移動度Ｚｐ２は、次式（３）により算出される。
【００２８】
Ｚｐ２＝Ｑｃ２・ｌｎ（ｒ４／ｒ３）／（２π・Ｖ２・Ｌ２）  …  （３）
上式（３）において、Ｑｃ２は第２測定領域３に供給されたシースガスの流量、ｒ３はコモン電極部４の外径、ｒ４はハウジング部６の内面に挿入された導電性スリーブ２０の内径、Ｖ２は導電性スリーブ２０とアースに接続されたコモン電極部４との間の電位差、Ｌ２はサンプルガス導入流路３１を形成するガイド３２の先端部と第２分級ガス導出スリット１７との間の距離である。
【００２９】
また、帯電微粒子の電気移動度Ｚｐ２と粒径Ｄｐ２との間には次式（４）の関係が成り立つ。
【００３０】
Ｚｐ２＝ｎ２・ｅ・Ｃｃ２／（３π・μ２・Ｄｐ２）………（４）
上式（４）において、ｎ２は帯電微粒子の荷電量、ｅは電気素量、Ｃｃ２はカニンガム補正係数、μ２は第２測定領域３に供給されたシースガスの粘性係数である。
【００３１】
ここで、上式（３）及び（４）に則って、導電性スリーブ２０に印加される電圧Ｖ２を段階的にスキャンすれば、第２分級ガス導出スリット１７に到達する帯電微粒子の粒径サイズＤｐ２を変化させることが可能となる。導電性スリーブ２０の第２分級ガス導出スリット１７に到達した特定の粒径サイズＤｐ２の帯電微粒子は、ハウジング部６の内部空間を経由して、ハウジング部６に設けられた第２分級ガス排出管１８から外部へ取り出される。ここで、第２分級ガス排出管１８には、第２分級ガス導出スリット１７に連通した別置きの第２微粒子個数濃度計数器４３や第２凝縮核計数器４５が設けられており、分級された特定の粒径サイズＤｐ２の帯電微粒子の個数濃度を測定することができるようになっている。なお、第２微粒子個数濃度計数器４３は、第２ファラデーカップ３６、第２電流増幅器３７及び第２エレクトロメータ４１を有している。
【００３２】
なお、第２測定領域３において、第２分級ガス導出スリット１７から取り出された帯電微粒子（及びそれと共に移動するガス）以外の帯電微粒子（及びそれと共に移動するガス）は、導電性スリーブ２０の下流部に位置する第２余剰ガス排出管２２から外部へ排出される。
【００３３】
このように本発明の第１の実施の形態によれば、互いに同心軸上に配置された三重円筒構造のコモン電極部４、中心電極部５及び導電性スリーブ２０を備え、アースに接続されたコモン電極部４と中心電極部５との間（第１測定領域２）及びコモン電極部４と導電性スリーブ２０との間（第２測定領域３）に電位差を生じさせた状態で、コモン電極部４に近接した位置からシースガスとともに導入された帯電微粒子を第１測定領域２及び第２測定領域３のそれぞれにおいて特定の測定条件の下で分級するようにしている。このため、中心電極部５及び導電性スリーブ２０に印加される電圧Ｖ１、Ｖ２を段階的にスキャンすれば、外部から導入された気相中に浮遊する幅広い分布を有するナノメータ・サイズからサブミクロンメータ・サイズの帯電微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）を２種類の粒径範囲（例えば１０ｎｍ付近と１００〜２００ｎｍ付近）に分けて１台の装置で同時に測定することができる。またこの場合、中心電極部５及び導電性スリーブ２０に印加される電圧Ｖ１、Ｖ２を所望の粒径サイズの帯電微粒子を取り出すのに必要とされる電圧に固定することも可能であり、この場合には、特定の粒径サイズＤｐ１、Ｄｐ２の帯電微粒子についての個数濃度の経時変化を２種類の粒径範囲（例えば１０ｎｍ付近と１００〜２００ｎｍ付近）に分けて１台の装置で同時にかつリアルタイムに測定することができる。
【００３４】
また、本発明の第１の実施の形態によれば、帯電微粒子の個数濃度を測定するための測定器である第１微粒子個数濃度計数器４２及び第２微粒子個数濃度計数器４３、又は、第１凝縮核計数器４４及び第２凝縮核計数器４５を、微分型電気移動度測定器１とは別置きの態様で設置するようにしているので、測定器の温度依存特性にかかわらず、微粒子分析装置１００の本体である微分型電気移動度測定器１を高温又は低温の条件下で作動させることが可能となり、高温又は低温の気相中に浮遊する微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）及び特定の粒径サイズの微粒子の個数濃度の経時変化を気相の温度を変化させることなく測定することができる。
【００３５】
なお、上述した第１の実施の形態においては、帯電微粒子を導入するための微粒子導入部の構成として、サンプルガス導入管２６を介してコモン電極部４の外側に位置するサンプルガス導入孔２７に取り込まれた帯電微粒子の一部を、コモン電極部４の上流部に形成された環状のサンプルガス導入スリット１０を介して第１測定領域２へ取り込むと共に、帯電微粒子の残りを、コモン電極部４の上流部に位置する外面とガイド３２とにより形成されるサンプルガス導入流路３１から第２測定領域３に取り込む構成をとっている。しかしながら、微粒子導入部の構成は、コモン電極部４に近接した位置から第１測定領域２及び第２測定領域３へ向けて帯電微粒子を導入することができるものであればよく、これに限らず、例えば、コモン電極部４の内側に位置するサンプルガス導入孔に取り込まれた帯電微粒子を所定の導入スリット及び導入流路を介して第１測定領域２及び第２測定領域３へ分配する構成や、中空状のコモン電極部４の内部に位置するサンプルガス導入孔に取り込まれた帯電微粒子を所定の導入スリットを介して第１測定領域２及び第２測定領域３へ分配する構成であってもよい。
【００３６】
第２の実施の形態
次に、図２により、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本発明の第２の実施の形態は、帯電微粒子の個数濃度を測定するための測定器の一部が微分型電気移動度測定器に組み込まれている点を除いて、他は図１に示す第１の実施の形態と略同一である。本発明の第２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
図２に示すように、本発明の第２の実施の形態においては、第１微粒子個数濃度計数器４２を構成する第１ファラデーカップ３４及びそれに電気的に接続された第１電流増幅器３５が、微分型電気移動度測定器１のうち中心電極部５の第１分級ガス導出スリット１２及び第１分級ガス導出孔１３に連通した絶縁体ロッド１６の内部空間（微粒子導出孔１５）内に配置されている。これにより、中心電極部５に形成された第１分級ガス導出スリット１２に到達した特定の粒径サイズＤｐ１の帯電微粒子は、中心電極部５の第１分級ガス導出孔１３を経由して絶縁体ロッド１６の内部空間（微粒子導出孔１５）内に配置された第１ファラデーカップ３４に到達して、当該特定の粒径サイズＤｐ１の帯電微粒子が持つ電荷が放出される。そして、このような電荷の放出に伴って発生したフェムト・アンペア（１０−１５アンペア）オーダーの微弱電流は、第１電流増幅器３５によって増幅されると共に電圧信号に変換され、最終的に、微分型電気移動度測定器１の外部に設置された第１エレクトロメータ３９により当該特定の粒径サイズＤｐ１の帯電微粒子の個数濃度が測定される。なお、図２に示す微分型電気移動度測定器１において、第１ファラデーカップ３４に導入されて電荷が放出された後の微粒子（及びそれと共に移動するガス）は、ベース部９に設けられた第１分級ガス排出管３３から外部へ排出される。
【００３８】
一方、第２微粒子個数濃度計数器４３を構成する第２ファラデーカップ３６及びそれに電気的に接続された第２電流増幅器３７は、微分型電気移動度測定器１のうち導電性スリーブ２０の第２分級ガス導出スリット１７に連通したハウジング部６の内部空間内に配置されている。これにより、導電性スリーブ２０に形成された第２分級ガス導出スリット１７に到達した特定の粒径サイズＤｐ２の帯電微粒子は、ハウジング部６の内部空間内に配置された第２ファラデーカップ３６に到達して、当該特定の粒径サイズＤｐ２の帯電微粒子が持つ電荷が放出される。そして、このような電荷の放出に伴って発生したフェムト・アンペア（１０−１５アンペア）オーダーの微弱電流は、第２電流増幅器３７によって増幅されると共に電圧信号に変換され、最終的に、微分型電気移動度測定器１の外部に設置された第２エレクトロメータ４１により当該特定の粒径サイズＤｐ２の帯電微粒子の個数濃度が測定される。なお、図２に示す微分型電気移動度測定器１において、第２ファラデーカップ３６に導入されて電荷を放出された後の微粒子（及びそれと共に移動するガス）は、ハウジング部６に設けられた第２分級ガス排出管１８から外部へ排出される。
【００３９】
このように本発明の第２の実施の形態によれば、微分型電気移動度測定器１の第１測定領域２（コモン電極部４と中心電極部５との間に形成された領域）及び第２測定領域３（コモン電極部４と導電性スリーブ２０との間に形成された領域）においてそれぞれ分級された帯電微粒子が取り出される第１分級ガス導出スリット１２及び第２分級ガス導出スリット１７の直後に、帯電微粒子の帯電量を測定するための第１ファラデーカップ３４及び第２ファラデーカップ３６を設けるようにしているので、帯電微粒子の帯電量の測定を時間遅れのない状態で行うことができる。このため、外部から導入された気相中に浮遊する幅広い分布を有するナノメータ・サイズからサブミクロンメータ・サイズの帯電微粒子の粒径分布（粒径と個数濃度との関係）及び特定の粒径サイズの微粒子についての個数濃度の経時変化をよりリアルタイムに（より高精度に）測定することができる。
【００４０】
また、本発明の第２の実施の形態によれば、第１ファラデーカップ３４及び第２ファラデーカップ３６における電荷の放出に伴って発生した電流を増幅して電圧信号に変換するための第１電流増幅器３５及び第２電流増幅器３７を、第１ファラデーカップ３４及び第２ファラデーカップ３６と共に、絶縁体ロッド１６の内部空間（微粒子導出孔１５）内及びハウジング部６の内部空間内に設けるようにしているので、微分型電気移動度測定器１の外部で発生するノイズの影響を抑えて第１電流増幅器３５及び第２電流増幅器３７における測定精度を向上させることができる。
【００４１】
なお、上述した第２の実施の形態においては、第１微粒子個数濃度計数器４２及び第２微粒子個数濃度計数器４３を構成する第１ファラデーカップ３４及び第２ファラデーカップ３６だけでなく、第１電流増幅器３５及び第２電流増幅器３７をも微分型電気移動度測定器１内に設けているが、これに限らず、第１ファラデーカップ３４及び第２ファラデーカップ３６のみを微分型電気移動度測定器１内に設けるようにしてもよい。
【００４２】
また、上述した第１及び第２の実施の形態においては、微分型電気移動度測定器１に導入された帯電微粒子（エアロゾル）及びシースガスが最終的に第１分級ガス排出管３３、第２分級ガス排出管１８、第１余剰ガス排出管１１及び第２余剰ガス排出管２２を介して外部へ取り出されるように構成されているが、このようにして取り出されるシースガスを再度シースガスとして利用することも可能である。
【００４３】
すなわち、図３に示すように、微粒子分析装置１００の微分型電気移動度測定器１の外部にシースガス循環部１１０を設け、第１シースガス供給管２４及び第２シースガス供給管２８を介して微分型電気移動度測定器１の筐体１ａ内に導入されたシースガスを、第１分級ガス排出管３３、第２分級ガス排出管１８、第１余剰ガス排出管１１及び第２余剰ガス排出管２２を介して筐体１ａの外部へ取り出すと共に、この取り出されたシースガスを第１シースガス供給管２４及び第２シースガス供給管２８を介して筐体１ａ内に再度導入するように構成するとよい。
【００４４】
より具体的には、図３に示す微粒子分析装置１００において、微分型電気移動度測定器１のコモン電極４と中心電極５との間に形成される第１測定領域２には、第１シースガス供給管２４、第１余剰ガス排出管１１、第１分級ガス排出管３３及び第１コネクタ２１が設けられている。そして、第１シースガス供給管２４には第１圧力計４６と第１シースガス流量調節器４７の入ロ部とが連通して設けられており、第１余剰ガス排出管１１には第１余剰ガス流量計４８と第１余剰ガス流量調整弁４９の入ロ部とが連通して設けられている。また、第１分級ガス排出管３３には第１微粒子個数濃度計数器４２の第１ファラデーカップ３４が連通して設けられており、さらに、第１ファラデーカップ３４には第１電流増幅器３５及び第１エレクトロメータ３９が接続されている。さらに、中心電極５の一端部に設けられた端子１４と電気的に接続されている第１コネクタ２１には電圧可変の第１直流電源３８が接続されている。
【００４５】
ここで、第１微粒子個数濃度計数器４２の第１ファラデーカップ３４には、電荷が放出された後の微粒子（及びそれと共に移動するガス）を排出するための第１サンプルガス排出管５０が設けられており、さらに、第１サンプルガス排出管５０には第１サンプルガス流量調節器５１の入ロ部が連通して設けられている。
【００４６】
一方、微分型電気移動度測定器１のコモン電極４とハウジング６との間に形成される第２電気移動度測定部３には、第２シースガス供給管２８、第２余剰ガス排出管２２、第２分級ガス排出管１８及び第２コネクタ２３が設けられている。そして、第２シースガス供給管２８には第２圧力計５２と第２シースガス流量調節器５３の入ロ部とが連通して設けられており、第２余剰ガス排出管２２には第２余剰ガス流量計５４と第２余剰ガス流量調整弁５５の入ロ部とが連通して設けられている。また、第２分級ガス排出管１８には第２微粒子個数濃度計数器４３の第２ファラデーカップ３６が連通して設けられており、さらに、第２ファラデーカップ３６には第２電流増幅器３７及び第２エレクトロメータ４１が接続されている。さらに、ハウジング部６の内面に挿入された導電性スリーブ２０と電気的に接続されている第２コネクタ２３には電圧可変の第２直流電源４０が接続されている。
【００４７】
ここで、第２微粒子個数濃度計数器４３の第２ファラデーカップ３６には、電荷が放出された後の微粒子（及びそれと共に移動するガス）を排出するための第２サンプルガス排出管５６が設けられており、さらに、第２サンプルガス排出管５６には第２サンプルガス流量調節器５７の入ロ部が連通して設けられている。
【００４８】
さらに、サンプルガス導入部８に設けられたサンプルガス導入管２６にはアメリシウム２４１等の放射線源やコロナ放電器等を収納した荷電装置５８と、サンプルガス流量調整弁５９の一端部とが連通して設けられている。
【００４９】
さらにまた、第１エレクトロメータ３９、第２エレクトロメータ４１、第１直流電源３８及び第２直流電源４０には、測定データの取り込み及び保存、微分型電気移動度測定器１への印加電圧の制御、及び測定データの解析及びデータ表示を目的として制御コンピュータ６０が接続されている。
【００５０】
なお、第１余剰ガス流量調整弁４９、第２余剰ガス流量調整弁５５、第１サンプルガス流量調節器５１及び第２サンプルガス流量調節器５７のそれぞれの出ロ部には、第３圧力計６１を備えたサージタンク６２の一端部が配管で接続されている。また、サージタンク６２の他端部（出口部）と第１シースガス流量調節器４７及び第２シースガス流量調節器５３のそれぞれの入ロ部とが、循環ガス流量調整弁６３、循環ポンプ６４、冷却器６５及びステンレススチール製のフィルタ６６を経由して配管で接続されている。なお、サージタンク６２の出ロ部には、サンプルガス流量調整弁６７が上流側に設けられた真空ポンプ６８が接続されている。
【００５１】
また、循環ポンプ６４には、バイパス流量調整弁６９が設けられたバイパスライン７０が設けられており、冷却器６５とフィルタ６６との間の配管には、温度計７１とシースガス補助供給弁７２とが設けられたシースガス補助供給管７３が接続されている。
【００５２】
ここで、このような構成からなる微粒子分析装置１００における各部でのガスの流量の配分は次式（５）〜（９）により表される。
【００５３】
Ｑａ＝Ｑａ１＋Ｑａ２………………（５）
Ｑｓｈ＝Ｑｓｈ１＋Ｑｓｈ２………（６）
Ｑｅｘ＝Ｑｅｘ１＋Ｑｅｘ２………（７）
Ｑｓ＝Ｑｓ１＋Ｑｓ２………………（８）
Ｑａ＋Ｑｓｈ＝Ｑｅｘ＋Ｑｓ………（９）
上式（９）〜（１３）において、Ｑａはサンプルガス導入管２６を流れるガスの流量、Ｑａ１は第１測定領域２へ取り込まれるサンプルガスの流量、Ｑａ２は第２測定領域３へ取り込まれるサンプルガスの流量、Ｑｓｈはシースガス供給管７４を流れるガスの流量、Ｑｓｈ１は第１測定領域２へ供給されるシースガスの流量、Ｑｓｈ２は第２測定領域３へ供給されるシースガスの流量、Ｑｅｘは余剰ガス排出管７５を流れるガスの流量、Ｑｅｘ１は第１測定領域２から排出される余剰ガスの流量、Ｑｅｘ２は第２測定領域３から排出される余剰ガスの流量、Ｑｓはサンプルガス排出管７６を流れるガスの流量、Ｑｓ１は第１ファラデーカップ３４から排出されるサンプルガスの流量、Ｑｓ２は第２ファラデーカップ３６から排出されるサンプルガスの流量である。
【００５４】
このように本発明の第３の実施の形態によれば、微分型電気移動度測定器１の外部に設けられたシースガス循環部１１０により、微分型電気移動度測定器１の第１測定領域２内及び第２測定領域３内に導入されたシースガスを帯電微粒子（エアロゾル）から分離して外部へ取り出すと共に、この取り出されたシースガスを第１シースガス供給管２４及び第２シースガス供給管２８を介して筐体１ａ内に再度導入するようにしているので、シースガスを再利用する閉鎖循環方式を採用することが可能となり、コンパクトで安価な可搬式の微粒子分析装置１００を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による微粒子分析装置の第１の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】本発明による微粒子分析装置の第２の実施の形態を示す縦断面図。
【図３】図１及び図２に示す微粒子分析装置においてシースガスを循環させて用いる態様を説明するための図。
【符号の説明】
【００５６】
１００  微粒子分析装置
１  微分型電気移動度測定器
１ａ  筐体
２  第１測定領域
３  第２測定領域
４  コモン電極部
５  中心電極部
６  ハウジング部
７  カバー部
８  サンプルガス導入部
９  ベース部
１０  サンプルガス導入スリット
１１  第１余剰ガス排出管
１２  第１分級ガス導出スリット
１３  第１分級ガス導出流路
１４  端子
１５  微粒子導出流路
１６  絶縁体ロッド
１７  第２分級ガス導出スリット
１８  第２分級ガス排出管
２０  導電性スリーブ（外側電極部）
２１  第１コネクタ
２２  第２余剰ガス排出管
２３  第２コネクタ
２４  第１シースガス供給管
２５  第１ラミナー
２６  サンプルガス導入管
２７  サンプルガス導入孔
２８  第２シースガス供給管
２９  シースガス供給孔
３０  第２ラミナー
３１  サンプルガス導入流路
３２  ガイド
３３  第１分級ガス排出管
３４  第１ファラデーカップ
３５  第１電流増幅器
３６  第２ファラデーカップ
３７  第２電流増幅器
３８  第１直流電源
３９  第１エレクトロメータ
４０  第２直流電源
４１  第２エレクトロメータ
４２  第１微粒子個数濃度計数器
４３  第２微粒子個数濃度計数器
４４  第１凝縮核計数器
４５  第２凝縮核計数器
４６  第１圧力計
４７  第１シースガス流量調節器
４８  第１余剰ガス流量計
４９  第１余剰ガス流量調整弁
５０  第１サンプルガス排出管
５１  第１サンプルガス流量調節器
５２  第２圧力計
５３  第２シースガス流量調節器
５４  第２余剰ガス流量計
５５  第２余剰ガス流量調整弁
５６  第２サンプルガス排出管
５７  第２サンプルガス流量調整器
５８  荷電装置
５９  サンプルガス流量調整弁
６０  制御コンピュータ
６１  第３圧力計
６２  サージタンク
６３  循環ガス流量調整弁
６４  循環ポンプ
６５  冷却器
６６  フィルタ
６７  サンプルガス流量調整弁
６８  真空ポンプ
６９  バイパス流量調整弁
７０  バイパスライン
７１  温度計
７２  シースガス補助供給弁
７３  シースガス補助供給管
７４  シースガス供給管
７５  余剰ガス排出管
７６  サンプルガス排出管
【図１】
2005214931.tif 000003
【図２】
2005214931.tif 000004
【図３】
2005214931.tif 000005