(57)【要約】【課題】  大気等に含まれる粒子の成分特定と成分濃度を迅速測定することができる測定装置を提供すること。【解決手段】  波長が異なる複数の励起光を発生する励起光発生手段１０と、励起光発生手段１０で発生した励起光を大気等に含まれる粒子に照射する励起光照射手段２０と、励起光照射手段２０からの励起光照射により前記粒子から発生した蛍光を受光する受光手段３０と、受光手段３０により受光した蛍光の強度を測定し蛍光スペクトルを得る蛍光計測手段４０と、この蛍光計測手段４０により得られた前記粒子の蛍光スペクトルのパターンの認識演算を行って、前記粒子に含まれる成分を特定するとともに、特定された成分の濃度を求める演算手段５０とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる複数の励起光を発生する励起光発生手段と、励起光発生手段で発生した励起光を大気等に含まれる粒子に照射する励起光照射手段と、励起光照射手段からの励起光照射により前記粒子から発生した蛍光を受光する受光手段と、受光手段により受光した蛍光の強度を測定し蛍光スペクトルを得る蛍光計測手段と、この蛍光計測手段により得られた前記粒子の蛍光スペクトルのパターンの認識演算を行って、前記粒子に含まれる成分を特定するとともに、特定された成分の濃度を求める演算手段とを備えたことを特徴とする大気等に含まれる粒子の成分濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中の浮遊粒子や各種排ガスに含まれる粒子などの粒子の成分特定と成分濃度を迅速測定することができる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気や各種排ガス（以下、この両者を総称し、大気等という）に含まれる粒子の成分特定や、その成分濃度を測定する方法としては、各種の方法が知られている。例えば、大気等に含まれる粒子を捕集し、捕集した粒子中の成分を溶剤などで抽出する等の前処理を行った後、ガスクロマトグラフ−質量分析装置による分析や吸光法による分析を行って、粒子成分の特定とその成分濃度を測定する方法がある。しかし、この方法による場合、大気等に含まれる粒子の捕集、捕集した粒子の前処理、及び分析からなる3段階の作業が必要であり、分析が終了するまでには、かなりの時間を要する。このため、上記の方法による場合、その場分析ができないので、分析結果を迅速に得ることはできない。
【０００３】
又、大気等に含まれる粒子の濃度を迅速にかつその場分析が可能な方法としては、レーザレーダと呼ばれる後方散乱光測定を利用する方法（例えば、特許文献1参照）がある。しかし、この方法では、大気等に含まれる粒子の濃度を迅速測定することができるだけであって、その粒子の成分を特定することはできない。
【０００４】
このように、現状においては、大気等に含まれる粒子の成分特定と成分濃度を迅速測定することができる技術は開発されていない。
【特許文献１】特開２００２−１９６０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、大気等に含まれる粒子の成分特定と成分濃度を迅速測定することができる測定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】
【０００６】
本発明者は、上記の課題を解決するために、次のような検討を行った。まず、大気等に含まれる粒子の測定において、粒子の濃度ばかりでなく、その成分特定を同時に行うための方法として、大気等に含まれる粒子に励起光を照射し、励起光の吸収によって生じる蛍光を測定する方法が比較的高感度のデータが得られる有効な方法であると考えた。
【０００７】
しかし、粒子を含む大気等に励起光を照射し、発生する蛍光を受光した場合、受光した蛍光には蛍光を発する物質全ての蛍光が含まれている。このため、蛍光波長が近い成分の分離が困難であると同時に、ある波長における蛍光強度は幾つかの成分の蛍光強度が合わさったものとなる。このように、粒子を含む大気等に、単に、励起光を照射したたけでは、多成分を含む粒子の成分及びその濃度測定を行うことは困難であることが分かった。
【０００８】
このように、上記の蛍光測定においては、多成分試料に励起光を照射したとき、生じる蛍光を分光手段を用いてスペクトル分離を行っても、ある蛍光波長の強度は幾つかの成分の強度が合わさっている可能性がある。
【０００９】
本発明者は、励起光を照射して蛍光を発生させる場合、波長が異なる励起光を照射すると、発生する蛍光のスペクトルが異なったパターンを示すことに着目し、さらに検討をすすめた。この結果、波長が異なる複数の励起光を照射すれば、発生する複数の蛍光スペクトルパターンと照射した励起光の波長との関係から、大気等に含まれる粒子の各成分を特定することができ、又、その蛍光強度から成分濃度を求めることができるとの見通しを得た。
【００１０】
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、次のような特徴を有する。
【００１１】
本発明に係る請求項1に記載の大気等に含まれる粒子の成分濃度測定装置は、波長が異なる複数の励起光を発生する励起光発生手段と、励起光発生手段で発生した励起光を大気等に含まれる粒子に照射する励起光照射手段と、励起光照射手段からの励起光照射により前記粒子から発生した蛍光を受光する受光手段と、受光手段により受光した蛍光の強度を測定し蛍光スペクトルを得る蛍光計測手段と、この蛍光計測手段により得られた前記粒子の蛍光スペクトルのパターンの認識演算を行って、前記粒子に含まれる成分を特定するとともに、特定された成分の濃度を求める演算手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、大気等に含まれる粒子に波長が異なる複数の励起光を照射し、そこから発生する蛍光スペクトルを測定し、得られた蛍光スペクトルパターンの認識演算を行って成分量率と成分濃度を決定する装置である。
【００１３】
本発明の装置を使用すれば、大気等に含まれる粒子の成分特定とその成分濃度を迅速測定することができる。そして、大気等に含まれる粒子をサンプリングしてその試料の前処理を行う必要がなく、その場分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、大気等に含まれる粒子成分の特定と成分濃度測定を行う測定装置の実施の形態について説明する。図1は本発明の測定装置に係るシステム構成図である。
図1において、
１０は複数の異なる波長、例えば、λ1 、λ2 からなる2種類の波長の励起光L1 、L2 を発生する励起光発生手段である。励起光源としては、必要な波長の励起光を適宜発生させることができるものであれば、どのような光源であってもよく、例えば、Nd/YAGレーザを使用することができる。
２０は励起光発生手段１０から発生した励起光L1、L2を大気等の測定位置に導いて、大気等に含まれる粒子に照射し、その粒子を電子的に励起して蛍光Ｆ１，Ｆ２を発生させるための励起光照射手段である。
３０は励起光L1、L2が照射された粒子から発生した蛍光Ｆ１，Ｆ２を受光して一定方向に導くための蛍光受光手段である。
４０は蛍光受光手段３０から導かれた蛍光Ｆ１，Ｆ２を受光し、蛍光Ｆ１，Ｆ２を分光し蛍光スペクトルFS1、FS2を得るための蛍光計測手段である。
そして、５０は蛍光計測手段４０により得られた蛍光スペクトルの信号から粒子中に含まれる成分特定と、その成分濃度を決定するための信号処理と演算処理を行うための演算手段である。
【００１５】
演算手段５０には、あらかじめ、波長が異なる多数の励起光を照射した際に発生する測定対象成分の蛍光スペクトルパターンと、その強度から求めた成分濃度の検量線がデータベースとして保存されており、このデータベースに基づき、蛍光計測手段４０により計測された蛍光スペクトル、例えば、FS1、FS2のデータから測定対象成分の含有割合を最小自乗法などの統計計算から求めることにより、大気等に含まれる粒子の構成成分と成分濃度が決定される。
【００１６】
具体的な例として、大気等に含まれる粒子が成分a、b、cからなるものであって、２つの波長の励起光L1、L2を照射した場合の測定について説明する。このとき、演算手段５０には、成分a、b、cがそれぞれ単一成分のときの励起光L1、L2照射時の蛍光スペクトルと各スペクトル強度と各成分濃度の検量線データがデータベースとして保存されている。
【００１７】
上記の測定において、異なる波長の励起光L1、L2を照射した際に得られる蛍光スペクトルは、図2に示すように、FS１，FS２の2種類である。しかし、図3に示すように、大気等に含まれる粒子から発生する蛍光のスペクトルは粒子の構成成分a、b、cが発する蛍光がある割合で合成されたものである。このため、成分a、b、cの成分量率は、粒子から発生する蛍光のスペクトルと、予め求めておいた成分a、b、cの蛍光スペクトルを統計計算することにより決定される。そして、各成分の量率が決定すれば、その量率を決定した蛍光スペクトルとデータベースの検量線から、成分濃度が決定される。
【００１８】
具体的には、図3に示すように、計測された蛍光スペクトル強度と波長データ（スペクトルの位置）から、データベースに保存されている成分a、b、cの蛍光スペクトルデータFSa（L1、L2）、FSb（L1、L2）、FSc（L1、L2）の強度データに基づいて最小自乗計算を行い、各成分の成分量率が求められる。
【００１９】
図４は本発明の測定装置に係る構成の一例を示す図である。図４において、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは励起光であるレーザの発生装置で、測定成分毎に定めた2種類又は3種類の波長のレーザを発生させることが可能になっている。２０は励起光照射手段で、主要な機器として、レーザ発生装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃで発生したレーザを測定箇所の方向に導くためのミラー２１と、このレーザを所定位置の所定面積に照射するための焦点レンズ２２を備えている。３１は受光手段の主要機器で、大気等に含まれる粒子から発生した蛍光を受光し、次の蛍光計測手段の方向へ導くためのミラー３１である。４０は蛍光計測手段で、主要な機器として、受光した蛍光の強度を分光する分光器４１と、分光器４１からの蛍光のスペクトルを電気信号に変換する蛍光検出器４２を備えている。５０は蛍光検出器４２から送られてくる蛍光スペクトルの信号から粒子中に含まれる成分の特定と、その成分濃度を決定するための信号処理と演算処理を行うための演算装置である。なお、本発明は上記の図４に示す構成に限定されるものではない。
【００２０】
図５は本発明の測定装置に係る適用例の一例を示す図であり、煙突から排出される排ガスに含まれるダストを構成する成分とその成分の濃度を測定する場合を示す。図５において、１０はレーザ発生装置、２１は照射側ミラー、２２は焦点レンズ、３１は受光側ミラー、４１は分光器、４２は蛍光検出器を示す。
【００２１】
レーザ発生装置１０で発生したレーザは、ミラー２１により測定位置方向の排ガスに向けられ、次いで、焦点レンズ２２により焦点が定められ、所定位置の所定面積に照射される。排ガスに含まれる粒子から発生した蛍光はミラー３１で受光されると共に、蛍光計測手段の方向へ向けられる。そして、分光器４１と蛍光検出器４２からなる蛍光計測手段により、受光した蛍光の強度を分光し蛍光のスペクトルのデータを得る。得られたデータの演算処理が行われ、排ガスに含まれるダスト成分とその濃度が求められる。
【００２２】
上記のように、本発明の測定装置を用いれば、排ガスを採取することなく、煙突から排出中の排ガスに含まれるダストの成分及びその濃度を直接測定することができるので、その場分析が可能となる。
【００２３】
図６は本発明の測定装置に係る適用例の他の例を示す図であり、大気中の浮遊粒子を構成する成分とその成分の濃度を測定する場合を示す。図６において、図５と同じ構成に係る部分については同一の符号を付し説明を省略する。
【００２４】
この適用例においては、測定箇所の大気をポンプで吸引して、分析用セル内へ流通させ、この分析用セル内を流通する大気中の浮遊粒子についての測定が行われる。そして、図５の場合と同様にして分析用セル内の浮遊粒子にレーザを照射し、発生した蛍光のスペクトルのデータから測定箇所における大気中の浮遊粒子の成分とその濃度が求められる。
【００２５】
この適用例では、大気の採取が行われるが、採取した大気を処理する等の操作を行うことなく、単に、分析用セル内を流通させるだけで、浮遊粒子の成分及びその濃度を直接測定することができるので、その場分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の計測装置に係るシステム構成図である。
【図２】波長の異なる複数の励起光の照射により得られる蛍光スペクトルの説明図である。
【図３】多成分の蛍光スペクトルの説明図で、図２に示す蛍光スペクトルと各成分の蛍光スペクトルを重ね合わせた図である。
【図４】本発明の測定装置に係る構成の一例を示す図である。
【図５】本発明の測定装置に係る適用例の一例を示す図である。
【図６】本発明の測定装置に係る適用例の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  励起光発生手段
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  レーザの発生装置
２０  励起光照射手段
２１  照射側ミラー
２２  焦点レンズ
３０  蛍光受光手段
３１  受光側ミラー
４０  蛍光計測手段
４１  分光器
４２  蛍光検出器
５０  演算手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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