(57)【要約】【課題】シースガス流を用いることなく、試料ガスに含まれる粒子について粒子数と粒径を測定する。【解決手段】粒子測定装置は、試料ガスに含まれる粒子を帯電させるための荷電機構３と、荷電機構３で帯電した粒子を捕集するための捕集用電極９と、荷電機構３を通過した試料ガスを捕集用電極９の絶縁体表面に流すための試料ガス導入機構１，７，１５，１７，１９と、捕集用電極９に捕集用電圧と放出用電圧を切り替えて印加するための捕集用電極電位切替え機構２１と、捕集用電極９とは所定の間隔をもって捕集用電極９に対向して配置された対向電極１１と、捕集用電極９から放出された帯電粒子の付着に起因して対向電極１１に流れる電流を検出することによって粒子を検出する電流検出器２３と、電流検出器２３によって検出される粒子ごとに、捕集用電極９から対向電極１１までの粒子飛行時間を求める飛行時間測定部２７，２９と、を備えている。【選択図】図１
2012132700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスに含まれる粒子を帯電させるための荷電機構と、
少なくとも試料ガスと接する部分が絶縁体で覆われ、前記荷電機構で帯電した粒子を前記絶縁体表面に捕集するための捕集用電極と、
前記荷電機構を通過した試料ガスを前記捕集用電極の前記絶縁体表面に流すための試料ガス導入機構と、
前記捕集用電極に捕集用電圧と放出用電圧を切り替えて印加するための捕集用電極電位切替え機構と、
前記捕集用電極とは所定の間隔をもって前記捕集用電極に対向して配置された対向電極と、
前記捕集用電極から放出された帯電粒子の付着に起因して前記対向電極に流れる電流を検出することによって粒子を検出する電流検出器と、
前記電流検出器によって検出される粒子ごとに、前記捕集用電極から前記対向電極までの粒子飛行時間を求める飛行時間測定部と、を備えた粒子測定装置。
【請求項２】
前記試料ガス導入機構は、前記捕集用電極と前記対向電極の間の距離よりも小さい寸法をもち、かつ前記対向電極よりも前記捕集用電極の近くに配置された試料ガス供給口から試料ガスを前記捕集用電極の前記絶縁体表面に流す請求項１に記載の粒子測定装置。
【請求項３】
前記試料ガス導入機構は、試料ガスを前記捕集用電極の前記絶縁体表面の長手方向に沿って流す請求項１又は２に記載の粒子測定装置。
【請求項４】
前記試料ガス導入機構は、前記捕集用電極の前記絶縁体表面に向かうように前記絶縁体表面に対して角度をもって試料ガスを流す請求項１、２又は３のいずれか一項に記載の粒子測定装置。
【請求項５】
前記試料ガス導入機構は、前記捕集用電極と前記対向電極の間の距離よりも小さい寸法をもち、かつ前記対向電極よりも前記捕集用電極の近くに配置された試料ガス供給口から試料ガスを前記捕集用電極の前記絶縁体表面に流す請求項１に記載の粒子測定装置。
【請求項６】
前記試料ガス導入機構は、試料ガスを前記捕集用電極の前記絶縁体表面の長手方向に沿って流す請求項１又は２に記載の粒子測定装置。
【請求項７】
前記試料ガス導入機構は、前記捕集用電極の前記絶縁体表面に向かうように前記絶縁体表面に対して角度をもって試料ガスを流す請求項１、２又は３のいずれか一項に記載の粒子測定装置。
【請求項８】
前記捕集用電極を加熱する加熱機構をさらに備えた請求項１から７のいずれか一項に記載の粒子測定装置。
【請求項９】
前記捕集用電極を振動させる振動機構をさらに備えた請求項１から７のいずれか一項に記載の粒子測定装置。
【請求項１０】
前記捕集用電極に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与する光励起機構をさらに備えた請求項１から７のいずれか一項に記載の粒子測定装置。
【請求項１１】
前記光励起機構は、特定波長の光を照射するためのランプ、レーザー又はそれらにバンドパスフィルターを備えている請求項１０に記載の粒子測定装置。
【請求項１２】
前記光励起機構から照射される波長に基づいて、励起される粒子に含まれる化学構造を特定する請求項１１に記載の粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境ガスに含まれる粒子数を測定する装置、例えば自動車排ガスに含まれる粒子数をリアルタイムに測定する粒子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車排ガス等の環境ガスに含まれる粒子数を測定する装置として微分型又は積分型の電気移動度測定装置が知られている（例えば特許文献１を参照。）。この電気移動度測定装置はｎｍ（ナノメートル）オーダーの粒子径分級機能を持つことが知られている。
【０００３】
図６は、従来の微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ：Differential mobility analyzer）に用いられる分級機構を説明するための概略図である。
シースガス導入口１０１から導入されて整流機構１０３によって整流されたシースガスが流れる空間１０５が設けられている。空間１０５の側面に試料ガスを導入するための試料ガス供給口１０７が設けられている。試料ガス供給口１０７に対向して対向電極１０９が設けられている。対向電極１０９の下方にガス吸出し口１１１が設けられている。
【０００４】
荷電装置によって帯電した粒子を含む試料ガスが試料ガス供給口１０７から空間１０５に導入される。空間１０５に導入された粒子はシースガスとともに下流側へ移動する。このとき、粒子は対向電極１０９による電場の影響を受け、個々の粒子の電気移動度に応じた速度で対向電極１０９側へ引き寄せられる。そして、所定の軌跡を描いてガス吸出し口１１１に到達した所望の粒径範囲の粒子のみが取り出される。
【０００５】
また、微分型電気移動度測定装置では分級できない大きな粒径の粒子の測定には、粒子に特定波長の光を照射し、粒径に対応した角度に散乱する光のパルス数を計測する方式が用いられてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４３５０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微分型電気移動度測定装置における粒子の分級において、上述のように、粒子はシースガス流に対して垂直方向に電界が印加されて生じる静電吸引力によってシースガス流を横断して対向電極側へ移動する。その移動過程において、粒子は粒径によって決定される抵抗をシースガス流から受けるので、粒子を分級することができる。
【０００８】
しかし、このような分級は、シースガス流を必要とするので、装置の構成や制御が複雑になり、装置が高価になるという問題があった。
さらに、その粒径分解能はシースガス流量と試料流量の商によって決まるため、信号量を増加させるために試料流量を増加させるには限界があった。
【０００９】
また、微分型電気移動度測定装置の粒子数計数器として用いられるファラデーカップ電流計は、安価であるが、帯電した捕集粒子から得られる電流値が数十ｆＡ（フェムトアンペア、１０-15Ａ）以上となる粒子濃度でなければ信頼性のある計測はできないという問題があった。低粒子濃度の計測には核凝縮パーティクルカウンターを使用することもできるが、核凝縮パーティクルカウンターは高価であるという問題があった。
また、光学式パーティクルカウンターは、微分型電気移動度測定装置に比べて安価ではあるが、３００ｎｍ以下の粒径の粒子を計測することができないという問題があった。
さらに、核凝縮パーティクルカウンターや光学式パーティクルカウンターは粒子数濃度しか検知し得ず、粒子の粒径を測定できなかった。
【００１０】
本発明は、シースガス流を用いることなく、粒子数と粒径を測定することができる粒子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】
【００１１】
本発明に係る粒子測定装置は、試料ガスに含まれる粒子を帯電させるための荷電機構と、少なくとも試料ガスと接する部分が絶縁体で覆われ、上記荷電機構で帯電した粒子を上記絶縁体表面に捕集するための捕集用電極と、上記荷電機構を通過した試料ガスを上記捕集用電極の上記絶縁体表面に流すための試料ガス導入機構と、上記捕集用電極に捕集用電圧と放出用電圧を切り替えて印加するための捕集用電極電位切替え機構と、上記捕集用電極とは所定の間隔をもって上記捕集用電極に対向して配置された対向電極と、上記捕集用電極から放出された帯電粒子の付着に起因して上記対向電極に流れる電流を検出することによって粒子を検出する電流検出器と、上記電流検出器によって検出される粒子ごとに、上記捕集用電極から上記対向電極までの粒子飛行時間を求める飛行時間測定部と、を備えている。
【００１２】
本発明の粒子測定装置で、荷電機構で試料ガスに含まれる粒子は荷電機構で帯電される。荷電機構を通過した試料ガスは、捕集用電極電位切替え機構により捕集用電極に捕集用電圧が印加された状態で、試料ガス導入機構より捕集用電極の絶縁体表面に流される。帯電粒子は捕集用電極の絶縁体表面に捕集される。所定時間だけ試料ガスが捕集用電極の絶縁体表面に流された後、捕集用電極と対向電極の間の空間を無風状態にした上で、捕集用電極電位切替え機構により捕集用電極に印加される電圧が捕集用電圧から放出用電圧に切り替えられ、捕集用電極の電位が反転される。捕集された帯電粒子は、クーロン力によって対向電極に吸引される。この時、放出された帯電粒子は、電極間に存在する気体に起因して、粒子速度に比例し、かつ粒径に依存する抗力を受ける。最終的には、クーロン力と抗力が均衡する一定速度にて、帯電粒子は対向電極に向かって飛行する。対向電極に到達した帯電粒子は対向電極上でその電荷を放出する。電流検出器は、帯電粒子の電荷の放出に起因して対向電極に流れる電流を検出して粒子を検出する。対向電極に電流が流れる回数を求めることにより、粒子数を求めることができる。飛行時間測定部は、電流検出器によって検出される粒子ごとに、捕集用電極から対向電極までの粒子飛行時間を求める。帯電粒子の飛行時間は粒子の電荷数と粒径によって決定される。つまり、この飛行時間から粒径を算出し得る。
【００１３】
本発明の粒子測定装置において、上記試料ガス導入機構は、上記捕集用電極と上記対向電極の間の距離よりも小さい寸法をもち、かつ上記対向電極よりも上記捕集用電極の近くに配置された試料ガス供給口から試料ガスを上記捕集用電極の上記絶縁体表面に流す例を挙げることができる。
【００１４】
また、上記試料ガス導入機構は、試料ガスを上記捕集用電極の上記絶縁体表面の長手方向に沿って流す例を挙げることができる。
また、上記試料ガス導入機構は、試料ガスが上記捕集用電極の上記絶縁体表面に向かうように、上記絶縁体表面に対して角度をもって試料ガスを流す例を挙げることができる。
【００１５】
ところで、捕集用電極に捕集された帯電粒子の粒径によっては、クーロン力に対して粒子と捕集用電極間に働くファンデルワールス力のほうが大きくなり、捕集用電極の電位を反転させるだけでは帯電粒子が放出されない可能性がある。
そこで、本発明の粒子測定装置において、捕集用電極に付着した粒子の脱離を促す機構、例えば捕集用電極を加熱する加熱機構、捕集用電極を振動させる振動機構、又は捕集用電極に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与する光励起機構をさらに備えているようにしてもよい。
【００１６】
加熱機構は、例えば電気エネルギーで発熱するヒーターや、光源を用いて光照射により加熱するものなど、捕集用電極を加熱できる機能を備えているものであればどのようなものであってもよい。
振動機構は、例えばピエゾ素子を用いた振動子など、捕集用電極を振動させる機能を備えているものであればどのようなものであってもよい。
【００１７】
光励起機構は、捕集用電極に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与できる波長の光を含む光を照射できる機能を備えていれば、どのような光源及び光学系を備えているものでもよい。例えば、光励起機構は、特定波長の光を照射するためのランプ、レーザー又はバンドパスフィルターを備えているようにしてもよい。これにより、特定波長の光に対して吸収を示す特定の化学構造をもつ粒子のみを選択的に励起及び振動させて対向電極に向かって飛行させることができ、励起される粒子に含まれる化学構造を特定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の粒子測定装置は、荷電機構で試料ガスに含まれる粒子を帯電させ、捕集用電極電位切替え機構により捕集用電極に捕集用電圧を印加した状態で、試料ガス導入機構より荷電機構を通過した試料ガスを捕集用電極の絶縁体表面に流して帯電粒子を捕集用電極の絶縁体表面に捕集し、所定時間だけ帯電粒子を捕集した後、捕集用電極と対向電極の間の空間を無風状態にした上で、捕集用電極電位切替え機構により捕集用電極に放出用電圧を印加して捕集用電極の電位を反転させて、捕集した帯電粒子を対向電極側へ飛行させ、電流検出器により対向電極に流れる電流を検出して粒子を検出し、飛行時間測定部により、電流検出器によって検出される粒子ごとに、捕集用電極から対向電極までの粒子飛行時間を求めるようにしたので、シースガス流を用いることなく、試料ガスに含まれる粒子について粒子数と粒径を測定することができる。
【００１９】
本発明の粒子測定装置において、試料ガス導入機構は、捕集用電極と対向電極の間の距離よりも小さい寸法をもち、かつ対向電極よりも捕集用電極の近くに配置された試料ガス供給口から試料ガスを捕集用電極の絶縁体表面に流すようにすれば、試料ガス供給口の寸法が捕集用電極と対向電極の間の距離と同等かそれよりも大きい場合や、試料ガス供給口が捕集用電極よりも対向電極の近くに配置されている場合に比べて、帯電粒子を捕集用電極の絶縁体表面に短時間で捕集できる。さらに、帯電粒子を短い距離で捕集できるので、装置の小型化を実現できる。
【００２０】
また、試料ガス導入機構は、試料ガスを捕集用電極の長手方向に沿って流すようにすれば、試料ガスを捕集用電極の短手方向に沿って流す場合に比べて、試料ガスが捕集用電極の絶縁体表面近傍を通過する時間を長くすることができ、帯電粒子の捕集を確実に行なうことができる。
【００２１】
また、上記試料ガス導入機構は、試料ガスが捕集用電極の絶縁体表面に向かうように、絶縁体表面に対して角度をもって試料ガスを流すようにすれば、試料ガスが捕集用電極の絶縁体表面に平行に流される場合に比べて、帯電粒子の捕集を確実にかつ短時間で行なうことができる。
【００２２】
本発明の粒子測定装置において、捕集用電極に付着した粒子の脱離を促す機構、例えば捕集用電極を加熱する加熱機構、捕集用電極を振動させる振動機構、又は捕集用電極に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与する光励起機構をさらに備えているようにすれば、捕集用電極に捕集された帯電粒子を捕集用電極から離れやすくすることができる。
【００２３】
さらに、光励起機構は、特定波長の光を照射するためのランプ、レーザー又はそれらにバンドパスフィルターを備えているようにすれば、特定波長の光に対して吸収を示す特定の化学構造をもつ粒子のみを選択的に励起及び振動させて対向電極に向かって飛行させることができ、励起される粒子に含まれる化学構造を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図２】同実施例で帯電粒子が捕集された状態を説明するための概略的な構成図である。
【図３】同実施例で帯電粒子が飛行する状態を説明するための概略的な構成図である。
【図４】他の実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図５】さらに他の実施例を説明するための概略的な構成図である。
【図６】従来の微分型電気移動度測定装置に用いられる分級機構を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、一実施例を説明するための概略的な構成図である。
試料ガスが試料導入口１ａから取り込まれて内部に試料ガスが流されるサンプリングライン１に荷電機構３が設けられている。荷電機構３は試料ガスに含まれる粒子を帯電させるためのものである。サンプリングライン１の試料排出口１ｂは密閉可能な筐体５の内部に導かれている。
【００２６】
筐体５の内部に、流路制限板７と、捕集用電極９と、対向電極１１が設けられている。
流路制限板７は、捕集用電極９と対向電極１１の間の空間と、サンプリングライン１の排出口１ｂとの間に配置されている。流路制限板７は、対向電極１１よりも捕集用電極９の近くに試料ガス供給口１３を形成している。試料ガス供給口１３は、捕集用電極９と対向電極１１の間の距離よりも小さい寸法で形成されている。
捕集用電極９は、少なくとも筐体５内に導入された試料ガスと接する部分が絶縁体（図示は省略）で覆われている。捕集用電極９は、紙面垂直方向に幅をもって形成されており、捕集用電極９の長手方向は試料ガスの流れに沿った方向に配置されている。
対向電極１１は、捕集用電極９とは所定の間隔をもって捕集用電極９に対向して配置されている。
【００２７】
筐体５に排気ライン１５が接続されている。排気ライン１５の導入口１５ａは、筐体５内部の、捕集用電極９と対向電極１１の間の空間に対して流路制限板７とは反対側の位置に配置されている。排気ライン１５の試料排出口１５ｂは筐体５外部に配置されている。排気ライン１５に流量調節バルブ１７と排気ポンプ１９が設けられている。
この実施例で、サンプリングライン１、流量制限板７、排気ライン１５、流量調節バルブ１７及び排気ポンプ１９は、本発明の粒子測定装置の試料ガス導入機構を構成する。
【００２８】
捕集用電極９に捕集用電圧と放出用電圧を切り替えて印加するための捕集用電極電位切替え機構２１が設けられている。捕集用電極電位切替え機構２１は、例えば、捕集用電圧として正電圧を、放出用電圧として負電圧を捕集用電極９に切替え可能に印加する。
対向電極１１に流れる電流を検出する電流検出器２３が設けられている。電流検出器２３は、捕集用電極９から放出された帯電粒子の付着に起因して対向電極１１に流れる電流を検出するためのものである。
【００２９】
制御部２５が設けられている。制御部２５は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２７と、タイマー（Ｔｉｍｅｒ）２９と、デジタル信号出力部（Ｄ／Ｏ）３１と、アナログ信号入力部（Ａ／Ｉ）３３を備えている。
中央演算処理装置２７及びタイマー２９は、電流検出器２３によって検出される粒子ごとに、捕集用電極９から対向電極１１までの粒子飛行時間を求める、本発明の粒子測定装置における飛行時間測定部を構成する。
デジタル信号出力部３１は、排気ポンプ１９及び捕集用電極電位切替え機構２１に制御信号を送信するためのものである。
アナログ信号入力部３３は、電流検出器２３の検出信号を取り込むためのものである。
【００３０】
図２は、この実施例で帯電粒子が捕集された状態を説明するための概略的な構成図である。図３は、この実施例で帯電粒子が飛行する状態を説明するための概略的な構成図である。
図１から図３を参照してこの実施例の動作を説明する。
【００３１】
制御部２５の制御により、排気ポンプ１９が作動されると、流量調節バルブ１７で調節された流量で、試料ガスが試料導入口１ａからサンプリングライン１に導入される。導入された試料ガスは荷電機構３に到達し、試料ガスに含まれる粒子は例えば負電荷に帯電する。
【００３２】
荷電機構３を通過した試料ガスは、サンプリングライン１の排出口１ｂを介して筐体５内に導入される。筐体５内に導入された試料ガスは、制御部２５の制御により捕集用電極電位切替え機構２１が捕集用電極９に正電圧の捕集用電圧を印加している状態で、流路制限板７によって形成された試料ガス供給口１３を介して捕集用電極９の絶縁体表面（図示は省略）に流される。試料ガスに含まれる帯電粒子は捕集用電極９の絶縁体表面に捕集される（図２を参照。）。捕集用電極９は試料ガスと接する部分が絶縁体で覆われているので、帯電粒子から捕集用電極９への電荷の教授は行なわれない。
【００３３】
試料ガス供給口１３は、捕集用電極９と対向電極１１の間の距離よりも小さい寸法で、対向電極１１よりも捕集用電極９の近くに配置されているので、試料ガス供給口１３の寸法が捕集用電極９と対向電極１１の間の距離と同等かそれよりも大きい場合や、試料ガス供給口１３が捕集用電極９よりも対向電極１１の近くに配置されている場合に比べて、帯電粒子を捕集用電極９の絶縁体表面に短時間で捕集できる。さらに、帯電粒子を短い距離で捕集できるので、装置の小型化を実現できる。
【００３４】
さらに、試料ガスは捕集用電極９の長手方向に沿って流されるので、試料ガスが捕集用電極９の短手方向に沿って流される場合に比べて、試料ガスが捕集用電極９の絶縁体表面近傍を通過する時間を長くすることができ、帯電粒子の捕集を確実に行なうことができる。
さらに試料ガスは、流路制限板７及び試料ガス供給口１３の配置によって、捕集用電極９の絶縁体表面に向かうように捕集用電極９の絶縁体表面に対して角度をもって流されるので、試料ガスが捕集用電極９の絶縁体表面に平行に流される場合に比べて、帯電粒子の捕集を確実にかつ短時間で行なうことができる。
【００３５】
所定時間だけ試料ガスが捕集用電極９の絶縁体表面に流された後、制御部２５の制御により排気ポンプ１９が停止される。さらに所定時間が経過して、捕集用電極９と対向電極１１の間の空間が無風状態になった後、制御部２５の制御によって捕集用電極電位切替え機構２１が捕集用電極９に供給する電圧を正電圧の放出用電圧に切り替えられ、捕集用電極９の電位が反転される。捕集用電極９の絶縁体表面に捕集された帯電粒子は、クーロン力によって対向電極に吸引される（図３を参照。）。帯電粒子は対向電極１１に向かって飛行し、対向電極１１に到達した帯電粒子は対向電極１１上でその電荷を放出する。ここで、帯電粒子が対向電極１１に到達する時間を短縮するために、電極９，１１間の電圧を、段階的に（ステップ）又は時間に比例して（ランプ）上昇させてもよい。これにより、総測定時間が短縮される。
【００３６】
中央演算処理装置２７は、アナログ信号入力部３３を介して入力される電流検出器２３からの検出信号に基づいて、対向電極９に電流が流れた回数を求めることにより、粒子数を求める。
さらに、中央演算処理装置２７は、タイマー２９からの時間情報に基づいて、電流検出器２３によって検出された粒子ごとに、捕集用電極９から対向電極１１までの粒子飛行時間を求める。帯電粒子の飛行時間は粒子の電荷数と粒径によって決定されるので、この飛行時間から粒径を算出し得る。
【００３７】
粒子の飛行時間と粒径は下記式（１）〜（６）により計算できる。
式（１）〜（６）で、ｔは粒子飛行時間、ｌは電極間距離、Ｚｐは電気移動度、Ｖは電極間印加電圧、Ｎは電荷数、ｅは電気素量、Ｃｃはカニンガム補正係数、πは円周率、μは粘性係数、Ｄｐは粒子サイズ、μｒは基準粘性係数、Ｔｒμは粘性係数基準温度、Ｓμは粘性係数基準サザランド数、Ｔは温度、Ｋｎはクヌッセン数、αｃ、βｃ、γｃは定数、λは平均自由工程、λγは基準平均自由工程、Ｐγλは平均自由工程基準圧力、Ｐは圧力、Ｔγλは平均自由工程基準温度、Ｓλは平均自由工程基準サザランド数である。
【００３８】
【数１】
2012132700.tif 000003
【００３９】
【数２】
2012132700.tif 000004
【００４０】
【数３】
2012132700.tif 000005
【００４１】
【数４】
2012132700.tif 000006
【００４２】
【数５】
2012132700.tif 000007
【００４３】
【数６】
2012132700.tif 000008
【００４４】
例えば、電極９，１１間の距離が１ｍｍ（ミリメートル）である場合、１μｍ（マイクロメートル）の１価の粒子は電極９，１１間の電圧が１６６６Ｖ（ボルト）で、１００ｎｍ（ナノメートル）の１価の粒子は１１１Ｖで、１０ｎｍの粒子は１０／７Ｖで、電極９，１１間の飛行時間が１秒になる。
このように、図１から図３を参照して説明した実施例は、シースガス流を用いることなく、試料ガスに含まれる粒子について粒子数と粒径を測定することができる。
【００４５】
図４は、他の実施例を説明するための概略的な構成図である。図４で図１と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。
この実施例は、図１を参照して説明した実施例と比較して、捕集用電極９を加熱するためのヒーター（加熱機構）３５をさらに備えている。ヒーター３５の動作は制御部２５によって制御される。
【００４６】
この実施例の動作を説明する。
図２を参照して説明した捕集動作と同様にして、試料ガスに含まれる帯電粒子を捕集用電極９に捕集する。帯電粒子の捕集時に、ヒーター３５により捕集用電極９を加熱しておいてもよいし、加熱しなくてもよい。
図３を参照して説明した脱離動作と同様にして、捕集用電極９の絶縁体表面に捕集された帯電粒子を対向電極１１側へ飛行させるために捕集用電極９の電位を反転させる。このとき、ヒーター３５により捕集用電極９を所定温度に加熱しておく。捕集用電極９を加熱することにより、捕集用電極９の絶縁体表面に捕集された帯電粒子が振動し、帯電粒子が捕集用電極９から離れやすくなる。
その後、図１から図３を参照して説明した実施例の検出動作と同様にして、試料ガスに含まれる粒子について粒子数と粒径を測定する。
【００４７】
図４を参照して説明した実施例は、ヒーター３５により捕集用電極９を加熱して、捕集した帯電粒子を振動させているが、ヒーター３５に替えて、捕集用電極９を振動させる振動機構を用いてもよい。
例えばピエゾ素子を用いた振動子により捕集用電極９を振動させる。振動機構の動作は制御部２５により制御され、帯電粒子の捕集時に、振動機構により捕集用電極９を振動させておいてもよいし、振動させなくてもよい。ただし、少なくとも、捕集用電極９に捕集された帯電粒子を対向電極１１側へ飛行させるために捕集用電極９の電位を反転させる際には、振動機構によって捕集用電極９を振動させ、ひいては捕集された帯電粒子を振動させる。これにより、帯電粒子が捕集用電極９から離れやすくなる。
【００４８】
図５は、さらに他の実施例を説明するための概略的な構成図である。図５で図１と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。
この実施例は、図１を参照して説明した実施例と比較して、捕集用電極９に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与できる波長の光を含む光を捕集用電極９に照射するための光励起機構３７をさらに備えている。光励起機構３７の動作は制御部２５によって制御される。
【００４９】
光励起機構３７は、例えば、特定波長の光を照射するためのランプ、レーザー又はそれらにバンドパスフィルターを備えている。
帯電粒子の捕集時に、光励起機構３７により特定波長の光を捕集用電極９の絶縁体表面に照射しておいてもよいし、照射しなくてもよい。ただし、少なくとも、捕集用電極９に捕集された帯電粒子を対向電極１１側へ飛行させるために捕集用電極９の電位を反転させる際には、光励起機構３７によって特定波長の光を捕集用電極９に捕集された帯電粒子に照射し、特定波長の光に対して吸収を示す特定の化学構造をもつ帯電粒子のみを選択的に励起及び振動させる。これにより、特定の化学構造をもつ帯電粒子が捕集用電極９から離れやすくなり、特定の化学構造をもつ帯電粒子のみを対向電極１１に向かって飛行させることができ、励起される帯電粒子に含まれる化学構造を特定することができる。
【００５０】
図５を参照して説明した実施例は、光励起機構３７として、特定波長の光を照射するものを用いているが、光励起機構３７は捕集用電極に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与できる波長の光を含む光を照射できる機能を備えていれば、どのような光源及び光学系を備えているものでもよい。この場合、捕集用電極９に捕集された全ての帯電粒子が励起及び振動され、捕集用電極９から離れやすくなる。
【００５１】
また、捕集用電極に捕集された帯電粒子にエネルギーを付与するための光励起機構に替えて、光照射によって捕集用電極９を加熱するための光ヒーターを用いてもよい。光ヒーターの動作は制御部２５により制御され、帯電粒子の捕集時に、光ヒーターにより捕集用電極９を加熱しておいてもよいし、加熱しなくてもよい。ただし、少なくとも、捕集用電極９に捕集された帯電粒子を対向電極１１側へ飛行させるために捕集用電極９の電位を反転させる際には、光ヒーターによって捕集用電極９を加熱し、ひいては捕集された帯電粒子を振動させる。これにより、帯電粒子が捕集用電極９から離れやすくなる。
【００５２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、寸法、形状、配置などは一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  サンプリングライン
３  荷電装置
７  流路制限板
９  捕集用電極
１１  対向電極
１３  試料ガス供給口
１５  排気ライン
１７  流量調節バルブ
１９  排気ポンプ
２１  捕集用電極電位切替え機構
２３  電流検出器
２５  制御部
２７  中央演算処理装置
２９  タイマー
３５  ヒーター（加熱機構）
３７  光励起機構
【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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