(57)【要約】  流体フロー中の粒子および気相成分の受動的または能動的サンプリング方法であり、電離チャンバおよび検出チャンバを具えるサンプリングデバイスが、流体フロー中に提供されている。流体フロー中の粒子および気相成分の画分は、電離チャンバの中に導入されると、電離および帯電する。次いで、帯電した粒子および気相成分を、プラスに帯電した壁面とマイナスに帯電した壁面とを具える検出チャンバに導入する。プラスに帯電した粒子および気相成分は、マイナスに帯電した壁面に結合され、マイナスに帯電した粒子および気相成分は、プラスに帯電した壁面に結合される。流体フロー中に存在する粒子量を、プラスに帯電した壁面とマイナスに帯電した壁面との間の電流変化を測定することにより測定する。【選択図】図１
2018512582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある時間中の流体フロー中の粒子および気相成分を受動的または能動的にサンプリングする方法において、
ａ）粒子および気相成分を含む流体フロー（１）中にサンプリングデバイスを提供するステップであって、前記サンプリングデバイスが、電離チャンバ（２）と、検出チャンバ（３）とを具え、前記検出チャンバ（３）が、プラスに帯電した壁面（４）と、マイナスに帯電した壁面（５）を具えるステップと、
ｂ）前記電離チャンバ（２）に前記流体フロー（１）を受動的または能動的に導入するステップであって、前記粒子の画分と前記気相成分の画分を電離して帯電させるステップと、
ｃ）前記帯電した粒子と気相成分を、それらを電場にさらす前記検出チャンバ（３）に受動的または能動的に導入するステップであって、プラスに帯電した粒子および気相成分が、前記マイナスに帯電した壁面（５）に結合され、マイナスに帯電した粒子および気相成分が、前記プラスに帯電した壁面（４）に結合され、帯電していない粒子および気相成分が、前記壁面（４、５）のどちらにも結合されず、前記検出チャンバ（３）から出てゆくステップと、
ｄ）前記プラスに帯電した壁面（４）と前記マイナスに帯電した壁面（５）の間の電流の変化を測定することで、前記時間の後に前記流体フロー（１）中に存在する粒子量を決定するステップであって、前記電流の変化が、前記時間に結合した粒子量に比例するステップと、
を具えることを特徴とするサンプリング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記時間に、前記壁面（４、５）に結合された前記粒子の正体と、前記結合された表面内および／または表面上に存在する特定のガス状成分の正体および量と、前記壁面（４、５）に結合された特定の気相成分の正体および量と、を前記壁面（４、５）からの前記粒子および前記特定の気相成分の放出により測定し、次いで、前記放出された粒子および気相成分に従来の分析を行って正体および量を測定することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記分析が、ガスまたは液体クロマトグラフィ、質量分析、紫外線、赤外線、重力測定、および比色定量であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記粒子および前記特定の気相成分が、前記壁面（４、５）から熱および／または化学的抽出により放出されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記時間内に前記サンプリングデバイスから出てゆく前記帯電していない粒子量に照らして得られた較正値を、前記電流変化の測定により得られた前記粒子量に加えることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記時間に、前記壁面（４、５）に結合された前記粒子の正体と、前記結合された表面内および／または上に存在する特定のガス状成分の正体および量と、前記壁面（４、５）に結合された特定の気相成分の正体および量とを、それらが前記検出チャンバ（３）内に未だに存在するときに、前記結合された粒子、ガス状成分、および気相成分に特異的な１またはそれ以上のマーカを加えて、前記粒子およびガス状および気相成分を立証する認識可能な信号を放出または生成する能力を有することによって測定することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、既定値よりもサイズが小さい粒子または特定の間隔内のサイズを有する粒子が、前記帯電した壁（４、５）のうちの１つに結合されるときに、認識可能な信号を放出または生成することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記認識可能な信号が、音、光、蛍光発光、反射率および／または吸収であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか1項に記載の方法において、測定するべき前記成分と特異的に反応する１またはそれ以上の試薬を、前記電離チャンバ（２）および／または前記検出チャンバ（３）に提供するステップであって、前記試薬と前記成分との反応による反応生成物を分析して、その正体および量を決定することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記１またはそれ以上の試薬を、前記プラスに帯電した壁面および／または前記マイナスに帯電した壁面（４、５）に提供することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか1項に記載の方法において、前記サンプリングデバイスに導入した前記流体フロー（１）内の粒子が、好ましくは、ポンプを使用することにより、前記サンプリングデバイスの前に配置した１またはそれ以上の粒子サイズプリセレクタ（７）を通した、前記流体フロー（１）の能動的な経路により得られた所定の最大サイズまたは所定のサイズ間隔を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、２またはそれ以上の粒子サイズプリセクタ（７）が、直列に接続されており、各々が、請求項１に記載のサンプリングデバイスに導入された所定の粒子サイズの粒子画分を分離することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法において、デニューダデバイス（９）が、前記サンプリングデバイスの前記電離チャンバ（２）の前に配置されており、前記流体フロー（１）内の気相成分が、前記デニューダデバイス（９）に回収され、前記流体フロー（１）内の前記粒子が、前記デニューダデバイス（９）を通って前記電離チャンバ（２）へと向かうことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法において、前記流体フローが、通常の空気、純ガスまたはガス混合物、ミスト、フォッグ、スモーク、呼吸用空気または作業環境用空気、室内および屋外空気、およびキャビン空気であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法において、前記粒子が、アスベスト、ダスト、金属、炭そ胞子、バクテリア、オイルミスト成分、真菌、花粉、カビ、アレルゲン、好ましくは動物アレルゲン、化学兵器薬品、生体成分、病原体、および例えば、溶接、切断、または研磨によって処理された材料に由来する粒子といった有機および／または無機化合物であることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項に記載の方法において、測定する粒子の表面内および／または上に存在する前記気相成分およびガス状化合物が、イソシアネート、アミン、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン、水素化物、無機酸、ベンゼンおよびオキシダントであることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１４および１５に記載の方法において、前記試薬が、前記粒子の表面内および／または上に存在する、測定すべき前記粒子、前記気相成分、および前記ガス状化合物に特異的であり、前記試薬が、気相イソシアネートおよび粒子状イソシアネート、アルデヒドおよびケトンのためのヒドラジン化合物、または生体化合物を安定させる酸であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体フロー中の粒子および気相成分の受動的または能動的サンプリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人が曝露されると健康に影響のあり得る、浮遊化合物をモニタリングする要望が続いている。行政機関によって設定された職業性曝露限界値を有する化合物に関して、このような化合物のレベルが十分に低いことを保証することに大きな関心がある。多くの場合、大気汚染物質が何からできているか知られておらず、従ってこの「未知」の化合物の性質について詳細に理解することと、最も優位を占めるものの正体を明らかにすることに関心が寄せられている。別の分野における関心は、空気中でこれらのレベルを下げるにあたって、ビューの影響を調査、チェックすることであり、例えば、「本当」の換気効率、または空気レベルを制御するその他の測定値をチェックすることである。また、この目的のためのデバイスは、呼吸保護具中の圧縮空気と空気の質のモニタリングにも使用できる。別の分野における、このようなデバイスのアプリケーションは、例えば、食物中に存在する種々の揮発性化合物の制御である。このような化合物は、ある食物成分の劣化の指標として、または材料をモニタリングして満足のいく質を保証するために使用できる。また、このようなデバイスは、その他の化合物が食物を汚染していないことを保証するものとしても使用できる。病院において、このようなデバイスを用いて、例えば、麻酔ガスの空気レベルをチェックしたり、職員、患者およびその他の者が、毒性量に曝露されないようにすることができる。また、化学兵器薬品も、その存在を顕在化して人がそれに曝露されないようにチェックする必要がある化合物である。
【０００３】
環境分析においては、都市、公共の場、自然の中、またはその他の環境中の空気の質をモニタリングする必要がある。統計調査用のバックグラウンドデータを得ることと、そのレベルが政府および国際機関によって設定されたレベルよりも低いかどうかをチェックすることがひとつの目的である。このようなデバイスは、工業汚染物質の放出の結果、自然の中または人工密度の高い領域内への曝露となってしまっているかをチェックするためにも使用できる。達成されたデータは、ある状況の決定および解釈に影響をもつ。したがって、十分に高品質のデータが求められている。
【０００４】
ガス相および粒子相の両方で生じる大気汚染の例は多い。特に関心があるのは、下気道に達することのできる大きさの画分である。毒物学が、そのような化学的性質だけでなく、人体の様々な対象器官への分布に応じて異なると考えられているのには理由がある。空気中に存在する呼吸可能な粒子画分への曝露についてもっと知る必要がある。いくつかのケースでは、吸入可能な粒子、すなわち呼吸時に鼻と口を通過可能な粒子の正体および量、および肺および下気道に到達可能な粒子、すなわち呼吸時に喉頭を通過可能な粒子の正体および量を決定することに関心がある。
【０００５】
浮遊化合物をモニタリングするデバイスは多く存在し、多様なテクノロジが使用されている。原則として、これらのデバイスは、選択的および非選択的なデバイスに分けることができる。非選択的デバイスは、いくつかの化合物に反応し、２つまたは数種の化合物を識別せず、間違って陽性となることがある。このようなデバイスは、低コストであるため今日でも使われている。間違ったデータから高価な測定が実施されると、多くのアプリケーションにおいて、この間違った陽性の結果が、ユーザにとって高くつくことがある。
【０００６】
選択的デバイスは、選択された化合物または化合物群に対して一定の反応を示す。その他の存在する化合物は、その結果の妨げとならない。間違った陽性が出る結果の頻度は、非選択的モニタリングと比較するとずっと低い。得られたデータの質が最も重要である。データの質を説明する典型的な要因は、再現性、再生産性、直線性（インターセプトを有するキャリブレーショングラフ特性とバックグラウンド）、検出限界および定量限界である。追加として、その他の化合物からの干渉に関する知識が必要である。化合物自体に反応がなくとも、結果に影響し得る化合物があることは記載しておく必要がある。
【０００７】
浮遊化合物を検出する類似の技術には、例えば、光イオン化検出器（ＰＩＤ，Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社  フランクリン，ＭＡ，ＵＳＡ）、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ，Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社  フランクリン，ＭＡ，ＵＳＡ）、赤外線検出器（ＩＲ）、携帯型ガスクロマトグラフ（ＧＣ）−ＰＩＤ（ＰＩＤ分析器  ペンブルク  ＭＡ，ＵＳＡ）、携帯型ＧＣ−質量分析器（ＭＳ，Ｉｎｆｉｃｏｎ社  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＵＳＡ）、ＧＣ−ＤＭＳ（（微分型電気移動度分光測定），Ｓｉｏｎｅｘ社  ベッドフォード，ＭＡ，ＵＳＡ）の使用がある。すべての技術は、一定の分析対象に反応を示すが、濃度を知るためには、多かれ少なかれ高性能カリブレーションカーブからの情報を使用して、反応を濃度に変換する必要がある。上記技術の多くでは、その反応が、経年変化、検出器の汚染（信号を減少させる）、およびその他の未確定要素によって変化する。
【０００８】
上記ＧＣ−ＤＭＳ技術は、マイクロアナライザ計器（Ｓｉｏｎｅｘ社  ベッドフォード，ＭＡ，ＵＳＡ）において使用される。このＧＣ−ＤＭＳ技術は、ＧＣ分離に基づいており、化合物の揮発性に関し、ＤＭＳセンサにおける分離と組合せて用いられ、サイズや形、帯電等のその他の分子特性に関する。
【０００９】
現在ある型の計器にはいくつかの欠点がある。ＰＩＤおよびＦＩＤでは、個々の化学物質の特定ができない。ＰＩＤおよびＦＩＤ検出器は、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の総量を測定する。赤外線検出器は、推論するのに問題がある。ＩＲ検出器は、低濃度のＶＯＣを測定する場合や、その他の干渉する化合物がある場合、使用することができない。
【００１０】
大気汚染としてのポリウレタン（ＰＵＲ）製品をモニタおよび分析することは特に興味深い。それらは業界で頻繁に生じ、特に、ポリウレタンフォーム、エラストマ、接着剤およびラッカーを製造し、取扱う際に生じる。ポリウレタンは、二官能イソシアネートと多官能価アルコールとの反応によってできる。過去１０年間で、ポリウレタンの技術の質は申し分のないものとなり、その結果、その使用が大きく増加し、適用分野も大きく広がった。しかしながら、ポリウレタンの熱分解に関連して、イソシアネート、アミノイソシアネート、無水物、およびアミンが生じる可能性があり、例えば、自動車の鋼板を溶接するとき、空気中のそれらの含有量は非常に高くなることがある。また、既知のイソシアネートの他に、例えば、車の塗装における加熱処理と関連して、新種の脂肪族のイソシアネートが検出されている。形成されたイソシアネートは、ほとんどがいわゆる低分子イソシアネートであることがわかっている。例えば、このケースのように、溶接の場合、短期間（最大曝露量）で、特にイソシアネート含有量が多くなる可能性がある。限界値リストにあるすべての危険物質において、イソシアネートの許容量が、最も低い。この新種のイソシアネートに曝露されるのは前代未聞であった。ガスおよび粒子相の両方のイソシアネートが、塗装された自動車の鋼板の溶接、研磨、および切断に関連して検出され、肺および下気道に達することのできる、イソシアネートを多く含有する粒子が検出された。塗装された自動車の鋼板の熱分解生成物において、とりわけ、メチルイソシアネート（ＭＩＣ）、エチルイソシアネート（ＥＩＣ）、プロピルイソシアネート（ＰＩＣ）、フェニルイソシアネート（Ｐｈｌ）、１，６−ヘキサメチレン  ジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロン  ジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、２，４−および２，６−ジイソシアネートトルエン（ＴＤＩ）、および４，４−メチレン  ジフェニル−ジイソシアネート（ＭＤＩ）が検出された。
【００１１】
フェノール／ホルムアルデヒド／尿素−（ＦＦＵ）−プラスチックの熱分解において、イソシアン酸とメチルイソシアネートが形成される。とりわけ、ＦＦＵプラスチックは、木工用ボンド、および工業用および家庭用のオーブンや炉の絶縁体として頻繁に使用される鉱物ウール（およびベークライト）のバインダとして使用される。イソシアネートへの曝露が検出される新しい分野のアプリケーションは、電子産業におけるはんだ付けやプリント回路基板の処理、自動車業界における塗装された鋼板の溶接、研磨、および切断、およびラッカー塗装を行った銅パイプの溶接である。イソシアネートは、化学形態および物理形態次第で有機体への毒性の度合いが変わる。その結果、すべての国において、衛生上の限界値が非常に低いレベルに設定されている。曝露された者にとっては、仕事中の様々なオペレーションにおいて、また、ブレークダウンに関連して、曝露されたイソシアネートの度合いは相当変化する。毒性が十分に分析されていない、新規かつ全く未知のイソシアネートが形成されるため、ＰＵＲからの熱分解の生成物は、特別な問題となる。さらに、非常に高性能な測定方法により、産業界において増加する多くのオペレーションで、イソシアネートへの曝露が明らかになってきた。
【００１２】
したがって、違った度合いでイソシアネートに人々が毎日曝露される、またはそのリスクのある、様々なワーキングエリアに多くのオペレーションがある。呼吸疾患を引き起こすイソシアネートの悪い傾向、およびポリウレタンの熱分解生成物、例えば、２，４−ジアミントルエン（ＴＤＡ）、４，４−メチレンジアミン（ＭＤＡ）およびＭＯＣＡにいくつかの発癌性物質があるという事実を考慮すると、信頼性があり、感度のよい、迅速な方法でイソシアネートを測定することは非常に重要であるが、このようなリスクのある環境中では、その他の分解生成物が健康上危険である。
【００１３】
特に興味があるのは、バクテリア、オイルミスト成分、アレルゲンおよび菌類ガスの有機化合物といった固相/液相の大気汚染物質をモニタして分析し、ベンゼン、無機ガス、揮発性有機化合物、化学兵器薬品、麻酔剤、イソシアネート、イソシアン酸（ＩＣＡ）メチル−イソシアネート（ＭＩＣ）、エチルイソシアネート（ＥＩＣ）、プロピルイソシアネート、（ＰＩＣ）、フェニルイソシアネート（Ｐｈｌ）、１,６−ヘキサメチレン  ジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロン  ジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、２,４−および２,６−ジソシアネートトルエン（ＴＤＩ）、および４,４−メチレン  ジフェニルジソシアネート（ＭＤＩ）、アスベスト、ダストおよび金属を分析することである。
【００１４】
さらには、液体、例えば、飲用水、浄化プラントに関連する流れに存在するある種の化学物質をモニタおよび分析する必要もある。そのような場合、液体流は、サンプリングデバイスを通って移動し、分析される化学物質が、例えば、フィルタの中、および/またはそのデバイスの内壁、サンプリングデバイス内に固定された特定の試薬、並びに浄水、排水、食物に付着する。
【００１５】
大気汚染、特にポリウレタンの生成物を分析するサンプリングデバイスが、国際公開第００／７５６２２号に開示されており、そのさらなる改良が、国際公開第２００７／１２９９６５号、国際公開第２０１１／１０８９８１号、および国際公開２０１４／１９３３０２号に開示されている。これら公報に開示された、サンプラーとも呼ばれるサンプリングデバイスは、２段階プロセスで検出された化学物質を回収する。その中の化学物質の量が測定される流体、すなわち気体または液体は、流量を制御してサンプリングデバイスを通して汲み出される。流体の気相中に存在する対象となる化学物質が、吸着チューブの内面にコーティングされた試薬を用いてそのチューブ内に回収される。さらに、その流体の流れは、吸着チューブから、同試薬を含浸させたフィルタを通って汲み出される。固形の、または流体中の粒子に付着した化学物質が、フィルタ内に回収される。測定実施後、サンプリングデバイスは封印され、測定中に回収された化学物質の量を分析するため実験室に送られる。
【００１６】
例えば、最大２つの長い鋼管である吸着チューブに、ゼオライトを使用して、流体フロー中の気相検体を捕獲することは知られているが、これらの吸着用量には問題はない。
【００１７】
サンプリングデバイスにおける、デニューダーとも呼ばれるサンプリングチューブの内壁は、サンプリングされる空気流中に、例えばベンゼンなどの気相成分を回収して吸収する能力を有するカーボン粒子でコーティングできることが知られている。カーボン粒子の表面上に１またはそれ以上の異なる試薬を提供することも知られており、その試薬は、具体的には、気相成分と反応する能力を有する。上記の目的の吸収性のある粒子、例えば、カーボン粒子で完全に満たされた、またはこの粒子を詰め込んだサンプリング用チューブもまた知られており、その吸着粒子の表面には試薬が提供されている。そのようなサンプリングチューブにおいて、吸着粒子の表面に結合した、または吸着粒子の表面に設けた試薬と反応した気相成分は、熱脱離を介して次の分析ために放出される。この種のサンプリングデバイスの欠点は、気相成分が、最適な特異性を持たない、吸着剤、または吸着剤に設けた試薬に結合されることである。流体フロー中の気相成分の９０％までは捕獲されるべきであるが、現在使われているサンプリングデバイスのほとんどがそうではない。
【００１８】
現在知られているよりもより正確な方法で、特定の流体フロー内、特にオイルミストまたは蒸気を含む流体フロー内における呼吸可能および／または吸入可能な粒子の正体および含有量を測定する方法を提供することにも関心がある。そのような粒子露出アセスメントのために現在使われている方法は、粒子画分と気相画分の２つの部分を区別することができず、粒子画分と気相画分とが同一の空気量の中で生じるという事実により、呼吸可能および／または吸入可能な粒子の量および正体を決定するほど十分正確ではない。さらに、粒子を回収する際、捕捉した粒子から揮発性化合物が放出される可能性があり、浮遊粒子を実際よりも小さく見積もる結果となる。さらに、デニューダサンプラーの圧力低下は、粒子が充填されたサンプリングと比較して非常に小さい。
【００１９】
したがって、流体フロー中の呼吸可能な粒子の正体および量、および流体フロー中の特定の有害物質またはその他の望ましくない物質の正体および量を測定するための改良型サンプリング方法およびサンプリングデバイスが必要である。
【００２０】
しばしば、粒子を含んでいるサンプルに関連して、サンプリング後に粒子の表面内および／または上において水分がつぎつぎ蓄積するという問題がある。サンプリングをした後数時間たつと、例えば、分析サイト移動中に、粒子の水分含有量は実質的に増加または減少した。したがって、サンプリング後一定期間に粒子の重さをはかると、間違った分析結果を示す。このような水分の蓄積による影響を補正するため、通常、較正が必要である。
【００２１】
受動的サンプリングは、広く使われているサンプリング技術であり、費用対効果がよく、いくつかの態様において都合がよい。理論的には、能動的サンプリング、すなわち、ポンプの使用によるサンプリングと比較していくつかの利点がある。商業的な受動的サンプラーは、気相成分の拡散に基づくが、流体フロー中の粒子のサンプリングおよびモニタリングに使用することはできない。したがって、粒子の受動的サンプリングの方法も必要である。
【発明の概要】
【００２２】
本発明の目的は、上述した欠点や不利益を、流体フロー中の粒子および気相成分の受動的または能動的サンプリングを実現することにより克服することである。
【００２３】
本発明の上記およびその他の目的は、一定時間、流体フロー中の粒子および気相成分を受動的または能動的にサンプリングする方法であって、
ａ）粒子および気相成分を具える流体フロー（１）中にサンプリングデバイスを提供するステップであって、電離チャンバ（２）と、検出チャンバ（３）とを具え、その検出チャンバ（３）が、プラスに帯電した壁面（４）と、マイナスに帯電した壁面（５）を具えるサンプリングデバイスを提供するステップと、
ｂ）電離チャンバ（２）に流体フロー（１）を受動的または能動的に導入するステップであって、粒子画分と気相成分の画分が電離し、帯電するステップと、
ｃ）検出チャンバ（３）に帯電した粒子および気相成分を受動的または能動的に導入するステップであって、それらを電場にさらして、プラスに帯電した粒子と気相成分が、マイナスに帯電した壁面（５）に結合し、マイナスに帯電した粒子と気相成分が、プラスに帯電した壁面（４）に結合し、帯電していない粒子および気相成分は、どちらの壁面（４、５）にも結合せず、検出チャンバ（３）から出てゆく、ステップと、
ｄ）プラスに帯電した壁面（４）とマイナスに帯電した壁面（５）の電流の変化を測定することによって一定時間後に流体フロー（１）中に存在する粒子の量を決定するステップであって、その電流の変化が、一定時間に結合した粒子量に比例するステップと、
を具える方法により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の方法を使用した、概略的なサンプリングデバイスを示している。
【図２】図２は、本発明の方法を使用した、粒子サイズプリセレクターを有する概略的なサンプリングデバイスを示している。
【図３】図３は、本発明の方法を使用した、デニューダーデバイスを有する概略的なサンプリングデバイスを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１に、本書におけるいくつかの用語を規定する。
【００２６】
本書において粒子に関連して使用する用語「吸入可能（ｉｎｈａｌａｂｌｅ）」は、呼吸の際に粒子が鼻と口を通過できる大きさであることを意味する。規定では、吸入可能な粒子は、最大で１００μｍの幅を有する。
【００２７】
本書において使用する用語「胸部の、および呼吸可能な（ｔｈｏｒａｃｉｃ  ａｎｄ  ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ）」画分は、吸入する間に喉頭および繊毛気道を通ることのできる吸入粒子の画分として規定される。
【００２８】
本書において粒子に関連して使用する用語「呼吸可能（ｒｅｓｐｉｒａｂｌｅ）」は、粒子が、肺の肺胞に達することのできる大きさであることを意味する。規定では、吸入可能粒子は、最大で４μｍの幅を有する。
【００２９】
本書において使用する用語「有機気相成分（ｏｒｇａｎｉｃ  ｇａｓ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）」は、分析をする元の流体フロー中の気相にガス状形態で存在する有機化合物を意味する。
【００３０】
本書において使用する用語「非有機的な気相成分（ｎｏｎ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｇａｓ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）」は、分析をする元の流体フロー中の気相にガス状形態で存在する非有機的な化合物を意味する。
【００３１】
本書において使用する用語「気相成分（ｇａｓ  ｐｈａｓｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）」は、分析をする元の流体フロー中の気相にガス状形態で有機および非有機的な化合物の両方があることを意味する。
【００３２】
本書において使用する用語「流体フロー（ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）」は、気体または液体の流れを意味しており、固体形態の成分、例えば、流動化粒子およびエーロゾル、も含む。流体の一例は、分析をする物質をその表面に結合させた小さな粒子を含む空気流である。
【００３３】
本書において使用する用語「流体フロー方向（ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）」は、サンプラー／吸着デバイスの要素の断面に対する軸方向を意味する。
【００３４】
本書において使用する用語「成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」は、サンプルまたは分析をしたい任意の化学化合物または物質を意味する。
【００３５】
本書において使用する用語「１またはそれ以上の試薬（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ  ｒｅａｇｅｎｔｓ）」は、流体フロー中で１種以上の成分を分析する時に使用できる、１種以上の試薬を意味する。以下において、用語「試薬」が、簡易目的で「試薬」として使用されていても、文脈からそう指示されるか、またはそう思われない限り、「１またはそれ以上の試薬」を意味する。
【００３６】
本書において使用する用語「粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」は、任意の形態の固体または液体成分を意味する。
【００３７】
本書において使用する用語「エーロゾル（ａｎ  ａｅｒｏｓｏｌ）」は、気体と粒子の混合物を意味する。
【００３８】
本書において使用する用語「粒子中のガス状の有機および非有機的な成分（ｇａｓｅｏｕｓ  ｏｒｇａｎｉｃ  ａｎｄ  ｎｏｎ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｉｎ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」とは、通常はガス状形態で存在するが、分析をする元の流体フロー中に存在する粒子に結合された有機および非有機的な化合物および物質を意味する。「粒子中のガス状の有機および非有機的な成分」は、粒子内および/またはその表面上に結合されてもよい。粒子内のいくつかの気相有機成分と、流体フロー中のいくつかのガス状有機成分は、同一であってもよい。同じことが、ガス状の非有機的成分に関してもいえる。
【００３９】
本書において流体フローに関連して使用されている用語「受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）」および「受動的に導入された（ｐａｓｓｉｖｅｌｙ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ）」は、サンプリングデバイスを通る流体の流れが、その拡散を利用するだけで、すなわち流れを引き起こすデバイスを介することなく、起こることを意味する。
【００４０】
本書において流体フローに関連して使用する用語「能動的（ａｃｔｉｖｅ）」および能動的に導入された（ａｃｔｉｖｅｌｙ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ）」は、サンプリングデバイスを通る流体の流れが、ポンプの様な流れを引き起こすデバイスを使用して起こることを意味する。
【００４１】
本発明を、図面と関連させて開示する。
【００４２】
サンプリングまたは分析する流体フロー１を、図１に示すサンプリングデバイスに受動的または能動的に導入する。流体フロー１は、大部分がガス状であって、有機および/または非有機的な、種々の粒子および１またはそれ以上の異なる有機および／または非有機的な気相成分を含む任意の流れである。流体フロー１の例は、通常の空気、純ガスまたは混合ガス、ミスト、フォッグ、スモーク、呼吸用空気または作業環境用空気、室内および屋外空気、およびキャビン空気である。粒子は、形態に関しては実質的に変わってもよい。すなわち、多かれ少なかれ不規則な形態であり、実質的にその大きさは変化する。そのような粒子は、その正体および流体フロー１中の量の両方に関して分析される。この粒子は、粒子中および／またはその表面上に結合された、１またはそれ以上の異なるガス状の有機的および／または非有機的な成分と共に提供されてもよい。ガス状の有機的および／または非有機的成分を、その他の方法、例えば、静電力を介して粒子に化学的に結合または付着させてもよい。粒子の例は、アスベスト、ダスト、金属、炭そ胞子、バクテリア、オイルミスト化合物、真菌、花粉、カビ、アレルゲン、好ましくは、動物アレルゲン、化学兵器薬品、生体成分、病原体、および溶接、切断、または研磨によってプロセスされた材料等のような有機および／または無機化合物である。流体フロー１は、水のような、分析の対象とならない１またはそれ以上の成分を含むものでもよい。さらに、一実施形態においては、粒子のない流体フロー１を、気相成分のみの量および正体に関して分析してもよい。
【００４３】
サンプリングデバイスに受動的または能動的に導入された流体フロー１は、電離ステップの行われる電離チャンバ２にまず到達する。電離チャンバ２は、典型的には、流体フロー方向に、０．１ｍｍ乃至１００ｍｍの長さであり、好ましくは、５ｍｍ乃至２０ｍｍの長さであり、幅または直径は、典型的に０．１ｍｍ乃至７０ｍｍであり、好ましくは、５ｍｍ乃至２０ｍｍである。電離チャンバ２の形態はそれほど重要ではないが、一実施形態において、それは開放型シリンダを形成している。電離チャンバ２は、金属、プラスチック、および生体適合物質のような材料から作ることができる。電離チャンバ２は、２つの電極、すなわち、陽極および陰極を具え、それらの電極は、導電性材料からできている。電離ステップの間に、電離チャンバ２に導入された流体フロー１に存在する粒子および気相成分の画分は、好ましくはその大部分が電離され、それにより、プラスまたはマイナスに帯電する。また、電離した粒子および気相成分は、通常分析の対象である。
【００４４】
より詳細には、電離チャンバ２の中にて実行した電離ステップが、そのチャンバに導入された粒子および気相成分に影響して、粒子内および粒子上の原子および分子および気相成分が、電子を失うか、または得ることによって電離する。流体フロー１中に存在する酸素、窒素および二酸化炭素は電離されない。電離は、熱電子放出を使用すること、電子シャワー、すなわち放電を使用すること、または所定の化合物または粒子を直接電離するβ線または光子を使用すること、または所定の化合物、例えば、アルコール、をまず間接的に電離し、その後、所定の化合物または粒子に電荷を残すこと、により達成できる。電離ステップは、およそ１マイクロ秒から数分、好ましくは、１００−１０００マイクロ秒行われる。電離ステップの間に使用して関連するその他のパラメータは、温度および電離チャンバ２内のガス成分、陽極および陰極間の電圧、およびガス流速である。
【００４５】
マイナスに帯電した粒子、すなわちマイナスに帯電するようになった粒子および／または粒子の内側および／または表面上でマイナスに帯電した成分を具える粒子は、電離チャンバ２に接続された検出チャンバ３を通ることができ、検出チャンバ３内のプラスに帯電した壁面４上に回収される。また、マイナスに帯電した気相成分は、検出チャンバ３を通ることができ、その中のプラスに帯電した壁面４上に回収される。
【００４６】
プラスに帯電した粒子、すなわちプラスに帯電するようになった粒子および／または粒子の内側および／または表面上でプラスに帯電した成分を具える粒子は、電離チャンバ２に接続された検出チャンバ３を通ることができ、検出チャンバ３内のマイナスに帯電した壁面５上に回収される。また、プラスに帯電した気相成分は、検出チャンバ３を通ることができ、その中のマイナスに帯電した壁面５上に回収される。
【００４７】
プラスに帯電した壁面４およびマイナスに帯電した壁面５は、本書においてまとめて「壁面４、５」とすることがある。いくつかの粒子は、プラスおよびマイナスの両方に帯電することができ、および／または、粒子の内側または表面上に、または両方にプラスとマイナスの両方に電離し得る成分を具えてもよい。プラス電荷とマイナス電荷との関係により、これらの粒子は、異なる壁に回収される。粒子がプラスの電荷よりもマイナスの電荷の方を多く具える場合、粒子は、プラスに帯電した壁面４に回収されるが、マイナス電荷よりもプラス電荷を多く具える場合、マイナスに帯電した壁面５に回収される。
【００４８】
粒子が１またはそれ以上の異なる特定のガス状の有機および／または非有機的な成分を有している場合は、すべての粒子およびガス状成分は、粒子がガス状成分を介して壁面４、５のうちの１つに間接的に結合される全電荷を有する。
【００４９】
一実施形態において、壁面４、５は、数日間のかなり長い測定期間においても壁面４、５上の帯電した粒子および気相成分が過剰にならない程度に帯電した粒子および気相成分を回収するのに十分な大きさである。しかしながら、これは、流体フロー中の粒子の濃度による。
【００５０】
電極として作用する帯電した壁面４、５の電荷は、電圧（電位）を印加することにより生じる。帯電した壁面４、５を作るために使用する電圧は、直流であっても交流であってもよい。
【００５１】
流体フロー１中のいくつかの成分は電離されず、水、ヘリウムおよび窒素等の電離チャンバ２に入ったときに帯電しない。これらの成分は中性のままであり、したがって、検出チャンバ３の壁面４、５上に回収されない。その代わりに、これらの帯電していない中性成分は、検出チャンバ３を通り、その下部の出口６を通って放出される。しかしながら、サンプリングデバイスから出てゆく帯電していない中性粒子の量はできる限り少なくすべきであり、本発明の方法によれば、分析する特定の流体フロー１を電離する最適な方法を選ぶことによりこれを達成することができる。
【００５２】
電離チャンバ２は、検出チャンバ３に接続されており、電離した流体フロー１が自由に通ることのできるようにしている。これらのチャンバ間に明確な境界はないが、電離チャンバ２は、電離源が作用するスペースによって規定されると考えることができ、検出チャンバは、壁面４、５を収容するスペースによって規定されると考えることができる。両方の壁は、流体の流れる方向に対して垂直または水平に、またはその他の適切な方向に配置できる。一実施形態においては、壁は流体の流れる方向に水平に配置されている。壁間の距離は、０．１ｍｍ乃至７０ｍｍで、好ましくは、５ｍｍ乃至２０ｍｍである。壁の長さは、通常０．１ｍｍ乃至１００ｍｍ、好ましくは、５ｍｍ乃至２０ｍｍであり、壁の幅は、通常０．１ｍｍ乃至７０ｍｍ、好ましくは、５ｍｍ乃至２０ｍｍである。壁面４、５は、滑らかであっても、なくてもよい。検出チャンバ３は、金属、プラスチック、および生体適合物質などの材料で作ることができる。しかしながら、壁面４、５は、導電性材料である必要がある。すべてのサンプリングデバイスが、全体で角砂糖１個の大きさであり得る。
【００５３】
次いで、瞬間または一定の測定期間における流体フロー１中の粒子量を検出する目的で、壁面４、５で回収した帯電した粒子と帯電した気相成分を検出チャンバ３に加えられた電場にさらす。帯電した粒子および気相成分は、電場の中に存在する壁面４、５に結合すると、電極として作用する壁面４、５の間に電流を生成し、それは、壁面４、５の間に電圧を印加することにより達成される。電場を形成する電極間の電位は、１０乃至２０００ボルトであり、好ましくは、５０乃至４００ボルトである。電場は一定でもよいが、強度および／または周波数を変動させることもできる。電場は既に電離チャンバ２に加えてもおいてもよいが、好ましい実施形態においては、検出チャンバ３にてプラスおよびマイナスに帯電した壁面（４、５）の間のみに電場が設置されている。
【００５４】
検出チャンバ３に回収された粒子の総量は、壁面４、５の間で検知した電流に比例する。電流の検知を介して検出チャンバ３に回収した粒子の総量を測定することで、代替的に、回収した粒子の重さをはかることができる。より正確には、この電流変化の検知は、電気増幅器によって行われ、ピコアンペアからマイクロアンペアの範囲で電流を測定する。
【００５５】
上述したように、電流測定は、所定の時間を経過した瞬間に、または所定時間の間連続的に行うことができる。一実施形態において、検知デバイスは、所定時間の間に壁面４，５上に回収されたある所定量の粒子が、予め決められた限界に達するか、それを越えるときに、および／または、所定時間の間に壁面４、５上に回収された粒子の量が、前もって決められた期間中に得られた量と比較して増加したときに、例えば音、光、コンピュータ信号のようなアラームなどの認識可能な信号を生じさせるか、生成する。
【００５６】
このサンプリングデバイスの構成は、例えば工場または作業場において特に有益であり、工場または作業場における粒子の量が潜在的に有害なレベルにまで達する、またはそのレベルにあるとき、労働者に警告するためにこの方法を使用することができる。代替的に、高い粒子量の存在が検出されると、換気システムに信号を提供し、換気を良くして存在する粒子量を減らすことができる。
【００５７】
上述したように、帯電した粒子を壁面４、５上に回収または結合することができるだけでなく、帯電したガス状の有機および／または非有機的成分、および／または帯電した有機および／または非有機的気相成分も回収または結合することができる。これらの回収されて帯電したガス状成分または気相成分のいくらかは、電流変化を測定する間に検知した帯電した粒子からの検知の他にも電荷を検知する。これによって、バックグラウンド電流が生じることがある。したがって、そのバックグラウンド電流と共に加えられた粒子に関する電荷検知が、検知した全電流となる。
【００５８】
帯電したガス状および／または気相成分の全体の電荷検知への寄与を決定して、帯電した粒子の検知された全電流への寄与を計算して、粒子の正しい値を得る。
【００５９】
流体フロー１中のより大きな粒子のいくつかは、一以上の電荷を有する。例えば、容易に電離する物質を具える粒子は、容易に電離しない物質を具える同じ大きさの粒子よりも多くの電荷を有する。これによって、各粒子に一以上の検知電荷が生じ、粒子の全体数が間違った結果となる。しかしながら、このことは、デバイスの較正時に考慮される。別の方法は、電流を切って、再びオンすることにより達成され、電離チャンバ２または検出チャンバ３の中のクラウド状の帯電したイオンがより大きくなり、より高い信号が生じる。精度を上げるその他の方法は、電流／電圧をパルスにして、矩形波にすることである。
【００６０】
上述した実施形態においては、流体フロー１がサンプリングデバイスに受動的に導入されているが、一実施形態においては、粒子を含む流体フロー１が、例えばポンプを用いることにより、サンプリングデバイスに能動的に導入される。これは能動サンプリングの一例である。この実施形態において、流体フロー１中の粒子は、既定の最大サイズ、または流体フロー１の経路により得られる、既定のサイズインターバルを有しており、電離チャンバ２の前に配置された１またはそれ以上の粒子サイズプリセレクター７を通って分析される。プリセレクター７は、サンプリングデバイスの内側または外側に配置することができる。プリセレクター７は、流体フロー１中の帯電していない粒子のみに使用することができ、したがって、流体フローが流れる方向において電離チャンバ２の後に配置されていることはない。図２において、一粒子サイズプリセレクター７を提供するサンプリングデバイスが概略的に示されており、ここでは、当該サイズプリセレクターが、流体フロー１の入口と、電離チャンバ２との間に位置している。ここで、出口フロー８として粒子サイズのプリセレクター７から分離された粒子の画分は、粒子量に関してのさらなる分析をすることができる、例えば、異なるカットオフ値を有し、それぞれが本発明による方法で使用されるような別個のサンプリングデバイスに連結された１またはそれ以上のさらなるサイズプリセレクター７を使用することにより、１またはそれ以上のさらに異なる粒子サイズの画分に関する分析をすることができる。
【００６１】
したがって、いくつかの粒子サイズプリセレクター７を、直列に配置することができ、それぞれが、本発明による方法で使用される流体フロー１としてサンプリングデバイスに導入され得る一定の粒子サイズ画分を分離する。したがって、それぞれが一定の粒子サイズ画分を分析するいくつかのサンプリングデバイスを同時に使用することができ、それらを直列に連結された粒子サイズプリセレクター７に接続することができる。このように直列に連結したシステムは、１またはそれ以上のポンプを必要とする。測定期間後、元の流体フロー１の粒子総量を得るにあたって、直列につないだ各サンプリングデバイスの粒子総量に関する結果を統合することができる。
【００６２】
このような粒子サイズプリセレクター７を使用することが重要であるのは、流体フロー中の粒子のサイズ分布を決定することが非常に重要だからである。粒子サイズが、吸入時に粒子が気道のどこまで達するのかに影響することは周知であるので、この情報は、粒子が人にひき起こす健康上の脅威を評定する際に非常に有益である。呼吸可能な画分、胸の画分、および吸入可能な画分それぞれに属する、流体フロー中の粒子の正体および量をより正確に決定することも重要である。
【００６３】
粒子サイズプリセレクター７は、既定のカットオフ値のベースを用いて、サイズの異なる粒子画分を分離することができる任意の種類の通常のデバイスであればよい。一例は、バーチャルインパクターと呼ばれるプリセレクターである。
【００６４】
一実施形態によると、この方法はさらに、一またはそれ以上の試薬（図示せず）を提供するステップを具える。この試薬は、誘導化試薬とも呼ばれ、上述した粒子、気相成分、および試薬の中および／または表面上に存在するガス状成分と反応することができる。このガス状成分は、検出チャンバ３内の粒子の電離および／または回収に関連する粒子から放出されないガス状成分である。この実施形態を使用する理由は、回収した反応性化学物質または生体化合物を安定させるためである。
【００６５】
試薬は、サンプリングデバイスに入る流体フロー１に予め加えられておいてもよいし、電離チャンバ２および／または検出チャンバ３に直接加えるようにしてもよい。したがって、試薬は、電離ステップの前、間、および／または後に流体フロー１に加えることができる。検出チャンバ３において、試薬は、その空間内に自由に存在し、および／または帯電した壁面４、５の少なくとも一方に結合／接着される。
【００６６】
試薬の性質は、検出または識別される特定の成分によって異なり、流体フロー中に特定の有害成分が存在すると疑われる場合、各々が少なくとも有害成分の１つと特異的に反応する試薬のセットを、サンプリングデバイスに提供する。一の試薬が、検出チャンバ３の空間内で、または試薬がそこに結合または接着されるときの壁面４、５の少なくとも一方の上で、特定の気相化合物、および／または粒子に結合したおよび／または電離チャンバ２の前またはその中で粒子に結合されたガス状成分と反応する。
【００６７】
試薬は、特定の化合物および／または粒子および／または粒子状のものに結合された成分と特異的に反応すると、反応生成物が形成される。気相成分、および／または粒子および／または粒子状のものに結合されたガス状成分の正体を決定する連続的な研究ステップおよび／または分析ステップにおいて、反応生成物を分析する。数種類の流体フローにおいては、分析を行うために試薬を必要とする成分がいくつか存在するが、いくつかの成分は試薬を必要とすることなく分析することができる。このような反応生成物は、電離チャンバ２および／または検出チャンバ３の空間内で形成することができ、帯電すると、壁面４、５のどちらか一方に回収される。いくつかの場合、電離が生じる前に試薬が特定の成分と反応し、その場合、次いで反応生成物が電離し、帯電して壁面４、５に回収される。このような反応生成物が電離されると、反応生成物分子のどの部分が電離するかが実質的に変化する。
【００６８】
この実施形態においては、まず、試薬が壁面４、５の少なくとも１つに結合するか、付着すると、その壁面に反応生成物が形成される。最初に壁面４、５に結合／付着した試薬は、粒子内または粒子表面上にまたは粒子自体に結合されたガス状成分の反応を介して、壁面に粒子を結合させることができる。サンプリングデバイス内の試薬の位置は、検出する特定の成分、流体フローの性質、使用する試薬の揮発性および蒸気圧、温度および時間によって異なる。
【００６９】
試薬は、分析する特定の化合物がすべて反応せず、検出可能な反応生成物を形成しないほど少量加えられるべきではない。一方で、試薬の量は、サンプリングデバイスの内側、例えば壁面４、５が満杯になるほど過剰であるべきでない。試薬が流体フロー１に既に存在する場合は、試薬の濃度は、検出する成分および流体フローの性質によるが、典型的には、１乃至１０００ｐｐｍである。試薬がチャンバの壁面上に存在する場合は、試薬の濃度は、検出する成分および流体フローの性質によるが、典型的には、１乃至１０００ｐｐｂである。
【００７０】
試薬は、分析するべき化合物の性質に応じて固体、液体、ガス状である。液状で存在する場合は、粘性であることがある。最初に壁面４、５上に存在する場合は、試薬は、共有結合または静電力を介して壁面に結合され、溶液中に溶解するか、またはイオン対となる。壁面４、５に結合した試薬は安定しており、サンプリングデバイスを使用しない場合、最大２４ヵ月間そこに存在することができる。
【００７１】
特定の試薬の例は、気相イソシアネートおよび粒子伝播イソシアネートの第２級アミン、アルデヒトおよびケトンのヒドラジン化合物、および生体化合物安定化用の酸である。
【００７２】
本発明の一実施形態において、流体フロー１中の気相成分は、流体フロー１が電離チャンバ２に到達する前に回収される。図３は、サンプリングデバイスにデニューダーデバイス９を設けた実施形態を示しており、このデニューダーデバイス９で、気相成分が回収される。
【００７３】
デニューダデバイス９は、任意の種類の通常のデニューダでもよく、または有機または非有機両方の特定の気相成分を結合できるガスフィルタ状のデバイスでもよい。流体フロー１内の粒子は、デニューダデバイス９内で回収されず、代わりに電離チャンバ２に送られる。デニューダデバイス９は、流体フロー１内のすべての気相成分がその表面上に回収されるか、または特定の気相化合物のみが選択的にその中に回収されるようにできる。このようにして、流体フロー中の粒子および気相化合物を、測定結果を干渉するリスクなく、別個に分析できる。いくつかの気相化合物は、例えば、化合物が親水性でありデニューダデバイス９が疎水性面を有する場合は、デニューダデバイス９内に回収されないが、それにもかかわらず電離され、壁面４、５に結合される。
【００７４】
粒子、壁面４、５上に回収された気相成分、並びに、任意のデニューダデバイス９に回収された気相成分の正体を決定すること、および定量も重要である。
【００７５】
その正体は、インサイチューおよび／またはラボ内で自動的に行われる。後に行う従来の研究プロセスおよび／または分析を使用することにより決定することができる。その理由は、そのような粒子がその化学的性質に関して有害であるか否か、および任意の有害なガス状の化学成分が粒子に結合されているか否かを見つけるためである。
【００７６】
この目的のために、検出チャンバ３の壁面４、５に結合した粒子を、熱放出または化学的抽出によって放出、すなわち処理する。次いで、この粒子は、処理してもしなくても、使用した従来の分析装置に導入する。１つの有益な実施形態においては、この分析を、ガスクロマトグラフィおよび質量分析器の使用により実施することができる。この分析は、紫外線、赤外線、重量測定および比色定量により実施することもできる。粒子および化学成分または気相成分中の生物学的要素、および粒子内または粒子表面から放出されたガス状成分の正体は、適切な分析技術を介して測定することができる。
【００７７】
また、このようにして、またはサンプリングデバイス内のデニューダ９に導入された特定の試薬、例えば以下に詳細に開示された試薬のうちの１つ、と反応した後の反応生成物として、デニューダデバイス９で回収された流体フロー１の気相成分の正体を、選択的に処理ステップ、例えば熱放出または化学的抽出の後に、粒子と同じ方法で分析することができる。このようにして、帯電した気相成分および／または反応生成物の正体を、好ましくはガスクロマトグラフィおよび質量分析器を使用して決定することができる。同じ分析において、単位時間あたりの量として示される特定の気相成分の濃度も測定できる。サンプリングデバイスを通る流体フローが受動的である場合、成分濃度に関する正確な結果を得ることができる。この測定を、例えばポンプによって誘発される規定の能動的流体フローを用いて行えば、より正確な濃度結果を得ることができる。
【００７８】
能動的サンプリングに適した流量は、１ｍＬ／分乃至５０００ｍＬ／分の範囲であり、好ましくは、２００ｍＬ／分である。上述したように、流体フロー中に存在する粒子の量（ｇ／ｍ３）は、本発明における方法によって測定することができる。
【００７９】
一実施形態においては、検出チャンバ３をサンプリングデバイスから取り外し、放出ステップが実施される前に、研究および／または分析サイトに移動させる。
【００８０】
代替的に、流体フロー１中の潜在的に有害な固体粒子成分および気相成分、および／または粒子内および／または粒子表面上に結合されたガス状成分の正体のみが測定対象である場合、これらの成分が検出チャンバ３の中に未だに存在するときは、インサイチューで測定することができる。このことは、問題となる成分の存在を確認する何らかの認識可能な信号を発するか、または生成できる特定のマーカまたは試薬を追加することにより達成することができる。マーカおよび検出方法の例は、例えば、ＵＶ光にさらされると、蛍光発光する誘導体を形成する試薬である。信号の例は、音、光、蛍光発光、反射率および吸収に基づくアラーム信号である。
【００８１】
また、検出チャンバ３を通り、選択的にサンプリングデバイスの出口６に配置されたフィルタ内に回収できる中性粒子にも、粒子の正体に関する上述の分析を行うことができる。このことは、何らかの理由で帯電されていない気相成分にも適用でき、何らかの理由でサンプリングデバイス内の粒子から放出されて、帯電されなかったガス状成分にも適用できる。したがって、流体フロー中に存在するガス状成分の完全な状態を得る目的で、出口６を通って検出チャンバ３から出る粒子および成分も分析するべきである。この分析結果は、検出チャンバ３から放出された粒子および気相成分について得られた結果に加えられるべきである。完全な状況を得るため、出口８を介して存在する粒子サイズプリセクター７を出ていく粒子および成分も、対応する方法で分析するべきであり、その結果も、検出チャンバ３から放出された粒子および成分について得られた結果に加えられるべきである。
【００８２】
上述したように、分析する粒子は、アスベスト、ダスト、金属、炭そ胞子、バクテリア、オイルミスト化合物、真菌、花粉、カビ、アレルゲン、好ましくは動物アレルゲン、化学兵器薬品、生体成分、病原体、および溶接、切断、または研磨などによって処理された材料に由来する粒子、のような有機および／または無機化合物である。
【００８３】
粒子に結合可能であって、分析対象となる有害な化学成分は、有機および無機両方の因性であってもよい。
【００８４】
このような成分の例としては、芳香族イソシアネートのようなイソシアネート、ブチルイソシアネート（ＢＩＣ）のような低脂肪族のイソシアネート、プロピルイソシアネート（ＰＩＣ）、イソプロピルイソシアネート（ｉ−ＰＩＣ）、エチルイソシアネート（ＥＩＣ）、メチルイソシアネート（ＭＩＣ）およびイソシアン酸（IＣＡ）を含む群だけでなく、アミノイソシアネート、およびイソチオシアネートを含む群から選択することができる。
【００８５】
さらなる例としては、アンモニア（ＮＨ３）、アミン：「ジメチルアミン（ＤＭＡ）、ｎ−ブチルアミン（ｎ−ＢＡ）、メチレンジアニリン（ＭＤＡ）、ｐ−フェニレンジアミン（ＰＰＤ）、２，４および２，６―トルエンジアミン（ＴＤＡ）、トリメチルアミン（ＴＭＡ）」と、ジイソシアネート：シクロヘキシルジイソシアネート（ＣＨＤＩ）、ヘクサメチレンジイソシアネート(ＨＤＩ)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、ＩＥＭ、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、４，４’−メチレンジフェニルイソシアネート（ＭＤＩ）、ナフチルジイソシアネート（ＮＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、２，４および２，６−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、トリメチルヘクサメチレンジイソシアネート（ＴＭＤＩ）、トリメチルキシレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）と、ヒドラジン：モノメチルヒドラジン（ＭＭＨ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、１，１ジメチルヒドラジン（ＤＭＨ）とがある。
【００８６】
その他の物質または化合物の例としては、水素化物：アルシン（ＡsＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ４）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓe）、ホスフィン（ＰＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、スチビン（ＳｂＨ３）、第３ブチルアルシン（ＴＢＡ）、第３ブチルホスフィン（ＴＢＰ）、シアン化水素（ＨＣＮ）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）と、無機酸：「臭化水素（ＨＢｒ）、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、ヨウ化水素（ＨＩ）、硝酸（ＨＮＯ３）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）」と、オキシダント：「臭素（Ｂｒ２）、塩素（Ｃｌ２）−ＩＩ、二酸化塩素（ＣｌＯ２）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）、オゾン（Ｏ３）」、ホスゲン（ＣＯＣｌ２）、二酸化硫黄（ＳＯ２）とがある。
【００８７】
本発明による方法は、工場、作業場、または家庭内の、例えば受動的な粒子サンプリングデバイス内等、どこでも実施することができる。この方法は、流体フロー中の一定の浮遊粒子の存在または浮遊粒子上および／または内に存在する成分の存在をモニタする位置に取付けたサンプリングデバイスを用いて実施することができる。
【００８８】
本発明による粒子の受動的または能動的サンプリング方法の利点は、プリセレクターデバイスが存在する場合を除いて重たく不便なポンプシステムを使用する必要がなく、エネルギー電力供給システムの問題がなく、管理をする必要がなく、静かであり、可燃性でなく、爆発の危険がなく、粒子に水分が蓄積する問題を排除し、非常に低いコストで、どこでも誰でも実施することができることである。サンプリングは、非常に長い時間、より詳細には数日間実施することができる。
【００８９】
本発明のその他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに図面から明白となるであろう。本発明は、すべての可能な特徴の組合せに関係することに注意されたい。
【００９０】
本発明は、多くの実施形態を参照して記載されているが、当業者にとっては、様々な変更を加えることができ、本発明の範囲を逸脱することなく、同等のものはその要素と取り換えることができることは理解されたい。さらに、本発明に必須の範囲から逸脱することなく、典型的な状況または材料に本発明の教義を適応するよう多くの修正を加えることができる。したがって、本発明を実施するよう企図したベストモードとして開示された典型的な実施形態に限定されず、本発明は、添付の請求項の範囲内に属するすべての実施形態を含むことを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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