(57)【要約】【課題】捕捉体にエネルギー線を照射することにより、捕捉体の温度が上昇する。これにより、粒子は捕捉体から脱離する。捕捉体から脱離する粒子を分析するに際し、捕捉体の温度を制御しない場合、捕捉体の温度が変動して測定条件を一定に保つことが困難となる。【解決手段】測定対象となるエアロゾル中の粒子を捕捉する捕捉体と、捕捉体に捕捉された粒子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射部と、エネルギー線の照射により捕捉体から脱離した粒子の脱離成分に基づいて粒子の成分および量の少なくともいずれかを分析する分析器とを備える粒子成分分析装置であって、捕捉体は温度測定部を有し、粒子成分分析装置は、温度測定部により測定した捕捉体の温度に基づいてエネルギー線照射部の出力を制御する制御部をさらに備える、粒子成分分析装置を提供する。【選択図】図２
2017187405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となるエアロゾル中の粒子を捕捉する捕捉体と、
前記捕捉体に捕捉された前記粒子にエネルギー線を照射するエネルギー線照射部と、
前記エネルギー線の照射により前記捕捉体から脱離した前記粒子の脱離成分に基づいて前記粒子の成分および量の少なくともいずれかを分析する分析器と
を備える粒子成分分析装置であって、
前記捕捉体は温度測定部を有し、
前記粒子成分分析装置は、前記温度測定部により測定した前記捕捉体の温度に基づいて前記エネルギー線照射部の出力を制御する制御部をさらに備える
粒子成分分析装置。
【請求項２】
前記捕捉体は、予め定められた方向に積層された複数のメッシュ構造体を有し、
前記複数のメッシュ構造体の各々は、
メッシュ部と、
前記メッシュ部の周囲に位置し、かつ、前記メッシュ部を支持する支持枠部と
を有し、
前記温度測定部は、前記支持枠部に設けられる
請求項１に記載の粒子成分分析装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数のメッシュ構造体のうち前記エネルギー線に対する最表層に位置するメッシュ構造体のおもて面以外の、複数のメッシュ構造体のいずれかの面に設けられた前記温度測定部を用いて前記エネルギー線照射部の出力を制御する
請求項２に記載の粒子成分分析装置。
【請求項４】
前記捕捉体が有する前記温度測定部は、測温抵抗体およびサーミスタのいずれかである
請求項１から３のいずれか一項に記載の粒子成分分析装置。
【請求項５】
前記複数のメッシュ構造体の各々は、加工されたＳＯＩ基板であり、
前記温度測定部は、前記ＳＯＩ基板に設けられた薄膜の測温抵抗体である
請求項２または３に記載の粒子成分分析装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の粒子成分分析装置と、
測定対象となるエアロゾルの前記粒子にレーザ光を照射して、前記粒子からの光に基づいて前記粒子の数および大きさの少なくともいずれかを計測する粒子計測装置と
を備える
粒子複合分析装置。
【請求項７】
温度測定部を有する捕捉体と、エネルギー線照射部と、分析器と、制御部とを備える粒子成分分析装置において、エアロゾル中の粒子の成分および量の少なくともいずれかを分析する粒子成分分析装置の使用方法であって、
前記エネルギー線照射部が、前記捕捉体に捕捉された測定対象となる前記粒子にエネルギー線を照射して、前記エネルギー線の照射により前記捕捉体から脱離した前記粒子の脱離成分を生じさせる段階と、
前記温度測定部が前記捕捉体の温度を測定する段階と、
前記制御部が、前記温度測定部により測定した前記捕捉体の温度に基づいて、前記エネルギー線照射部の出力を制御する段階と、
前記分析器が前記脱離成分を分析する段階と
を備える
粒子成分分析装置の使用方法。
【請求項８】
前記温度測定部により測定された温度が予め定められた温度と等しい場合に、前記制御部が前記エネルギー線照射部の出力を維持する段階と、
前記温度測定部により測定された温度が予め定められた温度よりも低い場合に、前記制御部が前記エネルギー線照射部の出力を上げる段階と、
前記温度測定部により測定された温度が予め定められた温度よりも高い場合に、前記制御部が前記エネルギー線照射部の出力を下げる段階と
の１以上の段階をさらに備える
請求項７に記載の粒子成分分析装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子成分分析装置、粒子複合分析装置および粒子成分分析装置の使用方法に関する。
【０００２】
メッシュ部を有する捕捉体に粒子を捕捉した後、当該粒子にエネルギー線を照射することにより粒子の脱離成分を生じさせて、脱離成分を分析する粒子成分分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  国際公開第２０１１／１１４５８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
捕捉体にエネルギー線を照射することにより、捕捉体の温度が上昇する。これにより、粒子は捕捉体から脱離する。捕捉体から脱離する粒子を分析するに際し、捕捉体の温度を制御しない場合、捕捉体の温度が変動するので測定条件を一定に保つことが困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、粒子成分分析装置を提供する。粒子成分分析装置は、捕捉体と、エネルギー線照射部と、分析器とを備えてよい。捕捉体は、測定対象となるエアロゾル中の粒子を捕捉してよい。エネルギー線照射部は、捕捉体に捕捉された粒子にエネルギー線を照射してよい。分析器は、エネルギー線の照射により捕捉体から脱離した粒子の脱離成分に基づいて粒子の成分および量の少なくともいずれかを分析してよい。捕捉体は温度測定部を有してよい。粒子成分分析装置は、制御部をさらに備えてよい。制御部は、温度測定部により測定した捕捉体の温度に基づいてエネルギー線照射部の出力を制御してよい。
【０００５】
捕捉体は、予め定められた方向に積層された複数のメッシュ構造体を有してよい。複数のメッシュ構造体の各々は、メッシュ部と、支持枠部とを有してよい。支持枠部は、メッシュ部の周囲に位置し、かつ、メッシュ部を支持してよい。温度測定部は、支持枠部に設けられてよい。
【０００６】
制御部は、複数のメッシュ構造体のうちエネルギー線に対する最表層に位置するメッシュ構造体のおもて面以外の、複数のメッシュ構造体のいずれかの面に設けられた温度測定部を用いてエネルギー線照射部の出力を制御してよい。
【０００７】
捕捉体が有する温度測定部は、測温抵抗体およびサーミスタのいずれかであってよい。
【０００８】
複数のメッシュ構造体の各々は、加工されたＳＯＩ基板であってよい。温度測定部は、ＳＯＩ基板に設けられた薄膜の測温抵抗体であってよい。
【０００９】
本発明の第２の態様においては、粒子複合分析装置を提供する。粒子複合分析装置は、粒子成分分析装置と、粒子計測装置とを備えてよい。粒子成分分析装置は、上述のいずれかに記載の粒子成分分析装置であってよい。粒子計測装置は、測定対象となるエアロゾルの粒子にレーザ光を照射して、粒子からの光に基づいて粒子の数および大きさの少なくともいずれかを計測してよい。
【００１０】
本発明の第３の態様においては、粒子成分分析装置の使用方法を提供する。粒子成分分析装置は、温度測定部を有する捕捉体と、エネルギー線照射部と、分析器と、制御部とを備えてよい。粒子成分分析装置は、エアロゾル中の粒子の成分および量の少なくともいずれかを分析してよい。粒子成分分析装置の使用方法は、エネルギー線照射部が粒子の脱離成分を生じさせる段階と、温度測定部が捕捉体の温度を測定する段階と、制御部がエネルギー線照射部の出力を制御する段階と、分析器が脱離成分を分析する段階とを備えてよい。粒子の脱離成分を生じさせる段階においては、エネルギー線照射部が、捕捉体に捕捉された測定対象となる粒子にエネルギー線を照射して、エネルギー線の照射により捕捉体から脱離した粒子の脱離成分を生じさせてよい。エネルギー線照射部の出力を制御する段階においては、制御部が、温度測定部により測定した捕捉体の温度に基づいて、エネルギー線照射部の出力を制御してよい。
【００１１】
粒子成分分析装置の使用方法は、制御部がエネルギー線照射部の出力を維持する段階と、上げる段階と、下げる段階との１以上の段階をさらに備えてよい。温度測定部により測定された温度が予め定められた温度と等しい場合に、制御部はエネルギー線照射部の出力を維持してよい。温度測定部により測定された温度が予め定められた温度よりも低い場合に、制御部はエネルギー線照射部の出力を上げてよい。温度測定部により測定された温度が予め定められた温度よりも高い場合に、制御部はエネルギー線照射部の出力を下げてよい。
【００１２】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における粒子複合分析装置３００を示す図である。
【図２】粒子成分分析装置１００を示すである。
【図３】粒子計測装置２００を示す図である。
【図４Ａ】捕捉体３０を構成する複数のメッシュ構造体４０を分解した図である。
【図４Ｂ】複数のメッシュ構造体４０を積層した状態を示す図である。
【図５Ａ】１つのメッシュ構造体４０を示す図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＢ‐Ｂ'断面を示す図である。
【図５Ｃ】図５ＡのＣ‐Ｃ'断面を示す図である。
【図６】温度算出部９２による処理を説明する概略構成図である。
【図７】粒子成分分析装置１００の使用方法を示すフローチャート図である。
【図８】第２実施形態における粒子複合分析装置３００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、第１実施形態における粒子複合分析装置３００を示す図である。本例の粒子複合分析装置３００は、制御部９０、粒子成分分析装置１００、流量制御部１１０、吸引部１２０、粒子計測装置２００、流量制御部２１０および吸引部２２０を備える。本例の粒子成分分析装置１００は、エアロゾル試料に含まれる粒子の成分および成分毎の量を分析する。また、本例の粒子計測装置２００は、粒子の数および大きさを計測する。
【００１６】
本例において、エアロゾル試料は、導入口１０から配管Ｌ１に導入される。配管Ｌ１は、配管Ｌ２Ａと配管Ｌ２Ｂとに分岐する。エアロゾル試料は、配管Ｌ２Ａを通じて粒子成分分析装置１００へ導入され、配管Ｌ２Ｂを通じて粒子計測装置２００へ導入される。つまり、エアロゾル試料は、並列に接続された粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００へそれぞれ導入される。なお、図１において、エアロゾル試料の流れを矢印で示す。
【００１７】
本例の粒子複合分析装置３００は、導入口１０と粒子成分分析装置１００との間に流量制御部１１０を有し、導入口１０と粒子計測装置２００との間に流量制御部２１０を有する。流量制御部１１０および流量制御部２１０は、粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００に導入されるエアロゾル試料の流量をそれぞれ調節してよい。本例において流量とは、所定の温度および気圧下における、単位時間当たりの体積［ｃｃ／ｍｉｎ］であってよい。
【００１８】
なお、変形例として、流量制御部１１０は、粒子成分分析装置１００と吸引部１２０との間に設けられてもよい。同様に、流量制御部２１０は、粒子計測装置２００と吸引部２２０との間に設けられてもよい。
【００１９】
本例の粒子複合分析装置３００は、エアロゾル試料の流路において、粒子成分分析装置１００よりも下流に吸引部１２０を有し、粒子計測装置２００よりも下流に吸引部２２０を有する。吸引部１２０および吸引部２２０は、粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００からエアロゾル試料をそれぞれ吸引する。これにより、エアロゾル試料は、粒子複合分析装置３００の外に排出される。
【００２０】
本例の制御部９０は、粒子成分分析装置１００または粒子計測装置２００の外に設けられるコンピュータである。ただし、他の例において、制御部９０は粒子成分分析装置１００内に設けられてよい。または、これに代えて、制御部９０は粒子計測装置２００内に設けられてもよい。
【００２１】
本例の粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００と、制御部９０とは、信号伝達手段により互いに接続する。制御部９０は、粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００へ制御信号を送ることにより、粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００の動作を制御してよい。制御部９０は、流量制御部１１０および２１０、ならびに、吸引部１２０および２２０の動作を制御してもよい。
【００２２】
本例の制御部９０は、粒子成分分析装置１００および粒子計測装置２００からデータ信号を受信する。本例において、粒子成分分析装置１００からの第１のデータ信号は、エアロゾル試料に含まれる粒子の成分および成分毎の量の少なくともいずれかを示す第１の分析信号と、粒子成分分析装置１００に設けられる後述の捕捉体３０の温度を示す温度情報信号とを含む。また、本例において、粒子計測装置２００からの第２のデータ信号は、エアロゾル試料に含まれる粒子の数および大きさの少なくともいずれかを示す第２の分析信号を含む。
【００２３】
なお、他の例においては、制御部９０が粒子成分分析装置１００から受信する第１のデータ信号は、温度情報信号を少なくとも含む。この場合、制御部９０とは別途に設けられた他の信号処理手段が、温度情報信号以外の信号を受信してよい。また、制御部９０は、表示部に接続してよい。表示部は、粒子の成分および成分毎の量、捕捉体３０の温度、ならびに、粒子の数および大きさのうち、少なくともいずれかを表示してよい。
【００２４】
図２は、粒子成分分析装置１００を示すである。本例の粒子成分分析装置１００は、減圧容器２０、粒子線生成部２２、捕捉体３０、エネルギー線照射部５０、回収筒部６２、分析器６０および排気部７０を有する。本例の粒子成分分析装置１００において、捕捉体３０は、捕捉体３０の温度を測定する温度測定部３４を有する。
【００２５】
減圧容器２０は、外部に対して減圧された領域を提供するための減圧チャンバである。粒子線生成部２２は、測定対象となるエアロゾル中の粒子から粒子線２５を生成して射出する。粒子線生成部２２は、例えばエアロダイナミックレンズである。粒子線生成部２２は、減圧容器２０の壁部の一部に設けられる。粒子線生成部２２は、減圧容器２０の気密性を保ちつつ減圧容器２０の壁部を貫通する。粒子線生成部２２の一端には、粒子線射出口２３が設けられる。
【００２６】
本例において、「エアロゾル中の粒子の粒子線２５」とは、固体または液体で構成された粒子の空力学的特性を利用して、粒子が浮遊した試料ガスから、各粒子が試料ガス中で同じような飛行・移動特性を持つ様にビーム状に離隔濃縮された粒子の粒子線２５である。減圧容器２０内外の圧力差によって、試料ガスが粒子線生成部２２に流入する。粒子線生成部２２を通過した粒子はビーム状に収束しつつ、粒子線射出口２３を通って、減圧雰囲気側に粒子の粒子線２５として射出される。
【００２７】
捕捉体３０は、粒子線２５中の粒子を捕捉する。捕捉体３０は、粒子線２５が照射される捕捉面３２を有する。捕捉体３０は、捕捉面３２から予め定められた厚さの部分まではメッシュ状構造を有している。なお、捕捉体３０に捕捉されなかった粒子は、排気部７０から粒子成分分析装置１００の外へ排出される。
【００２８】
所定時間、粒子線２５を射出した後に、粒子線２５の射出を止める。そして、エネルギー線照射部５０は、捕捉体３０に向けてエネルギー線５４を照射する。これにより、粒子に対してエネルギー線５４が照射され、粒子の脱離成分を生じる。本例において、「脱離」は、気化、昇華、または脱離反応を含む。エネルギー線５４は、減圧容器２０の壁部の一部に設けられた透光窓２６を通過して減圧容器２０内の捕捉体３０に到達する。エネルギー線５４は、捕捉体３０の予め定められた範囲に照射される。
【００２９】
エネルギー線５４は、粒子の組成分析に適する脱離成分を生じさせるものであればよく、特に制限されない。エネルギー線５４は、例えば、赤外レーザの供給器、可視レーザの供給器、紫外レーザの供給器、Ｘ線の供給器、およびイオンビームの供給器により供給されるエネルギー線５４である。
【００３０】
本例において、「脱離成分」とは、捕捉体３０から脱離して分析器６０に移動できる状態となったガス成分である。脱離成分は、エアロゾル中における粒子の構成成分の酸化物であるＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）、ＮＯ２（二酸化窒素）およびＳＯ２（二酸化硫黄）のいずれかを少なくとも含んでよい。
【００３１】
分析器６０は、脱離成分に基づいて粒子の成分および成分毎の量の少なくともいずれかを分析する。分析器６０は、質量分析計または分光分析装置であってよい。本例の分析器６０は、イオン化して供給された粒子の量または成分に応じて第１の分析信号を出力する。本例の分析器６０は、減圧容器２０内に回収筒部６２の一端を有する。脱離成分は、回収筒部６２を通じて、分析器６０内に導入されてよい。
【００３２】
本例の分析器６０は、信号処理部を有する。分析器６０は、電気信号として受信された測定信号に基づいて演算し、粒子の量を導出してよい。分析器６０は、粒子の成分および成分毎の量を導出してよい。測定信号から粒子の成分および成分毎の量を導出する方法は、従来の質量分析計などと同様であるので詳しい説明を省略する。
【００３３】
制御部９０は、エネルギー線照射部５０、分析器６０および排気部７０の動作を制御してよい。本例の制御部９０は、温度算出部９２を有する。温度算出部９２は、捕捉体３０に設けられた温度測定部３４と電気的に接続されており、温度測定部３４からの温度情報信号に基づいて捕捉体３０の温度を算出する。本例の制御部９０は、捕捉体３０の温度に応じて、出力制御信号によりエネルギー線照射部５０の出力を制御する。なお、変形例として、粒子成分分析装置１００が温度算出部９２を有してもよい。
【００３４】
図３は、粒子計測装置２００を示す図である。本例の粒子計測装置２００は、エアロゾル試料射出ノズル２３２、シースエア射出ノズル２３４、検出チャンバ２４０、信号処理ユニット２４８、内管部２５２および外管部２５４を有する。また、本例の検出チャンバ２４０は、受光部２４６、レーザ発光部２４２およびビームストッパ２４４を有する。
【００３５】
エアロゾル試料射出ノズル２３２は、測定対象となるエアロゾル試料を射出してよい。シースエア射出ノズル２３４は、エアロゾル試料の外層をシースエア２３６で被覆してよい。これにより、外層が被覆されたエアロゾル試料が、粒子線２３０として検出チャンバ２４０内に射出されてよい。粒子線２３０の直径は、０．２［ｍｍ］程度であってよい。
【００３６】
本例において、レーザ発光部２４２は検出チャンバ２４０の長手部の一端に位置し、ビームストッパ２４４は当該長手部の他端に位置する。レーザ発光部２４２は、ビームストッパ２４４に対してレーザ光２４３を照射してよい。レーザ光２４３の照射方向と粒子線２３０の射出方向とは、略直交してよい。粒子線２３０中の粒子は、レーザ光２４３を散乱してよい。
【００３７】
受光部２４６は、粒子線２３０からのレーザ光２４３の散乱光を受光してよい。受光部２４６は、フォトダイオードまたはフォトマルチプライヤであってよい。受光部２４６は、粒子線２３０からの散乱光をパルス状の電気信号に変換してよい。受光部２４６は、変換した電気信号を信号処理ユニット２４８へ送信してよい。
【００３８】
信号処理ユニット２４８は、パルス状の電気信号におけるパルス数およびパルス波高値から、粒子の数および大きさを算出してよい。これにより、粒子計測装置２００は、粒子からの散乱光に基づいて粒子の数および大きさの少なくともいずれかを計測してよい。なお、制御部９０は、制御信号によりレーザ発光部２４２、受光部２４６および信号処理ユニット２４８の動作を制御してよい。
【００３９】
本例において、外管部２５４は、シースエア射出ノズル２３４から５［ｍｍ］から１０［ｍｍ］程度離間して設けられる。内管部２５２は、外管部２５４よりも小さな径を有し、外管部２５４内に設けられてよい。本例において、内管部２５２はエアロゾル試料を分離回収し、外管部２５４は環状開口からシースエア２３６を分離回収する。シースエア２３６の流路において、シースエア射出ノズル２３４の上流には送風ポンプが設けられてよく、外管部２５４の下流には吸引ポンプが設けられてよい。
【００４０】
図４Ａは、捕捉体３０を構成する複数のメッシュ構造体４０を分解した図である。図４Ａに示す様に、本例の捕捉体３０は予め定められた方向に積層された４つのメッシュ構造体４０を有する。なお、捕捉体３０は５つ以上のメッシュ構造体４０を有してもよく、２つまたは３つのメッシュ構造体４０を有してもよい。
【００４１】
各々のメッシュ構造体４０は、メッシュ部４２と、支持枠部４４とを有する。支持枠部４４は、メッシュ部４２の周囲に位置し、かつ、メッシュ部４２を支持する。なお、本例のメッシュ構造体４０は、加工されたＳＯＩ基板である。メッシュ部４２は、ＳＯＩ基板の活性層の厚みを有してよい。ＳＯＩ基板の活性層とは、絶縁膜上に形成された半導体層を指す。また、支持枠部４４はＳＯＩ基板の活性層および支持基板の厚みを有してよい。ＳＯＩ基板の支持基板とは、絶縁膜の下側に形成された半導体基板を指す。メッシュ部４２を構成する活性層と支持枠部４４を構成する活性層とはつながっていてよい。
【００４２】
本例では、メッシュ構造体４０を積層して設ける。これにより、メッシュ部４２は、捕捉面３２を上面視した場合に所定の面積空隙率を有する。面積空隙率とは、メッシュ部４２のおもて面の面積に対する、空隙部分が占める面積の割合である。メッシュ部４２における面積空隙率は、８０％以上９９％以下であってよい。捕捉面３２から捕捉体３０に入射した粒子は、メッシュ部４２の空隙に捕獲される。
【００４３】
本例のメッシュ構造体４０は、温度測定部３４を有する。温度測定部３４は、測温抵抗体およびサーミスタのいずれかであってよい。本例において、温度測定部３４として測温抵抗体を用いる。本例の温度測定部３４は、支持枠部４４に設けられる。これにより、捕捉体３０の温度を直接測定することができる。したがって、捕捉体３０に支持体金属を設けて、当該支持体金属の温度を温度センサで測定する技術に比べて、より正確に捕捉体３０の温度を測定することができる。
【００４４】
温度測定部３４は、メッシュ部４２の周囲の支持枠部４４に設けられてよい。本例において、温度測定部３４はメッシュ部４２近傍の四か所に設けられる。温度測定部３４は、メッシュ構造体４０の各々に設けられてよい。ただし、本例では、複数のメッシュ構造体４０のうちエネルギー線５４に対する最表層に位置するメッシュ構造体４０‐１のおもて面には、温度測定部３４が設けられない。本例において、捕捉体３０の主面のうち粒子線生成部２２側の面を「おもて面」とし、反対側の主面を「裏面」と称する。本例において、最表層とは、図４Ｂに示す様に、最もエネルギー線照射部５０に対して近くに位置するメッシュ構造体４０‐１である。
【００４５】
本例において、メッシュ構造体４０‐１の捕捉面３２は、メッシュ構造体４０‐１のおもて面である。捕捉面３２には、種々の物質が付着する。それゆえ、メッシュ構造体４０‐１のおもて面に設けられる温度測定部３４は、特性が変化して正確な温度を測定できない場合がある。そこで、本例においては、エネルギー線５４に対する最表層に位置するメッシュ構造体４０‐１のおもて面以外の複数のメッシュ構造体４０のいずれかの面に設けられた温度測定部３４を用いて、捕捉体３０の温度を測定する。これにより、より正確に捕捉体３０の温度を測定することができる。捕捉体３０の温度は、２以上の温度測定部３４が測定した温度の平均値としてよく、任意の１つの温度測定部３４が測定した温度としてもよい。
【００４６】
図４Ｂは、複数のメッシュ構造体４０を積層した状態を示す図である。図４Ｂに示す様に、本例のエネルギー線５４および粒子線２５は、捕捉面３２に対して傾いて入射する。本例において、線４１は、積層方向と平行であり且つ捕捉面３２に垂直な線である。エネルギー線５４は線４１に対して角度α（０度＜α＜９０度）を成し、粒子線２５は線４１に対して角度β（０度＜β＜９０度）を成す。角度αおよびβは、捕捉体３０による粒子の捕捉率と捕捉体３０からの粒子の脱離率とを最適にするよう調整されてよい。
【００４７】
メッシュ構造体４０‐１のメッシュ部４２に入射した粒子の一部は、当該メッシュ部４２に捕捉される。また、メッシュ構造体４０‐１のメッシュ部４２に入射した粒子の他の一部は、当該メッシュ部４２を透過する。ただし、メッシュ構造体４０‐１のメッシュ部４２を透過した粒子は、メッシュ構造体４０‐２〜メッシュ構造体４０‐４において捕捉されるまたは跳ね返る。跳ね返る場合においては、粒子は所定の角度をもって跳ね返るので、いずれかのメッシュ構造体４０のメッシュ部４２において捕捉され得る。これにより、本例の捕捉体３０は、エアロゾル試料中の粒子を効率よく捕捉することができる。
【００４８】
図５Ａは、１つのメッシュ構造体４０を示す図である。なお、図５Ａに示すメッシュ構造体４０は、エネルギー線５４に対する最表層に位置するメッシュ構造体４０‐１以外のメッシュ構造体４０‐２から４０‐４のいずれかに対応する。
【００４９】
本例のメッシュ部４２は、直径３ｍｍ以上８ｍｍ以下の円形領域である。また、本例の支持枠部４４は、縦横の長さが５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の矩形であり、厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下である。ただし、メッシュ部４２および支持枠部４４の大きさおよび形状は一例であり、本例の開示内容に限定されるものではない。
【００５０】
メッシュ部４２は、格子状に設けられた複数の線部と、複数の線部により規定される複数の開口部とを有する。本例の線部は、１μｍ以上１０μｍ以下の線幅を有する。また、本例の開口は、一辺が１０μｍ以上１００μｍ以下の正方形の開口を有する。
【００５１】
本例の温度測定部３４は、支持枠部４４の活性層に接して設けられた薄膜の測温抵抗体である。薄膜の測温抵抗体はＰｔ（白金）であってよい。本例では、薄膜の測温抵抗体をＳＯＩ基板に一体的に形成するので、より正確に捕捉体３０の温度を測定することができる。これに代えて、温度測定部３４は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）およびＦｅ（鉄）等の酸化物を混合して焼結したＮＴＣサーミスタ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）であってもよい。
【００５２】
制御部９０は、温度測定部３４により測定された温度に基づいてエネルギー線照射部５０の出力を制御してよい。制御部９０は、捕捉体３０の温度が予め定められた設定温度Ｔ０よりも低い場合は、エネルギー線照射部５０の出力を上げてよく、捕捉体３０の温度が予め定められた設定温度Ｔ０よりも高い場合は、エネルギー線照射部５０の出力を下げてよい。捕捉体３０の予め定められた設定温度Ｔ０は、測定対象の成分に応じて、２５０℃以上６００℃以下の範囲であってよい。
【００５３】
制御部９０は、各メッシュ構造体４０からの温度をモニタリングしながら、捕捉体３０が設定温度Ｔ０となるように制御してよい。一例において、制御方法はＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御であってよい。設定温度Ｔ０となるように制御するのであれば、他の制御方法としてよいのは勿論である。本例では、捕捉体３０の温度を設定温度Ｔ０に維持することができるので、粒子が脱離成分となり捕捉体３０から脱離する割合を一定にすることができる。これにより、粒子成分分析装置１００における測定条件を一定に保つことができる。
【００５４】
図５Ｂは、図５ＡのＢ‐Ｂ'断面を示す図である。本例のメッシュ部４２は、ＳＯＩ基板４５の活性層４６に形成される。図５ＢにおいてはＢＯＸ層（埋め込み酸化層）４７を記載していないが、メッシュ部４２にはＢＯＸ層４７を残してもよい。本例の支持枠部４４は、活性層４６、ＢＯＸ層４７および支持基板４８に形成される。支持枠部４４は、メッシュ部４２が設けられる領域の支持基板４８を部分的に除去することにより形成されてよい。
【００５５】
本例の温度測定部３４であるＰｔ薄膜は、支持枠部４４の活性層４６上にスパッタリング形成されてよい。本例のＰｔ薄膜は、活性層４６より突出して設けられる。ただし、他の例においては、活性層４６に所定の形状を有する凹部を設けて、当該凹部にＰｔ薄膜を埋め込んで設けてもよい。これにより、Ｐｔ薄膜が捕捉面３２から突出しない様にしてよい。当該他の例においては、Ｐｔ薄膜を設けた後の捕捉面３２が平坦な表面となるので、メッシュ構造体４０が積層された場合においてメッシュ構造体４０間の隙間を無くすことができる。これにより、エアロゾル試料中の粒子をさらに効率よく捕捉することができる。
【００５６】
図５Ｃは、図５ＡのＣ‐Ｃ'断面を示す図である。本例において、温度測定部３４の直下には一対のビア３５が設けられる。温度測定部３４から伸びる配線３６は、ビア３５を延在してよい。温度測定部３４は、配線３６を含むとしてもよい。複数のメッシュ構造体４０は、上層に位置するメッシュ構造体４０の配線３６を通すビア３５をさらに有してもよい。なお、本例において上層とは、最表層により近いメッシュ構造体４０を意味する。例えば、メッシュ構造体４０‐２は、メッシュ構造体４０‐３よりも上層に位置する。また、本例において、上層の反対を下層と表現する。
【００５７】
本例では、配線３６は捕捉体３０の側面に露出することなく、最下層のメッシュ構造体４０の支持枠部４４の底面から捕捉体３０の外部へ導出される。これにより、メッシュ構造体４０間に配線３６を挟まなくてよい。それゆえ、メッシュ構造体４０間に配線３６の厚みに相当する隙間ができるのを防ぐことができる。したがって、本例の捕捉体３０は、メッシュ構造体４０間にすき間がある場合と比較して、エアロゾル試料中の粒子を効率よく捕捉することができる。
【００５８】
図６は、温度算出部９２による処理を説明する概略構成図である。図６の例では、制御部９０が、２つの温度測定部３４‐ａおよび温度測定部３４‐ｂから温度情報信号を受信する場合を示す。制御部９０は、１つまたは３つ以上の温度測定部３４から温度情報信号をそれぞれ受信してもよい。
【００５９】
温度算出部９２は、温度測定部３４が測温抵抗体またはサーミスタである場合には、温度測定部３４の電気抵抗値に基づいて、それぞれの温度測定部３４の温度を算出してよい。そして、制御部９０は、算出された温度に基づいて、エネルギー線照射部５０の出力を制御してよい。
【００６０】
温度算出部９２は、温度測定部３４の電気抵抗値に応じた温度の値のテーブルを予め記憶してよい。温度算出部９２は、温度測定部３４の電気抵抗値から温度の値へ変換するための関数を記憶していてもよい。同様に、温度算出部９２は、温度測定部３４の熱起電力差に応じた温度の値のテーブルを予め記憶してよい。温度算出部９２は、温度測定部３４の熱起電力差から温度の値へ変換するための関数を記憶していてもよい。
【００６１】
図７は、粒子成分分析装置１００の使用方法を示すフローチャート図である。本例では、まず、粒子線２５が捕捉体３０へ射出されることにより、エアロゾル試料中の粒子が捕捉体３０に捕捉される（Ｓ１０）。一例において、制御部９０は、流量制御部１１０を制御して粒子線２５を予め定められた時間、捕捉体３０に射出する。
【００６２】
Ｓ１０の後に、エネルギー線照射部５０が、粒子にエネルギー線５４を照射する。一例において、制御部９０は、エネルギー線照射部５０を制御してエネルギー線５４を予め定められた時間、捕捉体３０に照射する。これにより、捕捉体３０から脱離した粒子の脱離成分を生じさせる（Ｓ２０）。
【００６３】
Ｓ２０の後に、温度測定部３４が捕捉体３０の温度を測定する（Ｓ３０）。本例において、温度測定部３４は温度情報信号を制御部９０の温度算出部９２へ送信し、温度算出部９２は捕捉体３０の温度を算出する。Ｓ３０の後に、制御部９０は、脱離成分の測定条件が一定となったか否かを判断する（Ｓ４０）。Ｓ４０において、本例の制御部は、所定時間に渡って、捕捉体３０の測定温度ＴＭと予め定められた設定温度Ｔ０とが略一致するか否か判断する。本例において、ＴＭがＴ０と略一致するとは、ＴＭとＴ０との差分の絶対値が予め定められた温度差Ｔｄ以下であること（すなわち、｜ＴＭ−Ｔ０｜≦Ｔｄ）を意味してよい。また、本例において、「所定時間に渡って」とは、数［ｓｅｃ］から数［ｍｉｎ］の時間を意味してよく、当該所定時間は測定対象の脱離成分に応じて適宜定めてよい。
【００６４】
所定時間に渡って｜ＴＭ−Ｔ０｜≦Ｔｄである場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、脱離成分を測定する測定条件が一定となったと見なすことができる。すなわち、単位時間における脱離成分の発生量［ｃｃ／ｍｉｎ］が安定となったと見なすことができる。そこで、分析器６０は、脱離成分を分析する（Ｓ８０）。これに対して、所定時間内においては未だＴｄ＜｜ＴＭ−Ｔ０｜である場合（Ｓ４０：ＮＯ）、制御部９０は、ＴＭに基づいて、エネルギー線照射部５０の出力を制御する（Ｓ５０〜Ｓ７５）。
【００６５】
本例の制御部９０は、ＴＭがＴ０と等しい場合に（Ｓ５０：ＹＥＳ）、エネルギー線照射部５０の出力を維持する（Ｓ５５）。すなわち、エネルギー線５４のエネルギーを維持する。これに代えて、本例の制御部９０は、ＴＭがＴ０と等しくなく（Ｓ５０：ＮＯ）、ＴＭがＴ０よりも低い場合に（Ｓ６０：ＹＥＳ）、エネルギー線照射部５０の出力を上げる（Ｓ７５）。すなわち、エネルギー線５４のエネルギーを増加させる。また、これに代えて、本例の制御部９０は、ＴＭがＴ０よりも高い場合に（Ｓ６０：ＮＯ）、エネルギー線照射部５０の出力を下げる。（Ｓ７５）。すなわち、エネルギー線５４のエネルギーを減少させる。
【００６６】
Ｓ５０〜Ｓ７５の後、温度測定部３４は、捕捉体３０の温度を再び測定する（Ｓ３０）。そして、所定時間内においては未だＴｄ＜｜ＴＭ−Ｔ０｜である場合（Ｓ４０：ＮＯ）、制御部９０は、エネルギー線照射部５０の出力の制御であるＳ５５、Ｓ６５およびＳ７５の１以上の段階をさらに実行してよい。制御部９０は、所定時間に渡って｜ＴＭ−Ｔ０｜≦Ｔｄとなるまで、エネルギー線照射部５０の出力の制御を複数回繰り返してよい。これにより、粒子が脱離成分となり捕捉体３０から脱離する割合を一定にすることができるので、粒子成分分析装置１００における測定条件を一定に保つことができる。
【００６７】
図８は、第２実施形態における粒子複合分析装置３００を示す図である。本例の粒子成分分析装置１００は、制御部９０を備える。係る点が第１実施形態と異なる。粒子成分分析装置１００と制御部９０との間の信号は図示しないが、制御部９０の機能は、第１実施形態と同じであってよい。制御部９０は、粒子成分分析装置１００と同一筐体内に設けられていてもよく、別途のコンピュータとして設けられていてもよい。なお、他の例において、粒子計測装置２００が制御部９０を備えてもよい。さらに他の例においては、粒子成分分析装置１００が制御部９０‐１を有し、粒子計測装置２００が別途の制御部９０‐２を有するとしてもよい。
【００６８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・導入口、２０・・減圧容器、２２・・粒子線生成部、２３・・粒子線射出口、２５・・粒子線、２６・・透光窓、３０・・捕捉体、３２・・捕捉面、３４・・温度測定部、３５・・ビア、３６・・配線、４０・・メッシュ構造体、４１・・線、４２・・メッシュ部、４４・・支持枠部、４５・・ＳＯＩ基板、４６・・活性層、４７・・ＢＯＸ層、４８・・支持基板、５０・・エネルギー線照射部、５４・・エネルギー線、６０・・分析器、６２・・回収筒部、７０・・排気部、９０・・制御部、９２・・温度算出部、１００・・粒子成分分析装置、１１０・・流量制御部、１２０・・吸引部、２００・・粒子計測装置、２１０・・流量制御部、２２０・・吸引部、２３０・・粒子線、２３２・・エアロゾル試料射出ノズル、２３４・・シースエア射出ノズル、２３６・・シースエア、２４０・・検出チャンバ、２４２・・レーザ発光部、２４３・・レーザ光、２４４・・ビームストッパ、２４６・・受光部、２４８・・信号処理ユニット、２５２・・内管部、２５４・・外管部、３００・・粒子複合分析装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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