(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取し、分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流し、フローセルを通過する粒子による自家蛍光を測定し、測定された自家蛍光の青色成分と赤色成分との比に基づいて粒子を計数することを特徴とする花粉の計数方法。
【請求項２】
分取をバーチャルインパクターにより行うことを特徴とする請求項１に記載の計数方法。
【請求項３】
自家蛍光とともに散乱光を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の計数方法。
【請求項４】
測定される散乱光が、前方散乱光および側方散乱光であることを特徴とする請求項３に記載の計数方法。
【請求項５】
一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取する分取手段と、分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流す流動手段と、フローセルを通過する粒子の自家蛍光を測定する測定手段と、測定された値に基づき粒子を計数する計数手段と、計数された結果を出力する出力手段とを備える、花粉の計数装置であって、前記測定手段が、自家蛍光の青色成分および赤色成分を測定する手段を備える計数装置。
【請求項６】
分取手段がバーチャルインパクターであることを特徴とする請求項５に記載の計数装置。  
【請求項７】
測定手段が散乱光を測定する手段を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の計数装置。  
【請求項８】
測定手段が前方散乱光測定手段および側方散乱光測定手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の計数装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、大気中を浮遊する花粉の計数方法および計数装置に関する。
背景技術
大気中の花粉の計数法として、光散乱を利用した粒径測定によるリアルタイム測定法が開発され、これに基づく測定装置が注目されている。
しかしながら、この方法では、花粉の特定を粒子の大きさのみで行っているので、必ずしも花粉を定量したことにならないという問題がある。
発明の開示
本発明の課題は、大気中に存在する花粉のみを自動的に定量できる方法および装置を提供することである。
本発明者らは、花粉の特性に着目し、大きさによる選別と自家蛍光の検出とを組み合わせることにより、上記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の第１の要旨は、一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取し、分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流し、測定セルを通過する粒子による自家蛍光を測定し、測定された値に基づいて粒子を計数することを特徴とする花粉の計数方法（以下、本発明方法ともいう）に存する。
本発明方法において、分取はバーチャルインパクターにより行うことが好ましい。また、自家蛍光とともに散乱光を測定することが好ましく、測定される散乱光は、前方散乱光および側方散乱光であることが好ましい。また、測定される自家蛍光の青色成分と赤色成分との比に基づいて粒子の計数を行うことが好ましい。
本発明の第２の要旨は、一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取する分取手段と、分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流す流動手段と、フローセルを通過する粒子の自家蛍光を測定する測定手段と、測定された値に基づき粒子を計数する計数手段と、計数された結果を出力する出力手段とを備える、花粉の計数装置（以下、本発明装置ともいう）に存する。
本発明装置において、分取手段はバーチャルインパクターであることが好ましい。また、測定手段は、散乱光を測定する手段を備えることが好ましく、さらには前方散乱光測定手段および側方散乱光測定手段を備えることが好ましい。また、測定手段は、自家蛍光の青色成分および赤色成分を測定する手段を備えることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明方法、本発明装置の順に説明する。
＜１＞本発明方法
本発明方法は、一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取し、分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流し、フローセルを通過する粒子による自家蛍光を測定し、測定された値に基づいて粒子を計数することを特徴とする。
大気中すなわち空気中を浮遊する微粒子には、ディーゼル粒子、燃焼灰、土壌粒子、海塩粒子、バクテリア、花粉などがある。それぞれの粒子の大きさには広がりがあるが、花粉はこれらの粒子の中で最も大きな部類に属する（図１）。従って、本発明方法においては、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取する。花粉よりも実質的に小さい粒子とは、これを除くことによって、フローセル中を流れる粒子中の花粉以外の粒子の割合が低下し、個々の粒子による自家蛍光の測定が容易になるものを意味し、例えば、粒径が６μｍ未満の粒子である。
一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取する方法としては、特に限定はないが、好ましくはバーチャルインパクターを用いる方法が挙げられる。
バーチャルインパクターは、種々の大きさの粒子を含む空気の流れに変化があった場合、大きな粒子は慣性により直進するが小さい粒子は流れに沿って進むという現象に基づいて、粒子サイズによる分取を行うものであり、本発明においては、その公知の構成のものを使用することができる。
バーチャルインパクターの例としては、図２に示すものが挙げられる。すなわち、このバーチャルインパクターは、吸気孔２と吸気孔２の延長上に配置される採取孔３とを備えた容器１からなり、容器１はさらに採取孔２に連通する第１ポンプ接続孔４と、容器１に連通する第２ポンプ接続孔５とを備えている。第２ポンプ接続孔５による吸引流速を第１ポンプ接続孔４による吸引流速より大きくすることによって（例えば、第２ポンプ接続孔５による吸引流速：３０Ｌ／ｍｉｎ、第１ポンプ接続孔４による吸引流速：２Ｌ／ｍｉｎ）、大きい粒子のみが吸気孔２の延長上に配置された採取孔３に取り込まれ、粒子サイズによる分取が行われる。
本発明方法においては、花粉よりも実質的に小さい粒子を除くことができるように、粒径が一定値（例えば６μｍ）以上の大きさの粒子のみを分取できるようにバーチャルインパクターを設計する。このようなバーチャルインパクターの設計は当業者に公知である。バーチャルインパクターにより分取される粒子の大きさは、吸気孔２（ジェットノズル）の数や径、第２ポンプ接続孔５による吸引流速等によって決まることが知られており、例えば、下記式により算出できる。
0004377064.tif 000002
このように設計されたバーチャルインパクターなどの分取手段により分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中を流す。フローセルを通過する流量を調節し、個々の粒子が十分な間隔を開けてフローセルを通過するようにすることによって、個々の粒子による自家蛍光が測定可能になる。
フローセルは、通常、第１ポンプ接続孔４と第１ポンプ接続孔４に接続されるポンプとの間に設けられる。このようにすることによって、採取孔２から粒子を吸引するためのポンプと、フローセル中に粒子を流すためのポンプとを兼用させることが可能になる。
このような構成例を図３に示す。第１ポンプ接続孔４には、測定手段７中のフローセル、エアフィルタ８および流量計９を介して第１ポンプ１０が接続される。第２ポンプ接続孔５には、エアフィルタ１１および流量計１２を介して第２ポンプ１３が接続される。第２ポンプ１３による吸引流速を第１ポンプ１０による吸引流速より大きくすることによって、大きい粒子のみが吸気孔２の延長上に配置された採取孔３に取り込まれ、粒子サイズによる分取が行われる。なお、第１ポンプ１０による吸引流速は、個々の粒子の自家蛍光が測定可能になるように調節される。
花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子、例えば粒径が６μｍ以上の粒子を分取することによって、ディーゼル粒子、燃焼灰、バクテリアなどのかなりの部分は除去できる。しかし、巻き上げられた砂塵などで、花粉程度の大きさのものは粒径を比較しただけでは花粉と区別できないため、粒子の自家蛍光に基づき花粉の識別を行う。すなわち、花粉やバクテリアなどの有機物質は自家蛍光を発するが、砂塵などの無機物質は蛍光を発しないことが報告されており、フローセルを通過する粒子に励起光（波長は、通常には、３００〜５００ｎｍ）を照射し、自家蛍光（通常には、４４０〜６５０ｎｍの波長の範囲）を観察すれば、花粉などの有機物質の粒子と砂塵などの無機物質の粒子との識別が可能である。
自家蛍光は、フローセルを通過する粒子に励起光を照射し、粒子により放射される蛍光を検出することにより測定できる。
励起光の光源としては、単一の波長を有する光を発するレーザー、電灯とバンドパスフィルタとの組み合わせなどを使用できる。励起光は、レンズなどによってシート状のビームとして照射してもよい。蛍光の検出には、光電子増倍管などを使用できる。
本発明方法において、好ましくは、フローセルを通過する粒子を通過する粒子による散乱光も自家蛍光とともに測定する。
散乱光は、粒子の大きさを反映しており、特に、前方および側方の散乱光の組み合わせから、その粒子が球状なのか棒状なのかなど、ある程度の形状を推定できる。花粉は、図４に示すように、種に特徴的な直径（長径および短径）を有する。従って、散乱光の測定により、粒子の大きさ、形状などを推定することによって、花粉の種類の特定において重要な指標が得られる。
散乱光は、フローセルを通過する粒子に光を照射し、粒子により放射される散乱光を検出することにより測定できる。散乱光としては、通常には、照射される励起光の前方に放射される前方散乱光、および、励起光の照射方向の側方（通常には約９０度の方向）に放射される側方散乱光が測定される。照射光の光源としては、上記励起光に用いるものと同様のものを使用できる。また、散乱光の検出には、光電子増倍管などを使用できる。
散乱光の測定のための照射光の波長を蛍光の測定のための励起光のものとすることにより、散乱光および蛍光の測定のための照射光を共通のものとすることが可能である。
花粉は、種によって図４に示すように花粉の大きさおよび形状が異なるが、さらにその自家蛍光の特徴も異なる。種々の花粉の自家蛍光を観察すると、例えば、スギ花粉はかなり青みがかった緑色であり、ヒノキ花粉は赤みがかった黄色であるなど、色の差があり、従って、自家蛍光を青色成分、緑色成分および赤色成分に分解して分析することが好ましい。特に、自家蛍光の青色成分（通常には、波長４４０〜５００ｎｍ）と赤色成分（通常には、波長５７０〜６５０ｎｍ）とに種差が大きく現れる。そのため、青色成分および赤色成分を測定することが、それらの比が花粉の種類の識別に有用なことから好ましい。蛍光の各色成分は、例えばハーフミラーとバンドパスフィルタとの組み合わせや三原色分解プリズムを用いて蛍光を各成分に分解することで測定することができる。
測定された値に基づく計数は、コンピュータなどの情報処理装置によって行うことができる。
上述のように花粉は、大きさ、形状および蛍光特性が種によって異なるので、これらの指標およびそれらの組み合わせの別に粒子の計数を行うことで、花粉の種類と数を算出することができる。すなわち、散乱光の測定値に基づいて、花粉の大きさおよび扁平率（長径と短径との比）を、蛍光の青色成分および赤色成分の測定値に基づいて自家蛍光特性（青色成分と赤色成分との比など）を算出し、これらに基づいて識別および計数を行う。識別に用いる指標は、測定対象の花粉の性質に基づいて適宜選択することができる。このようにして識別を行った結果の例を図５に示す。ブタクサ、カモガヤ、スギおよびクルミの各花粉は、花粉の大きさ（散乱光強度）および自家蛍光の青色成分と赤色成分との比（Ｂｌｕｅ／Ｒｅｄ比）に基づいて明確に識別できることが分かる。
さらに多種の花粉が混在した場合でも、それぞれの花粉についてこれらの指標を測定し、相違を適切に示す指標を適宜選択し組み合わせることでそれぞれの花粉を識別できる。
＜２＞本発明装置
本発明装置は、一定量の大気中の、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いた粒子を分取する分取手段と、分取された粒子を、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流す流動手段と、フローセルを通過する粒子の自家蛍光を測定する測定手段と、測定された値に基づき粒子を計数する計数手段と、計数された結果を出力する出力手段とを備える。
分取手段は、花粉よりも実質的に小さい粒子を除いて粒子を分取できる限り、特に制限はない。好ましくは、上記本発明方法に関し説明したバーチャルインパクターが使用される。
流動手段は、個々の粒子による自家蛍光が測定可能な状態でフローセル中に流すものであり、フローセルに接続される導管およびポンプにより構成できる。フローセルの大きさおよびフローセルにおける流速を適宜選択することにより個々の粒子による自家蛍光が計測可能になるようにする。上記本発明方法に関し説明したように、バーチャルインパクターを用いる場合には、バーチャルインパクターの作動用のポンプを流動手段のためのポンプとして共用することが可能である。
測定手段は、フローセルを通過する粒子に励起光を照射する手段および粒子により放射される蛍光を検出する手段により構成できる。
励起光の照射手段としては、単一の波長を有する光を発するレーザー、電灯とバンドパスフィルタとの組み合わせなどを使用できる。励起光は、レンズなどによってシート状のビームとして照射してもよい。蛍光の検出手段としては、光電子増倍管やＣＣＤなどを使用できる。
測定手段は、好ましくは、散乱光を測定する手段を備える。さらに好ましくは前方散乱光測定手段および側方散乱光測定手段を備える。
また、測定手段は、好ましくは、自家蛍光の青色成分および赤色成分を測定する手段を備える。本手段は、例えば、バンドパスフィルとハーフミラーとの組み合わせや三原色分解プリズムなどの、自家蛍光を光分解して青色成分および赤色成分を得る手段と、光電子増倍管やＣＣＤなどの、各色成分を検出する手段とにより構成できる。
計数手段は、測定された値に基づいて花粉の計数を行えるものである限り、特に制限はない。例えば、Ａ／Ｄコンバータを備えるコンピュータなどの情報処理装置が挙げられる。
出力手段としては、ディスプレイ（ＣＲＴモニタなど）、プリンター、通信装置等が挙げられる。
以下、本発明装置の分取手段、流動手段および測定手段の構成の一例を、図６を参照して説明する。
分取手段および流動手段は、バーチャルインパクター並びにそれに接続されたフローセル１０１およびポンプ（図示せず）から構成される。採気孔３に連通する第１ポンプ接続孔４の先にはフローセル１０１を介して第１ポンプが接続される。バーチャルインパクターの容器１に連通する第２ポンプ接続孔５には第２ポンプが接続される。吸気孔２の上には、フード１４が設けられている。フローセル１０１の直前には流れを整えるためのエアフィルタ１０２が設けられている。
測定手段は、紫外線領域の励起光１１５を照射する手段として、光源１１１、光源１１１からの光のうち励起光１１５に適した波長を選択する励起光用バンドパスフィルタ１１２、反射ミラー１１３、および、励起光１１５の光束の形状を調整するレンズ１１４を備える。
また、測定手段は、前方散乱光１２１を測定する手段として、励起光の照射方向に配置された、散乱光の波長の光を選択する前方散乱光用バンドパスフィルタ１２３、および、前方散乱光用バンドパスフィルタ１２３を通過した光を検出する前方散乱光検出用光電子増倍管１２４を備える。
さらに、測定手段は、側方散乱光および蛍光１３１を測定する手段として、励起光の照射方向に対し９０度の位置に配置された、側方散乱光の波長の光を反射し、蛍光の波長の光を透過する側方散乱光反射用ハーフミラー１３２、側方散乱光反射用ハーフミラーで反射された光から散乱光の波長の光を選択する側方散乱光用バンドパスフィルタ１３３、側方散乱光用バンドパスフィルタ１３３を透過した光を検出する側方散乱光検出用光電子増倍管１３４、蛍光の青色成分の光を反射し、蛍光の緑色成分および赤色成分の光を透過する青色光反射用ハーフミラー１４２、青色光反射用ハーフミラーで反射された光から蛍光の青色成分の光を選択する青色光用バンドパスフィルタ１４３、青色光用バンドパスフィルタ１４３を透過した光を検出する青色光検出用光電子増倍管１４４、蛍光の緑色成分の光を反射し、蛍光の赤色成分の光を透過する緑色光反射用ハーフミラー１５２、緑色光反射用ハーフミラーで反射された光から蛍光の緑色成分の光を選択する緑色光用バンドパスフィルタ１５３、緑色光用バンドパスフィルタ１５３を透過した光を検出する緑色光検出用光電子増倍管１５４、蛍光の赤色成分の光を反射する赤色光反射用ハーフミラー１６２、赤色光反射用ハーフミラーで反射された光から蛍光の赤色成分の光を選択する赤色光用バンドパスフィルタ１６３、赤色光用バンドパスフィルタ１６３を透過した光を検出する赤色光検出用光電子増倍管１６４、ならびに、フローセル１０１から発せられた側方散乱光および蛍光１３１の光束の形状を整えるための集光レンズ１３５を備える。青色光用バンドパスフィルタ１４３、緑色光用バンドパスフィルタ１５３および赤色光用バンドパスフィルタ１６３の透過特性を図７に示す。
次に、本発明の計数手段および出力手段の構成の一例を、図７を参照して説明する。
計数手段は、各光電子増倍管に接続されたＡ／Ｄコンバータ２０２を備えたコンピュータ２０１から構成される。コンピュータ２０１には、Ａ／Ｄコンバータ２０２から入力されたデータに基づいて計数を行うソフトウェアがインストールされている。
出力手段は、ディスプレイ２０３から構成される。
次に、この一例の装置の動作について説明する。第１ポンプおよび第２ポンプを、バーチャルインパクターにより、花粉よりも実質的に小さい粒子が除かれた粒子が分取されるように作動させる。フローセル１０１には、分取された粒子が、その個々の粒子による散乱光および蛍光が測定可能な状態で流れる。
励起光１１５を照射する手段によりフローセル１０１に励起光１１５が照射され、前方散乱光、側方散乱光、ならびに、蛍光の青色成分、緑色成分および赤色成分が、それぞれ、前方散乱光検出用光電子光増倍管１２４、側方散乱光検出用光電子光増倍管１３４、青色光検出用光電子光増倍管１４４、緑色光検出用光電子光増倍管１５４、および、赤色光検出用光電子光増倍管１６４において検出される。
各光電子増倍管の出力は、Ａ／Ｄコンバータ２０２を介して、コンピュータ１０１に入力される。コンピュータ２０１にインストールされたソフトウェアは、蛍光の信号を計数し、バーチャルインパクターの吸引流速から算出される吸引体積から、一定量の大気当たりの花粉の数を算出したり、散乱光および蛍光の各成分の信号から、散乱光および蛍光の各成分について予め定められた関係に基づき、花粉の種類別の計数を行ったりする。
計数の結果がディスプレイ２０３に表示される。
産業上の利用の可能性
以上に説明したように、本発明によれば、粒子の大きさに基づく分取と自家蛍光に基づく識別とを組み合わせることによって、一定量の大気中に存在する花粉のみを自動的に定量できる。また、自家蛍光を有する粒子の大きさ、形状、蛍光特性およびこれらの組合せ別に粒子の計数を行うことにより、花粉の種類と数の測定ができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、大気中の微粒子とその大きさを示す図である。
図２は、インパクターの一例を示す模式図である。
図３は、インパクターおよび流動手段の一例を示す模式図である。
図４は、種々の花粉の直径（短径および長径）を示す。
図５は、散乱光および自家蛍光特性による花粉の識別結果を示す。
図６は、本発明装置における分取手段、流動手段及び測定手段の構成の一例を示す模式図である。
図７は、バンドパスフィルタの透過率の一例を示す。
図８は、本発明装置における計数手段および出力手段の構成の一例を示す模式図である。
【図１】
0004377064.tif 000003
【図２】
0004377064.tif 000004
【図３】
0004377064.tif 000005
【図４】
0004377064.tif 000006
【図５】
0004377064.tif 000007
【図６】
0004377064.tif 000008
【図７】
0004377064.tif 000009
【図８】
0004377064.tif 000010