(57)【要約】  本発明は、エアロゾルを希釈するためにセットアップされた装置を提供し；該装置は：（ｉ）希釈チャンバ（１）；（ｉｉ）エアロゾルを該希釈チャンバに入れるための、該希釈チャンバの片側のエアロゾル入口（２）；（ｉｉｉ）希釈されたエアロゾル粒子が該希釈チャンバを離れ得る、該希釈チャンバの同一または別側のエアロゾル出口（３）；（ｉｖ）該チャンバに希釈体ガスを入れるための希釈体ガス入口（４）；（ｖ）希釈体ガスが該希釈チャンバを離れ得る、希釈体ガス出口（５）；（ｖｉ）該希釈体ガスの循環を該希釈チャンバを通して提供するガスフロー維持システム（６）；ならびに（ｖｉｉ）該エアロゾル出口を離れる該エアロゾルの希釈の程度を判定するための手段；を備える。本発明はまた、本発明の装置を用いてエアロゾル粒子を希釈しかつ計数するための方法を提供する。
2016526671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾルを希釈するためにセットアップされた装置であって、該装置が以下：
（ｉ）希釈チャンバ；
（ｉｉ）エアロゾルを該希釈チャンバに入れるための、該希釈チャンバの片側のエアロゾル入口；
（ｉｉｉ）希釈されたエアロゾル粒子が該希釈チャンバを離れ得る、該希釈チャンバの同一または別側のエアロゾル出口；
（ｉｖ）該チャンバに希釈体ガスを入れるための希釈体ガス入口；
（ｖ）希釈体ガスが該希釈チャンバを離れ得る、希釈体ガス出口；
（ｖｉ）該希釈チャンバを通して該希釈体ガスの循環を提供するガスフロー維持システム；ならびに
（ｖｉｉ）該エアロゾル出口を離れる該エアロゾルの希釈の程度を判定するための手段；
を備える、装置。
【請求項２】
前記装置を制御し、そしてデータ処理能力を有し、測定された（観測された）粒子濃度から希釈率および真の粒子濃度を計算し得る、電子プロセッサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
エアロゾルの希釈器として機能し、かつ希釈されたエアロゾルから得られた、観測された粒子濃度から真の粒子濃度を計算するためにプログラム化されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記希釈体ガスが空気である、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記希釈チャンバを通して前記希釈体ガスの循環を提供するガスフロー維持システムを備える、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記ガスフロー維持システムが、ポンプ；前記希釈体ガス入口を通って前記希釈チャンバに通過する前に希釈体ガスを濾過するための１つまたはそれ以上のフィルタ；および該希釈チャンバへのまたは該希釈チャンバからの該希釈体ガスの流速を測定かつ必要に応じて表示するための手段；を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
以下：
・密閉した希釈チャンバ；
・該希釈チャンバの片側に設けられたエアロゾル入口；
・該希釈チャンバの別側または同じ側（好ましくは隣接する側）に設けられたエアロゾル出口；
・希釈体ガス入口および希釈体ガス出口；
・希釈体ガス空気フロー維持システムポンプ；
・希釈体ガスが該希釈体ガス入口に入る前に粒子を除去するためのエアロゾルフィルタ；
・流速測定手段；
・希釈体ガス流速制御回路；ならびに
・希釈体ガス流速指示器；
を備える、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記希釈体ガスが、前記希釈チャンバに入る前に高効率ＨＥＰＡフィルタを通して濾過される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記希釈チャンバが微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ）カラムによって提供される、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記希釈チャンバが、該希釈チャンバ内にガスのフローを分離または流すための１つまたはそれ以上のバッフル、壁または仕切りを含む、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
エアロゾルを希釈する方法であって、
（ｉ）第１の粒子濃度を含むエアロゾルを希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉ）希釈体ガスを該希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉｉ）該エアロゾルフローと該希釈体ガスとを該希釈チャンバ内で混合して、より低い粒子濃度の希釈されたエアロゾルを形成する工程；
（ｉｖ）該希釈されたエアロゾルの一部を該希釈チャンバから１つの出口を通して排出する工程；および
（ｖ）該希釈されたエアロゾルの他の部分を該希釈チャンバから別の出口を通して排出する工程；
を包含する、方法。
【請求項１２】
エアロゾルを希釈する方法であって、
（ｉ）第１の粒子濃度を含むエアロゾルフローを閉鎖された容量希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉ）希釈体ガスを該希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉｉ）該エアロゾルフローおよび該希釈体ガスを該希釈チャンバ内で混合して、該第１の粒子濃度よりも低い粒子濃度を含む希釈されたエアロゾルを形成する工程；
（ｉｖ）該希釈されたエアロゾルの一部を除去し、そして該除去された一部の該エアロゾルを濾過し、そして該得られた濾過されたガスを該希釈チャンバに戻して導入し、それにより循環ループを形成することによりリサイクルする工程；ならびに
（ｖ）該希釈されたエアロゾルの他の部分を、使用のために該希釈チャンバの外に指向する工程；
を包含する、方法。
【請求項１３】
エアロゾルを希釈する方法であって、
（ｉ）エアロゾルフローを、細長い閉鎖された容量希釈チャンバに該チャンバの片側から指向する工程；
（ｉｉ）希釈体ガスのフローを該希釈チャンバに該同じ側から指向して、ガスの層状フローを該チャンバの内側に提供する工程；
（ｉｉｉ）該エアロゾルフローおよび希釈体ガスを混合可能にして希釈されたエアロゾルを得る工程；
（ｉｖ）該希釈されたエアロゾルの一部を該希釈チャンバから該片側と反対側の場所で除去し、そして該希釈されたエアロゾルの該除去された一部を、それを濾過し、そして該濾過されたフローを該希釈チャンバに戻して導入し、それにより再循環ループを形成することによりリサイクルする工程；ならびに
（ｖ）該希釈されたエアロゾルの他の部分を該希釈チャンバから該片側と反対側の場所で取り出し、そして使用のために該フローを指向する工程；
を包含する、方法。
【請求項１４】
希釈チャンバとしてＳＭＰＳのＤＭＡカラムを用いてＳＭＰＳ内でエアロゾルを希釈する方法であって、該プロセスが：
（ｉ）ガス同伴粒子を含むエアロゾルフローを該ＤＭＡカラムに指向する工程；
（ｉｉ）シースの流速を所定の値に設定する工程；
（ｉｉｉ）該ＤＭＡカラム内の電極間の電位差を、０またはそれらがエアロゾル粒子の移動で影響が無視可能であるような充分に低い電圧にまでスイッチする工程；
（ｉｖ）該シースフローおよび該エアロゾルフローの混合を可能にして、該エアロゾルフローを希釈する工程；
（ｖ）ＳＭＰＳの一部を形成する粒子計数手段を用いて該希釈されたエアロゾルフロー内の該粒子を検出かつ計数して、観測された粒子濃度を提供する工程；ならびに
（ｖｉ）工程（ｖ）から得られた該観測された粒子濃度を校正して、ＳＭＰＳを通して既知濃度の粒子を有するエアロゾルを通過させることによって決定された（例えば予め決定された）希釈率を適用することにより真の粒子濃度を得る工程；
を包含する、方法。
【請求項１５】
ＳＭＰＳを用いてエアロゾル粒子を計数する方法を提供し、該方法が：
（ｉ）エアロゾルフローを、シース流速を０値に設定してＳＭＰＳのＤＭＡカラムに指向する工程；
（ｉｉ）該ＤＭＡカラム内の電極間の電位差を、０または該エアロゾル内の粒子の移動で電圧の影響が無視可能であるような充分に低い電圧にまでスイッチする工程；ならびに
（ｉｉｉ）該ＳＭＰＳの一部を形成する粒子計数手段を用いて該エアロゾル内の粒子を検出かつ計数する工程；
を包含する、方法。
【請求項１６】
請求項１から１０のいずれかに記載の装置を用いて実施される、請求項１１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
ＣＰＣのエアロゾル粒子の濃度範囲を拡張する方法であって、
（ｉ）第１の段階にて、エアロゾル粒子の数濃度Ｎが希釈流速Ｑｄｌ＝０で測定され；
（ｉｉ）第２の段階にて、該得られた値Ｎが所定の濃度Ｎｃと比較され、そしてＮ＜Ｎｃである場合、該濃度値が出力デバイスにエクスポートされ；
（ｉｉｉ）Ｎ＞Ｎｃである場合、該希釈流速は、Ｑｄｌ＝０から所定の値Ｑｄに変更され、それにより該エアロゾルを希釈し；そして
（ｉｖ）第４の段階にて、濃度測定が該希釈されたエアロゾルについて行われ；そして
（ｖ）第５の段階にて、該希釈流速Ｑｄｌ＝Ｑｄで測定された該エアロゾル粒子の数濃度Ｎが出力デバイスにエクスポートされる；
工程を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾルの希釈のための方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、エアロゾルフローに対してなされる測定の精度を改善するために、高い粒子濃度を有するエアロゾルフローを希釈するための方法および装置に関する。本発明はまた、高濃度の粒子を含有するエアロゾルの測定のための、凝縮式粒子カウンタ（ＣＰＣ）、走査型移動度粒子分級器（ＳＭＰＳ）、高速移動度粒子分級器（ＦＭＰＳ）または光散乱式粒子カウンタ（ＯＰＣ）と組み合わせた本発明の希釈装置の使用を提供する。
【背景技術】
【０００２】
現在、大気中に意図されずに排出されるナノ粒子およびマイクロ粒子の健康への影響に関して多大な心配事がある。例えば、近年における英国での呼吸器疾患およびアレルギーの相当な増大は、ディーゼルエンジンおよび他の燃焼プロセスにより排出される粒子と一部関連している。主な焦点はディーゼル排気にあるが、他の潜在原（例えば、化石燃料を用いた発電、焼却、原子力発電および航空機排気）にも注意が向きつつある。排煙プロセスを伴う全ての重工業が、エアロゾル粒子の排出の潜在的な問題を有する。このようなプロセスは、溶錬、焼成、ガラス製造、溶接、半田付け、原子力発電、および焼却を包含する。消費財企業の中でも、粉末洗剤中の酵素、粉末コーティング、ならびに使い捨てのおむつおよび他の製品で使用される線維が問題を引き起こし得るという懸念がある。さらに、ＵＳ  ＥＰＡは、ガソリンエンジン排出についてますます懸念しつつある。
【０００３】
ナノ粒子およびナノ物質が有害な影響を生じることが知られている。例えば、それらはヒトの血液脳関門を通過し得、そして金ナノ粒子は母親から胎児に胎盤を横断し得る。約２０ｎｍの直径のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子を用いた初期の研究は、５０μｇ／ｍ３よりも低い気中濃度のおそらく不活性で不溶性の材料がラットに対して致命的であることを示した。
【０００４】
健康の局面からの懸念に加え、気中粒子の排除または制御は、マイクロエレクトロニクス工業、製薬工業、医療機器工業、レーザー工業、および光ファイバー工業における数千ものクリーンルームにおいて基準を維持するのに重要である。
【０００５】
小粒子は、以下の表１に示すように分類され得る。
【０００６】
【表１】
2016526671.tif 000003
【０００７】
用語「ナノ粒子」は、１ｎｍ〜０．１μｍの範囲の空気力学的粒子サイズを有する粒子をいうために用いられる。
【０００８】
球状粒子については、空気力学的粒子サイズは、粒子の幾何学的直径である。大気中の現実の粒子は、しばしば複雑な形状を有する。非球状粒子については、用語「直径」は厳密には当てはまらない。例えば、フレークまたは線維は、異なる方向に異なる寸法を有する。同一の形状の粒子は、異なる化学物質で構成され得、そして異なる密度を有し得る。形状および密度の差異は、粒子サイズを規定するのに相当の混乱を引き起こす。
【０００９】
したがって、用語「空気力学的粒子サイズ」または「空気力学的直径」は、任意形状および密度を有する現実の非球状粒子を記載するための単一パラメーターを提供するために用いられる。本明細書中で使用されるように、用語「空気力学的直径」は、大気中で（標準の温度および圧力にて）目的の粒子と同じ慣性特性（終末沈降速度）を有する、１ｇ／ｃｍ３の密度を有する球状粒子の直径である。慣性捕集器（例えば、カスケードインパクター）は、空気力学的直径が決定されることを可能とする。用語「空気力学的直径」は、任意の形態および密度のクラスターおよび集合体を含む全ての粒子に便利である。しかし、非球状粒子は、通常、球状粒子よりも低い終末沈降速度を有するため、それは、真の幾何学的サイズではない。別の便利な相当直径は、拡散直径または熱力学直径であり、これは、目的の粒子と同じ大気中拡散性を有する１ｇ／ｃｍ３密度の球状として規定される。
【００１０】
大気中でのエアロゾル粒子の調査およびモニタリングは、広い粒子サイズ範囲で測定し得るが汎用で用いるのに十分に安価で頑強で便利な機器が不足していることによって妨げられている。
【００１１】
エアロゾル粒子の測定および選択のための機器は、粒子の電気移動度に基づき得る；例えば、以下を参照のこと：Flagan, R.C. (1998): History of electrical aerosol measurements, Aerosol Sci. Technol., 28(4), pp.301-380。１つのこのような器具は微分型移動度粒子分級器（ＤＭＰＳ）であり、これは、エアロゾル中の粒子のサイズ分布を決定するために用いられ得る。ＤＭＰＳは、微分型移動度分析器（ＤＭＡ）（これは、特定サイズを有する粒子のみを透過させる）および凝縮式粒子カウンタ（ＣＰＣ）（これは、粒子を計数する）からなる。
【００１２】
エアロゾル中の粒子の計数のために広く用いられているデバイスは、光散乱型粒子カウンタ（ＯＰＣ）および凝縮式粒子カウンタ（ＣＰＣ）である。両タイプのデバイスとも、光散乱に基づく光学的検出を使用する：ＯＰＣは、粒子からの直接の光散乱によって粒子を検出するのに対し、ＣＰＣは、まずそれらに蒸気を凝縮させて液滴を形成させることにより粒子の見かけサイズを増大させ、次いでこの液滴を光散乱または他の技術によって光学的に検出することにより粒子を検出する（例えば、ＥＰ１７５７９２１を参照のこと）。一般に、粒径が０．１μｍより大きい粒子の計数のために、ＯＰＣが用いられる。より小さい粒子は計数前に拡大が必要であり、典型的にはＣＰＣを用いて、計数前に粒子の見かけサイズを増大させる。直径０．００２μｍ程度の小ささの粒子を検出および計数するためには、凝縮式粒子カウンタが用いられ得る。
【００１３】
ＣＰＣおよびＯＰＣはともに、それらが検出および計数し得る粒子の濃度に特定の固有の限界を有する; 例えば、ＥＰ１７５７９２１を参照のこと。粒子カウンタの計数速度限界は、粒子が検出および計数回路により信頼性のある計数がなされるには過度に速い速度で粒子が光線を通過する際に超過される。検出器の光学視体積中に１より多くの粒子が存在する場合に問題が生じる。これは、２以上の粒子からの光散乱が１つのものとして見え、粒子数の損失に至る（図１を参照のこと）。これが生じる濃度閾値は「同時計数限界」として知られ、高精度測定のためには、この制限は超過されるべきではない。
【００１４】
ディーゼルエンジンおよび火花点火エンジンならびに他の燃焼源により排出される小粒子の健康上の有害な影響のため、ＣＰＣは、エンジン排気測定のための特性評価機器としてますます重要になりつつある。
【００１５】
車からの排気は、現在、ＵＳＡにおいては連邦政府によって規制されており、よって、例えば、連邦規則４０巻１章８６条Ｃ項（Title 40, Chapter 1 of the Code of Federal Regulations, Section 86, Subpart C）に記載されるような所定の汚染レベルを超過してはならない。
【００１６】
信頼性のある結果を得るために、エアロゾル中の粒子の濃度が特定のレベルを下回るように排出エアロゾスを希釈することがしばしば必要である。このような希釈を達成するための１つのシステムが、ＵＳ５０５８４４０に開示されている。
【００１７】
ＵＳ６７２９１９５は、軸に沿って直列に配置された複数の希釈器を有する捕集システムを開示する。このシステムは、以下を備える：この複数の直列に配置された希釈器の各々１つにガス流を連続様式で供給するように、この複数の直列に配置された希釈器に流体連通されたガス供給源；この複数の直列に配置された希釈器の各々１つに希釈空気を、その希釈空気がこの複数の直列に配置された希釈器の各々１つ内に存在するガス流に供給されて、ガス流がこの複数の直列に配置された希釈器を通過するにつれてガス流を漸次希釈するように供給するように、この複数の直列に配置された希釈器の各々１つに流体連通された希釈空気供給源；ならびに、この複数の直列に配置された希釈器の各々１つ内に存在する希釈されたガス流のサンプルを分析することを得るための、この複数の直列に配置された希釈器の各々１つに流体連通された捕集装置。
【００１８】
ＥＰ１７５７９２１は、以下を開示する：高濃度の粒子を含有するエアロゾルの測定のための装置であって、サンプルエアロゾル流中の粒子の濃度を希釈して希釈されたエアロゾル流を形成するための希釈器、ならびに、蒸気凝縮、液滴成長および光学検出により希釈されたエアロゾル流中の粒子を検出するためのセンサを備える、装置。この装置は、本装置および部品（例えば、ポンプおよびフィルタ）を操作するための任意の付随電子機器とともに通常のハウジングに収容され得る。希釈器は、初期粒子濃度を有するエアロゾル流および希釈流のための入口を備える。エアロゾル流および希釈流は絞り穴（restriction）を通過して、この絞り穴は、希釈流とエアロゾル流とが混合されて希釈されたエアロゾル流を生じるように乱流が作り出されるような大きさである。希釈流は、希釈されたエアロゾル流から一部を引き出し、そしてこの一部を濾過して清浄な空気を生じさせ、これが、絞り穴から上流のエアロゾル流と混合されることにより形成される。
【００１９】
いくつかの機器（例えばＣＰＣ）のダイナミックレンジを拡張するために、測光モードがしばしば用いられる。測光モードでは、光線により照射される複数の液滴からの光散乱が、光学検出器によって測定され、そして液滴濃度の測定値として用いられる。例えば、市販の機器（Model 3022A CPC、TSI, Inc.製）において、測光モードが用いられ、そしてこの機器において、１ｃｍ３当たり約１０４粒子までのエアロゾルが単一粒子計数によって測定され、他方、１ｃｍ３当たり１０７粒子までのより高い濃度について測光モードが用いられる。
【００２０】
エアロゾル粒子からの光散乱は、液滴サイズ、液滴材料屈折率、および液滴濃度に依存することが知られる。したがって、測光モードは、単一粒子計数モードよりも正確ではない。測光モードでは、蒸気飽和、湿度、および凝縮温度の変化に起因する液滴サイズの小さな変化が、液滴サイズまたは液滴化学組成の変化を引き起こし、エアロゾル濃度が同じままである場合でも異なる機器読み取りを生じ得る。いくつかのＣＰＣの比較により、測定されたエアロゾル濃度において６０％以上もの多くの差異が生じ得ることが示されている（例えば、「Performance Evaluation of a Recently Developed Water-Based Condensation Particle Counter」, S. Biswas, P.M. Fine, M.D. Geller, S.V. Hering and C. Sioutas, Aerosol Science and Technology, 39, pp. 419-427を参照のこと）。このように、測光モードは、測定されたデータにおける頻繁に観察される不一致の大きな一因となり得る。
【００２１】
流体フローのための回転盤希釈器がＵＳ８４３４５１２に記載され、そして表面接近可能な（surface-accessible）転移容量を保有する回転可能な回転式エレメントを含み、これは、それらの共通の移動路に沿って、一方で未希釈流体フローについて、および他方で希釈流体フローについて、供給口と排出口とを交互に円滑に流れる。使用可能な希釈速度範囲を単に広げるために、回転式エレメントは、異なる移動路上に少なくとも２列の転移容量を有し、その付随の供給口で未希釈流体フローおよび／または希釈流体フローが別個に制御され得る。このような配置は、カルーセル式希釈器ともいわれ（J. of Aerosol Science, 1997, 28, pp. 1049-1055を参照のこと）、これは、可能な限り大きな希釈速度範囲が必要である場合に測定するために用いられる。しかし、このようなデバイスは高価であり、ノイズがあり、そして電力消費が比較的高いものである。
【００２２】
市場にはいくつかの市販の希釈器がある。Aerosol Diluter Model 3302A（TSI, Inc.）は、閉鎖型操作系を使用する。それは、エアロゾルフロー中の粒子の小さなサンプルを分離し、そしてそれを、同じ元のエアロゾルから濾過された「清浄な」ガスと再混合させる。それが、２つの標準希釈率（１００：１および２０：１）およびやや大きな寸法（Ｌ×Ｗ×Ｈは２８ｃｍ×３７ｃｍ×２２ｃｍである）を有し、また、比較的重い（５．９ｋｇ）。この希釈器は、ＣＰＣまたはＳＭＰＳのような携帯可能な機器と共に使用するために設計されていない。さらに、このような希釈器による欠点は、フィルタの詰まりが希釈速度に影響し得ることである。
【００２３】
別の同様の希釈器は、ＴＤＡ−Ｄデバイス（ATI, Inc.製）である。このデバイスは、高効率微粒子（ＨＥＰＡ）フィルタ検査工業の特殊化されたニーズのために設計された。ＴＤＡ−Ｄ  Ｓｅｒｉｅｓエアロゾル希釈器は、エアロゾルの上流濃度を測定可能なレベルに希釈することにより光散乱式粒子カウンタの有効性を増強する。このデバイスの重量は３．０ｋｇのみであるが、ＴＳＩ  ３３０２Ａ機器よりも大きく、１５．５ｃｍ×８．３ｃｍ×５５．９ｃｍの寸法である。
【００２４】
公知の希釈デバイスによる一般的な問題は、それらがやや大きく、重く、そしてしばしば高価である傾向があることである。一般には、それらは、携帯可能なＳＭＰＳまたはＣＰＣのような携帯可能な機器と共に、またはその中で使用されるように設計されていない。
【００２５】
したがって、現在、上述した問題を回避するまたは最小にする、かつ広範な粒子数濃度にわたってエアロゾルを希釈するために使用され得る携帯可能なＳＭＰＳまたはＣＰＣデバイスに適用可能である、エアロゾルを希釈するための装置および方法の必要性が残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、エアロゾル粒子希釈のための装置および方法を提供し、そして広範な粒子濃度において携帯可能なＣＰＣ、ＯＰＣ、ＳＭＰＳおよび他の装置と共に用いられ得るエアロゾルの特徴を改善しようと試みるものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
第一の局面において、本発明は、エアロゾルの希釈のためにセットアップされた装置を提供し、ここで該装置は、以下を備える：
（ｉ）希釈チャンバ；
（ｉｉ）該希釈チャンバにエアロゾルを入れるための該希釈チャンバの片側のエアロゾル入口；
（ｉｉｉ）該希釈チャンバの同じまたは別側のエアロゾル出口であって、ここを通って、希釈されたエアロゾル粒子が該希釈チャンバを離れ得る、出口；
（ｉｖ）希釈体ガスを該チャンバに入れるための希釈体ガス入口；
（ｖ）希釈体ガスが該希釈チャンバを離れ得る希釈体ガス出口；
（ｖｉ）該希釈チャンバを通って該希釈体ガスの循環を提供するガスフロー維持システム；および
（ｖｉｉ）エアロゾル出口を離れる該エアロゾルの希釈の程度を決定するための手段。
【００２８】
使用において、エアロゾルのサンプルがエアロゾル入口に導入され、そして希釈体ガス入口を通って導入された希釈体ガスと混合される。エアロゾルおよび希釈体ガスが混合し、そして得られた希釈されたエアロゾルの一部がエアロゾル出口を通って引き出される。希釈されたエアロゾルの残りは、希釈体ガス出口を通って希釈チャンバを出て行く。
【００２９】
装置は、既知の粒子濃度のエアロゾルをエアロゾル出口に導入し、次いでエアロゾル出口を通って引き出された希釈されたエアロゾル中の粒子数を測定することにより、較正される。このようにして、較正率が決定され得、これが、未知の粒子濃度のエアロゾルの希釈の程度を算出するために用いられ得る。
【００３０】
このように、装置は、既知および／または所定の程度にエアロゾルを希釈するために用いられ得る。装置はまず較正され、そして操作パラメーターが、エアロゾルの希釈の所定の程度を提供するように設定され得る。あるいは、またはさらに、未知の粒子濃度のエアロゾルの希釈後に、１つまたはそれ以上の較正測定がなされ得る。
【００３１】
装置は、電子プロセッサを含み得、これは装置の動作を制御し、そして、それが測定された（観測された）粒子濃度から希釈率および真の粒子濃度を計算し得るように、データプロセッシング容量を有する。
【００３２】
１つの実施形態では、本発明は、エアロゾルの希釈器として機能し、かつ希釈されたエアロゾルから得られた測定された粒子濃度から真の粒子濃度を計算するようにプログラムされている、本明細書の上記にて定義されるような装置を提供する。
【００３３】
希釈体ガスは、エアロゾル中の粒子と顕著な程度で反応しない任意のガスであり得る。例えば、希釈体ガスは空気であり得る。あるいは、それは、例えば、窒素であり得る。特定の場合において、希釈体ガスは、不活性の気体（例えば、アルゴン）であり得る。
【００３４】
希釈体ガス入口を通って希釈チャンバに入る希釈体ガスは、典型的には、粒子を実質的に含有しないか、または、少なくとも装置と共に用いられる粒子カウンタにより検出され得るサイズの粒子を実質的に含有しない。
【００３５】
１つの実施形態では、希釈体ガスは、直径（空気力学的直径）0.002μm以上のサイズの粒子を実質的に含まない。
【００３６】
したがって、希釈体ガスは、希釈チャンバに入る前に、例えば、高効率微粒子空気（ＨＥＰＡ）フィルタを通じて濾過され得る。
【００３７】
装置は、ディスプレイ手段（ｖｉｉｉ）を備え得る。この手段は、エアロゾル出口を離れるエアロゾルの希釈の程度を示す少なくとも１つのパラメーターをディスプレイするように構成されている。
【００３８】
エアロゾル入口およびエアロゾル出口は、希釈チャンバの同じ側に、または異なる側にあり得る。
【００３９】
１つの実施形態では、エアロゾル入口およびエアロゾル出口は、希釈チャンバの同じ側にある。
【００４０】
別の実施形態では、エアロゾル入口およびエアロゾル出口は、希釈チャンバの隣接する側にある。
【００４１】
さらなる実施形態では、エアロゾル入口およびエアロゾル出口は、希釈チャンバの反対側にある。
【００４２】
本発明の装置は、エアロゾル入口およびエアロゾル出口の各々を少なくとも１つ有する。
【００４３】
１つの実施形態では、装置は、１つのみのエアロゾル入口および１つのみのエアロゾル出口を有する。
【００４４】
別の実施形態では、装置は、１つより多くのエアロゾル入口および／または１つより多くのエアロゾル出口を有する。
【００４５】
本発明の装置は、希釈体ガス入口および希釈体ガス出口の各々を少なくとも１つ有する。
【００４６】
１つの実施形態では、装置は、１つのみの希釈体ガス入口および１つのみの希釈体ガス出口を有する。
【００４７】
別の実施形態では、装置は、１つより多くの希釈体ガス入口および／または１つより多くの希釈体ガス出口を有する。
【００４８】
１つの特定の実施形態では、装置は、エアロゾル入口、エアロゾル出口、希釈体ガス入口および希釈体ガス出口の各々を１つ有する。
【００４９】
希釈チャンバは、典型的には、密閉されており、すなわち、エアロゾル入口、エアロゾル出口、希釈体ガス入口および希釈体ガス出口から離れている。入口および出口の１つもしくはそれ以上または全部に、その全体にわたるガス／エアロゾルのフローを制御するための弁が設けられ得る。
【００５０】
装置は、希釈チャンバを通った希釈体ガスの循環を提供するガスフロー維持システムを備える。ガスフロー維持システムは、ポンプ；それが希釈体ガス入口を通って希釈チャンバに入る前に希釈体ガスを濾過するための１つまたはそれ以上のフィルタ；および希釈体ガスが希釈チャンバに入るまたはそこから出る流速を測定し、任意にはディスプレイするための手段を備え得る。
【００５１】
流速を測定するための手段は、マスフローメータ；または差圧計を備えたスロットル；または任意の他の流速定量手段を備え得る。
【００５２】
したがって、本発明の１つの特定の実施形態では、本発明は、エアロゾルを希釈するためにセットアップされた装置を提供し、該装置は、本明細書中の上記にて記載したとおりであり、そして以下を備える：
・気密希釈チャンバ；
・該希釈チャンバの片側に設置されたエアロゾル入口；
・該希釈チャンバの別側または同じ側に設置されたエアロゾル出口（好ましくは隣接する側）；
・希釈体ガス入口および希釈体ガス出口；
・希釈体ガスエアフロー維持システムポンプ；
・希釈体ガスが該希釈体ガス入口に入る前に粒子を除去するためのエアロゾルフィルタ；
・流速測定手段；
・希釈体ガス流速制御回路；および
・希釈体ガス流速指示器。
【００５３】
本発明の前出の局面および実施形態の各々において、希釈体ガス出口からの希釈体ガスが、ガスフロー維持システムを通ってリサイクルされ、粒子を除去するよう濾過され、そして希釈体ガス入口を通って希釈チャンバに再導入され得る。
【００５４】
希釈体ガスの濾過は、高効率ＨＥＰＡフィルタを用いて実施され得る。
【００５５】
希釈チャンバは、種々の異なる形状のいずれか１つであり得る。例えば、それは、円筒状または球状であり得るか、あるいは多角形、円形、または楕円形の断面を有し得る。希釈チャンバは典型的には細長い形態であり、そして入口はその細長い形態の一端に設置されて出口はその細長い形態の他端に設置される。
【００５６】
１つの実施形態では、微分型電気移動度測定装置（ＤＭＡ）カラムが希釈チャンバとして用いられ得る。この実施形態では、装置は、典型的には、電極がゼロ電位に、またはそれらが希釈チャンバ中の粒子の運動に対していかなる顕著な効果も有しないような低い電位にあるようにセットアップされる。ＤＭＡカラムを用いる利点は、ＤＭＡが２モードで動作するようにセットアップすることができることであり、第一のモードは、装置が従来のＤＭＡとして機能し、そして第二のモードは、ＤＭＡが希釈器として機能する。第二の（希釈器）モードでは、ＤＭＡが、エアロゾスガスの希釈についての情報を提供（および任意には表示）するように構成される。２モードで動作しかつ一方のモードから他方のモードに切り替え可能であるよう構成されたＤＭＡは、本発明のさらなる局面を形成する。
【００５７】
ＤＭＡカラムはＤＭＡの一部であり得るか、あるいはＳＭＰＳまたはＦＭＰＳの一部であり得る。
【００５８】
代替の実施形態では、希釈チャンバは電極を含まず、ＤＭＡとして機能し得ない。
【００５９】
希釈チャンバは、該希釈チャンバ内に、ガスのフローを分離するまたは流すための１つまたはそれ以上のバッフル、壁、または仕切りを含み得る。例えば、エアロゾルと希釈体ガスとの混合を遅らせるように、仕切り壁がエアロゾル入口と希釈体ガス入口との間に配置され得る。あるいは、またはさらに（好ましくはさらに）、エアロゾルと希釈体ガスとがそれらのそれぞれの出口を通過する前にこれらを分離するように、仕切り壁がエアロゾル出口と希釈体ガス出口との間に配置され得る。
【００６０】
仕切り壁は、例えば、エアロゾル入口およびエアロゾル出口のそれぞれに隣接して配置され得、これにより、希釈体ガス入口と希釈体ガス出口との間に、希釈体ガスのための妨げのない流路がある。
【００６１】
本発明の前出の局面および実施形態のそれぞれにおいて、希釈チャンバに入るおよび／または希釈チャンバから出るエアロゾルの流速をモニタリングすることが有利であり、よって、装置は、典型的には、エアロゾル流速を測定するための少なくとも１つの流速メータを備える。
【００６２】
本発明はまた、エアロゾルを希釈する方法を提供する。
【００６３】
したがって、別の局面では、本発明は、エアロゾルを希釈するための方法を提供し、この方法は、以下の工程を含む：
（ｉ）第一の粒子濃度を含むエアロゾルを希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉ）希釈体ガスを該希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉｉ）該希釈チャンバにおいて該エアロゾルフローおよび該希釈体ガスを混合して、より低い粒子濃度の希釈されたエアロゾルを形成する工程；
（ｉｖ）該希釈されたエアロゾルの一部分を該希釈チャンバから１つの出口を通して排出する工程；ならびに
（ｖ）該希釈されたエアロゾルの他の部分を該希釈チャンバから別の出口を通して排出する工程。
【００６４】
工程（ｉｖ）で排出される希釈されたエアロゾルの部分は廃棄（例えば、大気に放出）に指向され得るか、またはそれはフィルタポンプを通ってリサイクルされ得、生じた濾過されたガスは、希釈体ガスとして再利用され得る。
【００６５】
工程（ｖ）で排出される希釈されたエアロゾルの部分は、使用のために指向され得る。用語「使用のため」とは、エアロゾルが、単に濾過してリサイクルするかあるいは廃棄に指向されるかにとどまらない、さらなる処理工程に供せられることを意味する。したがって、例えば、工程（ｖ）で排出される希釈されたエアロゾルの部分は、エアロゾルのさらなる処理または測定のための機器または装置に運ばれ得る。より具体的には、希釈されたエアロゾルは、粒子カウンタ（例えば、ＯＰＣまたはＣＰＣ）に指向され得る。
【００６６】
希釈チャンバに入るエアロゾルフローの流速および使用のためにチャンバから出て行く（工程（ｖ）で排出される）エアロゾルの流速は、等しくても、等しくなくてもよい。
【００６７】
１つの実施形態では、希釈チャンバに入るエアロゾルフローの流速および使用のためにチャンバから出て行くエアロゾルの流速は、ほぼ等しいか、または完全に等しい。
【００６８】
別の実施形態では、希釈チャンバに入るエアロゾルフローの流速および使用のためにチャンバから出て行くエアロゾルの流速は、等しいものではない。
【００６９】
本発明の方法は、好ましくは、本明細書中で上述したような本発明の装置を用いて実施される。したがって、例えば、工程（ｉ）において、エアロゾルフローは、本発明の装置のエアロゾル入口を通って希釈チャンバに指向され得、そして工程（ｉｉ）の希釈体ガスは、本発明の装置の希釈体ガス入口を通って希釈チャンバに指向され得る。同様に、工程（ｉｖ）で排出される希釈されたエアロゾルの部分は、本発明の装置の希釈体ガス出口を通って排出され得、そして工程（ｖ）で排出される希釈されたエアロゾルの部分は、本発明の装置のエアロゾル出口を通って排出され得る。
【００７０】
上記または以下のように本発明の方法は、装置に関して上記の実施形態および好適な形態の各々を使用し得る。
【００７１】
本発明の別の実施形態では、以下を包含する、エアロゾルを希釈するための方法が提供される：
（ｉ）第１の粒子濃度を含むエアロゾルフローを閉鎖された容量希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉ）希釈体ガスを該希釈チャンバに指向する工程；
（ｉｉｉ）該エアロゾルフローおよび該希釈体ガスを該希釈チャンバ内で混合して、該第１の粒子濃度よりも低い粒子濃度を含む希釈されたエアロゾルを形成する工程；
（ｉｖ）該希釈されたエアロゾルの一部を除去し、そして該除去された一部の該エアロゾルを濾過し、そして該得られた濾過されたガスを該希釈チャンバに戻して導入し、それにより循環ループを形成することによりリサイクルする工程；ならびに
（ｖ）該希釈されたエアロゾルの他の部分を、以下で定義するように、使用のために該希釈チャンバの外に指向する工程。
【００７２】
好ましくは、上記方法は、上記に定義したように本発明の装置を使用する。
【００７３】
本発明の装置および方法の局面および実施形態の各々において、希釈チャンバの寸法ならびにエアロゾルおよび希釈体ガスの流速は、希釈チャンバ内で乱流条件を提供し、それにより急速な混合および希釈を引き起こすように選択され得る。
【００７４】
あるいは、本発明の装置および方法の局面および実施形態の各々において、希釈チャンバの寸法ならびにエアロゾルおよび希釈体ガスの流速は、希釈チャンバを介して希釈体ガスの層状フローを提供するように選択され得る。
【００７５】
したがって、本発明の別の局面では、以下を包含する、エアロゾルを希釈するための方法が提供される：
（ｉ）エアロゾルフローを、細長い閉鎖された容量希釈チャンバに該チャンバの片側から指向する工程；
（ｉｉ）希釈体ガスのフローを該希釈チャンバに該同じ側から指向して、ガスの層状フローを該チャンバの内側に提供する工程；
（ｉｉｉ）該エアロゾルフローおよび希釈体ガスの混合を可能にして希釈されたエアロゾルを得る工程；
（ｉｖ）該希釈されたエアロゾルの除去された一部を該希釈チャンバから該片側と反対側の場所で除去し、そして該希釈されたエアロゾルの一部を、それを濾過し、そして該濾過されたフローを該希釈チャンバに戻して導入し、それにより再循環ループを形成することによりリサイクルする工程；ならびに
（ｖ）該希釈されたエアロゾルの他の部分を該希釈チャンバから該片側と反対側の場所で取り出し、そして使用のために該フローを指向する工程。
【００７６】
上記プロセスにおいて、装置（代表的には、上記に定義するような本発明の装置）は、希釈体ガスの層状フローを提供するように構成されかつセットアップされる。当業者は希釈チャンバの内側のガスフローが層状になるために必要な条件を容易に決定し得る。
【００７７】
上記プロセスは、細長いチャンバ内で行われる。細長い希釈チャンバの例は、円柱形状を有するチャンバ、ならびに多角形（例えば、長方形）または楕円の断面を有するチャンバである。
【００７８】
別の局面において、本発明は、希釈チャンバとしてＳＭＰＳのＤＭＡカラムを用いてＳＭＰＳ内でエアロゾルを希釈するための方法を提供し、このプロセスは以下を包含する：
（ｉ）ガス同伴粒子を含むエアロゾルフローを該ＤＭＡカラムに指向する工程；
（ｉｉ）シースの流速を所定の値に設定する工程；
（ｉｉｉ）該ＤＭＡカラム内の電極間の電位差を、０またはそれらがエアロゾル粒子の移動で影響が無視可能であるような充分に低い電圧にまでスイッチする工程；
（ｉｖ）該シースフローおよび該エアロゾルフローの混合を可能にして、該エアロゾルフローを希釈する工程；
（ｖ）ＳＭＰＳの一部を形成する粒子計数手段を用いて該希釈されたエアロゾルフロー内の該粒子を検出かつ計数して、観測された粒子濃度を提供する工程；ならびに
（ｖｉ）工程（ｖ）から得られた該観測された粒子濃度を校正して、該ＳＭＰＳを通して既知濃度の粒子を有するエアロゾルを通過させることによって決定された（例えば予め決定された）希釈率を適用することにより真の粒子濃度を得る工程。
【００７９】
別の局面において、本発明は、ＳＭＰＳを用いてエアロゾル粒子を計数するための方法を提供し、該方法は以下を包含する：
（ｉ）エアロゾルフローを、シース流速を０値に設定してＳＭＰＳのＤＭＡカラムに指向する工程；
（ｉｉ）該ＤＭＡカラム内の電極間の電位差を、０または該エアロゾル内の粒子の移動で電圧の影響が無視可能であるような充分に低い電圧にまでスイッチする工程；ならびに
（ｉｉｉ）該ＳＭＰＳの一部を形成する粒子計数手段を用いて該エアロゾル内の粒子を検出かつ計数する工程。
【００８０】
なお、ＤＭＡカラムは、長方形またはディスク形状または充填された粒子の分離が達成され得る任意の形状のものであり得ることが理解される。
【００８１】
希釈器としてのＳＭＰＳのＤＭＡの使用は、ＳＭＰＳが内部で較正することが可能になる。特に、ＳＭＰＳ内のエアロゾル粒子を充填するための手段を較正する方法が提供される。希釈器としてのＤＭＡの使用は、多くの用途、特に高濃度のエアロゾルについて、または放射線中和器またはコロナ帯電器の使用が大変信頼性に劣る際の条件（例えば、すすのような凝集粒のため、あるいはカーボンナノチューブについて）で相当な利点がある。直接測定したエアロゾル粒子の数濃度とサイズ分布から計算された値との比較により、機器が正確に作動しているかどうかが示される。さらに、ＳＭＰＳを有するＣＰＣ機能の使用によって効率化が増大し、そして２つの別々の機器でなる従来の使用よりも、顧客のためのより安価な解決が提供される。シースの流速を０値にスイッチすることは、ハードウエアのセットアップまたは再セットアップを用いることなく、内蔵ソフトウエアを用いて行われ得る。
【００８２】
本発明の別の局面では、以下の５つの段階を含むＣＰＣのエアロゾル粒子の濃度範囲を拡張するための方法を提供する：
（ｉ）第１の段階にて、エアロゾル粒子の数濃度Ｎが希釈流速Ｑｄｌ＝０で測定され；
（ｉｉ）第２の段階にて、該得られた値Ｎが所定の濃度Ｎｃと比較され、そしてＮ＜Ｎｃである場合、該濃度値は出力デバイスにエクスポートされ；
（ｉｉｉ）Ｎ＞Ｎｃである場合、該希釈流速は、Ｑｄｌ＝０から所定の値Ｑｄに変更され、それにより該エアロゾルを希釈し；
（ｉｖ）第４の段階にて、濃度測定が該希釈されたエアロゾルについて行われ；
（ｖ）第５の段階にて（例えば最終的に）、該希釈流速Ｑｄｌ＝Ｑｄで測定された該エアロゾル粒子の数濃度Ｎが出力デバイスにエクスポートされる。
【００８３】
なお、この方法は、エアロゾル粒子の数濃度を減じる必要のある他の機器およびデバイスに適用され得ることが理解される。
【００８４】
本発明の他の局面および実施形態は、添付の図面である図１〜８ならびに以下に記載する特定の実施形態から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、真のエアロゾル粒子の数濃度（Ｎ−真値）に対する測定されたエアロゾル粒子の数濃度（Ｎ−測定値）の模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態の希釈装置の模式断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態の装置の模式断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態の装置の模式断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態の装置の模式断面図である。
【図６】図６は、本発明の１つの局面による、より高濃度のエアロゾル粒子を測定するための方法の逐次的な段階を示すフローチャート図である。
【図７】図７は、本発明の１つの実施形態によりセットアップされた装置についての粒子を含まない清浄な希釈体ガスの希釈率Ｄｒと流速Ｑｃｌとの間の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態によりセットアップされた装置についての粒子を含まない清浄な希釈体ガスの希釈率Ｄｒと流速Ｑｃｌとの間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
本発明を、添付の図面１〜８および以下の限定されない実施例に対する参照により、次に詳細に示すが、限定されるものではない。
【００８７】
図１は、真のエアロゾル粒子の数濃度「Ｎ−真値」に対する測定されたエアロゾル粒子の数濃度「Ｎ−測定値」の模式図である。粒子の数濃度は、Ｎ−測定値が＜Ｎｃである場合、真の濃度に従い、ここで、Ｎｃは同時計数限界である。この範囲において、真の濃度と測定された濃度との間には単純な線形の１：１の関係がある。しかし、測定された濃度が同時計数限界よりも大きい（Ｎ−測定値＞Ｎｃ）場合、曲線は非線形となり、そしてＮ−測定値はＮ−真値よりも小さい。これは、２つまたはそれ以上の粒子が同時に光を散乱させる際の同時計数の結果である。したがって、Ｎｃよりも大きい濃度について、信頼ある濃度測定を提供するためにエアロゾルの希釈が必要である。
【００８８】
図２は、本発明の第１の実施形態によるエアロゾル希釈装置の模式断面図である。本発明は、以下を備える装置を提供する：
・希釈チャンバ１；
・希釈チャンバ１の片側に設けられたエアロゾル入口２；
・希釈チャンバ１の別側（または、同じ側でもあり得る）に設けられたエアロゾル出口３；
・検出可能な粒子を含有しない清浄ガスを供給するための希釈体ガス入口４、ならびにチャンバ１の壁に設けられた希釈体ガス出口５；
・流体導管７を介して希釈体ガス（例えば、空気）の循環を提供する希釈体ガス（例えば、空気）フロー維持システム６：ならびに
・ディスプレイまたは他の流速指示器（図示せず）。
【００８９】
使用において、既知濃度の粒子を含有するエアロゾル８は、既知の流速で入口２を介して希釈チャンバ１に向けられている。希釈チャンバ１では、希釈体ガス９（例えば、検出可能なレベルの粒子を含有しない清浄な空気）のフローが、既知の流速で循環している。このフローは、入口４を介してチャンバ１に流入し、かつ出口５を介してチャンバ１から流出するフロー維持システム６により生じる。希釈体ガスフローとエアロゾルフローとの間の相互作用の結果として、複雑なフローパターンが発生し、そしてエアロゾル粒子が希釈体ガス９で希釈される。得られた希釈されたエアロゾルの一部は出口３を介して取り出され、そしてＣＰＣ、ＯＰＣまたは粒子を計数または使用するための任意の他のデバイスに指向される。エアロゾルフロー１０内で計数される粒子の数を、異なる希釈体ガス流速Ｑｃｌでオリジナルのエアロゾルフロー８内の粒子濃度と比較することにより、希釈率Ｄｒが得られ得る。一旦装置について希釈率が決定されると、未知粒子濃度のエアロゾルが、次いで、希釈器を通して通過され、そして出口３からの希釈されたエアロゾルフロー中の粒子の数が判定される。次いで、観測された計数は、希釈率を適用することにより校正され、真の計数が得られる。
【００９０】
希釈プロセスを、チャンバ１の内側の２つの曲線によって模式的に示す：実線は、エアロゾル出口３に向けられた一部の粒子を表し、そして破線は、出口５を介して取り出されたエアロゾル粒子の他の部分を示す。希釈出口５を介して取り出されたエアロゾルはフロー維持システム６を通して通過され、ここで、それは濾過されて、エアロゾル粒子が除去され、次いで、入口４を介して希釈チャンバに戻ってリサイクルされる。
【００９１】
図３は、本発明の第２の実施形態による装置を示し、以下を備える：
・密閉した希釈チャンバ１；
・希釈チャンバ１の片側に設けられたエアロゾル入口２；
・希釈チャンバ１の別側（または同じ側）に、好ましくは入口２側に隣接して、設けられたエアロゾル出口３；
・清浄な希釈体ガス（例えば、空気）を収容するための希釈体ガス入口４、および希釈体ガス出口５；
・希釈体ガスフロー維持システムポンプ１１；
・エアロゾルフィルタ１２；
・エアロゾルフィルタ１２、ポンプ１１および希釈チャンバ１と流体連通７する流速測定手段１３（例えば、メーター）；
・流体測定手段１３とリンク１５を介して電気的に接続され、かつポンプ１１とリンク１６を介して電気的に接続された希釈体ガス流速制御回路１４；ならびに
・ディスプレイまたは他の希釈体ガス流速指示器。
【００９２】
第２の実施形態による装置は、本発明の第１の実施形態と同様の様式で動作する。使用において、既知の流速のエアロゾル粒子８が密閉した希釈チャンバ１の入口２に向けられている。希釈チャンバ１において、粒子を含まない希釈体ガス（例えば、空気）（清浄な流体）のフロー９はポンプ１１の制御下で循環しており、フローは入口４を介してチャンバ１に入り、そして出口５を介してチャンバ１から出る。ポンプ１１は希釈体ガス空気流速制御回路１４により制御され、この制御回路１４はフロー測定手段１３およびポンプ１１に接続されている。エアロゾルフロー８と希釈体ガスフロー９との間の相互作用の結果として、複雑なフローパターンが発生し、そしてチャンバ１に入るエアロゾル粒子が希釈体ガス９で希釈される。出口３を介して一部の希釈されたフロー１０が、ＣＰＣ、ＯＰＣ（または他のデバイス）との使用のために取り出される。希釈プロセスを、チャンバ１の内側で２つの曲線を用いて模式的に示す：実線は、エアロゾル出口３に向けられた一部の粒子を表し、そして破線は、フィルタを通じ出口５を介して向けられており、かつ循環フローを形成するために入口４を介してチャンバ１に戻る、エアロゾル粒子の他の部分を示す。装置の性能を向上させるために、高効率ＨＥＰＡフィルタ１２が用いられ得る。
【００９３】
希釈チャンバ１は様々な形状のいずれかであり得る：例えば、長方形、円筒状、球状、または楕円形の断面などであり得る。ＤＭＡカラムは希釈チャンバ１として用いられ得るが、電極を用いて、ゼロ電位または混合および希釈プロセスを妨害するほどに充分高くはない電位にセットされ得る。
【００９４】
所望であれば、複数の希釈体ガス４、５またはエアロゾル２、３入口／出口が希釈器チャンバ１の壁に提供され得る。
【００９５】
図４は、本発明の第３の実施形態によるエアロゾルを希釈するための装置を示し、この装置は以下を備える：
・密閉した細長い希釈チャンバ１；
・希釈チャンバ１の片側（例えば、チャンバ１の底部）に設けられたエアロゾル入口２；
・希釈チャンバ１の反対側（例えば、希釈チャンバ１の上部）に設けられたエアロゾル出口３；
・希釈体ガス（例えば、検出可能なレベルの粒子を含有しない清浄な空気）のための入口４および出口５（ここで、当該入口および出口は、希釈体ガスの流れがエアロゾル粒子の流れと（例えば、左から右に）交差するように配置されている）；
・清浄空気フロー維持システムポンプ１１；
・エアロゾルフィルタ１２；
・エアロゾルフィルタ１２、ポンプ１１および希釈チャンバ１とリンク７により流体連通する流速測定手段１３；
・フロー測定手段１３とリンク１５を介して電気的に接続し、かつポンプ１１とリンク１６を介して電気的に接続する清浄空気流速制御回路１４；
・ディスプレイまたは他の清浄空気流速指示器（図示せず）。
【００９６】
第３の実施形態による装置は以下のように動作する。既知の流速のエアロゾル粒子８が密閉した希釈チャンバ１の入口２に向けられている（図４）。希釈チャンバ１において、粒子を含まない流体（例えば、空気）（清浄な流体）９のフローが循環している。このフローは、入口４を介してチャンバ１に流入し、かつ出口５を介してチャンバ１から流出するポンプ１１により生じる。ポンプ１１は、清浄空気流速制御回路１４により制御され、この制御回路１４は、フロー測定手段１３とリンク１５を介して、およびポンプ１１とリンク１６を介して電気的に接続されている。主に軸方向に流動する清浄な流体９と、概して斜め方向に流動するエアロゾルフロー８との間の相互作用の結果として、一部のエアロゾルフロー８が出口５に向けられており、そして他の部分はエアロゾル出口３に向けられている。したがって、出口３に到達するエアロゾル粒子の数は減少し、そして流体フローは清浄な流体９で満たされる。一部の希釈されたエアロゾル１０は、ＣＰＣ、ＯＰＣまたは任意の他のデバイスとの使用のために出口３を介して取り出される。希釈プロセスを、チャンバ１の内側の２つの曲線を用いて模式的に示す：実線は、エアロゾル出口３に向けられた一部のエアロゾル粒子を表し、そして破線は、出口５を通じてチャンバから出てそして濾過され、次いで入口４を介してチャンバ１に戻って再循環する一部のエアロゾル粒子を示す。
【００９７】
図５は、図４の装置の改変されたバージョンを示し、隔壁１７が設けられ、エアロゾルと清浄な流体フローとの初期分離を提供する。隔壁は、各入口付近のエアロゾルフローと希釈体ガスとの間の乱流による混合を低減する。エアロゾル流速メーター１８がエアロゾル入口２の上流に提供される。
【００９８】
図３、４および５に示す実施形態の各々において、流速測定手段１３は、例えば、質量流量計、差圧計を有するスロットル、または任意の他の流速定量手段であり得る。一般に、（例えば、図５の番号１８によって示されるように）エアロゾル流速メーターを設けることが装置にとって有利である。
【００９９】
示した実施形態の各々において、入口２を介して希釈チャンバ１に入るエアロゾルフロー８の流速、および出口３を介してチャンバから出る希釈されたエアロゾルフローは互いに等しくてもよく、または等しくなくてもよい。
【０１００】
なお、希釈チャンバ１に入りかつチャンバ１から出る希釈体ガス９の流速は互いに等しくてもよく、または等しくなくてもよいことも理解される。
【０１０１】
しかし、好ましくは、入口４を介して希釈チャンバ１に入る清浄な流体９の流速は、出口５を介して希釈チャンバ１から出る流体の流速と等しい。
【０１０２】
図２〜５に示す本発明の実施形態の各々において、ＳＭＰＳのＤＭＡカラムが希釈チャンバ１として用いられ得る。
【０１０３】
図６は、本発明のエアロゾルを希釈するための方法における工程を説明するフローチャートである。この方法は以下のように５つの段階を含む。
【０１０４】
第１の段階において、エアロゾル粒子の数濃度Ｎが希釈流速Ｑｄｌ＝０で測定される。
【０１０５】
第２の段階において、測定値Ｎが所定の濃度値Ｎｃ（同時計数限界）と比較される。Ｎ＜Ｎｃである場合、濃度値は真の値として許容され、そして出力デバイスにエクスポートされる。
【０１０６】
Ｎ＞Ｎｃである場合、希釈流速はＱｄｌ＝０から所定の値Ｑｄに変更され、ＮがＮｃよりも低いことが予測される希釈されたエアロゾルが生成される。
【０１０７】
段階４にて、濃度測定が希釈されたエアロゾルから行われる。
【０１０８】
最終的に、段階５にて、希釈流速Ｑｄｌ＝Ｑｄで測定されたエアロゾル粒子の数濃度Ｎが出力デバイスにエクスポートされる。
【０１０９】
次いで、観測された粒子濃度Ｎは、先に決定された希釈率Ｄｒを適用することにより、校正され、オリジナルのエアロゾルサンプルにおける真の粒子濃度を得ることができる。
【実施例】
【０１１０】
以下の実施例は、上記原理を用いるいくつかの装置を記載する。
【０１１１】
（実施例１）
１つの実施例において、希釈デバイスを本発明の第２の実施形態にしたがって構築した。希釈チャンバを、内部寸法１０×１０×５０ｍｍを有するＤｅｌｒｉｎ（登録商標）（アセタールホモポリマー）から機械作製(machine out of)した。４．７ｌ／分の開口流速を有するロータリーベーンポンプを用いた。Balston HEPAエアロゾルフィルタおよびロタメータを、希釈チャンバに沿って、３０×５０×１１０ｍｍの小さなプラスチック製エンクロージャ内に配置した。ポンプを外部ＤＣ電源で電力供給した。
【０１１２】
デバイスの希釈率を、ＮＰＣ１０およびＮＰＳ５００機器（Boulder, Colorado, USAのParticle Measuring Systems Inc.より市販）を用いて、エアロゾル流速０．２ｌ／分にて決定した。希釈率Ｄｒは、清浄空気流速Ｑｃｌのほとんど線形関数であることを見出した（図７）。Ｑｃｌ＝０で、希釈率は１に等しい。Ｑｃｌのほとんど３ｌ／分までの増加は、希釈率の１６倍までの増加となる。
【０１１３】
希釈率は、希釈体ガス流速Ｑｃｌを変化することにより制御かつ変化することが容易であった。この希釈器に渡る圧力降下は実際的にゼロであった。フィルタの目詰まりは希釈率に影響を及ぼさなかった。
【０１１４】
（実施例２）
第２の実施例において、希釈デバイスを本発明の第３の実施形態にしたがって構築した。希釈チャンバを、内部寸法１０×８×６０ｍｍを有するアルミニウムから機械作製した。３ｌ／分の開口流速を有するロータリーベーンポンプを使用した。Balston HEPAエアロゾルフィルタ、ならびに差圧変換器およびスロットルに基づく流量計を、希釈チャンバに沿って、３５×５０×１００ｍｍのアルミニウム製エンクロージャ内に配置した。ポンプを外部ＤＣ電源で電力供給した。エアロゾルフローと清浄な空気フローとを分離する５ｍｍ長の隔壁を希釈チャンバ内に挿入した。
【０１１５】
デバイスの希釈率を、ＮＰＣ１０およびＮＰＳ５００を用い、エアロゾルの流速０．２ｌ／分にて決定した。この実施形態について、希釈率が清浄空気流速Ｑｃｌにより強く影響を及ぼされることを観測した（図８）。Ｑｃｌ＝０で、希釈率は１に等しい。Ｑｃｌのほとんど１．８ｌ／分までの増加は、希釈率の１０００倍までの増加となる。希釈率は、清浄空気流速とともに指数関数的に上昇していた。本発明のこの実施形態は、高い希釈率が移動式またはいっそう携帯式のエンクロージャ内で得られることを可能にする。
【０１１６】
本発明の実施形態にしたがって構築されたデバイスの例は、高濃度のエアロゾルを１０００倍にまで希釈することができる、安価な移動式から携帯式のサイズの装置を作製することが可能であることを示す。このデバイスは、種々のエアロゾル流速で性能の高い安定性と信頼性とを示した。
【０１１７】
（均等物）
多くの変更および改変が、本発明の基礎となる原理から逸脱することなく、上記の本発明の特定の実施形態に対して行われ得ることが容易に明確である。このような変更および改変のすべてが本願によって包含されることが意図される。
【図１】
2016526671.tif 000004
【図２】
2016526671.tif 000005
【図３】
2016526671.tif 000006
【図４】
2016526671.tif 000007
【図５】
2016526671.tif 000008
【図６】
2016526671.tif 000009
【図７】
2016526671.tif 000010
【図８】
2016526671.tif 000011
【国際調査報告】
2016526671.tif 000012
2016526671.tif 000013
2016526671.tif 000014
2016526671.tif 000015
2016526671.tif 000016