(57)【要約】【課題】微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子を分析すること。【解決手段】分析対象の微粒子１００を含む流体と微粒子１００とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス領域７４内に励起レーザ光を照射して、ガス領域７４内に存在する流体と媒体ガスをプラズマ化するパルスレーザ器と、ガス領域７４内でプラズマ化された流体と媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光する分光器６６と、分光器６６で分光された光を撮像して画像信号を生成するＣＣＤカメラ６８と、ＣＣＤカメラ６８からの画像信号を画像処理して微粒子１００の成分を分析するコンピュータ７０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象の微粒子を含む流体と前記微粒子とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス領域内に励起レーザ光を照射して、前記ガス領域内に存在する前記流体と前記媒体ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光し、分光された光から前記微粒子の成分を分析する微粒子分析方法。
【請求項２】
分析対象とは異なる物質で構成された媒体ガスの流路となる媒体ガス流路中に、その上流側から下流側に向けて媒体ガスを流し、前記媒体ガス流路に隣接して配置された流体流路中に、その上流側から下流側に向けて流体を流すとともに、前記分析対象として帯電された微粒子を含む試料ガスを前記流体流路途中の上流側に導入し、前記流体流路中を移動する微粒子に前記流体流路と交差する方向の静電気力を付与し、前記流体流路の下流側に形成されて前記流体流路と前記媒体ガス流路とを結ぶ微粒子導入口に、前記流体流路中を移動する微粒子のうち前記静電気力の大きさに応じて分級された微粒子を導入し、前記分級された微粒子を含む流体と前記媒体ガスとの界面を含むガス領域内に励起レーザ光を照射して、前記微粒子を含む流体と前記媒体ガスをプラズマ化し、前記プラズマ化された、前記微粒子を含む流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光し、前記分光された光から前記微粒子の成分を分析する微粒子分析方法。
【請求項３】
前記流体流路中には、前記流体として、シースエアを導入することを特徴とする請求項２に記載の微粒子分析方法。
【請求項４】
分析対象の微粒子を含む流体と前記微粒子とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス流路内に励起レーザ光を照射して、前記ガス流路内に存在する前記流体と前記媒体ガスをプラズマ化するレーザ光照射器と、前記ガス流路内でプラズマ化された前記流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光する分光器と、前記分光器で分光された光から前記微粒子の成分を分析する分析器を備えてなる微粒子分析装置。
【請求項５】
分析対象とは異なる物質で構成された媒体ガスの流路となる媒体ガス流路を形成する第１の電極と、前記第１の電極に隣接して配置されて、流体の流体流路を形成する第２の電極と、前記分析対象として帯電された微粒子を含む試料ガスを前記流体流路途中の上流側に導入する試料ガス導入路と、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加して、前記流体流路中を移動する微粒子に前記流体流路と交差する方向の静電気力を付与する電源と、前記流体流路の下流側に形成されて前記流体流路と前記媒体ガス流路とを結ぶ微粒子導入口と、前記媒体ガス流路のうち前記微粒子導入口から導入された流体と前記媒体ガスとの界面を含むガス領域内に励起レーザ光を照射して、前記ガス領域内の前記流体と前記媒体ガスをプラズマ化するレーザ光照射器と、前記ガス領域内でプラズマ化された前記流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光する分光器と、前記分光器で分光された光から前記微粒子の成分を分析する分析器を備え、前記微粒子導入口には、前記流体流路を移動する微粒子のうち前記両電極間に印加された電圧に応じて分級された微粒子が導入されてなる微粒子分析装置。
【請求項６】
前記流体流路中には、前記流体として、シースエアが導入されてなることを特徴とする請求項５に記載の微粒子分析装置。
【請求項７】
前記第１の電極は筒体で構成されて鉛直方向に沿って配置され、前記第２の電極は、前記第１の電極を囲む筒体で構成されてなることを特徴とする請求項５または６に記載の微粒子分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ガスに含まれる微粒子を分析する微粒子分析方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、測定対象物の組成成分を分析するに際して、レーザ誘起ブレークダウン分光法（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＬＩＢＳ法）を採用した成分分光方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この成分分光方法は、レーザ光による成分分光方法であって、被測定物にレーザ光を照射して、その組成成分をプラズマ化し、このプラズマから発生するプラズマ光を分光器に入射し、この分光器にて分光したスペクトル光から成分を分析するに際して、組成成分から特定の一の基準元素を選定し、選定された基準元素と各成分との相対比を計測する方法である。
【０００４】
この成分分光方法によれば、例えば、灰中の未燃分を計測する場合、灰中の主な組成であるＳｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｆｅと未燃分であるＣ（カーボン）との比率を求め、未燃分値を求めることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＬＩＢＳ法を用いて、ナノスケールのエアロゾル粒子である微粒子の成分を分析する場合、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短いと、微粒子に励起レーザ光を照射しても、微粒子が十分にプラズマ化されず、励起効率の低下に伴って感度が低下することがある。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子を分析することができる微粒子分析方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に係る微粒子分析方法においては、分析対象の微粒子を含む流体と前記微粒子とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス流路内に励起レーザ光を照射して、前記ガス流路内に存在する前記流体と前記媒体ガスをプラズマ化し、プラズマ化された前記流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光し、分光された光から前記微粒子の成分を分析する構成とした。
【０００９】
（作用）分析対象の微粒子を含む流体と微粒子とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス流路内に励起レーザ光を照射すると、ガス流路内に存在する流体と媒体ガスが高温、高密度となってプラズマ化され、いわゆるブレークダウン現象が生じる。このとき、ガス流路内には、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）として、分析対象の微粒子とは異なる媒体ガス、例えば、分析対象の微粒子を鉄（Ｆｅ）としたとき、二酸化炭素または六フッ化硫黄（ＳＦ６）などの媒体ガスが存在しているので、ガス流路内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、励起レーザ光を吸収する媒体ガスとともに、プラズマ化される。
【００１０】
すなわち、ガス流路内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、媒体ガスが励起レーザ光によって高温、高密度になるときに、媒体ガスに巻き込まれた状態でプラズマ化される。このため、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、ガス流路内の微粒子を効率良く励起させてプラズマ化することができる。
【００１１】
ガス流路内に存在する、微粒子を含む流体や媒体ガスがプラズマ化されると、これらの物質は、原子状態やイオン状態となってエネルギーの高い状態（エネルギー準位の高い状態）に励起され、その後、元のエネルギー状態（励起レーザ光が照射される前の、エネルギー準位の低い状態）に戻るときに、各物質（元素）固有の波長の光を放射する。ガス流路内から各物質（元素）固有の波長の光が放射されると、この光は、分光器で分光された後、分析器でその成分が分析される。
【００１２】
この際、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００１３】
請求項２に係る微粒子分析方法においては、分析対象とは異なる物質で構成された媒体ガスの流路となる媒体ガス流路中に、その上流側から下流側に向けて媒体ガスを流し、前記媒体ガス流路に隣接して配置された流体流路中に、その上流側から下流側に向けて流体を流すとともに、前記分析対象として帯電された微粒子を含む試料ガスを前記流体流路途中の上流側に導入し、前記流体流路中を移動する微粒子に前記流体流路と交差する方向の静電気力を付与し、前記流体流路の下流側に形成されて前記流体流路と前記媒体ガス流路とを結ぶ微粒子導入口に、前記流体流路中を移動する微粒子のうち前記静電気力の大きさに応じて分級された微粒子を導入し、前記分級された微粒子を含む流体と前記媒体ガスとの界面を含むガス領域内に励起レーザ光を照射して、前記微粒子を含む流体と前記媒体ガスをプラズマ化し、前記プラズマ化された、前記微粒子を含む流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光し、前記分光された光から前記微粒子の成分を分析する構成とした。
【００１４】
(作用) 媒体ガス流路中に、分析系で用いる媒体ガスを流し、媒体ガス流路に隣接して配置された流体流路中に、流体を流すとともに、帯電された微粒子を含む試料ガスを流体流路途中の上流側に導入し、流体流路中を移動する微粒子に流体流路と交差する方向の静電気力を付与すると、流体流路の下流側に形成された微粒子導入口には、流体流路中を移動する微粒子のうち静電気力の大きさに応じて分級された微粒子が導入される。
【００１５】
微粒子が流体とともに、微粒子導入口から媒体ガス流路内に導入されたときに、媒体ガス流路のうち微粒子を含む流体と媒体ガスが存在するガス領域内に、励起レーザ光を照射すると、このガス領域内に存在する流体と媒体ガスが高温、高密度となってプラズマ化され、いわゆるブレークダウン現象が生じる。このとき、ガス領域内には、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）として、分析対象の微粒子とは異なる媒体ガス、例えば、二酸化炭素または六フッ化硫黄が存在しているので、ガス領域内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、励起レーザ光を吸収する媒体ガスとともに、プラズマ化される。
【００１６】
すなわち、ガス領域内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、媒体ガスが励起レーザ光によって高温、高密度になるときに、媒体ガスに巻き込まれた状態でプラズマ化される。このため、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、ガス領域内の微粒子を効率良く励起させてプラズマ化することができる。
【００１７】
ガス領域内に存在する、微粒子を含む流体や媒体ガスがプラズマ化されると、これらの物質は、原子状態やイオン状態となってエネルギーの高い状態（エネルギー準位の高い状態）に励起され、その後、元のエネルギー状態（励起レーザ光が照射される前の、エネルギー準位の低い状態）に戻るときに、各物質（元素）固有の波長の光を放射する。ガス領域内から各物質（元素）固有の波長の光が放射されると、この光は、分光器で分光された後、分析器でその成分が分析される。
【００１８】
この際、流体として、高耐圧のものを用いることで、微粒子に付与する静電気力（電圧）を高くすることができ、分級すべき微粒子の粒子径が静電気力（電圧）によって制限されるのを抑制することができ、結果として、広範囲の微粒子を微粒子毎に分級することができるとともに、分級された微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００１９】
請求項３に係る微粒子分析方法においては、請求項２に記載の微粒子分析方法において、前記流体流路中には、前記流体として、シースエアを導入する構成とした。
【００２０】
（作用）流体流路中に、流体として、シースエアを導入して流すことで、流体流路中に、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを流すときよりも、微粒子に付与する静電気力（電圧）を高くすることができる。
【００２１】
請求項４に係る微粒子分析装置においては、分析対象の微粒子を含む流体と前記微粒子とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス流路内に励起レーザ光を照射して、前記ガス流路内に存在する前記流体と前記媒体ガスをプラズマ化するレーザ光照射器と、前記ガス流路内でプラズマ化された前記流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光する分光器と、前記分光器で分光された光から前記微粒子の成分を分析する分析器を備えてなる構成とした。
【００２２】
（作用）分析対象の微粒子を含む流体と微粒子とは異なる物質で構成された媒体ガスが存在するガス流路内に励起レーザ光を照射すると、ガス流路内に存在する流体と媒体ガスが高温、高密度となってプラズマ化され、いわゆるブレークダウン現象が生じる。このとき、ガス流路内には、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）として、分析対象の微粒子とは異なる媒体ガス、例えば、分析対象の微粒子を鉄（Ｆｅ）としたとき、二酸化炭素または六フッ化硫黄（ＳＦ６）などの媒体ガスが存在しているので、ガス流路内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、励起レーザ光を吸収する媒体ガスとともに、プラズマ化される。
【００２３】
すなわち、ガス流路内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、媒体ガスが励起レーザ光によって高温、高密度になるときに、媒体ガスに巻き込まれた状態でプラズマ化される。このため、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、ガス流路内の微粒子を効率良く励起させてプラズマ化することができる。
【００２４】
ガス流路内に存在する、微粒子を含む流体や媒体ガスがプラズマ化されると、これらの物質は、原子状態やイオン状態となってエネルギーの高い状態（エネルギー準位の高い状態）に励起され、その後、元のエネルギー状態（励起レーザ光が照射される前の、エネルギー準位の低い状態）に戻るときに、各物質（元素）固有の波長の光を放射する。ガス流路内から各物質（元素）固有の波長の光が放射されると、この光は、分光器で分光された後、分析器でその成分が分析される。
【００２５】
この際、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００２６】
請求項５に係る微粒子分析装置においては、分析対象とは異なる物質で構成された媒体ガスの流路となる媒体ガス流路を形成する第１の電極と、前記第１の電極に隣接して配置されて、流体の流体流路を形成する第２の電極と、前記分析対象として帯電された微粒子を含む試料ガスを前記流体流路途中の上流側に導入する試料ガス導入路と、前記第１の電極と前記第２の電極間に電圧を印加して、前記流体流路中を移動する微粒子に前記流体流路と交差する方向の静電気力を付与する電源と、前記流体流路の下流側に形成されて前記流体流路と前記媒体ガス流路とを結ぶ微粒子導入口と、前記媒体ガス流路のうち前記微粒子導入口から導入された流体と前記媒体ガスとの界面を含むガス領域内に励起レーザ光を照射して、前記ガス領域内の前記流体と前記媒体ガスをプラズマ化するレーザ光照射器と、前記ガス領域内でプラズマ化された前記流体と前記媒体ガスが励起レーザプラズマ状態から元のエネルギー状態に戻るときに発生する光を検出して分光する分光器と、前記分光器で分光された光から前記微粒子の成分を分析する分析器を備え、前記微粒子導入口には、前記流体流路を移動する微粒子のうち前記両電極間に印加された電圧に応じて分級された微粒子が導入されてなる構成とした。
【００２７】
（作用）媒体ガス流路中に、分析系で用いる媒体ガスを流し、媒体ガス流路に隣接して配置された流体流路中に、流体を流すとともに、帯電された微粒子を含む試料ガスを流体流路途中の上流側に導入し、流体流路中を移動する微粒子に流体流路と交差する方向の静電気力を付与すると、流体流路の下流側に形成された微粒子導入口には、流体流路中を移動する微粒子のうち静電気力の大きさに応じて分級された微粒子が導入される。
【００２８】
微粒子が流体とともに、微粒子導入口から媒体ガス流路内に導入されたときに、媒体ガス流路のうち微粒子を含む流体と媒体ガスが存在するガス領域内に、励起レーザ光を照射すると、このガス領域内に存在する流体と媒体ガスが高温、高密度となってプラズマ化され、いわゆるブレークダウン現象が生じる。このとき、ガス領域内には、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）として、分析対象の微粒子とは異なる媒体ガス、例えば、二酸化炭素または六フッ化硫黄が存在しているので、ガス領域内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、励起レーザ光を吸収する媒体ガスとともに、プラズマ化される。
【００２９】
すなわち、ガス領域内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子が存在していても、この微粒子は、媒体ガスが励起レーザ光によって高温、高密度になるときに、媒体ガスに巻き込まれた状態でプラズマ化される。このため、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、ガス領域内の微粒子を効率良く励起させてプラズマ化することができる。
【００３０】
ガス領域内に存在する、微粒子を含む流体や媒体ガスがプラズマ化されると、これらの物質は、原子状態やイオン状態となってエネルギーの高い状態（エネルギー準位の高い状態）に励起され、その後、元のエネルギー状態（励起レーザ光が照射される前の、エネルギー準位の低い状態）に戻るときに、各物質（元素）固有の波長の光を放射する。ガス領域内から各物質（元素）固有の波長の光が放射されると、この光は、分光器で分光された後、分析器でその成分が分析される。
【００３１】
この際、流体として、高耐圧のものを用いることで、微粒子に付与する静電気力（電圧）を高くすることができ、分級すべき微粒子の粒子径が静電気力（電圧）によって制限されるのを抑制することができ、結果として、広範囲の微粒子を微粒子毎に分級することができるとともに、分級された微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００３２】
請求項６に係る微粒子分析装置においては、前記流体流路中には、前記流体として、シースエアが導入されてなる構成とした。
【００３３】
(作用) 流体流路中に、流体として、シースエアを導入して流すことで、流体流路中に、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを流すときよりも、微粒子に付与する静電気力（電圧）を高くすることができる。
【００３４】
請求項７に係る微粒子分析装置においては、請求項５または６に記載の微粒子分析装置において、前記第１の電極は筒体で構成されて鉛直方向に沿って配置され、前記第２の電極は、前記第１の電極を囲む筒体で構成されてなる構成とした。
【００３５】
（作用）第１の電極を筒体で構成し、第２の電極を第１の電極を囲む筒体で構成することで、各筒体の径方向の長さを短くすることができ、装置の小型化を図ることができる。また、第１の電極に形成された微粒子導入口の周囲に、第２の電極による、環状の流体流路が形成されるので、多量の微粒子を微粒子導入口に導入して分級することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上の説明から明らかなように、請求項１によれば、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００３７】
請求項２によれば、広範囲の微粒子を微粒子毎に分級することができるとともに、分級された微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００３８】
請求項３によれば、微粒子に付与する静電気力（電圧）を高くすることができる。
【００３９】
請求項４によれば、微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００４０】
請求項５によれば、広範囲の微粒子を微粒子毎に分級することができるとともに、分級された微粒子の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子の成分を分析することができる。
【００４１】
請求項６によれば、微粒子に付与する静電気力（電圧）を高くすることができる。
【００４２】
請求項７によれば、装置の小型化を図ることができるとともに、多量の微粒子を微粒子導入口に導入して分級することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す微粒子分析装置の要部断面図、図２は、微粒子分析装置を含むシステムのブロック図である。
【００４４】
図１および図２において、微粒子分析装置１０は、例えば、微分移動度型粒子分級器（ＤＭＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）１２と、レーザ誘起ブレークダウン分光器（ＬＩＢＳ）１４が一体化されて構成されている。
【００４５】
微分移動度型粒子分級器１２は、第１の電極１６と、第２の電極１８と、第１の電極１６と第２の電極１８間に電圧を印加する直流電源２０を備えて構成されている。
【００４６】
第１の電極１６は、金属製の筒体で形成されて鉛直方向に沿って配置されている。第１の電極１６の内側には、媒体ガス、例えば、二酸化炭素、六フッ化硫黄（高耐圧気体）等の流路となる媒体ガス流路２２が形成されている。媒体ガス流路２２の上部側（上流側）には、媒体ガス導入口２４が形成され、下部側（下流側）には媒体ガス排出口２６が形成されている。媒体ガス導入口２４と媒体ガス排出口２６とを結ぶ媒体ガス流路２２の下流側には、第２の電極１８を臨む、環状の微粒子導入口２８が形成されている。
【００４７】
媒体ガス導入口２４には、媒体ガス供給装置３０から媒体ガス（媒体気体）、例えば、二酸化炭素あるいは六フッ化硫黄（高耐圧気体）が導入される。媒体ガス導入口２４から導入された媒体ガスは、媒体ガス流路２２に沿って下部側（下流側）に流れ、媒体ガス排出口２６から排出された後、分析器３２に送給される。
【００４８】
ここで、媒体ガスとしては、測定対象物質がカーボンナノチューブ、フラーレンなどの炭素系材料のときには、ＳＦ６（六フッ化硫黄）、ＳＦ６＋Ｈｅを用いることができる。ＳＦ６は、レーザ光の吸収効率を上げることができ、Ｈｅは、プラズマの電子温度を上げることができる。
【００４９】
測定対象物質が金属酸化物のときには、媒体ガスとしては、ＳＦ６、ＣＯ２、ＳＦ６＋Ｈｅ、ＣＯ２＋Ｈｅを用いることができる。この場合、ＣＯ２は、レーザ光の吸収効率を上げることができる。また、測定対象物質が硫黄ミストその他硫黄化合物のときには、媒体ガスとしては、ＣＯ２を用いることができる。
【００５０】
第２の電極１８は、第１の電極１６の周囲を囲む、金属製の筒体で形成されて鉛直方向に沿って配置されている。第２の電極（筒体）１８の内側には、媒体ガスとは異なるガスを含む流体の流路となる環状の流体流路３４が形成されている。流体流路３４の上部側（上流側）には、シースエア導入口３６が形成され、下部側（下流側）にはシースエア排出口３８が形成されている。シースエア導入口３６とシースエア排出口３８とを結ぶ流体流路３４の流路途中の上流側には、環状の試料ガス導入口４０が形成され、流体流路３４の流路途中の下流側には、流体流路３４と媒体ガス流路２２とを結ぶ微粒子導入口２８が形成されている。試料ガス導入口４０は、環状の試料ガス導入路４２に接続されている。
【００５１】
シースエア導入口３６には、シースエア供給装置４４からシースエア（清浄空気）が導入される。シースエア導入口３６から導入されたシースエアは、シースエア中の不純物を除去するフィルタ４６を通過した後、流体流路３４に沿って下部側（下流側）に一定の速度で流れ、シースエア排出口３８から排出され、その後、シースエア供給装置４４に回収される。
【００５２】
試料ガス導入路４２は、帯電装置４８に接続され、帯電装置４８は、サンプリング装置５０に接続されている。サンプリング装置５０は、例えば、大気等の雰囲気中を浮遊する粉塵やミスト等の微粒子（Ｆｅ、Ｃ）をサンプリングし、サンプリングした微粒子を帯電装置４８に供給する。帯電装置４８は、サンプリング装置５０から供給された微粒子を、例えば、放射線源または、コロナ放電などにより帯電し、帯電された微粒子１００を含む試料ガス（サンプルエアロゾル）を試料ガス導入路４２に供給する。
【００５３】
試料ガス導入路４２に供給された試料ガスは、試料ガス導入口４０から流体流路３４上流側に導入され、シースエアとともに、流体流路３４に沿って下流側に向かって流れる。
【００５４】
この際、第１の電極１６と第２の電極１８間には、直流電源２０によって直流電圧が印加され、流体流路３４中の微粒子１００には、微粒子１００に対して、流体流路３４と交差する方向（直交する方向）の静電気力Ｆを付与するための電界が印加される。すなわち、帯電された微粒子１００は、シースエアが一定の速度で移動しているのに対して、第１の電極１６の外周面と第２の電極１８の内周面との間に形成される電界（静電場）の影響を受けながら、流体流路３４に沿って移動する。
【００５５】
このとき、個々の微粒子１００は、各微粒子１００の電気移動度に応じた速度で第１の電極１６方向に引き寄せられ、微粒子導入口２８に到達した微粒子１００のみが媒体ガス流路２２内に取り込まれる。すなわち、帯電された微粒子１００は、その電気移動度に応じた粒子径毎に分級される。
【００５６】
具体的には、帯電された微粒子１００の多くは、静電気を帯びており、電荷はプラス同士、マイナス同士は反発しあう。このため、粒子の小さくなった微粒子１００は電子１個分（電気素量）の静電気しか持つことができなくなる。その結果、数１００ｎｍ以下の微粒子１００では、微粒子１個が持つ静電気量は、正負の違いがあっても一定になる。
【００５７】
一方、１個の微粒子１００が持つ静電気量が一定の状態にある条件下で、第１の電極１６の外周面と第２の電極１８の内周面との間に形成される電界（静電場）の影響を受ける微粒子１００の静電気力Ｆは、微粒子１００の大きさにかかわらず一定になる。
【００５８】
一定の静電気力Ｆが作用する微粒子１００がその力に従って第１の電極１６側に引き寄せられる過程では、各微粒子１００に作用する静電気力Ｆは一定であるが、各微粒子１００に作用する空気抵抗は微粒子１００の大きさによって異なるため、小さい径の微粒子１００は速く、大きい径の微粒子１００はゆっくりと引き寄せられる。
【００５９】
すなわち、シースエアが一定の速度で移動しているときに、第１の電極１６と第２の電極１８間の電圧が一定の条件下では、シースエア中に導入された微粒子１００のうち、第１の電極１６と第２の電極１８間に印加された電圧（電界）の大きさで決まる、特定の大きさの微粒子１００のみが微粒子導入口２８に到達する。
【００６０】
一方、第１の電極１６と第２の電極１８間に印加される電圧（電界）を変化させることにより、第１の電極１６と第２の電極１８間に印加される電圧（電界）の大きさに応じて、任意の大きさの微粒子１００を取り出すことができる。例えば、第１の電極１６と第２の電極１８間に印加される電圧の大きさを広範囲に変化させることで、おおむね１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の微粒子１００を粒子径毎に分級（分離）することができる。
【００６１】
微粒子導入口２８から媒体ガス流路２２に導入された微粒子１００は、分級された微粒子１００として、媒体ガスとともに、媒体ガス流路２２の媒体ガス排出口２６から分析器３２に導入される。分析器３２に導入された微粒子１００は、分析器３２により、その粒度分布が測定される。
【００６２】
この際、媒体ガス流路２２に導入される媒体ガスとして、分析対象となる微粒子１００とは異なるガスであって、分析器３２で微粒子１００の分析に必要な媒体ガスを用いると、分析器３２に新たに媒体ガスを導入することなく、微粒子１００の粒度分布を測定することができ、運転コストの低減およびシステム全体の小型化を図ることができる。
【００６３】
また、第２の電極１８の微粒子導入口２８を臨む領域には、貫通孔５２、５４が微粒子導入口２８を間にして相対向して形成されている。貫通孔５２は、第２の電極１８外周面に固定されたガラス製計測窓５６で閉塞され、貫通孔５４は、第２の電極１８外周面に固定されたガラス製計測窓５８で閉塞されている。
【００６４】
微粒子導入口２８の中心と貫通孔５２の中心とを結ぶ直線の延長線上には、計測窓５６と相対向して、集光レンズ６０とパルスレーザ器６２が配置され、微粒子導入口２８の中心と貫通孔５４の中心とを結ぶ直線の延長線上には、計測窓５８と相対向して、集光レンズ６４と分光器６６が配置されている。
【００６５】
分光器６６は、ＣＣＤカメラ６８を介してコンピュータ７０に接続されている。ＣＣＤカメラ６８は、同期信号ライン７２を介してパルスレーザ器６２に接続されている。
【００６６】
パルスレーザ器６２は、集光レンズ６０とともに、レーザ光照射器を構成し、励起レーザ光、例えば、波長１０６５ｎｍの赤外線励起レーザ光を微粒子導入口２８の中心に向けて一定の間隔を保って順次出射するとともに、励起レーザ光を出射するタイミングに同期させて同期信号を同期信号ライン７２を介してＣＣＤカメラ６８に出力する。この励起レーザ光は、集光レンズ６０で集光された後、計測窓５６を透過し、貫通孔５２と流体流路３４を介して微粒子導入口２８内に照射される。
【００６７】
この際、集光レンズ６０、６４の焦点は、微粒子導入口２８と媒体ガス流路２２を含む領域のうちシースエアと媒体ガスとの界面を含む領域に設定されているので、集光レンズ６０、６４の焦点を含むガス流路としてのガス領域７４に励起レーザ光が照射されると、ガス領域７４内の物質が高温、高密度となってプラズマ化され、いわゆるブレークダウン現象が生じる。このとき、ガス領域７４内には、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）として、分析対象の微粒子１００とは異なる媒体ガス、例えば、微粒子１００を金属酸化物（鉄：Ｆｅ）としたとき、二酸化炭素または六フッ化硫黄（ＳＦ６）などの媒体ガスが存在しているので、ガス領域７４内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子１００が存在していても、この微粒子１００は、励起レーザ光を吸収する媒体ガスとともに、プラズマ化される。
【００６８】
すなわち、ガス領域７４内に励起レーザ光の波長の１／２以下の微粒子１００が存在していても、この微粒子１００は、媒体ガスが励起レーザ光によって高温、高密度になるときに、媒体ガスに巻き込まれた状態でプラズマ化される。このため、微粒子１００の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、ガス領域７４内の微粒子１００を効率良く励起させてプラズマ化することができる。
【００６９】
ガス領域７４内に存在する物質、例えば、シースエア、微粒子１００、媒体ガスがプラズマ化されると、これらの物質は、原子状態やイオン状態となってエネルギーの高い状態（エネルギー準位の高い状態）に励起され、その後、元のエネルギー状態（励起レーザ光が照射される前の、エネルギー準位の低い状態）に戻るときに、各物質（元素）固有の波長の光を放射する。
【００７０】
ガス領域７４内から各物質（元素）固有の波長の光が放射されると、この光は、集光レンズ６４で集光された後、分光器６６に入射する。分光器６６は、一定のタイミングで発生する光を順次取り込み、分析対象の物質（元素）固有の波長を含む一定波長の光を分光し、分光した光成分を順次ＣＣＤカメラ６８に入力する。
【００７１】
ＣＣＤカメラ６８は、同期信号ライン７２からの同期信号に応答して、パルスレーザ装置６２から励起レーザ光が出射されたときから、一定時間経過したタイミング（ガス領域７４内から光が放射されるタイミング）で、分光器６６からの光（プラズマ光）を順次取り込んで撮像し、撮像した画像信号を順次コンピュータ７０に転送する。
【００７２】
コンピュータ７０は、ＣＣＤカメラ６８とともに分析器を構成し、ＣＣＤカメラ６８で撮像された画像信号を順次画像処理し、各画像信号に含まれる発光強度情報から、分析対象である微粒子１００の組成成分を算出する。例えば、コンピュータ７０は、発光強度情報として、金属酸化物（鉄：Ｆｅ）のスペクトルに対応したピーク値が得られたときには、微粒子１００の組成成分は、鉄（Ｆｅ）であるとする、分析結果を出力する。
【００７３】
本実施例によれば、分析対象の微粒子１００とは異なる媒体ガスであって、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）ともに、微粒子１００をプラズマ化するようにしたため、微粒子１００の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子１００の成分を分析することができる。
【００７４】
また、本実施例によれば、試料ガスの流路となる流体流路３０に隣接して媒体ガス流路１８を形成し、流体流路３０中に、シースエアを流し、媒体ガス流路１８中には、媒体ガスを流すようようにしたため、流体流路３０中に、アルゴン（Ａｒ）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガスを流すものよりも、第１の電極１２と第２の電極１４間に印加される電圧を高くすることができ、分級すべき微粒子（対象微粒子）１００の粒子径が電圧によって制限されるのを抑制することができ、結果として、広範囲（１ｎｍ〜１０００ｎｍ）の微粒子１００を微粒子毎に分級（分離）することができるとともに、分級された微粒子１００を、励起レーザ光を吸収する媒体ガス（媒体気体）とともにプラズマ化するようにしたため、微粒子１００の粒子径が励起レーザ光の波長よりも短くても、励起効率を低下させることなく、微粒子１００の成分を分析することができる。
【００７５】
また、本実施例によれば、媒体ガス流路２２中に、シースエアとは異なる媒体気体であって、分析器３２で用いる媒体ガス、例えば、二酸化炭素あるいは六フッ化硫黄（高耐圧気体）を流すようにしたため、分析器３２に新たに媒体ガスを導入することなく、分析器３２で微粒子１００を分析することができ、運転コストの低減およびシステム全体の小型化を図ることができる。
【００７６】
また、本実施例によれば、第１の電極１２を筒体で構成し、第２の電極１４を第１の電極１２を囲む筒体で構成したため、各電極１２、１４の径方向の長さを短くすることができ、装置の小型化を図ることができる。さらに、第１の電極１２に形成された微粒子導入口２４の周囲に、第２の電極１４による、環状の流体流路３０が形成されている、多量の微粒子１００を微粒子導入口２４に導入して分級することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施例を示す微粒子分析装置の要部断面図である。
【図２】微粒子分析装置を含むシステムのブロック図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  微粒子分析装置
１２  微粒子分級器
１４  微粒子分析器
１６  第１の電極
１８  第２の電極
２０  直流電源
２２  媒体ガス流路
２４  媒体ガス導入口
２６  媒体ガス排出口
２８  微粒子導入口
３０  媒体ガス供給装置
３２  分析器
３４  流体流路
３６  シースエア導入口
３８  シースエア排出口
４０  試料ガス導入口
４２  試料ガス導入路
６２  パルスレーザ器
６６  分光器
６８  ＣＣＤカメラ
７０  コンピュータ
７４  ガス領域（ガス流路）
【図１】
2009264980.tif 000003
【図２】
2009264980.tif 000004