(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の浮遊粒子状物質を捕集する装置であって、捕集容器と、その捕集容器内に大気を吸引するポンプと、捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該容器内の浮遊粒子状物質を帯電させる放電電極と、その放電電極に対して電位差が与えられることにより捕集容器内で帯電した浮遊粒子状物質を引き寄せて捕集する集塵電極とを備え、この集塵電極は、透明板の少なくとも上記放電電極への対向面に導電性材料からなる透明皮膜が形成されていることを特徴とする大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置。
【請求項２】
請求項１に記載の捕集装置により捕集した浮遊粒子状物質の粒度分布を測定する方法であって、上記集塵電極の表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集した後、その集塵電極に対してレーザ光を照射し、その表面に付着している浮遊粒子状物質による回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から浮遊粒子状物質の粒度分布を算出することを特徴とする大気中の浮遊粒子状物質の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中に存在する浮遊粒子状物質の捕集装置と、その捕集装置により捕集した浮遊粒子状物質の粒度分布を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中に浮遊している粉じんのうち、粒径が１０μｍ以下のものは浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）と称される。この浮遊粒子状物質は、巻き上げられた土なども含まれるが、ディーゼル車が排出する黒煙や未燃焼燃料、硫黄化合物などが多くを占め（関東では３５％がディーゼル車からのもの）、これらは有害性もより高いと言われている。このディーゼル車からの排気ガスが原因の粒子状物質は、特にＤＥＰと称される。また、より粒径の小さい２．５μｍ以下のものは微小粒子状物質（ＰＭ２．５）と称され、欧米では調査・研究が盛んになってきている。このＰＭ２．５の場合、その排出原因はディーゼル車の排ガスである割合がより高くなると言われている。
【０００３】
以上のような大気中の浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や微小粒子状物質（ＰＭ２．５）の形状等を調査したり、あるいはそこに含まれている化学物質を同定するには、大気中からこれらの粒子状物質をフィルタにより捕集し、顕微鏡で観察したり、あるいは化学分析を行う。
【０００４】
また、以上のような大気中の浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）や微小粒子状物質（ＰＭ２．５）の粒度分布を測定する装置として、従来、カスケードインパクタ方式に基づく装置が実用化されている。このカスケードインパクタ方式に基づく測定装置は、流体を捕集板に衝突させてその流れの方向を急変させることによって粒子を流体から分離するインパクタ法を利用したものであり、５０％捕集効率の粒径を順次変化させたインパクタを多段に直列接続して、各段における５０％捕集効率の粒径をそれぞれの段の代表径として、それぞれの段における捕集量の測定結果から、流体中の粒度分布を求めるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＰＭやＰＭ２．５を顕微鏡で観察したり、あるいは各種化学分析機器に供すべくフィルタにより捕集する方法では、浮遊粒子状物質を単独で抽出することが極めて困難であるため、顕微鏡により観察するに当たってはフィルタに付着した状態の浮遊粒子状物質を観察することになるが、その場合、背景のフィルタ像で粒子の像が不鮮明となり、観察しにくいという問題がある。また、捕集した浮遊粒子状物質を各種化学分析機器に供する場合においても、フィルタから浮遊粒子状物質を単独で抽出することが困難であることから、機器によってはフィルタに付着した状態で分析を行う必要があり、その場合、例えば蛍光Ｘ線分光装置などにおいては粒子のみにＸ線を照射することが困難となり、実質的に分析不能となってしまうという問題がある。
【０００６】
また、浮遊粒子状物質の粒度分布の測定に供されているカスケードインパクタ方式に基づく従来の測定装置においては、その原理上、粒径の測定上限値が１０μｍ程度に限定されてしまうという問題があるとともに、粒径の分解能が捕集板の数によって決まってしまうために、高い分解能で粒度分布を測定することは望めないという欠点もある。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、大気中の浮遊粒子状物質を捕集する装置であって、捕集した粒子を極めて容易に顕微鏡で観察することができ、かつ、容易に個別の粒子を抽出して各種分析機器に供することのできる捕集装置と、その捕集装置により捕集した浮遊粒子状物質の粒度分布を、極めて容易に、かつ、粒径１０μｍ以上を含むより広い粒径範囲において高い分解能のもとに測定することのできる測定方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置は、大気中の浮遊粒子状物質を捕集する装置であって、捕集容器と、その捕集容器内に大気を吸引するポンプと、捕集容器内に配置され、単極イオンを発生して当該容器内の浮遊粒子状物質を帯電させる放電電極と、その放電電極に対して電位差が与えられることにより捕集容器内で帯電した浮遊粒子状物質を引き寄せて捕集する集塵電極とを備え、この集塵電極は、透明板の少なくとも上記放電電極への対向面に導電性材料からなる透明皮膜が形成されていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００９】
また、本発明の大気中の浮遊粒子状物質の測定方法は、請求項１に記載の捕集装置により捕集した浮遊粒子状物質の粒度分布を測定する方法であって、上記集塵電極の表面に大気中の浮遊粒子状物質を捕集した後、その集塵電極に対してレーザ光を照射し、その表面に付着している浮遊粒子状物質による回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から浮遊粒子状物質の粒度分布を算出することによって特徴づけられる（請求項２）。
【００１０】
本発明の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置は、大気中の浮遊粒子状物質を帯電させ、その帯電させた浮遊粒子状物質を、ガラス板や透明なプラスチック板などの透明板に導電性材料からなる皮膜を施してなる集塵電極の表面に電位差を利用して捕集することによって、所期の目的を達成するものである。
【００１１】
すなわち、本発明の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置において、大気をポンプで捕集容器内に注入し、その捕集容器内に配置された放電電極によって単極イオンを発生させると、大気中に含まれている浮遊粒子状物質が帯電する。この帯電した浮遊粒子状物質は、捕集容器内で放電電極に対して電位差が与えられている集塵電極へと向かい、集塵電極上に捕集される。この集塵電極として、ガラス板や透明プラスチック板などの透明板の少なくとも放電電極の対向面に導電性材料からなる透明皮膜が形成されてなる集塵電極とすることにより、透明板の平坦な表面上に浮遊粒子状物質が載った状態となり、そのまま顕微鏡で観察して背景像の影響を受けない鮮明な粒子像の観察が可能となる。また、粒子単体で抽出することが可能となることから、蛍光Ｘ線分析装置などの各種分析機器を用いた化学分析が容易となる。また、集塵電極は透明板の表面に導電性材料からなる透明皮膜を形成しているので、例えば接地電位に接続することにより、帯電した浮遊粒子状物質を比較的多量に捕集しても、その電位を常に一定に保持することができるため、効率的な捕集が可能となる。
【００１２】
一方、本発明の大気中の浮遊粒子状物質の測定方法は、上記した請求項１に係る発明の捕集装置による浮遊粒子の捕集状態が、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定による被測定粒子群に要求される状態を満足していることを利用してなされたものである。
【００１３】
すなわち、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定は、広い粒径範囲において高い分解能のもとに粒度分布を測定することできることが知られている。このレーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定においては、被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、粒子群の粒度分布を算出する。この粒度分布測定法における回折・散乱光の測定に際しては、被測定粒子群が分散状態となっていること、および、十分な強度の回折・散乱光が得られることが条件である。請求項１に係る発明の捕集装置の集塵電極上に捕集された浮遊粒子状物質は当該電極上にランダムに分散した状態となり、また、集塵電極はガラス板などの透明板の表面に導電性材料からなる透明皮膜を形成したものであり、その電位を常に一定として効率的に浮遊粒子状物質を捕集することができることから、この集塵電極上の浮遊粒子状物質の量（濃度）は、捕集時間等を適宜に設定することによって任意とすることができ、しかも集塵電極は透明な板である。
【００１４】
従って、請求項１に係る発明における集塵電極上に適宜の濃度で大気中の浮遊粒子状物質を捕集することにより、その浮遊粒子状物質が付着した集塵電極に対して直接レーザ光を照射することによって、その粒子群の粒度分布を算出するに足りる十分な回折・散乱光が得られ、容易にサブミクロンオーダーから１０μｍを越える広い粒径範囲において、高い分解能のもとに浮遊粒子状物質の粒度分布を求めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の捕集装置の実施の形態の構成を示す模式図であり、図２はその集塵電極２の構造を示す模式的断面図である。
【００１６】
開閉自在の蓋１ａを備えた捕集容器１には、大気の流入口１ｂと、ポンプ（捕集用圧縮機）２の吸引口への連通口１ｃが形成されており、蓋１ａを閉じた状態でポンプ２を駆動することにより、大気が流入口１ｂを介して捕集容器１内に吸引される。
【００１７】
捕集容器１内には、その上部に放電電極３が設けられているとともに、その放電電極に対向してその下部には集塵電極４が配置されている。放電電極３には高圧電源５からの高電圧が印加され、これによって放電電極３の近傍の空気が電離し、単極イオンが発生する。
【００１８】
一方、集塵電極４は、図２に示すように、透明なガラス板４ａの片面に導電性材料からなる透明皮膜４ｂが形成されており、この導電性透明皮膜４ｂが接地電位６に接続されているとともに、この導電性透明皮膜４ｂが放電電極３に対向して上面となるように捕集容器１内に配置されている。導電性透明皮膜４ｂの材質としては、例えばＩＴＯやＳｎＯ２などの公知の導電性材料を用いることができる。また、ガラス板４ａの代わりに透明なプラスチック、例えばアクリル樹脂製の板などを使用することができる。
【００１９】
以上の構成において、ポンプ２を駆動しつつ放電電極３に高電圧を印加すると、その周囲の空気が電離して生成された単極イオンは、導電性透明皮膜４ｂとの電位差により集塵電極４側に向けて移動し、その過程で捕集容器１内に吸引された大気中の浮遊粒子状物質Ｐと接触してこれを帯電させる。帯電した浮遊粒子状物質Ｐは、同じく放電電極３と導電性透明皮膜４ｂとの電位差によって集塵電極４の上面にランダムに分散した状態で捕集されていく。このとき、集塵電極４の上面の導電性透明皮膜４ｂが接地されているので、比較的多量の浮遊粒子状物質Ｐを捕集しても電位が変化することがなく、高い効率のもとにと浮遊粒子状物質Ｐを捕集することができる。
【００２０】
以上のようにガラス板４ａと導電性透明皮膜４ｂからなる集塵電極４上に大気中の浮遊粒子状物質Ｐを捕集することにより、以下に示すレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いることによって、極めて容易に広い粒径範囲のもとに高分解能でその粒度分布を測定することができる。
【００２１】
図３はその粒度分布測定に際しての装置構成例を示す図で、光学的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００２２】
レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０は、被測定粒子群に対して平行なレーザ光を照射する照射光学系２１と、被測定粒子群による回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系２２と、その測定光学系２２の出力をサンプリングするデータサンプリング回路２３、およびそのデータサンプリング回路２３によりサンプリングされた回折・散乱光の空間強度分布データを用いて、被測定粒子群の粒度分布を算出するコンピュータ２４を主体として構成されている。
【００２３】
図１の捕集装置によりその集塵電極４の表面上に捕集された浮遊粒子状物質Ｐは、集塵電極４の表面に付着させたままの状態で、照射光学系２１と測定光学系２２の間に、その光軸に直交するように立てて配置される。
【００２４】
照射光学系２１は、レーザ光源２１ａ，集光レンズ２２ｂ、空間フィルタ２２ｃおよびコリメートレンズ２３ｄによって構成され、レーザ光源２１ａから出力これたレーザ光を平行光束として集塵電極４に付着している浮遊粒子状物質Ｐに照射する。この集塵電極４に対して照射されたレーザ光は、その表面に付着している浮遊粒子状物質Ｐにより回折・散乱を受ける。この回折・散乱光の空間強度分布は測定光学系２２によって測定される。
【００２５】
測定光学系２２は、集光レンズ２２ａおよびリングディテクタ２２ｂと、その外側に配置された前方広角度散乱光センサ群２２ｃと、集塵電極４の側方および後方（照射光学系２１側）に配置された側方／後方散乱光センサ群２２ｄによって構成されている。リングディテクタ２２ｂは、互いに異なる半径のリング状または１／２リング状もしくは１／４リング状の受光面を有する光センサを同心上に配置した光センサアレイであって、集光レンズ２２ａにより集光された前方所定角度以内の回折・散乱光の空間強度分布を検出することができる。従って、これらのセンサ群からなる測定光学系２２により、集塵電極４上にランダムに分散して付着している浮遊粒子群Ｐによる回折・散乱光の空間強度分布が、前方微小角度から後方に至る広い範囲で測定される。
【００２６】
以上の測定光学系２２による各回折・散乱角度ごとの光強度検出信号は、それぞれのアンプ並びにＡ−Ｄ変換器を有してなるデータサンプリング回路２３によって増幅された上でデジタル化され、回折・散乱光の空間強度分布データとしてコンピュータ２４に取り込まれる。
【００２７】
コンピュータ２４では、その回折・散乱光の空間強度分布を用いて、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定において公知の、ミーの散乱理論およびフラウンホーファの回折理論に基づく演算手法により、レーザ光が回折・散乱した原因粒子である浮遊粒子状物質の粒度分布を算出する。
【００２８】
このレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置２０による粒度分布の測定によれば、サブミクロンオーダーから１０μｍを越える広い粒径範囲において高い分解能でその粒度分布の測定が可能であり、集塵電極４上の浮遊粒子状物質Ｐの量を、十分な回折・散乱光強度が得られる程度とするだけで、直ちに大気中の浮遊粒子状物質Ｐの粒度分布を高い精度で測定することができる。
【００２９】
また、図１に示した捕集装置により捕集された浮遊粒子状物質Ｐは、透明な平板である集塵電極４上に分散状態で付着した状態となるため、そのまま顕微鏡観察が可能であり、その場合、背景像の影響を受けることなく鮮明な粒子像が得られる。また、この集塵電極４の表面上に分散状態で捕集された浮遊粒子状物質Ｐは、容易に粒子単独で抽出することができ、また、各粒子が平板状の集塵電極４の表面に露出した状態となっているので直接的にＸ線や光等の電磁波を照射することができ、フィルタで捕集する場合に比して、容易に各種分析機器を用いた化学分析に供することが可能となる。
【００３０】
なお、図３の装置構成において、集塵電極４の表面に付着した浮遊粒子状物質Ｐが落下する恐れのある場合には、その付着面に別のガラス板等を重ね合わせた状態でレーザ光を照射することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置によれば、大気中の浮遊粒子状物質を帯電させて、透明板の表面に導電性の透明皮膜を形成してなる透明な平板である集塵電極上に捕集するので、顕微鏡による観察に際して背景像の影響を受けることなく鮮明な粒子像が得られ、また、浮遊粒子状物質単体で抽出することが容易であることから、従来のフィルタによる捕集では使用不可能であった各種分析機器を用いた化学分析が可能となる。しかも、集塵電極の導電性透明皮膜を例えば接地電位に接続することによって、帯電した浮遊粒子状物質を比較的多量に捕集しても、集塵電極の電位が変化することがないので、浮遊粒子状物質を高い効率のもとに捕集することができる。
【００３２】
また、以上のような捕集装置により大気中の浮遊粒子状物質を捕集することにより、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて、集塵電極上に捕集されて付着している浮遊粒子状物質に対し直接的にレーザ光を照射してその回折・散乱光の空間強度分布を測定することが可能となり、このレーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定によって、サブミクロンオーダーから１０μｍを越える広い粒径範囲で高分解能の粒度分布測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の大気中の浮遊粒子状物質の捕集装置の実施の形態の構成を表す模式図である。
【図２】図１の実施の形態における集塵電極４の構造を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の大気中の浮遊粒子状物質の測定方法の実施の形態において用いる装置構成例を示す図で、光学的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【符号の説明】
１  捕集容器
２  ポンプ
３  放電電極
４  集塵電極
４ａ  ガラス板
４ｂ  導電性透明皮膜
５  高圧電源
６  接地電位
２０  レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置
２１  照射光学系
２２  測定光学系
２３  データサンプリング回路
２４  コンピュータ
Ｐ  浮遊粒子状物質
【図１】
0003758577.tif 000002
【図２】
0003758577.tif 000003
【図３】
0003758577.tif 000004