特許 7333979 浮遊粒子の捕集方法および浮遊粒子の連続測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-18

(45)【発行日】2023-08-28

(54)【発明の名称】浮遊粒子の捕集方法および浮遊粒子の連続測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/02 20060101AFI20230821BHJP

   G01N 15/02 20060101ALI20230821BHJP

【ＦＩ】

G01N1/02 B

G01N1/02 G

G01N15/02 F

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022113552

(22)【出願日】2022-07-14

【審査請求日】2022-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】591081321

【氏名又は名称】紀本電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】紀本 岳志

(72)【発明者】

【氏名】秋田 凌佑

【審査官】佐々木 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１８０６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３１２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４３３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０６１２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ１／００－１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気中の浮遊粒子を、バーチャルインパクタで分級して、粒径の大きい粗大浮遊粒子を含む空気と粒径の小さい微細浮遊粒子を含む空気と分け、
粗大浮遊粒子を含む空気を吸引して、粗大浮遊粒子をフィルタに捕集するとともに、
前記バーチャルインパクタから流出する微細浮遊粒子を含む空気を、微細浮遊粒子を捕集する捕集部への流れと、微細浮遊粒子を捕集せずにバイパスさせるバイパス流と、に分配し、吸引して、粗大浮遊粒子の捕集位置とは異なる位置で微細浮遊粒子をフィルタに捕集する、ことを特徴とする浮遊粒子の捕集方法。

【請求項2】

浮遊粒子を含む空気を吸引して、吸引された空気中の浮遊粒子を、粒径の大きい粗大浮遊粒子を含む空気と、粒径の小さい微細浮遊粒子を含む空気とに分級するバーチャルインパクタと、
前記バーチャルインパクタに接続して設けられ、前記バーチャルインパクタから流出する微細浮遊粒子を含む空気の一部を吸引して微細浮遊粒子の捕集部への流れに分配する吸引手段と、微細浮遊粒子を含む空気の残部を吸引して微細浮遊粒子を捕集しないバイパス流として排気部にバイパスさせるバイパス手段と、
テープ状フィルタを備え、該テープ状フィルタの異なる位置を介して、前記バーチャルインパクタによって分級された、粗大浮遊粒子を含む空気と微細浮遊粒子を含む空気とを吸引して、粗大浮遊粒子と微細浮遊粒子とをテープ状フィルタの異なる位置に格別に連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子を、それぞれ連続して検出する検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値から空気中の粗大粒子と、空気中の微細浮遊粒子とを、演算して記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子の連続測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、環境大気や屋内空気中の浮遊粒子の捕集方法および浮遊粒子の連続測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

環境大気中や屋内空気中に浮遊する粒子は、呼吸器に重大な危害を及ぼす恐れがあるため、環境大気の環境基準や労働衛生環境基準が、国際機関（ＷＨＯ）などや各国で、それぞれ定められている。また、そのための測定法として、粒径の大きい沈降性粒子（粒径１０μｍ以上）の粒子を除いて捕集することが推奨されている。

【0003】

このことから、日本では、粒径１０μｍを超える粒子を１０μｍで１００％除いて捕集したもの（１０μｍで１００％カット）を浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）と呼んでおり、諸外国では、粒径１０μｍ以上を１０μｍで５０％除いたものをＰＭ_１０（１０μｍで５０％カット）と呼んでいる。

【0004】

また、１９８０年代から米国で行われた大規模疫学調査の結果から、ＰＭ_１０の中でも粒径２.５μｍ以下（２.５μｍで５０％カット）の粒子が心筋梗塞などの引き金になるとの報告から、世界的にＰＭ_２.５の環境基準が定められた。日本では、これを微小粒子状物質と呼んで基準が定められている。このことから、ＰＭ_１０やＳＰＭに合わせて、ＰＭ_２.５の測定が求められている。

【0005】

一方、労働安全衛生基準でも空気中の浮遊粒子状物質に対する基準が定められている。粒径４μｍ以下（４μｍで５０％カット）の粒子は、肺胞まで達する恐れのある「吸入性粉じん」として、ＰＭ_１０と共に測定が求められている。

【0006】

また、呼吸器疾患における医学的な研究分野（例えばAerosol Science Technology and Applications, 2014.に総説が載っている）では、「吸入性粉じん」として粒径４μｍ以下ではなく、粒径５μｍ以下を「吸入性粉じん」としている。

【0007】

一般に、５μｍ以下の粒子は、体内深くまで到達し一部が沈着するものが多く、健康影響が大きいと考えられる。中でも、粒径１μｍを超え５μｍ未満の粒子は咽喉、気管部で吸着されることが多く、一部は肺まで到達し吸着する。一方、粒径１μｍ以下の粒子は、酸素や窒素ガスと似た挙動を示し、いったん肺にまで到達するが、そのほとんどが再び呼気と共に吐出される。

【0008】

このように、空気中のエアロゾル（煙霧質）の分散相の粒子は、粒径によって体内沈着の仕方や成分は異なるため、それを分析するために、粒径１μｍを超える粒子と粒径１μｍ以下の粒子を分けて捕集し、その重量を連続的に測定することができるサンプリング方法や装置の開発が望まれている。

【0009】

粒子の分級には、例えば特許文献１および２のように、バーチャルインパクタを用いた技術が知られているが、粒径１μｍを超える浮遊粒子は、大気中に存在する量が少なく、分析手法に応じた量を捕集するには、大量の大気をサンプリングする必要があるため、これらの技術だけでは、上記の目的を達成するには十分ではない。

【0010】

同じサンプル空気中に含まれる粒子を、それぞれ別のスポットで分けて捕集しようとすると、粒径１μｍ以下の方が濃度が高いため、粒径１μｍ以下の粒子が過剰に捕集され、粒径１μｍを超える粒径の浮遊粒子が分析手法に応じた量まで捕集できないという問題点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２０１６－１４２７２２号公報

【文献】特開２０１９－２０３７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、同じサンプル空気中に含まれる粒径１μｍを超える粒径の粗大浮遊粒子と粒径１μｍ以下の微細浮遊粒子とを、それぞれ別のスポットで分けて捕集し、その分析手法に応じた量まで採取することができ、それぞれの粒子の捕集した質量を連続的に測定することができる浮遊粒子の捕集方法および浮遊粒子の連続測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、空気中の浮遊粒子を、バーチャルインパクタで分級して、粒径の大きい粗大浮遊粒子を含む空気と粒径の小さい微細浮遊粒子を含む空気と分け、
粗大浮遊粒子を含む空気を吸引して、粗大浮遊粒子をフィルタに捕集するとともに、
前記バーチャルインパクタから流出する微細浮遊粒子を含む空気を、微細浮遊粒子を捕集する捕集部への流れと、微細浮遊粒子を捕集せずにバイパスさせるバイパス流と、に分配し、吸引して、粗大浮遊粒子の捕集位置とは異なる位置で微細浮遊粒子をフィルタに捕集する、ことを特徴とする浮遊粒子の捕集方法である。

【0014】

また、本発明は、浮遊粒子を含む空気を吸引して、吸引された空気中の浮遊粒子を、粒径の大きい粗大浮遊粒子を含む空気と、粒径の小さい微細浮遊粒子を含む空気とに分級するバーチャルインパクタと、
前記バーチャルインパクタに接続して設けられ、前記バーチャルインパクタから流出する微細浮遊粒子を含む空気の一部を吸引して微細浮遊粒子の捕集部への流れに分配する吸引手段と、微細浮遊粒子を含む空気の残部を吸引して微細浮遊粒子を捕集しないバイパス流として排気部にバイパスさせるバイパス手段と、
テープ状フィルタを備え、該テープ状フィルタの異なる位置を介して、前記バーチャルインパクタによって分級された、粗大浮遊粒子を含む空気と微細浮遊粒子を含む空気とを吸引して、粗大浮遊粒子と微細浮遊粒子とをテープ状フィルタの異なる位置に格別に連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子を、それぞれ連続して検出する検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値から空気中の粗大粒子と、空気中の微細浮遊粒子とを、演算して記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子の連続測定装置である。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、空気中において、粒径および濃度が異なる２種類の浮遊粒子を、同時に吸引するだけで、必要量の異なる２種類の粒子を、異なる別の位置に捕集し、それぞれの量を効率よく測定することができる。

【0016】

本発明によれば、２種類の浮遊粒子の大気中の粒径や濃度の差に応じて、バイパスさせる空気量を調整することで、同時に吸引するだけで、それぞれの量を効率よく測定することができるので、空気中の物質の測定方法として適応性が高いという特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の一形態である浮遊粒子の測定装置に備えられるバーチャルインパクタ１の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】図１のバーチャルインパクタ１を備える浮遊粒子の測定装置の構成を示す系統図である。

【図3】フィルタ９の捕集位置３，３’；４，４’を示す平面図である。

【図4】図２に示す本実施形態の浮遊粒子の測定装置を用い、β線吸収方式により屋内空気中の浮遊粒子の濃度を７日間連続測定した結果の一例を示すグラフである。

【図5】図２に示す本実施形態の浮遊粒子の測定装置に、５μｍで分級する分級器５２と１μｍで分級するバーチャルインパクタ１を用い、β線吸収方式により屋内空気中の浮遊粒子の捕集量を７日間連続測定した結果の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。各図において、実質的に対応する部分には同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。

【0019】

図１は、本発明の実施の一形態のバーチャルインパクタ１の構成を示す断面図であり、図２は図１のバーチャルインパクタ１を備える浮遊粒子の測定装置の構成を示す系統図である。本実施形態の浮遊粒子の捕集方法は、まず、試料空気を採取口５３から取り入れ、分級器（インパクタやサイクロン）５２を用いて、粒径５μｍ以上の粒子を取り除く。粒径５μｍ未満の浮遊粒子を含む試料空気をバーチャルインパクタ１で分級して、粒径１μｍを超える粗大浮遊粒子（粒径１μｍを超え５μｍ未満、Coarse Particle；以下「ＣＰ」と略記する場合がある。）を含む空気と、粒径１μｍ以下の微細浮遊粒子（Fine Particle；以下「ＦＰ」と略記する場合がある。）を含む空気とに分け、粗大浮遊粒子を含む空気を吸引して粗大浮遊粒子をフィルタ９に捕集するとともに、微細浮遊粒子を含む空気の大部分をバイパス手段２によりフィルタ９の同一位置に捕集せずにバイパスさせながら吸引するとともに、フィルタ９の粗大浮遊粒子の捕集位置とは異なる位置に微細浮遊粒子を捕集することを含む。

【0020】

また、バーチャルインパクタ１のカット特性を粒径２．５μｍとし、その上流の分級器５２のカット特性を１０μｍとすれば、粗大浮遊粒子を粒径２．５μｍを超え１０μｍ未満（ＰＭ_{１０－２．５}）として、微細浮遊粒子を粒径２．５μｍ以下の粒子（ＰＭ_２．５)として捕集することも可能である。したがって、カット特性の範囲が粒径１μｍを超え１０μｍ未満の分級器５２、カット特性の範囲が粒径０．１μｍを超え８μｍ以下のバーチャルインパクタ１を製作することで、粒子の粒径を変更して捕集することが可能である。本発明では、バーチャルインパクタ１のカット特性を基準にして、それよりも大きい粒子を粗大浮遊粒子と記載し、それよりも小さい粒子を微細浮遊粒子と記載している。

【0021】

本発明に係る実施形態において、バーチャルインパクタ１は、ノズル部４０と、集気部４１と、導気部４２とを含んで構成され、ノズル部４０は、内径Ｄ０を有する円形の噴出口４３を規定する円筒部４４と、円筒部４４に連なる縮管部４５とを有する。導気部４２は、内径Ｄ２の第１排出口４６と、内径Ｄ３の第２排出口４７とを有し、第２排出口４７は、円筒状の直管から成る捕集部５１によって規定される。

【0022】

集気部４１は、円錐台状の集気管部４８と、集気管部４８に同軸に連なる円筒状の直管部４９とを有する。集気管部４８は、噴出口４３と同一の軸線を成し、軸線方向に間隔Ｓをあけて離間して位置する内径Ｄ１の流入口５０を有する。ノズル部４０に供給された試料空気は、縮管部４５によって流速を上昇させながら円筒部４４に流入し、噴出口４３から噴出された試料空気の一部は、集気部４１に流入し、主流は導気部４２へ流入する。導気部４２へ流入した試料空気は、その一部が第２排出口４７から流路Ｌ２に流入し、残部は第１排出口４６から流路Ｌ３に流入する。

【0023】

図３は、フィルタの捕集位置を示す平面図である。バーチャルインパクタ１は、一定流量の空気を吸引し、吸引した空気中の粒子径１μｍを超える粗大浮遊粒子は慣性の力によって粒子径１μｍ以下の微小浮遊粒子と分級され、Ｑ０の空気に含まれるほとんどの粗大浮遊粒子が集気部４１に入り、その下のフィルタ９の参照符３の位置に捕集される。一方で、微細浮遊粒子を含む空気は、流線に沿って流れ、Ｑ０のうちＱ２分の空気中の微細浮遊粒子が捕集部５１に入り、その下のフィルタ９の参照符４の位置に捕集される。残りのＱ３の空気中の微細浮遊粒子は、フィルタ９に捕集されることなくバイパスから排出される。Ｑ０は、バーチャルインパクタ１内の圧力Ｇ３と圧力センサＧ４（大気圧を測定している）との差圧から計算された流量によって確認し、Ｑ１およびＱ２はそれぞれ流量センサＭＦＭ１、流量センサＭＦＭ２によって計測される。

【0024】

バーチャルインパクタ１の各部位の寸法および空気の流れＱ０～Ｑ３等を一例として述べると、Ｄ０＝φ４ｍｍ、Ｄ１＝φ５ｍｍ、Ｄ２＝φ１２.７ｍｍ、Ｄ３＝φ１２ｍｍ、Ｓ＝５ｍｍ、空気の流れＱ０～Ｑ３に対応する空気の体積流量をＱｖ０～Ｑｖ３とすると、Ｑｖ０＝１２５Ｌ／ｍｉｎ、Ｑｖ１＝２０Ｌ／ｍｉｎ、Ｑｖ２＝１５Ｌ／ｍｉｎ、Ｑｖ３＝９０Ｌ／ｍｉｎ、Ｄ１／Ｄ０＝１．２５、Ｓ／Ｄ０＝１．２５、Ｑｖ１／Ｑｖ０＝０．１６である。

【0025】

体積流量Ｑｖ０になるように流量調整バルブＰＶ３および流量調整バルブＰＶ４によって調整され、体積流量Ｑｖ１になるように流量調整バルブＰＶ１によって調整され、体積流量Ｑｖ２になるように流量調整バルブＰＶ２で調整される。

【0026】

導入された大気は、ノズル部４０を通り、外管部（主流）と集気部４１（二次流）とに配分される。本実施形態においては、主流は、外管部の排出口に接続されて設けられるバイパス手段２に導かれ、さらにバイパスされるバイパス流と微細浮遊粒子を捕集する捕集部５１への流れとに分配されて、前記テープ状のフッ素系メンブランフィルタ（Membrane Filter）（以下、「フィルタ」と略記する場合がある。）９の第２の位置で微細浮遊粒子を捕集する。

【0027】

通常、従来のバーチャルインパクタを使った装置で、フィルタに捕集することを行わないバイパス手段２がなければ、主流が二次流に対して大きな流量となるので、そのままでも主流に含まれる微細浮遊粒子のろ過量が増えて、粗大浮遊粒子のろ過よりも多い。

【0028】

そのため、粗大浮遊粒子の成分を確認するために必要な量がろ過できないうちに、微細浮遊粒子の捕集部のろ紙が目詰まりすることが生じて、同時に適量を捕集することができない。特に、大気中の濃度が低い粗大浮遊粒子を捕集するために、通常よりも大量の大気を導入する場合には、微細浮遊粒子の捕集量が過大となるという問題がある。

【0029】

本実施形態の同時捕集方法によれば、バイパス手段２によりバイパスさせるバイパス流により、微細浮遊粒子の大部分をろ過することなく、微細浮遊粒子の捕集量を、適量となるように調整することができる。

【0030】

また、本実施形態においては、バーチャルインパクタ１に導入される空気量と、前記バイパス流の量とを、それぞれの吸引ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３と各流路に設けた流量調整バルブＰＶ１～ＰＶ４を用いて調節することにより、さらに細かい捕集量の調整が可能である。

【0031】

本実施形態において、本装置に吸引された試料空気は、バーチャルインパクタ１によって微細浮遊粒子を含む空気と、粗大浮遊粒子とを含む空気とに分級され、ＣＰのみを含む空気は、バーチャルインパクタ１のノズル部４０から集気部４１（二次流）を通って、テープ状のフッ素系メンブランフィルタ９の第１の位置３で濾過され、流路Ｌ１を通って外部へ排気される。

【0032】

ＦＰを含む空気は、バーチャルインパクタ１から主流として排出されて導気部４２に導かれ、吸引ポンプＰ３による流路Ｌ３を介した吸引および吸引ポンプＰ２による流路Ｌ２を介した吸引により、フィルタ９に捕集されずにバイパスされるバイパス流と微細浮遊粒子をフィルタ９に捕集する捕集部５１への流れに分配される。

【0033】

バイパス手段２は、バーチャルインパクタ１の外管部の排出口に接続されて、前記バイパスされる空気を吸引ポンプＰ３により吸引するもので、その形状は、円筒形のものが挙げられ、一端は前記のとおり、バーチャルインパクタ１の外管部の排出口に接続され、他端は流路Ｌ３を介して、吸引ポンプＰ３に通じている。

【0034】

このとき、バイパス流と捕集部５１への流れとは、吸引ポンプＰ２と吸引ポンプＰ３との吸引量を調整することにより、ＦＰ捕集量が所望の値となるようにバランスさせることが重要である。すなわち、大気中のＦＰ量が非常に多いときには、吸引ポンプＰ２よりも吸引ポンプＰ３の吸引量が多くなるように調整することによって、バイパスされるＦＰを含む空気量が増加して、捕集部５１への流れが減り、捕集されるＦＰ量を少なくすることができる。

【0035】

微細浮遊粒子を捕集する捕集部５１への流れは、吸引ポンプＰ１に吸引されて、テープ状のフッ素系メンブランフィルタ９の第２の位置４によって濾過され、流路Ｌ２を通って外部へ排気される。

【0036】

バイパス流は、吸引ポンプＰ３により吸引されて、バイパス手段２および流路Ｌ３を通って外部に排気される。

【0037】

本装置では、空気の流れＱ１について、吸引ポンプＰ１の吸引量を流量センサＭＦＭ１を用いて測定し、流路Ｌ１に設けた流量調整バルブＰＶ１、圧力センサＧ１を用いて、流路Ｌ１を通過する空気の量を調整することによって、フィルタ９の第１の位置３に捕集するＣＰの量を、所望の単位時間あたりの所望の捕集量とすることができる。

【0038】

同時に、空気の流れＱ２について、吸引ポンプＰ２の吸引量を流量センサＭＦＭ２を用いて測定し、流路Ｌ２に設けた流量調整バルブＰＶ２、圧力センサＧ２を用いて、流路Ｌ２を通過する空気の量を調整することによって、フィルタ９の第２の位置４に捕集するＦＰの量を、所望の単位時間あたりの所望の捕集量とすることができる。さらに、空気の流れＱ０については、圧力センサＧ３および圧力センサＧ４を用いて差圧を算出し、バーチャルインパクタ１の特性からＱ０を求め、Ｑ３（Ｑ３＝Ｑ０－Ｑ１－Ｑ２）を計算する。Ｑ３は吸引ポンプＰ３の吸引量を流路Ｌ３に設けた流量調整バルブＰＶ３，ＰＶ４を用いて流路Ｌ３を通過するバイパス流の流量の調整を行う。

【0039】

たとえば、試料空気Ｑ０の流量を毎分１２５Ｌ（リットル）でバーチャルインパクタ１に導入する場合を例とすると、バーチャルインパクタ１からＣＰを含む二次流の空気Ｑ１が毎分２０Ｌであり、バーチャルインパクタ１からのＦＰを含む主流のうち、バイパス流Ｑ３が毎分９０Ｌ、ＦＰを捕集する捕集部５１への流れＱ２が毎分１５Ｌとなる。

【0040】

連続してフィルタ９の第１および第２の位置３，４に空気を透過させていると、第１および第２の位置３，４上に捕集された浮遊粒子の量が次第に増え、粒子でフィルタ９が詰って吸引できなくなるので、一定時間毎、あるいはＦＰ、ＣＰの捕集量がある一定量を超えたときにテープ送り機構７によってフィルタ９が一定の長さＣだけ矢符８方向に送られ、次の捕集が開始される。

【0041】

フィルタ９は、テープ状であり供給ロール６に巻かれた状態で供給され、図示しない複数のガイドローラによって、第１の位置３および第２の位置４に供給され、図示しない複数のガイドローラおよび上下２個のローラから成るテープ送り機構７を経て、巻取ローラ５に巻取られる。テープ送り機構７は、一定時間が経過あるいはＦＰ、ＣＰの捕集量がある一定量を超えたときに、フィルタ９を一定の長さＣだけ矢符８方向に送る。これによって、フィルタ９の位置３’が新しい位置３に、位置４’が新しい位置４に移動する。

【0042】

かくして、フィルタ９の第１および第２の位置３，４に捕集されたＣＰおよびＦＰは、公知の測定手段、たとえば、β線吸収方式や光反射方式、と組み合わせることにより、その量を測定することができる。

【0043】

捕集されたＣＰおよびＦＰを、β線吸収方式や光反射方式を組み合わせて測定する場合の例を説明する。

【0044】

フィルタ９の第１の位置３および第２の位置４には、第１β線源１０および第２β線源１１からβ線が照射され、透過したβ線量が連続的にそれぞれ第１β線検出器１２、第２β線検出器１３で検出される。検出結果は、第１プリアンプ２１および第２プリアンプ２２を通して演算処理部（Central Processing Unit；ＣＰＵ）２８に入力される。

【0045】

またフィルタ９の第１の位置３には、光源２４から光ファイバ２５を介して一定強さの白色光が照射され、その反射光が光ファイバ２６を介して光検出器２３に導かれ、この光検出器２３によって１分毎に連続的に検出され、検出結果が第３プリアンプ２７を介して演算処理部２８に入力される。

【0046】

連続してフィルタ９の第１および第２の位置３，４に空気を透過させていると、第１の位置３および第２の位置４上に捕集された浮遊粒子の量が次第に増え、第１の位置３および第２の位置４が詰まって吸引力が低下するので、一定時間毎、たとえば１時間毎に、テープ送り機構７によってフィルタ９が一定の長さＣだけ矢符８方向に送られ、次の測定が開始される。

【0047】

フィルタ９の浮遊粒子を捕集する第１の位置３および第２の位置４の領域は、たとえば直径１１ｍｍの円形である。

【0048】

フィルタ９は、テープ状であり供給ロール６に巻かれた状態から巻き出され、図示しない複数のガイドローラによって、第１の位置３および第２の位置４に供給され、図示しない複数のガイドローラおよび上下２個のローラから成るテープ送り機構７を経て、巻取ローラ５に巻取られる。テープ送り機構７は、一定時間経過したとき、あるいはＦＰ，ＣＰの捕集量がある一定量を超えたとき、フィルタ９を一定の長さＣだけ矢符８方向に送りだすように構成される。これによって、新しいフィルタ９の位置３が新たな位置３’に、位置４が新たな位置４’に移動する。

【0049】

第１および第２β線検出器ならびに光検出器の検出結果と、フィルタ９上の浮遊粒子の量との関係は、式（１）で計算される。

【0050】

Ｉ_j＝Ｉ_j-1ｅｘｐ（－μ_ｍχ_ｍ） …（１）

【0051】

ここにＩ_jは、ある瞬間に浮遊粒子を捕集したフィルタを透過したβ線量またはフィルタ９で反射された光量であり、Ｉ_j-1はその１分前の同じ量である。またＩ_０は、浮遊粒子を捕集する前の新しいフィルタを透過したβ線量または同フィルタで反射された光量であり、μ_ｍは比例定数であり、χ_ｍはフィルタ９の単位面積当たりの捕集浮遊粒子の質量（μｇ／cｍ^２）である。μ_ｍはβ線源１０，１１および光源に固有の値であり、標準物質によって予めｃｍ^２／μｇの単位で求められる。式（１）を変形して、式（２）を得る。

【0052】

χ_ｍ＝－１／μ_ｍｌｎ（Ｉ_j／Ｉ_j-1） …（２）

【0053】

式（２）からＩ_jとＩ_j-1との比を求めることによって、たとえば１分間に捕集されたフィルタ９の単位面積当たりの浮遊粒子の量が計算でき、これに第１の位置３の面積（これは第２の位置４の面積に等しく、直径が１１ｍｍの場合、約０．９５ｃｍ^２となる）を掛ければ、１分前に捕集された浮遊粒子の質量（μｇ／ｍｉｎ）が計算できる。

【0054】

Ｑ１よりフィルタ３に捕集された粒子の質量：Ｍ（Ｑ１）μｇ、
Ｑ２よりフィルタ４に捕集された粒子の質量：Ｍ（Ｑ２）μｇとする。
ここで、試料空気の質量濃度を、
ＣＰの質量濃度：［ＣＰ］μｇ／ｍ^３、
ＦＰの質量濃度：［ＦＰ］μｇ／ｍ^３、
また、一定時間、捕集した時の、Ｑ０～Ｑ３に対応した積算流量を、Ｑ_ｔ０～Ｑ_ｔ３（ｍ^３）として記載する。

【0055】

ここで、バーチャルインパクタ１の特性として、
1．ＣＰは全てバーチャルインパクタ１のＱ１（粗大粒子側）だけを通過し、フィルタ９に捕集される。
２．ＦＰはバーチャルインパクタ１のＱ２（微細粒子側）とともにＱ１（粗大粒子側）にも通過し、フィルタ９に捕集される粒子質量（個数）は流量の分流比に応じたものとなる。

【0056】

Ｍ（Ｑ２）＝［ＦＰ］×Ｑ_ｔ２ …（３）
Ｍ（Ｑ１）＝［ＣＰ］×Ｑ_ｔ０＋［ＦＰ］×Ｑ_ｔ１ …（４）

【0057】

式（３）及び式（４）より、質量濃度は、

【0058】

［ＦＰ］＝Ｍ（Ｑ２）／（Ｑ_ｔ２） …（５）
［ＣＰ］＝{Ｍ（Ｑ１）－Ｍ（Ｑ２）×（Ｑ_ｔ１／Ｑ_ｔ２）}／Ｑ_ｔ０ …（６）
であらわされる。

【実施例1】

【0059】

図４は、図２に示す本実施形態の浮遊粒子の測定装置に、５μｍで分級する分級器５２と１μｍで分級するバーチャルインパクタ１を用い、β線吸収方式により屋内空気中の浮遊粒子の濃度を７日間連続測定した結果の一例を示すグラフであり、図５は、図２に示す本実施形態の浮遊粒子の測定装置に、５μｍで分級する分級器５２と１μｍで分級するバーチャルインパクタ１を用い、β線吸収方式により屋内空気中の浮遊粒子の捕集量を７日間連続測定した結果の一例を示すグラフである。図４において、縦軸は浮遊粒子濃度（μｇ／ｍ^３）を示し、横軸は時間（日）を示す。また図５において、縦軸は１時間あたりの浮遊粒子捕集量（μｇ）を示し、横軸は時刻（日）を示す。図４より、屋内空気中では粗大浮遊粒子（粒径１μｍを超え５μｍ未満）の濃度は１～３μｇ/ｍ^３程度であり、低いことが分かる。一方、図５で示されるように、粗大浮遊粒子（粒径１μｍを超え５μｍ未満）の１時間あたりの捕集量は１０～２０μｇとより多く捕集できていることが分かる。

【0060】

さらに、２０２２年４月２０日ＡＭ１：００～ＡＭ１１：００の１０時間について注目すると、この期間の粗大浮遊粒子の平均濃度が２．１μｇ／ｍ^３であったのに対して、微細浮遊粒子１８．０μｇ／ｍ^３であった。また、１時間に１回、フィルタとしてのテープ移動を行っており、この間の平均捕集量は、粗大浮遊粒子１６．０μｇ、微細浮遊粒子１６．１μｇであった。もし仮に、この期間同じ空気を、本発明を使わずに、従来法のバーチャルインパクタを使った装置で１時間に一回のテープ移動で、１時間に約１ｍ^３の採取量で採取すれば、粗大浮遊粒子の平均捕集量は２．１μｇにしかならない。従来法で、例えば１０時間に１回のテープ移動を行い、採取時間を長くして粗大浮遊粒子を捕集しようとすれば、時間分解能が悪くなるだけでなく、積算捕集量が粗大浮遊粒子２１μｇ、微細浮遊粒子１８０μｇとなり、粗大浮遊粒子は十分な捕集量になるけれども、微細浮遊粒子の捕集量が過大となり、フィルタが粒子で目詰まりを起こしてしまい捕集できなくなってしまうことが予想される。従来法では通常、８０～１００μｇの浮遊粒子をフィルタに捕集すると目詰まりを起こして、捕集できなくなってしまう。また、β線吸収方式の検出限界をフィルタ捕集量として表現すると例えば１～２μｇであり、粗大浮遊粒子の平均濃度が２．１μｇ／ｍ^３なので、前記従来法のように１時間に一回のテープ移動ならば平均捕集量が２．１μｇとなり、この期間は検出限界付近で誤差の大きい測定になってしまう。これに対して、本発明での平均フィルタ捕集量は１６．０μｇなので、精度の良い測定が可能であった。

【0061】

このように、本発明の効果により、試料空気の粗大浮遊粒子が低濃度であっても、効率的に濃縮することができ、フィルタへの捕集量を多くすることができるとともに、高感度に測定できたことが分る。

【符号の説明】

【0062】

１ バーチャルインパクタ
２ バイパス手段
３ 浮遊粒子を捕集する第１の位置
４ 浮遊粒子を捕集する第２の位置
５ テープ巻取ローラ
６ テープ供給ロール
７ テープ送り機構
８ 矢符
９ テープ状メンブランフィルタ
１０ 第１β線源
１１ 第２β線源
１２ 第１β線検出器
１３ 第２β線検出器
１４ β線の流れ
２１ 第１プリアンプ
２２ 第２プリアンプ
２３ 光検出器
２４ 光源
２６ 光ファイバ
２７ 第３プリアンプ
２８ 演算処理部
４０ ノズル部
４１ 集気部
４２ 導気部
４３ 噴出口
４４ 円筒部
４５ 縮管部
４６ 第１排出口
４７ 第２排出口
４８ 集気管部
４９ 直管部
５０ 流入孔
５１ 捕集部
５２ 分級器
５３ 採取口
Ｇ１ 圧力センサ
Ｇ２ 圧力センサ
Ｇ３ 圧力センサ
Ｇ４ 圧力センサ
Ｌ１ 流路
Ｌ２ 流路
Ｌ３ 流路
Ｐ１ 吸引ポンプ
Ｐ２ 吸引ポンプ
Ｐ３ 吸引ポンプ
ＭＦＭ１ 流量センサ
ＭＦＭ２ 流量センサ
ＰＶ１ 流量調整バルブ
ＰＶ２ 流量調整バルブ
ＰＶ３ 流量調整バルブ
ＰＶ４ 流量調整バルブ

【要約】

【課題】
同じサンプル空気中に含まれる粒径や濃度が異なる２種類の粒子やエアロゾルを分けて必要量を捕集する方法および測定装置を提供する。
【解決手段】
浮遊粒子の捕集方法は、空気中の浮遊粒子を、バーチャルインパクタ１で分級して、粒径の大きい粗大浮遊粒子を含む空気と粒径の小さい微細浮遊粒子を含む空気とに分け、粗大浮遊粒子を含む空気を吸引して、粗大浮遊粒子を捕集するとともに、微細浮遊粒子を含む空気をバイパスさせながら吸引して、粗大浮遊粒子の捕集位置とは異なる位置で微細浮遊粒子を捕集する。
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】