CN102192949A - 微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统 - Google Patents

微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102192949A
CN102192949A CN2011100339727A CN201110033972A CN102192949A CN 102192949 A CN102192949 A CN 102192949A CN 2011100339727 A CN2011100339727 A CN 2011100339727A CN 201110033972 A CN201110033972 A CN 201110033972A CN 102192949 A CN102192949 A CN 102192949A
Authority
CN
China
Prior art keywords
classification
particle
classification portion
slit
derivative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011100339727A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102192949B (zh
Inventor
折井孝彰
工藤聪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orii Takaaki
Original Assignee
Independent Administrative Institution Physical Chemistry Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Independent Administrative Institution Physical Chemistry Institute filed Critical Independent Administrative Institution Physical Chemistry Institute
Publication of CN102192949A publication Critical patent/CN102192949A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102192949B publication Critical patent/CN102192949B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
    • G01N2001/222—Other features
    • G01N2001/2223—Other features aerosol sampling devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0038—Investigating nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N2015/0288—Sorting the particles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

为了提供一种可容易地增大能够分级的带电粒子的粒径的上限值，并且能够分析粒径可能会发生变化的带电粒子的微分型电迁移率分级装置，本发明的DMA(微分型电迁移率分级装置)包括：分级槽、气体供给部以及电压源；分级槽，其中依次配置有彼此相隔规定距离且相对而设的入口电极、中间电极以及出口电极，所述入口电极、中间电极以及出口电极分别具有入口狭缝、狭缝、出口狭缝；气体供给部，其对分级槽供给鞘气；电压源，其在彼此相对的所述电极之间施加规定的电压；并且，分级槽具有在每组彼此相对的所述电极之间形成的第1分级部和第2分级部，所述气体供给部对供给到分级槽的所述鞘气的流量，在第1分级部和第2分级部分别进行控制。

Description

微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统
技术领域
本发明涉及微分型电迁移率分级装置、具备此装置的粒子测量系统以及具备此装置的粒子筛选系统。
背景技术
近年来，与抑制半导体制造过程中的粒子污染、开发量子纳米材料或阐明大气中的酸雨和烟雾的产生机制等相关联，悬浮在气体环境中的粉尘和雾状物等微粒子受到关注。
作为将具有纳米级至微米级的粒径的气溶胶粒子进行分级的方法，利用气流中的带电粒子的电迁移率依赖于粒径的现象的微分型电迁移率分级装置(DMA，Differential Mobility Analyzer)得以应用，其中，圆筒型的微分型电迁移率分级装置(CDMA，Cylindrical Differential Mobility Analyzer)得以广泛应用(参照非专利文献1)。DMA近年来取得了显著发展，能够进行分级的带电粒子的粒径的下限达到10纳米以下的极小尺寸，另外，即使在减压状态下也可运转(参照专利文献1)。
在这里，将先前的CDMA的一例显示在图9中。如图9所示，CDMA800具有含有中心杆(内筒)1与包围体(外筒)2的双重圆筒构造。在包围体2的内周面(外筒电极)与中心杆1的外周面(内筒电极)之间，通过可变电压源施加以规定的电压。鞘气从位于包围体2的上方的未图示的喷出口，以形成层流的方式供给到包围体2与中心杆1之间的空间中。在包围体2的上部，设置有将带电粒子导入到装置内的环状的入口狭缝3。另外，在中心杆1的下部，设置有将经过分级的带电粒子从装置中排出的环状的出口狭缝4。
对在CDMA800中对粒子进行分级的原理加以说明。此外，在CDMA800中，设为当相对于足够的鞘气流量而使含有带电粒子的试样气体从入口狭缝3以规定的流量Qa导入，并且以相同的流量Qa从出口狭缝4排出时，鞘气的层流条件不受影响。带电的气溶胶粒子(带电粒子)从入口狭缝3进入到装置内后，与在包围体2和中心杆1之间的空间中形成层流的鞘气一起，沿着包围体2的内表面壁朝中心轴方向下方移动。与此同时，因通过可变电压源而在包围体2与中心杆1之间形成的电场的影响(静电引力)，而导致仅一种极性的气溶胶粒子以对应于其电迁移率的速度，被吸引向中心杆1的方向。由于电迁移率依赖于粒子的粒径，因此仅特定的粒径的气溶胶粒子到达出口狭缝4，并从出口狭缝4排出到装置外部。
此处，带电粒子的电迁移率Zp可通过以下的式(1)而求得。
Zp＝Qs·ln(R2/R1)/(2·π·V·L)…式(1)
如图9所示，在式(1)中，Qs为鞘气的流量，R2为包围体2的半径，R1为中心杆1的半径。L为入口狭缝3与出口狭缝4之间的沿着中心轴方向的距离。V为施加在包围体2的内周面与中心杆1的外周面之间的施加电压。
另外，带电粒子的电迁移率Zp也可通过以下的式(2)而求得。
Zp＝q·e·Cc/(3·π·μ·Dp)…式(2)
在式(2)中，q为带电粒子的电荷量，e为基本电荷常数，Cc为坎宁安(Cunningham)校正系数，μ为鞘气的粘性系数，Dp为带电粒子的直径。
此处，通过使式(1)与式(2)联立而可获得以下的式(3)，
Dp＝(2·V·L·q·e·Cc)/(3·μ·Qs·ln(R2/R1))…式(3)
可知被分级的带电粒子的直径Dp，是作为施加电压V的大小的函数而获得的。
专利文献1：日本公开专利公报特开平11-264790号公报(1999年9月28日公开)
专利文献2：日本公开专利公报：特开平10-288600号公报(1998年10月27日公开)
专利文献3：美国专利7521673B2(专利日：2009年4月21日)
非专利文献1：E.O.Knutson and K.T.Whitby，J.Aerosol  Sci.6p.443-451，1975
非专利文献2：D.J.Rader and P.H.McMurry，J.Aerosol Sci.17p.771-787，1986
非专利文献3：J.P.Santos et al.，Atmos.Chem.Phys.，9pp.2419-2429，2009
作为先前的DMA的第一个课题，可举出如下的问题，即难以增大能够分级的带电粒子的粒径的上限值。
例如，从所述式(3)可以明确看出，为了增大可通过DMA来分级的带电粒子的粒径的上限，可考虑增大施加到电极间的施加电压V的方法。但是，当施加较大的电压时，会在电极间发生绝缘破坏。也就是说，存在施加电压V的上限受到产生绝缘破坏的电压Vmax的限制的问题。
或者，为了增大可分级的带电粒子的粒径的上限，而尝试各种增大入口狭缝与出口狭缝之间的距离L的方法。例如，在专利文献2中揭示了可连续改变分级范围的DMA。专利文献2的DMA包括：包围体，其经由伸缩体而可自由移动地连结于基部；以及中心杆，其连结于基部并朝包围体内部延伸。由于基部与包围体是以可自由移动的方式连接着，因此通过在维持包围体内部的密封状态的情况下，使包围体上下移动，能够使位于包围体上的入口狭缝与位于中心杆上的出口狭缝之间的距离连续地变化。
但是，这些改变距离L的方法均在构造上复杂而难以实现。另外，改变距离L是指变更入口狭缝和出口狭缝中的至少一方的位置，因此会产生使连接于DMA的前后的其他装置(带电装置和粒子回收装置等)的位置移动的必要性。或者，当不使连接于DMA的前后的其他装置的位置移动时，会产生在入口狭缝或出口狭缝与其他装置之间填补流路的必要性。当已填补流路时，气溶胶粒子相对于流路的管壁的扩散沉积增大。尤其，气溶胶粒子的粒径越小，越容易受到扩散沉积等依赖于粒径的输送效率下降的影响。其结果会产生如下问题：即如果不对由扩散沉积等所带来的影响进行校正，则无法获得准确的粒度分布。
另外，作为先前的DMA的第二个课题，例如可举出如下的问题，即难以对挥发性的气溶胶粒子等在分级过程中其粒径可能会发生变化的带电粒子进行分析。
在DMA中，多用干燥空气和纯氮气等洁净气体作为鞘气，一般而言，鞘气与试样气体的成分组成不同。此外，蒸气压相对较高的物质m所构成的气溶胶粒子(挥发性的气溶胶粒子)，是通过与在试样气体中含有饱和蒸气压部分的气体状态的物质m之间处于平衡状态，来保持其粒径。根据所述情况，当通过DMA对挥发性的气溶胶粒子进行分级时，一般无法避免因在鞘气中的蒸发所导致的挥发性气溶胶粒子的粒径减少。特别是，当作为测定对象的气溶胶粒子的成分未知时，其蒸气压也未知的情况较多。由此，在使用DMA的分级中存在如下问题，即无法判断此气溶胶粒子的粒径是否发生变化，当然也无法判断其变化的程度。
此外，在非专利文献2中，揭示了使用将两个DMA串联连接而成的串联DMA测定系统，来推测在DMA内挥发性的气溶胶粒子蒸发的程度的方法。但是，存在如下问题：由于气溶胶粒子在连接两个DMA的连结部滞留比较长的时间，因此尤其对于挥发性比较高的物质无法期待其结果的准确性。
另外，最近也开始使用利用平板状电极的平行平板型DMA(参照专利文献3、非专利文献3)。例如，专利文献3的图3中所示的DMA，具有如下构成，即将具有用于使粒子穿过的狭缝的多块平板状电极进行平行排列。文献中揭示，在此构成中通过使粒子穿过多个粒子穿越狭缝，可使所回收的粒子的分散比较小。但是，所述的两个课题并未得到解决。
发明内容
本发明是鉴于以上情况开发而成的，本发明的目的在于提供一种容易增大能够分级的带电粒子的粒径的上限值，并且能够分析粒径可能会发生变化的带电粒子的微分型电迁移率分级装置等。
为了解决所述课题，本发明所涉及的微分型电迁移率分级装置(DMA)，其特征在于：包括分级槽、气体供给部和电压供给部；分级槽，其中依次配置有彼此相隔规定距离且相对而设的n个(n为3以上的整数)面状电极，所述面状电极均具有供带电粒子所穿越的狭缝；气体供给部，其对所述分级槽供给鞘气；电压供给部，其在所述分级槽内的彼此相对的所述电极间施加规定的电压；并且，所述分级槽具有在每组彼此相对的所述电极之间形成的，将带电粒子进行分级的(n-1)级的分级部，所述气体供给部对供给到所述分级槽的所述鞘气的流量，在所述每个分级部分别进行控制。
根据所述构成，因在每个分级部可以对鞘气的流量分别进行控制，因此能够不改变分级槽的实质上的构成，便以分级部为单位而比较容易地改变分级条件。其结果，例如，能够比较容易地扩大可分级的带电粒子的粒径的上限值。此外，也容易对在分级过程中粒径发生变化的带电粒子进行分析。此外，通过进行多级分级，可从含有带电的粒子的试样气体中高效地去除气体成分，从而能够以更高的纯度回收特定粒径的粒子。
本发明还提供一种粒子测量系统，其包括：所述任一微分型电迁移率分级装置；以及粒子成分测量装置，其对通过此微分型电迁移率分级装置而被分级的粒子的化学成分进行分析。
本发明还提供一种粒子筛选系统，其包括：所述任一微分型电迁移率分级装置；以及粒子筛选装置，其对通过此微分型电迁移率分级装置而被分级的特定粒径的粒子进行筛选并加以回收。
根据本发明，能够提供一种能够容易地增大可分级的带电粒子的粒径的上限值，例如可容易地优化可分级的带电粒子的粒径的上限值，且能够分析粒径可能会发生变化的带电粒子的微分型电迁移率分级装置等。
附图说明
图1(a)和图1(b)是表示本发明的一实施方式的DMA的概略构成的截面图。
图2是表示图1所示的DMA所具有的分级部的概略构成的立体图。
图3(a)和图3(b)是表示本发明的另一实施方式的DMA的概略构成的截面图。
图4(a)和图4(b)是表示本发明的又一实施方式的DMA的概略构成的截面图。
图5是表示本发明的又一实施方式的DMA的概略构成的截面图。
图6是表示本发明的又一实施方式的DMA的概略构成的截面图。
图7是表示本发明的一实施方式所涉及的微粒子测量、筛选系统的示意图。
图8是表示本发明的实施例的分析结果的图表。
图9是表示先前技术的微分型电迁移率分级装置的示意图。
附图标记说明
100、300、400、500、600 DMA(微分型电迁移率分级装置)
102    入口狭缝(狭缝)
104    狭缝
106、106a、106b    出口狭缝(狭缝)
103    入口电极(面状电极)
105、105a、105b、105c    中间电极(电极)
107、107a、107b    出口电极(电极)
101    分级槽
108、109    电压源(电压供给部)
10、10c、10d    第1分级部(分级部)
20、20a、20b、20c、20d    第2分级部(分级部)
30c、30d    第3分级部(分级部)
40d    第4分级部(分级部)
720    质量分析装置(粒子成分测量装置)
700    粒子测量、筛选系统(粒子测量系统、粒子筛选系统)
740    粒子收集装置(粒子筛选装置)
具体实施方式
[实施方式1]
根据图1和图2，对本发明的DMA的一个实施方式进行说明，则为如下所述。
(DMA100的构成)
首先，使用图1对本发明所涉及的DMA100的构成的概要进行说明。图1是示意性地显示在与各狭缝(后述)垂直的平面上切断DMA100而得的截面的截面图。
如图1中的(a)和(b)所示，本实施方式的DMA100，概言之是根据电迁移率来对带电的粒子(带电粒子)进行分级的装置，其包括分级槽101、鞘气供给装置110和电压源108、109。
分级槽101是长方体形状的绝缘性的框体。在分级槽101内，以彼此隔开规定距离而相互平行的方式，依次配置有入口电极103、中间电极105以及出口电极107(3个电极)。入口电极103、中间电极105以及出口电极107除了狭缝的形成位置不同以外而形状相同，均为长方形的平面电极。入口电极103与出口电极107分别形成在分级槽101内的相对的内壁面上。中间电极105是在入口电极103与出口电极107之间，以与入口电极103与出口电极107相对的方式而设置的，中间电极105将分级槽101内的空间一分为二。
分级槽101具有形成于每组相对的电极之间的，并将带电的粒子进行分级的2(3-1)级的分级部。即，由相对的入口电极103和中间电极105，分级槽101的框体内壁(相当于图2所示的壁部119a、119b)而形成第1分级部10。另外，由相对的中间电极105和出口电极107，分级槽101的框体内壁而形成第2分级部20。
第1分级部10和第2分级部20的内部，均构成：具有使带电粒子穿过的一对狭缝(后述)的密封的分级空间。第1分级部10和第2分级部20均在分级部内的鞘气的流线方向(流动方向)上游一侧形成有入口狭缝，在下游一侧形成有出口狭缝。另外，在DMA100中，相邻的分级部彼此(第1分级部10和第2分级部20)共有中间电极105和此电极所具有的狭缝104。
第1分级部10是比第2分级部20更靠上游级的分级部。含有带电气溶胶粒子(带电粒子)的试样气体，经由设置在构成第1分级部10的入口电极103上的入口狭缝(狭缝)102而被导入到第1分级部10内。导入到第1分级部10内的带电的气溶胶粒子的一部分，经由位于鞘气的流线方向下游一侧的狭缝104而被导入到下游级的第2分级部20内。然后，被导入到第2分级部20内的带电的气溶胶粒子的一部分，经由位于鞘气的流线方向下游一侧的出口狭缝106而被取出到第2分级部20外(分级槽101外)。也就是说，中间电极105所具有的狭缝104，起到第1分级部10的出口狭缝和第2分级部20的入口狭缝的作用。
此外，入口狭缝102、狭缝104以及出口狭缝106是在相对于铅垂方向(鞘气的流线方向)而垂直的方向上开口的开口部，且是相互平行地形成的。鞘气供给装置110将洁净氮气或洁净空气等的洁净气体作为鞘气供给到分级槽101。此外，也可将穿过分级槽101内而被排出的洁净气体加以回收以供循环利用(回收再利用)，而在这种情况下，鞘气供给装置110对所回收的洁净气体进行过滤而加以提纯。
鞘气供给装置110与分级槽101，是经由气体供给管211、212而连接的。更具体的说，气体供给管211，将鞘气供给装置110与第1分级部10的鞘气导入口5a加以连接，而将洁净气体作为鞘气供给到第1分级部10内。气体供给管212将鞘气供给装置110与第2分级部20的鞘气导入口5b加以连接，将洁净气体作为鞘气供给到第2分级部20内。气体供给管211具备质量流量控制器115(MFC(Mass Flow Controller)115：气体供给控制单元)。气体供给管212具备质量流量控制器116(MFC116：气体供给控制单元)。
MFC115和MFC116对于分别供给到第1分级部10和第2分级部20的鞘气的质量进行测量，并根据其测量结果而自动控制供给到各分级部的鞘气的供给流量。也就是说，DMA100为如下构成：通过使用MFC115和116，可分别控制朝第1分级部10和第2分级部20供给的鞘气的流量。此外，在DMA100中，鞘气供给装置110、气体供给管211、212、以及MFC115、116构成气体供给部。
流过分级槽101内的鞘气，经由气体排出管213、214而排出到分级槽101外。气体排出管213将第1分级部10下部的鞘气排气口6a与未图示的排气泵加以连接。在气体排出管213上设置有流量调节阀161与质量流量计171(MFM171)，从而自由地控制鞘气的排气量。气体排出管214将第2分级部20下部的鞘气排气口6b与未图示的排气泵加以连接。在气体排出管214上设置有流量调节阀162与质量流量计172(MFM172)，从而对于鞘气的排气量自由地控制。
在使用DMA100进行分级操作时，首先，将连通到外界的所有的阀(也就是说，开闭阀111、131、流量调节阀161、162、质量流量控制器115、116)关闭而使分级槽101成为封闭系统。然后，控制流量调节阀161、162以及质量流量控制器115、116，以使各分级部内鞘气的供给流量与排出流量一致，且在各分级部内形成鞘气的层流。压力计112监控分级槽101内的压力，并以使此压力维持目标值(例如，存在试样气体的环境压力)的方式调整鞘气的供给流量与排出流量。继而，将开闭阀111、131打开，将试样气体导入到DMA100内来进行分级。即，在DMA100中，通过所述控制而实现如下状态：在各分级部内鞘气的供给流量与排出流量实质上一致，在每个分级部内形成鞘气的层流，并在分级部之间不存在实质上的压力差。
电压源(电压供给部)108在构成第1分级部10的入口电极103与中间电极105之间施加规定的电压。另外，电压源(电压供给部)109在构成第2分级部20的中间电极105与出口电极107之间施加规定的电压。电压源108、109均为可将施加的电压改变为所期望的值的可变电压源。也就是说，DMA100可独立地控制施加到各分级部(第1分级部10和第2分级部20)的电压。
另外，在分级槽101的上方和下方，设置有调整中间电极105的位置的位置调整机构120、121。位置调整机构120、121具备沿铅垂方向延伸到中间电极105的导轨122、123。中间电极105可沿着导轨122、123在上下方向(鞘气的流线方向及其反方向)上连续地移动，并且可固定在所期望的位置。此外，中间电极105所具有的狭缝104的位置也可在上下方向上连续地移动。也就是说，在DMA100中，通过使中间电极105在上下方向上移动，可改变第1分级部10所具有的一对狭缝的相对位置关系和第2分级部20所具有的一对狭缝的相对位置关系。
例如，图1中的(b)显示了通过使中间电极105沿着导轨122、123移动，而使得与该图中的(a)相比狭缝104的位置朝下方移动的情形。图1中的(b)所示的状态与(a)所示的状态相比，第1分级部10的分级长度L10增大，并且第2分级部20的分级长度L20减少。
(DMA100的运转原理)
接下来，使用图1和图2对DMA100的运转原理进行说明。此外，不管所具备的分级部的数量如何，各分级部内的分级的运转原理均是相同的，因此在以下的说明中只对第1分级部10的运转原理进行说明。
图2是表示DMA100所具备的一个分级部(第1分级部10)的概略构成的立体图。含有气溶胶粒子的试样气体通过未图示的带电装置而被赋予电荷，成为含有带电气溶胶粒子的试样气体。此试样气体从入口狭缝102导入到分级槽101内后，进入到第1分级部10内。在第1分级部10内，流量充足的鞘气以从鞘气导入口5a向鞘气排气口6a朝下形成层流的方式流动。在这里设为从气溶胶粒子从入口狭缝102进入到第1分级部10并经由狭缝104而从第1分级部10排出为止，鞘气的层流条件不受影响。
在这里，将入口电极103与中间电极105之间的距离设为a10。将入口狭缝102和狭缝104的长度设为b10。将施加到入口电极103与中间电极105之间的电压设为V10。将沿鞘气的流线方向的，入口狭缝102与狭缝104之间的距离设为L10(参照图2)。
被取入到第1分级部10内的试样气体随着鞘气的层流，沿着入口电极103的内表面壁流向下游，但如果在入口电极103与中间电极105之间施加电压V10，则具有一方极性的带电气溶胶粒子因静电引力而从入口电极103朝中间电极105一侧移动。此时的带电气溶胶粒子的电迁移率Zp如式(4)所示。
Zp＝Qs10·a10/(b10·V10·L10)…式(4)
式(4)中，Qs10为鞘气的流量，a10、b10、V10、L10和上文中的说明一样。
另外，带电气溶胶粒子的电迁移率Zp可通过以下的式(5)而求得。
Zp＝q·e·Cc/(3·π·μ·Dp)…式(5)
在式(5)中，q为带电粒子的电荷量，e为基本电荷常数，Cc为坎宁安(Cunningham)校正系数，μ为鞘气的粘性系数，Dp为带电气溶胶粒子的直径。
在这里，仅具有由式(4)和式(5)联立而计算出的直径Dp的带电气溶胶粒子，穿过狭缝104并进入到后一级的第2分级部20中。
另外，在第2分级部20中，下式也同样成立。
Zp＝Qs20·a20/(b20·V20·L20)…式(6)
而且，仅具有由式(5)与式(6)联立而计算出的直径Dp的粒子到达出口狭缝106，并从出口狭缝106被取出到DMA100的外部。此外，在式(6)中，Qs20为第2分级部20内的鞘气的流量，a20为中间电极105与出口电极107之间的距离，b20为狭缝104及出口狭缝106的长度，V20为施加到中间电极105和出口电极107之间的电压，L20为狭缝104和出口狭缝106之间的距离。
(DMA100的主要特征)
虽然没有特殊限制，但DMA100的主要特征为如下。
(1)针对每个分级部而分别控制鞘气流量
在DMA100中，可针对每个分级部(第1分级部10和第2分级部20)而分别控制鞘气的流量。如所述式(5)所示，鞘气的流量是决定各分级部内的分级条件的一个主要因素，在DMA100中，能够不实质上改变分级槽101的构成，而以分级部为单位比较容易地变更分级条件。
例如，在先前的DMA中，如果为了增大可分级的带电粒子的粒径的上限值而增大施加到分级部的电压，则会带来产生绝缘破坏的问题。另一方面，在DMA100中，通过将施加到各分级部的电压维持在低于产生绝缘破坏的电压并且使各分级部内的鞘气的流量为更少的量，能够比较容易地扩大能够分级的带电粒子的粒径的上限值。
或者，通过使各分级部内的鞘气的流量变得更大，可获得足够的分辨能力、以及带电粒子与气体的分离性能。
另外，使第1分级部10或第2分级部20的任一方没有鞘气流过，而将此分级部用作试样气体或含有经过分级的带电粒子的气体的流路，也可将DMA100作为单层的DMA使用。
此外，由于比较容易改变以分级部为单位的分级条件，因此对在分级过程中粒径发生变化的带电粒子进行分析也变得容易。详细情况将通过下述(3)来说明。
(2)可改变分级长度
在DMA100中，通过使中间电极105沿上下方向移动，可改变各分级部的分级长度(沿鞘气的流线方向的狭缝间距离)。如所述式(5)所示般，分级长度是决定各分级部内的分级条件的一个主要因素，在DMA100中，能够不实质上改变分级槽101的构成，便能够比较容易地改变以分级部为单位的分级条件。因此，可获得与所述“(1)针对每个分级部而分别控制鞘气流量”一栏中所记载的效果相同的效果。
此外，在DMA100中，具有用于导入试样气体的入口狭缝102的入口电极103的位置，以及，具有用于取出经过分级的带电粒子的出口狭缝106的出口电极107的位置是固定的。而且，仅使夹在入口电极103与出口电极107之间的中间电极105的位置，在鞘气的流线方向上可变动。由此，即便改变各分级部的分级条件，入口狭缝102和出口狭缝106的位置也不会随之改变。其结果，即便改变分级条件，也无需使连接在DMA100的前后的其他装置(带电装置以及粒子回收装置等)的位置移动。当然，也不需要填补用以连接入口狭缝102及出口狭缝106与其他装置的流路，因此也具有如下优点：即，无需考虑依赖于带电粒子的粒径的扩散损耗的程度的变化。
(3)可实现高效率的多级分级
在DMA100中，进行使用第1分级部10和第2分级部20的多级分级。第1分级部10与第2分级部20共有中间电极105，两分级部间的流路(狭缝104)的长度是实质上可以忽略的程度的长度。因此，当在连续的分级部间进行输送时，可将由带电粒子的扩散等所造成的损耗的影响限定在最小限度而进行多级分级。
例如，在具有图9所示的构造的CDMA中，已知当只想分离取出特定粒径的带电粒子时，会混入有0.001～0.01％以上的共存的试样气体成分(Performance of Nano-DMA Operated with Different Gases for Sheath and Aerosol Carrier Flows：Aerosol Sci.and Tech.，39，pp.919to 928(2005))。因此，在将先前构造的DMA用作从试样气体中的气体成分中筛选带电粒子的装置的方法(参照日本公开专利公报：特开2001-239181号公报等)中，气体的去除能力不充分，在筛选带电粒子的用途及组成分析中可能会成为问题。
但是，在DMA100中，通过进行多级分级，可提高试样气体的去除能力(理论上提高级数次方)，并能够以更高的纯度回收特定粒径的气溶胶粒子。
(4)能够分析带电粒子的粒径变化
另外，作为进行多级分级的其他优点，也可列举能够分析分级过程中的带电粒子的粒径变化。例如，当将第1分级部10和第2分级部20的分级条件设定为对相同粒径的带电粒子进行分级时，如分级过程中带电粒子的粒径不发生变化，则该带电粒子从出口狭缝106被取出。
另一方面，当该带电粒子未从出口狭缝106被取出时，可预测在分级过程中带电粒子的粒径已发生了变化。另外，在此情况下，通过使第2分级部20的分级条件连续地变化，能够分析带电粒子的粒径变化的程度。这样的分析对于挥发性的带电粒子的分析特别有用。
以下，表示使用DMA100分析带电粒子的粒径变化的一例。此外，以下的说明中所使用的各符号的说明如图1以及所述的(DMA100的运转原理)一栏中所记载的那样。
在DMA100中，可分别地控制流过第1分级部10以及第2分级部20的鞘气的流量。首先，以使具有所期望的特定粒径的带电粒子可穿过狭缝104的方式，在L10＝L20、a10＝a20并且b10＝b20的条件下，根据所述式(4)～(6)进行计算而将V10及Qs10设定为最佳值。其次，设定为V10＝V20、且Qs10＝Qs20(即分级部间的分级条件为相同)后，将含有带电粒子的试样气体从入口狭缝102导入。此时，在第1分级部10内进行分级并穿过狭缝104的特定粒径的带电粒子，应该会经由出口狭缝106而被从分级槽101取出。
当未从出口狭缝106取出所期望的特定粒径的带电粒子时，可明确看出在第2分级部20中带电粒子的电迁移率与在第1分级部10内不同，从而可判断带电粒子的粒径已发生变化。此时，在适当的Qs10及Qs20下，固定V10并使V20连续地或阶段性地变化。然后，通过记录从出口狭缝106取出带电粒子时的V20，并根据式(4)～(6)进行计算，可求出被从出口狭缝106取出时的带电粒子的粒径。由此，可知在分级过程中是否因蒸发而引起带电粒子的粒径的减少，或者其减少的程度。
在DMA100中，与先前的将2台CDMA串联连接而成的系统相比，实质上不存在在连接DMA彼此的流路中的滞留时间。由此，可仅确定分级过程(分级槽101内)中的粒径的变化。另外，通过对第2分级部20中所获得的粒径分布与第1分级部10中所获得的粒径分布进行比较，可获得例如有核成长的程度等的与挥发性气溶胶粒子的热力学特征相关的信息。
另外，在图1中的(b)中，当通过增大第1分级部10的分级长度L10，并减小第2分级部20的分级长度L20而使带电粒子的粒径的减少特别显著时，也可对其粒径进行分析。此外，通过优化L10及L20，并且使Qs10及Qs20最佳化，也可在规定的范围内使得分级槽101内部的带电粒子的滞留时间最佳化。
[实施方式2]
如果根据图3对本发明的DMA的另一个实施方式进行说明则为如下所述。图3中的(a)及(b)是示意性地表示在与各狭缝相垂直的平面上切断DMA300而得的截面的截面图。此外，为了便于说明，对具有与实施方式1的DMA100的构成要素相同的功能的构成部件标注相同的编号，并省略其说明。在本实施方式中，主要对与实施方式1的不同点进行说明。
(DMA300的构成)
如图3所示，DMA300与实施方式1的DMA100相比，仅第2分级部及其周边构成不同。具体而言，在DMA300中，具备出口电极107a来代替DMA100中的出口电极107，此出口电极107a具有形成在与入口狭缝102相同的高度的出口狭缝106a。而且，由彼此相对的中间电极105及出口电极107a，分级槽101的框体内壁来形成有第2分级部20a。
在DMA300中，相邻的第1分级部10与第2分级部20，共有着中间电极105和此电极所具有的狭缝104。另外，与中间电极105相对的两块电极(入口电极103和出口电极107a)所具有的狭缝(入口狭缝102及出口狭缝106a)相对于所共有的狭缝104而位于上方且相同高度的位置。也就是说，在DMA300中，在相邻的分级部之间，入口一侧的狭缝与出口一侧的狭缝的位置关系颠倒。由此，必须在第1分级部10与第2分级部20a中使鞘气的流线方向(流动方向)相反。因此，以相对于第2分级部20a使鞘气从下方朝上方流动的方式，在第2分级部20a的下部连接气体供给管212，并在上部连接气体排出管214。
此外，着眼于相邻的第1分级部10与第2分级部20的狭缝的配置关系，以下，有时也将与DMA300类似的构造称为对称型DMA。另外，有时也将与实施方式1中所示的DMA100类似的构造称为非对称型DMA。
(DMA300的运转例)
在DMA300中，含有带电粒子的试样气体从入口狭缝102导入到第1分级部10内。然后，第1分级部10内分级的结果，仅具有规定的粒径的带电粒子从位于鞘气的流线方向下游一侧(下方)的狭缝104被导入到第2分级部20a内。继而，第2分级部20a内分级的结果，仅具有规定的粒径的带电粒子从位于鞘气的流线方向下游一侧(上方)的出口狭缝106a被取出到分级槽101外。
另外，如图3中的(a)及(b)所示，在DMA300中，即便使中间电极105在上下方向移动时，第1分级部10的分级长度(狭缝间距离)与第2分级部20a的分级长度也始终是相等的关系。
(DMA300的主要特征)
虽然并无特别限定，但与实施方式1中所说明的DMA100相比，DMA300的主要特征为如下所述。此外，DMA300共有着DMA100所具有的全部优点，省略对其的重复说明。
(1)可在将装置长度维持在紧凑的状态下进行广泛的多级分级
例如，在图1所示的DMA100中，假定在第1分级部10及第2分级部20中以完全相同的分级条件进行多级分级。在此情况下，以满足分级长度L10＝L20的关系的方式设定中间电极105的位置(参照图1中的(a))。由此，在第1分级部10及第2分级部20中可确保的分级长度的上限，成为各分级部的长度的约1/2。
另一方面，在DMA300中，不管中间电极105的位置如何，第1分级部10及第2分级部20a可确保的分级长度始终相等。由此，即便假定在第1分级部10及第2分级部20a中以完全相同的分级条件进行多级分级时，也可确保与各分级部的长度实质上相同的分级长度(参照图3(b))。
也就是说，DMA300可在将装置长度维持在紧凑的状态下确保更广的分级长度。其结果，可在将装置长度维持在紧凑的状态下进行更广泛的粒径的带电粒子的多级分级。
[实施方式3]
如果根据图4对本发明的DMA的又一个实施方式进行说明则为如下所述。图4中的(a)及(b)是示意性地表示在与各狭缝相垂直的平面上切断DMA400而得的截面的截面图。此外，为了便于说明，对具有与实施方式1的DMA100的构成部件相同的功能的构成部件标注相同的编号，并省略其说明。在本实施方式中，主要对与实施方式1和实施方式2的不同点进行说明。
(DMA400的构成)
如图4所示，DMA400与实施方式1的DMA100相比，仅第2分级部及其周边的构成不同。具体而言，在DMA400中，具备出口电极107b来代替DMA100中的出口电极107，此出口电极107b在不同的高度上具有两个出口狭缝106a、106。而且，由相对的中间电极105及出口电极107b，分级槽101的框体内壁来形成第2分级部20b。
出口狭缝106a形成在与入口狭缝102相同的高度上。出口狭缝106形成在出口狭缝106a的下方。在连接于出口狭缝106a的粒子取出管上设置有开闭阀130，在连接于出口狭缝106的粒子取出管上设置有开闭阀131。当使用DMA400时，将开闭阀130、131的任一方打开且将另一方关闭，由此选择性地使用出口狭缝106a及出口狭缝106的任一方。
位于第2分级部20b的上部的开口5c经由气体供给管212而连接于鞘气供给装置110，开口5d连接于气体排出管214a。位于第2分级部20b的下部的开口6c连接于气体排出管214，开口6d经由气体供给管212a而连接于鞘气供给装置110上。气体排出管214a具备流量调节阀163与质量流量计173(MFM173)，从而控制来自第2分级部20b的鞘气的排气量。气体供给管212a具备质量流量控制器116a，从而控制供给到第2分级部20b的鞘气的供给流量。
例如，如图4中的(a)所示，当使鞘气从第2分级部20b的上方流向下方时，仅将气体供给管212及气体排出管214用于鞘气的供给及排出来使DMA400运转。另一方面，如图4中的(b)所示，当使鞘气从第2分级部20b的下方流向上方时，仅将气体供给管212a及气体排出管214a用于鞘气的供给及排出来使DMA400运转。
(DMA400的主要特征)
DMA400是实施方式1中所示的DMA100与实施方式2中所示的DMA300的混合型的DMA，其兼具两者的优点。
例如，图4中的(a)表示将开闭阀130设为“闭”且将开闭阀131设为“开”而使用出口狭缝106的状态。也就是说，DMA400作为与DMA100相同的装置而发挥功能。另一方面，图4中的(b)表示将开闭阀130设为“开”且将开闭阀131设为“闭”而使用出口狭缝106a的状态。也就是说，DMA400作为与DMA300相同的装置而发挥功能。
[实施方式4]
如果根据图5对本发明的DMA的又一个实施方式进行说明则为如下所述。图5是示意性地表示在与各狭缝相垂直的平面上切断DMA500而得的截面的截面图。此外，为了便于说明，对具有与实施方式1的DMA100的构成部件相同的功能的构成部件标注相同的编号，并省略其说明。在本实施方式中，主要对与实施方式1的不同点进行说明。
(DMA500的构成)
如图5所示，DMA500是在DMA100中使分级部从2级增加到3级的构成。根据此构成，除了DMA100所具有的优点以外，可实现与DMA100相比气体去除能力进一步提升的高效的多级分级。
DMA500除了包括具有入口狭缝102的入口电极103、具有出口狭缝106的出口电极107以外，还包括两个中间电极105a、105b。在中间电极105a、105b上分别设置有狭缝104a、104b。入口电极103、中间电极105a、中间电极105b、以及出口电极107分别将两侧固定在分级槽101的框体内壁，而形成密闭的第1分级部10c、第2分级部20c以及第3分级部30c。
各分级部在位于其上部的鞘气导入口经由导管而与鞘气供给装置110连接。导管具备质量流量控制器115a、115b、115c。通过各个质量流量控制器115a、115b、115c的开闭及开闭的程度，可分别地控制流过各分级部的鞘气的流量。在DMA500中，位置调整机构120、121具备在铅垂方向上延伸到中间电极105a的导轨122a、123a，以及在铅垂方向上延伸到中间电极105b的导轨122b、123b。中间电极105、105b可沿着导轨在上下方向(鞘气的流线方向)连续地移动，且可固定在所期望的位置。当使中间电极105a、105b在相同方向上移动相同距离时，也可不变更第2分级部20c的分级长度，而仅变更第1分级部10c的分级长度和第3分级部30c的分级长度。
此外，各分级部在位于其下部的鞘气排出口经由导管而与鞘气排出装置110连接。也就是说，DMA500成为将穿过各分级部的鞘气回收及过滤后加以再利用的构成。此外，在图5中，省略关于鞘气排出一侧的流量控制机构的图示。
[实施方式5]
如果根据图6对本发明的DMA的又一个实施方式进行说明则为如下所述。图6是示意性地表示在与各狭缝垂直的平面上切断DMA600而得的截面的截面图。此外，为了便于说明，对具有与实施方式2的DMA300的构成部件相同的功能的构成部件标注相同的编号，并省略其说明。在本实施方式中，主要对与实施方式2的不同点进行说明。
(DMA600的构成)
如图6所示，DMA600是将两个与对称型的DMA300所具备的分级槽相同的构成直接连结而使分级部从2级增加到4级的构成。根据此构成，除了DMA300所具有的优点以外，可与DMA300相比实现气体去除能力进一步提升的高效的多级分级。
微分型电气移动分级装置600除了包括具有入口狭缝102的入口电极103、具有出口狭缝106a的出口电极107以外，还包括三个中间电极105a、105b、105c。在中间电极105a、105b、105c上分别设置有狭缝104a、104b、104c。入口电极103、中间电极105a、中间电极105b、中间电极105c、以及出口电极107分别将其两侧固定在分级槽101的框体内壁，而形成密闭的第1分级部10d、第2分级部20d、第3分级部30d、以及第4分级部40d。
第1分级部10d和第3分级部30d在位于其上部的鞘气导入口经由导管而与鞘气供给装置110连接。第2分级部20d及第4分级部40d在位于其下部的鞘气导入口经由导管而与鞘气供给装置110连接。导管具备质量流量控制器115a、115b、115c、115d。通过各个质量流量控制器115a、115b、115c、115d的开闭及开闭的程度，可分别地控制流过各分级部的鞘气的流量。
此外，在DMA600中，位置调整机构120、121具备：在铅垂方向上延伸到中间电极105a的导轨122a、123a；在铅垂方向上延伸到中间电极105b的导轨122b、123b；以及在铅垂方向上延伸到中间电极105c的导轨122c、123c。中间电极105、105b、105c可沿着导轨在上下方向(鞘气的流线方向)连续地移动，且可固定在所期望的位置。例如，当使中间电极105a、105c的组合在相同方向上仅移动相同距离时，可使能够分级的带电粒子的粒径的上限值最佳化。另外，当使中间电极105a、105b的组合或中间电极105b、105c的组合在相同方向上仅移动相同距离时，也可不改变第2分级部20d或第3分级部30d的分级长度，而仅改变第1分级部10d的分级长度及第4分级部40d的分级长度。
另外，例如在第3分级部30d的下部设置有粒子取出管(未图示)，使所期望的粒径的带电粒子从分级槽101排出而不使用第4分级部40d等，视需要也可使用DMA600的一部分。在此情况下，不需要将鞘气供给到第4分级部40d内。
此外，DMA600与实施方式4中所示的DMA500相同，是将穿过各分级部的鞘气回收及过滤后加以再利用的构成。此外，在图6中，省略关于鞘气排出一侧的流量控制机构的图示。
[实施方式6]
接下来，使用图7对本发明的粒子测量、筛选系统700进行说明。粒子测量、筛选系统700是由DMA100(参照实施方式1)、带电装置710、质量分析装置720、粒子数测量装置730以及粒子收集装置740所构成的。
带电装置710经由导管而与DMA100所具有的入口狭缝102连接。质量分析装置720、粒子数测量装置730、以及粒子收集装置740经由十字管而分别与DMA100所具有的出口狭缝106连接。
含有气溶胶的试样气体通过带电装置710而被赋予有电荷，从而成为含有带电气溶胶的试样气体。通过将开闭阀111打开，而将此试样气体从入口狭缝102取入到分级槽101内，并通过第1分级部10和第2分级部20对带电气溶胶进行分级。具有规定粒径的带电气溶胶从出口狭缝106被取出。
当欲对于从出口狭缝106取出的带电气溶胶进行质量分析时，将开闭阀702、703关闭且将开闭阀131、701打开，从而将此带电气溶胶导入到质量分析装置720内。当欲对于从出口狭缝106取出的带电气溶胶的粒子数进行计数时，将开闭阀701、703关闭并将开闭阀131、702打开，从而将此带电气溶胶导入到粒子数测量装置730内。另外，通过将开闭阀701、702关闭并将开闭阀131、703打开，可利用粒子收集装置740筛选并收集特定粒径的粒子。
如以上使用实施方式1～6所说明的一样，本发明的DMA包括：1)分级槽，其中依次配置有彼此相隔规定距离且相对而设的n个(n为3以上的整数)面状电极，所述面状电极均具有供带电粒子所穿越的狭缝；2)气体供给部，其对所述分级槽供给鞘气；以及3)电压供给部，其在所述分级槽内的彼此相对的所述电极间施加规定的电压；并且，所述分级槽具有在每组彼此相对的所述电极之间形成的，将带电粒子进行分级的(n-1)级的分级部，所述气体供给部对供给到所述分级槽的所述鞘气的流量，在所述每个分级部分别进行控制。
在实施方式1～6中，例示了具备3个～5个电极作为所述面状电极的情况，但面状电极的个数并不特别限定于此，当然也可为6个以上。另外，在实施方式1～6中，将具备长方形状(平板形状)的电极作为所述面状电极的例子示为较佳例，但并不特别限定于此，例如也可使用曲面状的电极。作为曲面状的电极，更具体而言可列举配置成同心圆状的n个(n为3以上的整数)圆筒状的电极。
另外，在本发明的DMA中，也可在至少一组的相邻的所述分级部之间，使所述鞘气的流线方向相反。在此情况下，在本发明的DMA中，相邻的分级部共有1个狭缝，其他狭缝(一分级部的粒子的入口侧狭缝与另一分级部的粒子的出口侧狭缝)相对于所共有的狭缝而均位于上方或下方(参照实施方式2和5)。
在实施方式1～6所示的DMA中，通过使用位置调整机构使面状电极在上下方向上移动来变更形成在此电极上的狭缝的位置。但是，变更狭缝的位置的方法并不特别限定于此，例如，也可形成能够将狭缝的形成位置不同的多个面状电极相互拆下而加以交换的构成来变更狭缝的位置。
在实施方式1～6所示的DMA中，各分级部的鞘气的供给流量是通过质量流量控制器来自动控制的，鞘气的排出流量是通过手动来控制的。但是，也可设为鞘气的排出流量等也使用质量流量控制器等来自动控制的构成。另外，本发明的DMA也可设为如下的构成，即设置一个对所有分级部的鞘气的供给流量与排出流量总括地进行自动控制的控制部。
使用本发明的DMA的分级的对象粒子的粒径并无特别限定，但特别适用于从纳米级到微米级的微粒子。
如上所述，本发明所涉及的微分型电迁移率分级装置(DMA)的一个特征在于，包括：分级槽，其中依次配置有彼此相隔规定距离且相对而设的n个(n为3以上的整数)面状电极，所述面状电极均具有供带电粒子所穿越的狭缝；气体供给部，其对所述分级槽供给鞘气；以及电压供给部，其在所述分级槽内的彼此相对的所述电极间施加规定的电压；并且，所述分级槽具有在每组彼此相对的所述电极之间形成的，将带电粒子进行分级的(n-1)级的分级部，所述气体供给部对供给到所述分级槽的所述鞘气的流量，在所述每个分级部分别进行控制。
另外，本发明的DMA优选在所述构成中，在所述分级部的至少一个中，相对的所述电极所具有的狭缝彼此在所述鞘气的流线方向上的相对的位置关系可改变。作为一例，可列举具备如下的位置改变机构的DMA，此位置改变机构是通过使相对的所述电极沿着所述鞘气的流线方向或其反方向相对移动，来变更所述狭缝彼此的相对的位置关系。
根据所述构成，能够以分级部为单位比较容易地改变分级条件。尤其，如果在除了形成有将带电的粒子导入到分级槽的入口狭缝的电极、以及形成有将此粒子从分级槽取出的出口狭缝的电极以外的电极(位于两电极之间的中间电极)中变更狭缝的位置，则无需使连接于DMA的前后的其他装置的位置移动。当然，也不需要填补用以连接DMA与其他装置的流路，因此也具有无需考虑依赖于带电的粒子的粒径的扩散损耗的效果的优点。
本发明的DMA也可为在所述构成中，在至少一组相邻的所述分级部间使所述鞘气的流线方向彼此相反(对称型DMA)。根据此构成，可在维持装置长度紧凑的状态下确保更宽的分级长度。其结果，可在维持装置长度紧凑的状态下进行更广范围的粒径的粒子的多级分级。
本发明的DMA也可为如下构成：在所述构成中，所述电压供给部控制施加到每个相对的所述电极间的电压。根据此构成，以分级部为单位的分级条件的改变变得更加容易。
本发明的DMA优选在所述构成中，n个所述电极为平板形状且以相互平行的方式配置在所述分级槽内。根据此构成，可提供平行平板型的多级分级DMA。
本发明的DMA也可为如下构成：在所述构成中，具有用以将带电的粒子取出到分级槽外的所述狭缝的所述电极，可以在其不同高度的位置上具有多个所述狭缝。根据此构成，可根据目的而选择使用用以将粒子取出到分级槽外的狭缝。而且，可将此DMA用作所谓的对称型DMA，也可用作非对称型DMA。
另外，本发明的DMA也可为如下构成：为了可选择使用所述狭缝，所述气体供给部针对每个所述分级部，而分别控制所述鞘气的流线方向。
另外，在本发明的DMA中，优选所述气体供给部对每个所述分级部以与来自此分级部的鞘气的排出流量实质上相同的流量供给鞘气。
[实施例]
以下，使用实施例更具体地说明本发明的一例。
[实施例1]
在本实施例中，制作了具有与实施方式1中所示的DMA100(参照图1)相同的构成，并设计成L10＝L20＝25(mm)、a10＝a20＝5(mm)、b10＝b20＝100(mm)的DMA100。然后，使用此DMA100，在Qs10及Qs20相互独立地为0或10(std L/min)的鞘气流量条件下，测定平均粒径为30nm的聚苯乙烯乳胶(Polystyrene Latex，PSL)标准粒子，将其结果汇总示于图8。此外，符号L10、L20、a10、a20、b10、b20、Qs10以及Qs20与实施方式1中所说明的一样。
利用电喷雾离子化装置使分散在溶液中的PSL标准粒子气溶胶化，并通过中和器使之成为平衡带电状态后，从DMA100的试样气体取入口(图1所示的入口狭缝102)导入。此外，DMA100在所述流量条件下，且在将试样气体取入口与分级气体取出口关闭时(将图1所示的开闭阀111、131关闭时)，确认了内部的压力保持在大气压。在分级气体取出口侧(图1所示的出口狭缝106的下游一侧)连接有凝缩式气溶胶粒子计数装置(CPC，Condensation Particle Counter，凝聚粒子计数器)，以1.5(L/min)的流量将试样气体取入到DMA100内，并将相同流量的分级气体送入到CPC内来对经分级的气溶胶粒子进行计数。
设为Qs10＝10、Qs20＝0(std L/min)且仅在第1分级部10进行分级而得的粒径分布，与设为Qs10＝0、Qs20＝10(std L/min)且仅在第2分级部20进行分级而得的粒径分布几乎一致，且在30nm处显示峰值。由此，表示各分级部分别可正常地对标准粒子进行分级。在图8中，利用中空的四边形(在第1分级部内的结果)以及中空的圆形(在第2分级部内的结果)来表示其结果。
其次，设为Qs10＝Qs20＝10(std L/min)且将第1分级部10的施加电压固定在使30nm的粒子穿过的电压，在第2分级部20中所测定的气溶胶粒子的粒径分布因由第1分级部10进行了筛选而在粒径30nm处显示出分布范围狭小的峰值。由此，可确认第1分级部10与第2分级部20独立地同时动作，非挥发性的PSL标准粒子并未因分级而引起粒径发生变化。在图8中，利用中空的菱形来表示其结果。
其次，设为Qs10＝Qs20＝10(std L/min)，通过如下的同时动作所获得的气溶胶粒子的粒径分布在30nm处显示峰值，所述同时动作是指对第1分级部10及第2分级部20施加使第1分级部10及第2分级部20进行分级的粒径始终相同的电压。由此，确认具有两个分级部的DMA显示出作为一体的分级性能。在图8中利用实心圆(黑圆)来表示结果。
工业实用性
本发明可用于对气体中的粒子进行分级和进行分析的目的。

Claims (11)

1.一种微分型电迁移率分级装置，其根据电迁移率来对带电的粒子进行分级，其特征在于，包括：
分级槽，其中依次配置有彼此相隔规定距离且相对而设的n个面状电极，所述电极具有使带电的粒子穿过的狭缝；
气体供给部，其对所述分级槽供给鞘气；以及
电压供给部，其在所述分级槽内的彼此相对的所述电极间施加规定的电压，
并且，所述分级槽具有在每组彼此相对的所述电极之间形成的，将带电粒子进行分级的n-1级的分级部，
所述n为3以上的整数，所述气体供给部对供给到所述分级槽的所述鞘气的流量，在所述每个分级部分别进行控制。
2.根据权利要求1所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
在所述分级部的至少一个中，彼此相对的所述电极所具有的狭缝之间的，在所述鞘气的流线方向上的相对的位置关系是可变的。
3.根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
在至少一组的相邻的所述分级部间，所述鞘气的流线方向彼此相反。
4.根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
所述电压供给部分别控制施加到每组彼此相对的所述电极间的电压。
5.根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
n个所述电极为平板形状且以相互平行的方式配置在所述分级槽内。
6.根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
具有用以将带电的粒子取出到分级槽外的所述狭缝的所述电极，在此电极中的不同高度的位置上具有多个所述狭缝。
7.根据权利要求6所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
所述气体供给部对每个所述分级部而分别控制所述鞘气的流线方向。
8.根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
所述气体供给部对每个所述分级部，以与来自此分级部的鞘气的排出流量实质上相同的流量而供给鞘气。
9.根据权利要求2所述的微分型电迁移率分级装置，其特征在于：
包括位置改变机构，此位置改变机构通过使相对的所述电极沿着所述鞘气的流线方向或其反方向相对移动，来变更所述狭缝之间的相对的位置关系。
10.一种粒子测量系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置；以及粒子成分测量装置，其对通过此微分型电迁移率分级装置而分级的粒子的化学成分进行分析。
11.一种粒子筛选系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1或2所述的微分型电迁移率分级装置；以及粒子筛选装置，其对通过此微分型电迁移率分级装置而分级的特定粒径的粒子进行筛选并加以回收。
CN201110033972.7A 2010-02-02 2011-01-31 微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统 Expired - Fee Related CN102192949B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP021552/10 2010-02-02
JP2010021552A JP5652851B2 (ja) 2010-02-02 2010-02-02 微分型電気移動度分級装置、粒子計測システム、及び粒子選別システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102192949A true CN102192949A (zh) 2011-09-21
CN102192949B CN102192949B (zh) 2014-05-07

Family

ID=43552720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110033972.7A Expired - Fee Related CN102192949B (zh) 2010-02-02 2011-01-31 微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8698076B2 (zh)
EP (1) EP2352008A3 (zh)
JP (1) JP5652851B2 (zh)
CN (1) CN102192949B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102500559A (zh) * 2011-11-10 2012-06-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种在线分级纳米级粒子粒径的装置
CN102680368A (zh) * 2012-05-25 2012-09-19 西安交通大学 一种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器
CN104380078A (zh) * 2012-06-06 2015-02-25 株式会社岛津制作所 微粒分级测定装置、粒子浓度分布均匀的试样制作装置、以及纳米粒子膜成膜装置
CN104634703A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 郑秀惠 空气离子迁移率谱分析方法及仪器
CN104934287A (zh) * 2015-05-06 2015-09-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种低场差分离子迁移谱仪及其物质检测方法
CN105547962A (zh) * 2016-01-11 2016-05-04 河南理工大学 地下水中高水压作用下溶质迁移转化的一维模拟装置
CN106463330A (zh) * 2014-05-13 2017-02-22 英国质谱公司 多维离子分离
CN107809065A (zh) * 2016-09-09 2018-03-16 株式会社岛津制作所 粒子浓缩装置
CN107864668A (zh) * 2015-06-15 2018-03-30 代尔夫特工业大学 粒子迁移率分析器
CN108279192A (zh) * 2018-01-29 2018-07-13 北京市劳动保护科学研究所 一种可吸入颗粒物粒径分级装置
CN113109220A (zh) * 2021-05-18 2021-07-13 中国计量大学 基于电迁移率的气溶胶分离装置
CN115773977A (zh) * 2022-12-01 2023-03-10 中国计量科学研究院 基于es-dma-cpc颗粒计数的蛋白质定量方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9239279B1 (en) * 2011-06-03 2016-01-19 Arkansas State University—Jonesboro Sequential differential mobility analyzer and method of using same
DE102012215830A1 (de) * 2011-09-07 2013-03-07 Rion Co. Ltd. Partikelgrößenverteilungsmessvorrichtung und Verfahren zur Messung einer Partikelgrößenverteilung
EP2791963A4 (en) * 2011-12-15 2015-07-29 Academia Sinica DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER WITH PERIODIC FIELD
US9095793B2 (en) 2012-02-17 2015-08-04 California Institute Of Technology Radial opposed migration aerosol classifier with grounded aerosol entrance and exit
US9138663B2 (en) 2012-02-17 2015-09-22 California Institute Of Technology Opposed migration aerosol classifier gas and heat exchanger
JP5884544B2 (ja) * 2012-02-20 2016-03-15 株式会社島津製作所 光学的粒子計測装置
US9677984B2 (en) * 2014-01-31 2017-06-13 University Of Maryland Pulsed-field differential mobility analyzer system and method for separating particles and measuring shape parameters for non-spherical particles
TWI549745B (zh) * 2014-05-16 2016-09-21 財團法人工業技術研究院 溶液混合裝置與混合方法以及溶液粒子監測系統與監測方法
JP2017009466A (ja) * 2015-06-23 2017-01-12 富士電機株式会社 粒子複合分析装置の校正方法及び粒子複合分析装置
FI20155760A (fi) 2015-10-26 2017-04-27 Dekati Oy Varaajayksikkö hiukkasmonitorointilaitteistoa varten sekä hiukkasmonitorointilaitteisto
JP2017133925A (ja) * 2016-01-27 2017-08-03 富士電機株式会社 粒子分析装置
JP2018077153A (ja) * 2016-11-10 2018-05-17 株式会社島津製作所 粒子捕集装置
WO2023224771A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Becton, Dickinson And Company Particle sorter nozzles and methods of use thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10288600A (ja) * 1997-04-16 1998-10-27 Rikagaku Kenkyusho 微分型電気移動度測定器
JPH11264790A (ja) * 1998-03-17 1999-09-28 Rikagaku Kenkyusho 微分型電気移動度測定器
US7521673B2 (en) * 2005-08-24 2009-04-21 Rahem, S.A. Wide range, very high resolution differential mobility analyzer (DMA)

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7004A (en) * 1850-01-08 Connecting ctjttees to shafts of boeing instetjments
FR2720506B1 (fr) * 1994-05-24 1996-07-05 Commissariat Energie Atomique Spectromètre de particules submicroniques.
FR2720505B1 (fr) 1994-05-24 1996-07-05 Commissariat Energie Atomique Sélecteur de particules chargées, à haute sensibilité.
FR2745086B1 (fr) * 1996-02-15 1998-03-13 Commissariat Energie Atomique Selecteur de particules chargees, en fonction de leur mobilite electrique et de leur temps de relaxation
US5869831A (en) * 1996-06-27 1999-02-09 Yale University Method and apparatus for separation of ions in a gas for mass spectrometry
US6230572B1 (en) * 1998-02-13 2001-05-15 Tsi Incorporated Instrument for measuring and classifying nanometer aerosols
JPH11297582A (ja) 1998-04-14 1999-10-29 Rikagaku Kenkyusho 微粒子発生診断システムおよびその方法
JP2001133387A (ja) * 1999-11-09 2001-05-18 Matsushita Research Institute Tokyo Inc 超微粒子分級装置
JP3629512B2 (ja) * 2000-02-29 2005-03-16 独立行政法人産業医学総合研究所 微粒子分級装置及びその方法
JP4280809B2 (ja) * 2000-03-29 2009-06-17 パナソニック株式会社 超微粒子分級装置
US6648975B2 (en) 2000-03-29 2003-11-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for fabricating quantum dot functional structure, quantum dot functional structure, and optically functioning device
US7122794B1 (en) * 2002-02-21 2006-10-17 Sionex Corporation Systems and methods for ion mobility control
JP4442506B2 (ja) * 2005-04-27 2010-03-31 株式会社島津製作所 ナノ粒子分級捕集装置
AT502207B1 (de) * 2005-08-05 2007-11-15 Univ Wien Verfahren zum klassifizieren und trennen von teilchen sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens
JP4611155B2 (ja) * 2005-09-01 2011-01-12 三菱重工業株式会社 電気移動度分級装置及び微粒子成分の計測システム
JP4307453B2 (ja) * 2006-02-14 2009-08-05 ワイコフ科学株式会社 複合型微粒子分析装置及び複合型微粒子分析装置の組合体
US7928374B2 (en) * 2006-04-10 2011-04-19 Sociedad Europea de Analisis Diferencial de Movilidad Resolution improvement in the coupling of planar differential mobility analyzers with mass spectrometers or other analyzers and detectors
JP4732952B2 (ja) * 2006-05-23 2011-07-27 学校法人 中央大学 微粒子分級装置
WO2008003797A1 (es) * 2006-07-04 2008-01-10 Ramem, S.A. Analizador de movilidad diferencial
US7723677B2 (en) * 2006-07-18 2010-05-25 Ramen, S.A. Wide range, very high resolution differential mobility analyzer (DMA)
JP4898385B2 (ja) * 2006-10-25 2012-03-14 独立行政法人理化学研究所 微粒子分級装置
WO2008101998A2 (en) * 2007-02-24 2008-08-28 Sociedad Europea De Análisis Diferencial De Movilidad, S.L. Method to accurately discriminate gas phase ions with several filtering devices in tandem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10288600A (ja) * 1997-04-16 1998-10-27 Rikagaku Kenkyusho 微分型電気移動度測定器
JPH11264790A (ja) * 1998-03-17 1999-09-28 Rikagaku Kenkyusho 微分型電気移動度測定器
US7521673B2 (en) * 2005-08-24 2009-04-21 Rahem, S.A. Wide range, very high resolution differential mobility analyzer (DMA)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102500559A (zh) * 2011-11-10 2012-06-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种在线分级纳米级粒子粒径的装置
CN102680368A (zh) * 2012-05-25 2012-09-19 西安交通大学 一种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器
CN102680368B (zh) * 2012-05-25 2014-07-23 西安交通大学 一种基于电感量测量的在线油液颗粒传感器
CN104380078A (zh) * 2012-06-06 2015-02-25 株式会社岛津制作所 微粒分级测定装置、粒子浓度分布均匀的试样制作装置、以及纳米粒子膜成膜装置
CN104634703A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 郑秀惠 空气离子迁移率谱分析方法及仪器
CN104634703B (zh) * 2013-11-08 2019-01-25 郑秀惠 空气离子迁移率谱分析方法及仪器
CN106463330B (zh) * 2014-05-13 2018-10-09 英国质谱公司 多维离子分离
CN106463330A (zh) * 2014-05-13 2017-02-22 英国质谱公司 多维离子分离
CN104934287B (zh) * 2015-05-06 2017-08-11 中国科学院合肥物质科学研究院 一种低场差分离子迁移谱仪及其物质检测方法
CN104934287A (zh) * 2015-05-06 2015-09-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种低场差分离子迁移谱仪及其物质检测方法
CN107864668A (zh) * 2015-06-15 2018-03-30 代尔夫特工业大学 粒子迁移率分析器
CN105547962A (zh) * 2016-01-11 2016-05-04 河南理工大学 地下水中高水压作用下溶质迁移转化的一维模拟装置
CN105547962B (zh) * 2016-01-11 2018-11-27 河南理工大学 地下水中高水压作用下溶质迁移转化的一维模拟装置
CN107809065A (zh) * 2016-09-09 2018-03-16 株式会社岛津制作所 粒子浓缩装置
CN108279192A (zh) * 2018-01-29 2018-07-13 北京市劳动保护科学研究所 一种可吸入颗粒物粒径分级装置
CN113109220A (zh) * 2021-05-18 2021-07-13 中国计量大学 基于电迁移率的气溶胶分离装置
CN115773977A (zh) * 2022-12-01 2023-03-10 中国计量科学研究院 基于es-dma-cpc颗粒计数的蛋白质定量方法
CN115773977B (zh) * 2022-12-01 2023-07-18 中国计量科学研究院 基于es-dma-cpc颗粒计数的蛋白质定量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102192949B (zh) 2014-05-07
EP2352008A3 (en) 2014-10-08
US20120001067A1 (en) 2012-01-05
EP2352008A2 (en) 2011-08-03
JP5652851B2 (ja) 2015-01-14
JP2011158399A (ja) 2011-08-18
US8698076B2 (en) 2014-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102192949B (zh) 微分型电迁移率分级装置、粒子测量系统以及粒子筛选系统
US7437908B2 (en) Particle counter
US9500569B2 (en) Cascade impactor
WO1998058725A1 (en) Apparatus for separation and concentration of particles from a fluid stream
WO2015148148A1 (en) Pressure-based airflow sensing in particle impactor systems
CN108120623B (zh) 一种柴油机排气颗粒物分级采样装置及其控制方法
Chen et al. A novel virtual impactor: Calibration and use
CN105203434A (zh) 测量气溶胶含水量的粒径谱仪
Mitchell Aerosol generation for instrument calibration
Wang et al. The collection method for crop fungal spores based on an efficient microfluidic device
KR101953018B1 (ko) 미세입자 측정시스템
Demokritou et al. Development of a high-volume concentrated ambient particles system (CAPS) for human and animal inhalation toxicological studies
US8178341B2 (en) Electrostatic particle exposure system and method of exposing a target material to small particles
Kim et al. Experimental study of small virtual cyclones as particle concentrators
Jung et al. Removal characteristics and distribution of indoor tobacco smoke particles using a room air cleaner
KR100893371B1 (ko) 멤스기반 초소형 전기적 임팩터
Liu et al. Advances in particle sampling and measurement
Cheng et al. Development of a microsampler suitable for aerial collection of aerosol particles
KR102215223B1 (ko) 미세먼지 측정장치
CN209264503U (zh) 一种旋风分离器流场示踪装置
KR20030047379A (ko) 액적 크기분포 측정용 다단 임팩터
JP2014228377A (ja) 粒子捕集機構及びそれを用いた微粒子分析装置
Romay et al. Design of Round-Nozzle Inertial Impactors Review with Updated Design Parameters
LaCroix A two-stage 100 l/min circumferential slot virtual impactor system for bioaerosol concentration
Seshadri The In-Line Virtual Impactor

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190128

Address after: Saitama Prefecture, Japan

Patentee after: Orii Takaaki

Address before: Saitama Prefecture, Japan

Patentee before: RIKEN

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140507

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee