JP2004144647A - トータルエアロゾル分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】大気中のエアロゾルは巻取式エアロゾル捕集フィルタ１とエアロゾル吸引管２により捕集されてエアロゾル試料１０を形成する。試料１０は電子線源３の直下に移動し電子線に曝される。入射電子線の強度Ｉ０ と出射電子線の強度Ｉを電子線検出器６で測定して、β線吸収方式で試料１０の重量ｘを求める。重量分析が終わった試料１０はＸ線源７によって発生した励起Ｘ線がエアロゾル試料１０に照射され、そのとき発生した特性Ｘ線をＸ線検出器９によって検出し、Ｘ線元素分析法を利用してエアロゾル試料１０の成分分析を行う。
【選択図】 図１
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は大気浮遊微粒子（エアロゾル）の濃度・成分を測定するトータルエアロゾル分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中の浮遊微粒子には、環境汚染物質あるいは花粉など人体に影響を及ぼすものが含まれており、大気中の微粒子を分析することは、近年特に重要になってきている。空中浮遊微粒子は数十ミクロンから１ミクロンの１００分の１の大きさまでの粒子で、多種多様な物質を含んでいると考えられている。なかでも１０ミクロンから１０分の１ミクロン程度の大きさの空中浮遊微粒子が鼻や喉や呼吸器内に沈着することが知られている。
【０００３】
これまでの疫学調査から２．５ミクロン以下の空中浮遊微粒子（ＰＭ２．５）が大きな健康影響を人にもたらすことが指摘されている。最近の米国からの報告では、２．５ミクロンの粒径の微粒子は肺に沈着するが、１ミクロン粒径の微粒子は肺の細胞に取り込まれ人体への影響が甚大であることも知られてきた。
【０００４】
この呼吸器に入る空中浮遊微粒子のうち、金属微粒子や粒子の周りに有害な化学物質が付着している場合は、呼吸器疾患を主体とした健康影響が考えられる。例えば、ディーゼル排気は大量の粒子状物質を含み、肺がんやアレルギー性鼻炎、気管支ぜん息を引き起こす原因になることが明らかとなってきた。
【０００５】
更に、ディーゼル排気の吸入は実験動物の精子数の減少を引き起こすことや心臓の心内膜に炎症を起こすことが認められた。このことから、空中浮遊微粒子が健康への悪影響をもたらすことが推測される。
【０００６】
従って、２．５ミクロン以下の空中浮遊微粒子の濃度ならびに成分を分析することは大気観測でも重要な課題となっている。かかる分析装置として、大気雰囲気中に浮遊する微粒子を引き込み帯電させたものを、電気移動度に応じて粒径毎に分級し、粒径毎の成分及び量を高周波誘導結合プラズマ質量分析計とファラデーカップ電流計を計測するものが存在する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
現在よく利用される装置として、慣性インパクター等により粒径を分級して得られた粒子にβ線を照射して、浮遊微粒子濃度に依存したβ線の吸収量を測定するβ線吸収方式が浮遊微粒子計測に用いられており、そのような製品も製造販売されている（例えば、紀本電子工業（株）のβ線式浮遊粉塵計ＳＰＭ−６１２（１０ミクロン以下の粒子用）、同ＳＰＭ−６１２Ｄ（２．５ミクロン以下の粒子用）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２８８６０１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の浮遊微粒子計測では、放射線源から放射されるβ線を照射源に用いている。大気汚染防止法による従来の測定対象は１０ミクロン以下の粒子であったために、放射性物質に関する現在の法規制のもとで、開放系で使用できる線源でも質量測定可能な量の粒子が捕集できた。しかし、２．５ミクロン以下の粒子を対象とすると、捕集量が少ないためにそれを分析するに必要な線源強度が十分ではなく、精度に問題があることが知られている。
【００１０】
そこで強いβ線源を使おうとすると、少なくとも日本では法律の規制に抵触してしまい実用的装置を作れないという問題が生じる。更には、重量のみの測定であり、浮遊微粒了の成分を分析することはできない問題点があった。
【００１１】
そこで本発明は、上記に鑑み提案されたもので、放射性物質（例えば、プロメチウム１４７）の代わりに強度と照射エネルギーが制御可能な電子線源を用いて、捕集量の少ない、粒径の細かい微粒子計測を可能にし、並びにＸ線源を用いて成分分析も可能にするトータルエアロゾル分析装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の請求項１に係るトータルエアロゾル分析装置は、巻取式エアロゾル捕集フィルタの上流から下流に沿ってエアロゾル吸引管、電子線源、Ｘ線源が順次に配置され、該電子線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタの反対側に電子線検出器を対向配置して質量測定装置を構成し、該Ｘ線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタと同じ側にＸ線検出器を配置して成分分析装置を構成した。
【００１３】
これにより、エアロゾル分析装置を放射線源から放射されるβ線の照射源（放射性同位元素）を用いないで構成できるため、放射線同位元素の利用に関する制限がないので利用範囲が拡大でき、省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
この発明の請求項２に係るトータルエアロゾル分析装置は、巻取式エアロゾル捕集フィルタの上流から下流に沿ってエアロゾル吸引管、電子線源、Ｘ線源が順次に配置され、該電子線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタの反対側に電子線検出器を対向配置して質量測定装置を構成し、該Ｘ線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタと同じ側にＸ線検出器を配置して成分分析装置を構成し、これらを一体化して装置を構成した。
【００１５】
これにより、エアロゾル分析装置を放射線源から放射されるβ線の照射源（放射性同位元素）を用いないで構成できるため、放射線同位元素の利用に関する制限がないので利用範囲が拡大できる。そして、これらの装置を一体化して分析装置の小型化と省エネルギー化を図ることができる。
【００１６】
この発明の請求項３に係るトータルエアロゾル分析装置は、巻取式エアロゾル捕集フィルタの上流から下流に沿ってエアロゾル吸引管、電子線源、Ｘ線源が順次に配置され、該電子線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタの反対側に電子線検出器を対向配置して質量測定装置を構成し、該Ｘ線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタと同じ側にＸ線検出器を配置して成分分析装置を構成し、又はこれらを一体化した装置において、前記電子線源は、電界放出方式によって電子を放出させるためのダイヤモンド電子エミッタと、電子線透過型のダイヤモンド薄膜から構成され、該質量測定装置と該成分分析装置を一体化した構成とした。
【００１７】
これにより、電子線源を照射源として用いるので、５０ｋｅＶ以下の電子線が使え、軽元素中心のエアロゾルに対して感度が大きくなり、１．０ミクロンの微小エアロゾルの分析が可能となる。また、ダイヤモンド薄膜により電子線源の内部を真空に保つこともできる。
【００１８】
この発明の請求項４に係るトータルエアロゾル分析装置は、巻取式エアロゾル捕集フィルタの上流から下流に沿ってエアロゾル吸引管、電子線源、Ｘ線源が順次に配置され、該電子線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタの反対側に電子線検出器を対向配置して質量測定装置を構成し、該Ｘ線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタと同じ側にＸ線検出器を配置して成分分析装置を構成し、又はこれらを一体化した装置において、前記Ｘ線源は、電界放出方式によって電子を放出させるダイヤモンド電子エミッタからなる電子線発生機構と、放出される電子線によってＸ線を発生させるためのタングステン等の金属ターゲットとから構成され、該質量測定装置と該成分分析装置を一体化した構成とした。
【００１９】
これにより、成分分析の照射源としてＸ線源を用いるので、微粒子の成分をＸ線分析法に基づいて正確に計測できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。図１は本発明のトータルエアロゾル分析装置の構成図である。図において、１は巻取式エアロゾル捕集フィルタ、２はエアロゾル吸引管、３は電子線源、４はダイヤモンド電子エミッタ、５は電子線透過型のダイヤモンド薄膜、６は電子線検出器、７はＸ線源、８はダイヤモンド電子エミッタ、９はＸ線検出器、１０はエアロゾル試料である。
【００２１】
本発明のトータルエアロゾル分析装置は、巻取式エアロゾル捕集フィルタ１の上流から下流へとエアロゾル吸引管２、電子線源３、Ｘ線源７が順次に配置されている。該電子線源３には該巻取式エアロゾル捕集フィルタ１の反対側に電子線検出器６を対向配置して質量測定装置を構成する。また、該Ｘ線源７には該巻取式エアロゾル捕集フィルタ１と同じ側にＸ線検出器９を配置して成分分析装置を構成する。
【００２２】
電子線源３は、電界放出方式によって電子を放出させるためのダイヤモンド電子エミッタ４と、高品質の電子線透過型のダイヤモンド薄膜５から構成されている。このダイヤモンド薄膜５は電子線源３の内部を真空に保つ役割も果たしている。
【００２３】
Ｘ線源７には、電子線源３と同様の電子線発生機構を構成し、電界放出方式によって電子を放出させるダイヤモンド電子エミッタ８を有している。放出される電子線によってＸ線を発生させるために、タングステン等の金属ターゲットが設けられている。
【００２４】
本発明のトータルエアロゾル分析装置は、夫々の装置を効率良く配置して構成しても良いし、また、これらの個々の装置を一体化して単体の装置として構成して、小型化と省エネルギー化を図ることができる。
【００２５】
本発明の実施形態は、巻取式エアロゾル捕集フィルタとエアロゾル吸引管を装備した連続的にエアロゾルを収集できる構成であり、所定の時間間隔で大気中のエアロゾルを捕集する。
【００２６】
大気中のエアロゾルは巻取式エアロゾル捕集フィルタ１に付着して移送され、エアロゾル吸引管２により捕集されてエアロゾル試料１０を形成する。エアロゾル試料１０は電子線源３の直下に移動し、電子線源３からの電子線に曝される。電子線は５０ｋｅＶ以下の強度で十分であり、電子線の線量を最適化する。
【００２７】
そして、入射電子線の強度Ｉ０ と、エアロゾル試料１０を透過した出射電子線の強度Ｉを、巻取式エアロゾル捕集フィルタ１の反対側に対向して配置されている電子線検出器６で測定して、β線吸収方式で次式（１）によりエアロゾル試料１０の重量ｘ（μｇ／ｃｍ２ ）を求める。
【００２８】
【数１】
Ｉ＝Ｉ０ ×ｅｘｐ（−μｘ） （１）
【００２９】
この電子線源３においては、電界放出方式によってダイヤモンド電子エミッタ４から電子が放出される。適当な電圧で加速された電子は、高品質の電子線透過型のダイヤモンド薄膜５を透過して大気中に取り出される。ここで、捕集されたエアロゾル試料１０の量や粒径によって、最も感度が良くなるように、電子のエネルギーを調整する。
【００３０】
重量分析が終わったエアロゾル試料１０はＸ線源７の下に移動する。Ｘ線源７によって発生した励起Ｘ線はエアロゾル試料１０に照射され、そのとき発生した特性Ｘ線を巻取式エアロゾル捕集フィルタ１と同じ側にエアロゾル試料１０を見込むように配置されているＸ線検出器９によって、蛍光Ｘ線元素分析法を利用してエアロゾル試料１０の成分分析を行う。分析が終了したエアロゾル試料１０は巻取式エアロゾル捕集フィルタ１の移送により廃棄される。そして、同様な計測プロセスを所定時間毎に連続して繰り返す。
【００３１】
このように、本発明のトータルエアロゾル分析装置は、放射線源から放射されるβ線の照射源（放射性同位元素）を用いないでエアロゾル分析装置を実現できるので、放射線同位元素の利用に関する制限がないので利用範囲が拡大する。また、５０ｋｅＶ以下の電子線が使えるので、軽元素中心のエアロゾルに対して感度が大きくなり、１．０ミクロンの微小エアロゾルの分析が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明のトータルエアロゾル分析装置は、夫々の装置を効率良く配置して構成しても良いし、また、これらの個々の装置を一体化して単体の装置として構成して、小型化と省エネルギー化を図ることができる。また、放射線源から放射される照射源（放射性同位元素）を使用しないで、強度と照射エネルギーが制御可能な電子線源を用いて、補集量の少ない、粒径の細かい微粒子計測を可能としたので、軽元素中心のエアロゾルに対して感度が大きくなり、１．０ミクロンの微小エアロゾルの分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトータルエアロゾル分析装置の構成図。
【符号の説明】
１ 巻取式エアロゾル捕集フィルタ
２ エアロゾル吸引管
３ 電子線源
４，８ ダイヤモンド電子エミッタ
５ 電子線透過型のダイヤモンド薄膜
６ 電子線検出器
７ Ｘ線源
９ Ｘ線検出器
１０ エアロゾル試料
Claims (4)
- 巻取式エアロゾル捕集フィルタの上流から下流に沿ってエアロゾル吸引管、電子線源、Ｘ線源が順次に配置され、該電子線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタの反対側に電子線検出器を対向配置して質量測定装置を構成し、該Ｘ線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタと同じ側にＸ線検出器を配置して成分分析装置を構成することを特徴とするトータルエアロゾル分析装置。
- 巻取式エアロゾル捕集フィルタの上流から下流に沿ってエアロゾル吸引管、電子線源、Ｘ線源が順次に配置され、該電子線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタの反対側に電子線検出器を対向配置して質量測定装置を構成し、該Ｘ線源には該巻取式エアロゾル捕集フィルタと同じ側にＸ線検出器を配置して成分分析装置を構成し、これらを一体化してなることを特徴とするトータルエアロゾル分析装置。
- 前記電子線源は、電界放出方式によって電子を放出させるためのダイヤモンド電子エミッタと、電子線透過型のダイヤモンド薄膜から構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトータルエアロゾル分析装置。
- 前記Ｘ線源は、電界放出方式によって電子を放出させるダイヤモンド電子エミッタからなる電子線発生機構と、放出される電子線によってＸ線を発生させるためのタングステン等の金属ターゲットとから構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトータルエアロゾル分析装置。
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