JP2005091118A - 分析装置及び微粒子捕集装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸引ポンプによって測定対象物から被測定気体を吸引し、この被測定気体に含まれる微粒子を抽出して分析計により計測する気中微粒子検出装置であって、分析計の上流側に所定の粒径以上の微粒子を捕集する慣性インパクタを配置し、この慣性インパクタの微粒子捕集部において微粒子を補足し、補足した微粒子を含む捕集部を加熱して捕集した微粒子を蒸発させて気化し、気化した被検査対象流体を分析計に供給して計測を行う形態である。
【選択図】図1
Description
(1)微粒子を含む気体を取込む回収部と、前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、前記捕集部で捕集された前記微粒子成分が気化されて導入される分析部と、を有し、前記回収部は、カバーと、前記カバー内に前記微粒子が付着した対象領域に流体を吹付けるノズルと、前記対象領域に吹付けられた流体を回収し、前記捕集部に連絡する回収流路と、を有することを特徴とする分析装置である。
(2)また、本発明の一つは微粒子捕集装置として提供することができる。微粒子捕集装置は、微粒子を含む気体を取込む回収部と、前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部への接続部を有する連絡経路と、を備え、前記回収部は、カバーと、前記カバー内に前記微粒子が付着した対象領域に流体を吹付けるノズルと、前記対象領域に吹付けられた流体を回収する回収流路と、を有するものである。具体的に例えば、前記前記回収流路に近づく方向に前記ノズルから流体が噴出されることを特徴とする。ここで、ノズルからの流体の噴出方向に広がりを持つ場合は中央部で規定することができる。また、方向によって流体の噴出強度が異なる場合は、主として強い噴出がされる方向で規定されることができる。なお、流体は例えば加圧した空気などであることができる。
(3)また、微粒子捕集装置は、捕集対象微粒子の濃縮とガス化を行うことができることが好ましい。このために、微粒子を吸引する回収部および微粒子を捕集する捕集部および捕集した微粒子を気化させる気化部、気化させた微粒子を分析部への連絡部を有する抽出流路およびそれとは別に前記捕集部を経た気体を排出する排出路を備えることが好ましい。
例えば、前記微粒子捕集装置であって、前記捕集された微粒子を有する前記微粒子捕集部が前記捕集部から搬入される搬入機構と、前記搬入された前記微粒子捕集部の前記微粒子を気化する気化部と、前記気化した前記微粒子成分が流れる抽出流路と、を有することを特徴とする。より具体的な例としては、前記微粒子捕集部を複数設置する支持部材を備え、第一の微粒子捕集部の設置部が前記気化部側に位置し、第二の微粒子捕集部の設置部が前記捕集部側に位置するよう形成されたことを特徴とする。
図1は本発明に関わる、微粒子濃縮装置の質量分析計を含んだ分析装置の一例の構成図である。図2は微粒子の微粒子の回収部であるサンプリングプローブの断面図である。図3は微粒子の捕集部である慣性インパクタの原理を用いた微粒子捕集、およびガス化装置の断面図である。
慣性インパクタ1は図9に示すようにサンプリングプローブと慣性インパクタを別構造とし、慣性インパクタを質量分析装置に取り付ける、または台などに固定して運用する据え置き型の運用方法が考えられる。また、微粒子回収部と一体化、ないしごく近傍に設置して分析装置と流路で連絡する形態で運用する携帯型が考えられる。
以下ではTNT火薬、RDXなどを対象とした危険物検出装置の応用例について説明する。
本発明の微粒子濃縮装置をとりつけた質量分析装置により、空港等での手荷物検査における爆発物、麻薬などを対象とした、テロリズム対策、麻薬対策を行うことができる。通常これらの物質は微粒子状態で存在し、カバンなどの荷物表面に付着していると考えられる。粒径は物質によって違いがあるが平均約10μm〜約30μmで存在しており、その大きさのものを最も収集できるように流量および慣性インパクタの寸法の最適化を行う。
カバンなどの被測定対象表面に爆薬などが微粒子状態で付着しているものとする場合を考える.
まずカバン等の表面に付着した爆薬などの微粒子を空気を吹き付けるなどの方法で剥がし、空気中に取り出す。
剥がす方法としては、例として空気などのジェットの噴きつけにより剥がす方法が考えられる。
次に流路1aの下流の慣性インパクタの原理による微粒子捕集部について述べる。1aから1dまでの流路は微粒子捕集部で直交する形となっており、従って所定の大きさ以上の大きさを持つ粒子は1d方向へ曲がることができずに微粒子捕集部1bへ衝突し、微粒子捕集部1bで微粒子の捕集が行われる。これにより、慣性インパクタはフィルタの効果も持つ。捕集されなかった所定の大きさ以下の粒子は吸引ポンプに向かう流れに捕捉されており、そこで吸引用ポンプにより細くされる。
d80(Cc)1/2={(9×η×N×Stk80)/(ρp×U)}1/2
ここで、d80:慣性インパクタ3の80%捕集効率に対応する粒子径(cm)、Cc:Cunninghamすべりの補正係数、η:空気の粘性係数(dynDsec/cm2)、N:ノズル1aのノズル直径(cm)、Stk80:慣性インパクタ1の80%捕集効率に対応するStokes数、ρp:粒子の密度(g/cm3)、U:ノズル1aにおける被測定気体の平均速度(cm/sec)である。式において、d50=1.0μm=1.0×10-4(cm)、Cc=1.2(20℃で1気圧)、η=1.81×10-4(dynDsec/cm2)、Stk80=0.20(バーチャルインパクタの場合には、Stk80=0.25)、ρp=1.0(g/cm3)とし、サンプリング流量Φ=20.0(l/min)とすると、ノズル1aにおける被測定気体の平均速度U(cm/sec)は、U=4Φ/πN2で与えられる。よって、ノズル1aのノズル直径Nは次のように求まる。
N=[{4×Cc×ρp×(d50)2×Φ}/{9×π×η×Stk50}]1/3=0.25(cm)=2.5(mm)となる。
従って、サンプリング流量Φが20.0(l/min)の時、ノズル直径Nが0.25(cm)の慣性インパクタ1を用いれば、直径dが1.0μm(1.0×10-4cm)を超える粒子は、80%捕集効率で捕集部1bに衝突して捕集されることになる。
加熱型はこの問題に対して、ガス化を装置内部で行う事ができる。感度向上、省力化、オンライン化、高効率化を達成できる。
微粒子捕集部の温度は捕集時には微粒子の蒸発温度以下である。気化時に微粒子の蒸発温度以上になるように制御する。この場合は、吸引用ポンプを動作させることで発生する気流により微粒子捕集部を強制冷却し、またヒーターの出力を調整することで所定の温度に冷却する。微粒子捕集部は、流路が狭くなっており、冷却用気体でもある被測定気体の流速が速い。従って、高い強制空冷の効果を得ることができる。冷却を効率よく行うために、試料捕集部の高温部分が流速が早い部分とのみ接するようにすることは効果的である。狭流路化および試料捕集部の小型化が有効でる。
フィルタ方式を使用した場合、微粒子を捕集する必要性から細かいフィルタが必要となり、目詰まりが起きる頻度が高くなる。従ってフィルタの交換や目詰まりの点検が必要となる。しかし、本実施例の形態を備えることで、微粒子捕集部で目詰まりを起こすことを抑制して安定した捕集ができる形態となっている。埃などが微粒子捕集部にした場合、流量をあげ微粒子捕集部での流速を上げることで付着した埃を清掃することもできる。また分解清掃を行う場合でも、微粒子捕集部を平板構造のように単純な構造にすることにより、清掃を容易にすることができる。
これにより、微粒子の剥離、捕集、ガス化の一連の作業が連続的に行うことができる。また低濃度の微粒子でも濃縮の効果により、検出可能な濃度にまで引上げることで検出することが可能である。
以上のように捕集濃縮、ガス化装置を一つのユニットとして、運用できるメリットとしては、前述にもあるとおり、コンパクト化を含む可般型への適用、構成の単純化によるコストダウン、加熱試料ガスが触れる面積が小さいことによる壁面への付着量の減少およびノイズの減少、各プロセスでの動作時間の短時間化が挙げられる。
Claims (11)
- 微粒子を含む気体を取込む回収部と、
前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、
前記捕集部で捕集された前記微粒子成分が気化されて導入される分析部と、を有し、
前記回収部は、カバーと、前記カバー内に前記微粒子が付着した被検査対象領域に流体を吹付けるノズルと、前記対象領域に吹付けられた流体を回収し前記捕集部に導く回収流路と、を有することを特徴とする分析装置。 - 微粒子を含む気体を取込む回収部と、
前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、
前記捕集部で捕集された前記微粒子成分が気化されて導入される分析部と、を有し、
前記捕集部は、前記回収部からの気体を噴出する噴出部と、
前記噴出部に対向して配置され、前記気体中の前記微粒子を衝突させる微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部を経た気体が流れる排出流路と、
前記微粒子捕集部で捕集された前記微粒子を気化する気化部と、前記気化した前記微粒子成分を前記分析部に導く抽出流路と、を有することを特徴とする分析装置。 - 請求項2において、前記捕集部は、前記微粒子捕集部の前記噴出部が形成された面側とは反対面側に、前記捕集した微粒子の気化部と、前記抽出流路と、を配置されることを特徴とする分析装置。
- 請求項2において、
前記捕集された微粒子を有する前記微粒子捕集部が前記捕集部から搬入される搬入機構を有し、前記気化部は前記搬入された前記微粒子捕集部の前記微粒子を気化するよう形成されたことを特徴とする微粒子捕集装置。 - 微粒子を含む気体を取込む回収部と、
前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、
前記捕集部を経た気体が流れ吸引ポンプを配置した排出流路と、
前記捕集部で捕集された前記微粒子成分が気化されて導入される分析部と、を有し、
前記捕集部は、前記回収部からの気体を噴出する噴出部と、
前記噴出部に対向して配置され、前記気体中の前記微粒子を衝突させる微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部で捕集された前記微粒子を気化する気化部と、前記気化した前記微粒子成分を前記分析部に導く抽出流路と、を有し、
前前記吸引ポンプを作動させて前記排出流路側へ気体を排出させて記微粒子捕集部に前記微粒子を捕集する第一の運転と、前記捕集した後に前記吸引ポンプを低下させて排出流路側への気体の排出を抑制し、前記微粒子捕集部の温度を前記第一の運転時より高めて前記微粒子を気化する第二の運転とを有することを特徴とする分析装置。 - 微粒子を含む気体を取込む回収部と、前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部への接続部と、を有する微粒子捕集装置であって、
前記回収部は、カバーと、前記カバー内に前記微粒子が付着した対象領域に流体を吹付けるノズルと、前記対象領域に吹付けられた流体を回収する回収流路と、を有し、
前記前記回収流路に近づく方向に前記ノズルから流体が噴出されることを特徴とする微粒子捕集装置。 - 微粒子を含む気体を取込む回収部と、前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、を有する微粒子捕集装置であって、
前記捕集部は、前記回収部からの気体を噴出する噴出部と、
前記噴出部に対向して配置され、前記気体中の前記微粒子を衝突させる微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部を経た気体が流れる排出流路と、
前記微粒子捕集部で捕集された前記微粒子を気化する気化部と、前記気化した前記微粒子成分が流れる抽出流路と、を有することを特徴とする微粒子捕集装置。 - 請求項6において、前記捕集部は、前記微粒子捕集部の前記噴出部が形成された側面とは反対面側に、前記捕集した微粒子の気化部と、前記抽出流路と、を配置されることを特徴とする微粒子捕集装置。
- 微粒子を含む気体を取込む回収部と、前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、を有する微粒子捕集装置であって、
前記捕集部は、前記回収部を経た気体を噴出する噴出部と、
前記噴出部に対向して配置され、前記気体中の前記微粒子を衝突させる微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部を経た気体が流れる排出流路と、
前記捕集された微粒子を有する前記微粒子捕集部が前記捕集部から搬入される搬入機構と、前記搬入された前記微粒子捕集部の前記微粒子を気化する気化部と、前記気化した前記微粒子成分が流れる抽出流路と、を有することを特徴とする微粒子捕集装置。 - 請求項8において、前記微粒子捕集部を複数設置する支持部材を備え、第一の微粒子捕集部の設置部が前記気化部側に位置し、第二の微粒子捕集部の設置部が前記捕集部側に位置するよう形成されたことを特徴とする微粒子補修装置。
- 微粒子を含む気体を取込む回収部と、前記回収部に取込まれた気体から前記微粒子を捕集する捕集部と、を有する微粒子捕集装置であって、
前記捕集部は、前記回収部を経た気体を噴出する噴出部と、
前記噴出部に対向して配置され、前記気体中の前記微粒子を衝突させる微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部を経た気体が流れ、吸引ポンプに連絡された排出流路と、
前記微粒子捕集部で捕集された前記微粒子を気化する気化部と、前記気化した前記微粒子成分が流れる抽出流路と、を備え、
前記吸引ポンプを作動させて前記排出流路側へ気体を排出させて記微粒子捕集部に前記微粒子を捕集する第一の運転と、前記捕集した後に前記吸引ポンプを低下させて排出流路側への気体の排出を抑制し、前記微粒子捕集部の温度を前記第一の運転時より高めて前記微粒子を気化する第二の運転とを有することを特徴とする微粒子捕集装置。
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