JP2005156256A

JP2005156256A - 浮遊凝集体の測定方法及び装置

Info

Publication number: JP2005156256A
Application number: JP2003392901A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Takatori; 芳樹高鳥; Shuichi Kubo; 修一久保; Seiichi Sunami; 清一須浪
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP4337518B2

Abstract

【課題】浮遊凝集体のサイズや浮遊凝集体の個数を測定する。
【解決手段】パルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を検出し（１０４）、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と浮遊凝集体のサイズとの関係、及び検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間に基づいて、移動度粒径を浮遊凝集体のサイズとして測定する（１０８）。
【選択図】図２

Description

本発明は、浮遊凝集体の測定方法及び装置に係り、特に、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる粒状物質（ＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）等の燃焼により生じた一次粒子が多数結合した鎖状凝集体のサイズ、浮遊凝集体の粒子数を測定するための浮遊凝集体の測定方法及び装置に関する。

従来より、空気中の単一の浮遊粒子の粒径を測定する方法の１つとして、レーザ誘起白熱法（以下「ＬＩＩ法」という。）が知られている。ＬＩＩ法は、パルスレーザを浮遊粒子に照射して浮遊粒子の温度をすすの蒸発温度（約４５００°Ｋ）まで瞬間的に上昇させて浮遊粒子からのレーザ誘起による白熱光の強度を検出し、検出したレーザ誘起白熱光強度信号（以下「ＬＩＩ信号」という。）の減衰速度が粒径によって異なることを利用して、ＬＩＩ信号の減衰速度に基づいて粒径を測定するものである。すなわち、中心粒径が小さくなるに従ってＬＩＩ信号の減衰速度が速くなることを利用して粒径を測定するものである。

米国特許６１８１４１９Ｂ１号明細書（特許文献１）には、初期のＬＩＩ信号と発光強度の積算値との比が粒径の関数になることを利用して、ＬＩＩ信号から平均粒径を求めることが記載されている。

文献“ＳＡＥ１９９９−０１−０１４６”（非特許文献１）には、ＬＩＩ信号の減衰時間から粒径を決定することが記載されている。

また、特開２００３−１３９６７９号公報（特許文献２）には、ＬＩＩ信号から減衰速度定数を演算し、演算した減衰速度定数に基づいて中心粒径及び分布幅を決定することが記載されている。
米国特許６１８１４１９Ｂ１号明細書特開２００３−１３９６７９号公報ＳＡＥ１９９９−０１−０１４６

しかしながら、上記従来の技術では、いずれも単一粒子の粒径をサイズとして測定する技術であり、一次粒子が多数結合した鎖状凝集体である浮遊凝集体のサイズや凝集体の粒子数を測定するのは困難である、という問題があった。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたもので、浮遊凝集体のサイズや浮遊凝集体の粒子数を測定することができる浮遊凝集体の測定方法及び装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、体積等価粒径及び形状因子を測定することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、パルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに該浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を検出し、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と浮遊凝集体のサイズとの関係、及び検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間に基づいて、浮遊凝集体のサイズを測定することを特徴とする。

また、パルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに該浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を検出し、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と一粒子のレーザ誘起白熱光強度との関係、及び検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間に基づいて、浮遊凝集体の粒子数を測定することとを特徴とする。

なお、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と移動度粒径との関係を予め定めておいて、パルスレーザを照射した浮遊凝集体の移動度粒径を浮遊凝集体のサイズとして更に演算するようにしてもよい。

本発明は、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と凝集体の移動度粒径との間に相関があることを見出してなされたものであり、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と凝集体の移動度粒径との関係を予め定めておいて、予め定めた関係と検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間とに基づいて、凝集体の移動度粒径を凝集体のサイズとして演算するものである。

本発明の浮遊凝集体の測定装置は、上記の浮遊凝集体の測定方法を利用したものであり、浮遊凝集体にパルスレーザを照射するレーザ照射手段と、前記浮遊凝集体からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号の時間変化に基づいて、該レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算する減衰時間演算手段と、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と移動度粒径との関係を記憶した記憶手段と、前記減衰時間演算手段で演算されたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と前記記憶手段に記憶された関係とに基づいて、浮遊凝集体の移動度粒径を浮遊凝集体のサイズとして演算する粒径演算手段と、を含んで構成されている。

また、本発明の浮遊凝集体の測定装置は、浮遊凝集体にパルスレーザを照射するレーザ照射手段と、前記浮遊凝集体からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する検出手段と、前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号の時間変化に基づいて、該レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算する減衰時間演算手段と、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と、前記凝集体の体積と等価体積の球体の径で表される体積等価粒径との関係、及び該体積等価粒径と凝集体一粒子のレーザ誘起白熱光強度との関係を記憶した記憶手段と、前記減衰時間演算手段で演算されたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と前記記憶手段に記憶された関係とに基づいて、浮遊凝集体の粒子数を演算する浮遊凝集体演算手段と、を含んで構成することができる。

なお、前記記憶手段に、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と移動度粒径との関係を更に記憶し、前記浮遊凝集体演算手段において、浮遊凝集体の移動度粒径を更に演算するようにしてもよい。

また、強度が異なる２つ以上のパルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに該浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を各々検出し、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の比と体積等価粒径及び形状因子との関係、及び予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と体積等価粒径及び形状因子との関係に基づいて、体積等価粒径及び形状因子を測定するようにしてもよい。さらに、浮遊凝集体に強度が異なる２つ以上のパルスレーザを照射するレーザ照射手段と、前記浮遊凝集体からのレーザ誘起による白熱光強度を各々検出する検出手段と、前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号のいずれか一方の時間変化に基づいて、該レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算する減衰時間演算手段と、レーザ誘起白熱光強度信号の比と前記凝集体の体積と等価体積の球体の径で表される体積等価粒径及び形状因子との関係、及びレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と体積等価粒径及び形状因子との関係を記憶した記憶手段と、前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号の比、前記減衰時間演算手段で演算されたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間、及び前記記憶手段に記憶された関係とに基づいて、前記体積等価粒径及び前記形状因子演算する粒径演算手段と、を含んで構成してもよい。

以上説明したように本発明によれば、ＬＩＩ信号の減衰時間に基づいて凝集体のサイズを測定することができると共に、ＬＩＩ信号の減衰時間及びＬＩＩ信号の絶対強度に基づいて、凝集体の粒子数を演算することができる、という効果が得られる。

また、体積等価粒径及び形状因子を測定することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、標準粒子発生器から複数の標準粒子を発生させ、各標準粒子についてＬＩＩ法によるレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と浮遊凝集体のサイズとの関係を調べた結果について説明する。

標準粒子である燃焼微粒子の発生源として、ＭａｔｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社の標準粒子発生器（ＣＡＳＴ：ＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＡｅｒｏｓｏｌＳａｎｄａｒｄ）を用いた。この標準粒子発生器は、プロパンガスの拡散火炎により粒子を生成させ、一定高さにおいて側方からクエンチ用窒素ガスを送り込んで燃焼を抑制し、粒子の成長を凍結するものである。この標準粒子発生器では、プロパンガスに添加するクエンチ用窒素ガスの希釈率を変えることにより、発生する粒子の粒径を変えることができる。発生した粒子流の一部を希釈器で希釈した後、試験用粒子として取り出し、後述する微粒子計測装置（ＳＭＰＳ）、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）、ＬＩＩ装置の各計測で用いた。

ディーゼル排気中のナノ微粒子計測に利用される電気移動度法による微粒子計測装置（ＳＭＰＳ）は、ＴＳＩ製の装置を用いた。ＣＡＳＴにより生成した微粒子を微粒子計測装置に直接導入し、ＤＭＡ（静電式エアロゾル分級器：Ｍｏｄｅｌ３０８１）で分級し、ＣＰＣ（凝結核カウンター：Ｍｏｄｅｌ３０２５Ａ）で粒子数を測定した。

電顕観察用試料は、粒子流の流路に炭素膜付マイクログリッドを直接挿入することにより採取した。採取した試料は、透過型電子顕微鏡（日本電子ＪＥＭ２０００ＥＸ、加速電圧２００ｋＶ）により観察し、パーソナルコンピュータに取り込んだ後、画像解析ソフトにより処理・解析を行った。

ＬＩＩ装置は、本実施の形態のＬＩＩ装置と同様の装置を用いた。図１に本実施の形態のＬＩＩ装置の概略を示す。

ＬＩＩ装置は、浮遊凝集体等の被測定物に励起光としてのパルスレーザを照射するパルス発振レーザ装置１０を備えている。パルス発振レーザ装置１０のレーザ光照射側には、レーザ光を切り出すアパチャー１２、レーザ光の強度を調整するＮＤフィルタ１４、及び主光路からレーザ光を分岐するためのビームスプリッタ１６が順に配置されている。ビームスプリッタ１６のレーザ光分岐側には、レーザ光をモニタするフォトダイオード１８が配置されている。

ビームスプリッタ１６のレーザ光透過側である主光路のレーザ光は、ビームスプリッタ１９等により２つに分けられる。２分したレーザ光は、各々ＮＤフィルタ２１、２１’により、強度の異なる２本の励起光にする。２本のレーザ光の光路には、ＬＩＩ観測用石英円筒セル２２、２２’中にレーザ光を集光するシリンドリカルレンズ２０、２０’（例えば、ｆ＝１００ｍｍ）が配置されている。

ＬＩＩ観測用石英円筒セル２２、２２’の側方には、ＬＩＩ観測用石英円筒セル２２、２２’中に存在するすす粒子等の浮遊粒子からレーザ励起により発光される白熱光である輻射光を検出する光電子増倍管２４、２４’が配置されている。ＬＩＩ観測用石英円筒セル２２、２２’中央部には、一方の輻射光（ＬＩＩ光）を遮断するための仕切り板２５が設けられている。

ＬＩＩ観測用石英円筒セル２２と光電子増倍管２４との間には、シリンドリカルレンズ２６、アパチャー２８、及び波長選択を行う干渉フィルター３０（例えば、中心波長３５５ｎｍ，半値幅１６．７ｎｍ）が配置されている。また、光電子増倍管２４は、高速アンプ３２を介してデジタルオシロスコープ３４に接続されている。同様に、ＬＩＩ観測用石英円筒セル２２’と光電子増倍管２４’との間には、シリンドリカルレンズ２６’、アパチャー２８’、及び波長選択を行う干渉フィルター３０’（例えば、中心波長３５５ｎｍ，半値幅１６．７ｎｍ）が配置されている。また、光電子増倍管２４’は、高速アンプ３２’を介して上記のデジタルオシロスコープ３４に接続されている。

このＬＩＩ装置では、励起光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を用いた。

上記の各装置を使用し、ＣＡＳＴによりモード１〜モード６（Ｍｏｄｅ１〜Ｍｏｄｅ６）の６種類の粒径モードの粒子群を発生させ、測定に用いた。図３にＳＭＰＳで測定した各モードの粒径分布（移動度粒子径（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ粒径）に対する粒子数の分布）を示す。いずれのモードも正規対数分布に近い分布形状を持っており、中位径は約３０ｎｍ〜１７０ｎｍの範囲で変化している。表１に各モードのＳＭＰＳ中位径をまとめて示した。

また、図４に、これら各モードの粒子の代表的なＴＥＭ像を示す。小粒径側では、粒子は単一の球形に近い形状をしており、大粒径側へいくほど一次粒子が多数結合した鎖状凝集体の形状をしている。このことから、今回用いた標準粒子では、粒径の成長に伴い粒子の形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）も変化していることが分かる。

図３のＭｏｂｉｌｉｔｙ粒径とＴＥＭにより観測される粒径との関係を調べるために、数百個の粒子のＴＥΜ画像を統計的に解析した。ＴＥＭにより観測される粒径としては、図６（ａ）に示す旋回粒径、（ｂ）に示す最大粒子径、（ｃ）に示す平均フェレ径、（ｄ）に示す面積等価粒径を用いた。

図５に旋回粒径の分布を示す。図中に図３のＳＭＰＳによる粒径分布を実線で重ねて示した。低粒径側でのズレは見られるが、概ね両者の分布は類似しているといえる。

同様にして、図６に定義した別の粒径、（ｂ）最大粒子径、（ｃ）平均フェレ径、（ｄ）面積等価粒径についても解析を行った。個々の分布グラフの記載は省略するが、各々の平均値と平均Ｍｏｂｉｌｉｔｙ粒径との相関を図７にプロットした。図中の破線は等粒径線を示している。図７より、標準粒子では旋回粒径が、Ｍｏｂｉｌｉｔｙ粒径と最も良い一致を示すことが理解できる。

次に、ＬＩＩ法によるすす濃度・粒径計測の検討を行った。図８に各粒径モードについてＬＩＩ信号の絶対強度のレーザ光強度依存性を示す。ＬＩＩ信号の絶対強度は、レーザ強度の変化に対し初期では比例的に増加するが、一旦極大値をとった後減少している。この理由は、レーザ光が強い領域では、すす粒子の蒸発が起きているためであると考えられる。本発明では、この影響を避けるため、ＬＩＩ信号の飽和が起きる前の最大レーザ強度（例えば、図中破線示す４ｍＪ／ｐｕｌｓｅの強度）のデー夕を解析に用いた。

先ず、すす濃度とＬＩＩ信号の強度（LII intensity）との関係を調べるため、別途測定した元素状炭素（ＥＣ：ＥｌｅｍｅｎｔａｒｙＣａｒｂｏｎ）の重量濃度とＬＩＩ信号の強度との関係を図９にプロットした。図中には、ＳＭＰＳ中位径を示してある。この図９より、粒径範囲（例えば、３０〜１７０ｎｍ）では、粒径によらずＬＩＩ信号の強度がＥＣ濃度に比例していることが理解できる。このことから、粒径が大きく変化する条件においても、ＬＩＩ信号の絶対強度からすす重量濃度の計測が可能であることが確かめられた。

次に、ＬＩＩ装置による粒子径計測について説明する。この場合には、いずれか一方のレーザ強度でのＬＩＩ信号強度を用いる。図１０にモード１〜６の各モードのＬＩＩ信号強度の経時変化を示す。ＬＩＩ信号強度の減衰時間は、モード１〜６の順に単調に増加している。図４のＴＥＭ像から一次粒子径はモード１〜６の順に単調には増加しておらず、ＬＩＩ信号の減衰時間と一次粒子径の大小とは対応していないことが分かる。

一方、図１１に示すようにＳＭＰＳ中位径、すなわち凝集体サイズ（移動度粒径）に対しＬＩＩ信号の減衰時間は単調に増加しており、このことから、ＬＩＩ信号の減衰時間は一次粒子径よりも、すす凝集体の大きさに依存していると判断できる。

ＬＩＩ法では、すすが光吸収により加熱された後、熱放射により冷却することで輻射光が減衰する。吸収エネルギーは粒子体積に比例するのに対し、冷却速度は粒子表面積に比例するので、ＬＩＩ信号の減衰速度は粒子の比表面積（＝粒子表面積／粒子体積）に依存することになる。したがって、ＬＩＩ信号の減衰時間が凝集体サイズに依存した理由としては、凝集体の成長により一次粒子の表面積が徐々に覆われていき、それに伴い粒子の比表面積が減少したこと推定することができる。

上記の推定を確認するため、次の（１）式で定義される比周囲長の解析をＴＥＭ画像について行った。

（比周囲長）＝（粒子の周囲長）／（粒子面積）・・・（１）
本来は、この比周囲長が三次元物質の比表面積の代用として妥当かどうかの検討が必要であるが、今回は定性的な傾向をつかむ目的に限って使用した。図１２に、モード１〜６の各モードの比周囲長と旋回粒径との相関を示す。いずれのモードでも粒径の増加とともに比周囲長が減少する傾向が表れている。図１３は、モード１〜６の各モードの比周囲長の平均値とＳＭＰＳ中位径との関係を示したものであるが、この図からも粒径の増大に伴い、比周囲長が単調に減少していることが理解できる。これらのことから、間接的にではあるが、凝集体の粒径と粒子比表面積にはかなりの相関があるものと推察される。

以上の結果より、凝集体においても粒径の増加とともに比表面積が減少し、その結果ＬＩＩ信号強度の減衰時間と粒径との間に図１１に見られる対応関係が表れたものと考えられ、上記の結果は、ＬＩＩ装置のＬＩＩ信号の減衰時間から凝集体のサイズを計測することが可能であることを示すものである。

すなわち、ＬＩＩ信号の減衰時間を計測すれば、計測したＬＩＩ信号の減衰時間と図１１の関係とから、凝集体の移動度粒径（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ粒径）を凝集体のサイズとして計測することができる。

次に、凝集体の粒子数を求めるために、粒子の比表面積の因子として球からのずれ量を表す形状因子αを定義し、凝集体の体積と等価体積の球体の径で表される体積等価粒径をＤとしたとき、燃焼粒子の凝集体の表面積をαπＤ³／６と表した。ずれ量を表す形状因子αは、燃焼粒子が球のときα＝１となり、凝集体のように形状が球からずれたときα＞１になる。

図１４は、α＝１，５，１０について凝集体一粒子の体積とＬＩＩ信号の強度との関係を示したものであり、図１５は、α＝１，５，１０について凝集体の体積等価粒径とＬＩＩ信号の減衰時間との関係を示したものである。

燃焼で生成されるすすの凝集体については、粒子の形状が概略わかっているので、実験により形状因子αの値を予め定めておく。形状因子αが既知であるので、ＬＩＩ信号の減衰時間と図１５に示す関係とから体積等価粒径Ｄ（例えば、８０ｎｍ）を求めることができる。求めた体積等価粒径Ｄから単一の凝集体の体積（例えば、２．７×１０⁵ｎｍ³）が求められ、この求めた体積と図１４に示す関係とから凝集体一粒子当たりのＬＩＩ信号の強度が求められる。

全ＬＩＩ強度＝凝集体一粒子当たりのＬＩＩ強度×粒子数・・・（２）
であるので、形状因子αが既知の場合には、ＬＩＩ信号の強度（ＬＩＩの全信号強度）及びＬＩＩ信号の減衰時間より、凝集体サイズ（体積等価粒径）と粒子数とを求めることができる。

そこで、本実施の形態では、デジタルオシロスコープ３４のメモリに、図１１に示すＬＩＩ信号の減衰時間と移動度粒径との関係を示す第１のマップ、図１４に示す凝集体の体積（等価体積）と一粒子当たりのＬＩＩ信号の強度との関係を表す第２のマップ、及び図１５に示す体積等価粒径とＬＩＩ信号の減衰時間との関係を示す第３のマップを予め記憶すると共に、図２に示す計測ルーチンのプロブラムを予め記憶しておく。

次に、図２の計測ルーチンについて説明する。ステップ１００において、ＬＩＩ信号を取り込み、ステップ１０２で取り込んだＬＩＩ信号をデジタル値に変換し、ステップ１０４においてＬＩＩ信号の強度を演算すると共に、ステップ１０６おいてＬＩＩ信号の減衰時間を演算する。

ステップ１０８では、ステップ１０６で演算したＬＩＩ信号の減衰時間と第１のマップとに基づいて、ＬＩＩ信号の減衰時間に対応する移動度粒径を凝集体のサイズとして演算し、ステップ１１０では、ステップ１０６で演算したＬＩＩ信号の減衰時間と第３のマップとに基づいて、体積等価粒径Ｄを演算し、ステップ１１２で、予め定められている形状因子αと演算した体積等価粒径Ｄとに基づいて体積を演算した後、ステップ１１４で、演算した体積と第２のマップとに基づいて、一粒子のＬＩＩ信号の強度を演算する。

そして、ステップ１１６において、一粒子のＬＩＩ信号の強度及びＬＩＩ信号の強度（ＬＩＩ信号の全信号強度）より、凝集体の粒子数を求め、ステップ１１８において、ステップ１０８で演算した移動度粒径もしくはステップ１１０で演算した体積等価粒径、及びステップ１１６で演算した粒子数をデジタルオシロスコープ３４の表示部に表示する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＬＩＩ信号の減衰時間に基づいて凝集体のサイズを測定することができると共に、ＬＩＩ信号の減衰時間及びＬＩＩ信号の強度に基づいて、凝集体の粒子数を演算することができる。

次に、形状因子αが未知の凝集体粒子の体積等価粒径Ｄと形状因子αとを決定する方法について説明する。この場合には、２つのレーザ強度でのＬＩＩ信号強度の比、ＬＩＩ信号減衰時間、及び以下に示す２つのマップを用いる。また、形状因子αは、粒子比表面が球の場合に対し、どの程度大きいかを表す量として以下のように定義する。

体積等価粒径Ｄに対して表面積がπＤ³／６のとき（球の場合）α＝１となる。また、体積等価粒径Ｄに対して表面積がα’πＤ³／６の粒子に対して形状因子α＝α’（α’＞１）となる。

図１６及び図１７は、２つのレーザ光のレーザ強度が５７０ｍＪ／ｃｍ²及び２８５ｍＪ／ｃｍ²のときの、２つのレーザ強度でのＬＩＩ信号強度の比に対する体積等価粒径Ｄ及び形状因子αの等高線図を示すマップである。

図１８及び図１９は、レーザ強度が５７０ｍＪ／ｃｍ²のときのＬＩＩ信号減衰時間に対する体積等価粒径Ｄ及び形状因子αのの等高線図を示すマップである。

これらのマップは、デジタルオシロスコープ３４のメモリに、予め記憶しておく。

デジタルオシロスコープ３４では、図２で説明したように、２つのレーザ強度のＬＩＩ信号強度を各々演算した後、２つのレーザ強度のＬＩＩ信号強度の比を演算すると共に、ＬＩＩ減衰時間を演算する。そして、上記のマップに基づいて２つのレーザ強度でのＬＩＩ信号強度の比に対するＤ−αの等高線と、ＬＩＩ信号減衰時間に対するＤ−αの等高線を求め、これらの等高線を重ねることで体積等価粒径Ｄ及び形状因子αを求める。例えば、ＬＩＩ信号強度の比が０．５でＬＩＩ信号減衰時間が５ｎｓの時は、２つの等高線を重ねることで形状因子が約４、体積等価粒径が約３５ｎｍと一義的に求めることができる。

得られた体積等価粒径Ｄ及び形状因子α及びＬＩＩ信号の絶対強度から図２の手順位により粒子数を求めることができる。また、凝集体形状因子αが既知の粒子に対しては、２つのレーザ強度でのＬＩＩ信号強度の比、またはＬＩＩ信号減衰時間の測定と、ＬＩＩ信号の絶対強度を求めるのみで凝集体サイズ（体積等価粒径）と粒子数とを求めることができる。

なお、上記のマップは、数値シミュレーションで求めることができるし、また標準粒子等を用いて実験的にも求めることができる。

本発明の実施の形態の概略図である。本発明の実施の形態の計測ルーチンを示す流れ図である。標準粒子の微粒子計測装置（ＳＭＰＳ）による粒径と粒子個数との関係を示す線図である。標準粒子の代表的なＴＥＭ画像示す概略図である。標準粒子の展開直径分布を示す線図である。ＴＥＭ画像解析で用いた粒径のの定義を説明するための概略図である。微粒子計測装置（ＳＭＰＳ）による粒径とＴＥＭ粒径との相関を示す線図である。ＬＩＩ信号の絶対強度のレーザ光強度依存性を示す線図である。ＬＩＩ信号の絶対強度のＥＣ濃度依存性をを示す線図である。ＬＩＩ信号の経時変化を示す線図である。ＬＩＩ信号の減衰時間と移動度粒径との関係を示す線図である。比周囲長と平均展開展開直径（旋回粒径）との関係を示す線図である。平均比周囲長と平均移動度粒径との関係を示す線図である。 α＝１，５，１０について単一粒子の体積とＬＩＩ信号の強度との関係を示した線図である。 α＝１，５，１０について凝集体の場合の体積等価粒径とＬＩＩ信号の強度との関係を示した線図である。２つのレーザ強度でのＬＩＩ信号強度の比に対する体積等価粒径Ｄ及び形状因子αの等高線図を示すマップである。図１６と同様の等高線図を示すマップである。ＬＩＩ信号減衰時間に対する体積等価粒径Ｄ及び形状因子αのの等高線図を示すマップである。図１８と同様の等高線図を示すマップである。

符号の説明

１０パルス発振レーザ装置
２２ＬＩＩ観測用石英円筒セル
２４光電子増倍管
３４デジタルオシロスコープ

Claims

パルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに該浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を検出し、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と浮遊凝集体のサイズとの関係、及び検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間に基づいて、浮遊凝集体のサイズを測定する浮遊凝集体の測定方法。
パルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに該浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を検出し、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と凝集体一粒子のレーザ誘起白熱光強度との関係、及び検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間に基づいて、浮遊凝集体の粒子数を測定する浮遊凝集体の測定方法。
レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と移動度粒径との関係を予め定め、検出したレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間に基づいて、浮遊凝集体の移動度粒径を浮遊凝集体のサイズとして更に測定するようにした請求項２記載の浮遊凝集体の測定方法。
浮遊凝集体にパルスレーザを照射するレーザ照射手段と、
前記浮遊凝集体からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号の時間変化に基づいて、該レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算する減衰時間演算手段と、
レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と移動度粒径との関係を記憶した記憶手段と、
前記減衰時間演算手段で演算されたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と前記記憶手段に記憶された関係とに基づいて、浮遊凝集体の移動度粒径を浮遊凝集体のサイズとして演算する粒径演算手段と、
を含む浮遊凝集体の測定装置。
浮遊凝集体にパルスレーザを照射するレーザ照射手段と、
前記浮遊凝集体からのレーザ誘起による白熱光強度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号の時間変化に基づいて、該レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算する減衰時間演算手段と、
レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と、前記凝集体の体積と等価体積の球体の径で表される体積等価粒径との関係、及び該体積等価粒径と凝集体一粒子のレーザ誘起白熱光強度との関係を記憶した記憶手段と、
前記減衰時間演算手段で演算されたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と前記記憶手段に記憶された関係とに基づいて、浮遊凝集体の粒子数を演算する浮遊凝集体演算手段と、
を含む浮遊凝集体の測定装置。
前記記憶手段に、レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と移動度粒径との関係を更に記憶し、前記浮遊凝集体演算手段において、浮遊凝集体の移動度粒径を更に演算するようにした請求項４記載の浮遊凝集体の測定装置。
強度が異なる２つ以上のパルスレーザを浮遊凝集体に照射したときに該浮遊凝集体からレーザ誘起により発光される白熱光の強度を各々検出すると共に、検出されたいずれか一方のレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算し、予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の比と前記凝集体の体積と等価体積の球体の径で表される体積等価粒径及び形状因子との関係、及び予め定めたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と体積等価粒径及び形状因子との関係に基づいて、体積等価粒径及び形状因子を測定する浮遊凝集体の測定方法。
浮遊凝集体に強度が異なる２つ以上のパルスレーザを照射するレーザ照射手段と、
前記浮遊凝集体からのレーザ誘起による白熱光強度を各々検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号のいずれか一方の時間変化に基づいて、該レーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間を演算する減衰時間演算手段と、
レーザ誘起白熱光強度信号の比と前記凝集体の体積と等価体積の球体の径で表される体積等価粒径及び形状因子との関係、及びレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間と体積等価粒径及び形状因子との関係を記憶した記憶手段と、
前記検出手段で検出されたレーザ誘起白熱光強度信号の比、前記減衰時間演算手段で演算されたレーザ誘起白熱光強度信号の減衰時間、及び前記記憶手段に記憶された関係とに基づいて、前記体積等価粒径及び前記形状因子演算する粒径演算手段と、
を含む浮遊凝集体の測定装置。