JP2006071492A - Apparatus and method for measuring particulate component in gas - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for measuring a particulate component in a gas which eliminate a gas component and finely analyze the particulate component only. <P>SOLUTION: The apparatus is provided with a depressurization chamber 11 comprising a first depressurization chamber 11-1 and a second depressurization chamber 11-2 having the different degree of depressurization, a gas introducing section 13 provided in the first depressurization chamber 11-1 having the high degree of depressurization and introducing the gas containing the particulate component, a separation section 14 for communicating the first depressurization chamber 11-1 having the high degree of depressurization with the second depressurization chamber 11-2 having the low degree of depressurization and separating the introduced gas component 12a and particulate component 12b, a laser light L emitted from a laser apparatus as a plasma conversion apparatus for converting the particulate component 12b introduced into the second depressurization chamber 11-2 having the low degree of depressurization into a plasma, and a photodetector 17 as a detector for measuring the plasma 16 generated by the plasma conversion apparatus 15. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はガス中の微量元素成分濃度を計測するガス中の微粒子成分計測装置及び方法に関する。   The present invention relates to a fine particle component measuring apparatus and method for measuring a concentration of a trace element component in a gas.

微粒子成分の分析装置としては、質量分析装置等、測定試料である粒子状物質をイオン化させたのちに分析を行うものがある。このような質量分析装置としては、例えば、後記の特許文献1に記載されているような、飛行時間型質量分析計(TOFMS:Time−of−flight mass spectrometry)が知られている。   As an analysis apparatus for fine particle components, there is an apparatus such as a mass spectrometer that performs analysis after ionizing a particulate material as a measurement sample. As such a mass spectrometer, a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS: Time-of-flight mass spectrometry) as described in Patent Document 1 described below is known, for example.

特開平10−288602号公報(段落[0005],及び図3)Japanese Patent Laid-Open No. 10-288602 (paragraph [0005] and FIG. 3)

しかし、測定試料となる粒子状物質は、全体が均一な組成となっているものばかりではなく、分析を行いたい成分が粒子状物質の内部に多く含まれているものもある。
このような粒子状物質は、イオン化する際に、表面の成分しかイオン化されず、肝心の内部の成分がイオン化されにくいので、内部の成分を効率よく分析することができなかった。
However, the particulate matter to be a measurement sample is not only one having a uniform composition as a whole, but some particulate matter contains many components to be analyzed.
When such a particulate material is ionized, only the surface components are ionized, and the components inside the core are hardly ionized, so that the internal components cannot be efficiently analyzed.

また、近年ガス中のナノ単位の微粒子であるナノ粒子の計測が求められており、そのようなナノ粒子を計測する場合に特許文献1にかかる装置においては、随伴するガスが直接質量分析計に導入される結果、微粒子由来のガス成分であるか排ガスであるか否かの判別ができず、正確な分析ができないという課題がある。   In recent years, there has been a demand for measurement of nanoparticles that are fine particles of nano units in a gas. In the apparatus according to Patent Document 1 when measuring such nanoparticles, the accompanying gas is directly applied to the mass spectrometer. As a result of the introduction, there is a problem that it cannot be determined whether the gas component is derived from fine particles or the exhaust gas, and accurate analysis cannot be performed.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガス成分を排除して微粒子成分のみの分析を良好に行うことができるガス中の微粒子成分計測装置及び方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a fine particle component measuring apparatus and method in a gas that can eliminate gas components and perform good analysis of only fine particle components. Let it be an issue.

上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、ガス中の微粒子成分を計測するガス中の微粒子成分計測装置であって、複数の減圧度の異なる減圧室からなる減圧チャンバと、減圧度の高い減圧室に設けられ、微粒子成分を含むガスを導入するガス導入部と、減圧度の高い減圧室と減圧度の低い減圧室とを連通すると共に、導入されたガス成分と微粒子成分とを分離する分離部と、減圧度の低い減圧室内に導入された微粒子成分をプラズマ化させるプラズマ化装置と、該プラズマ化装置により発生したプラズマを計測する検出装置とを具備してなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   A first invention of the present invention for solving the above-mentioned problem is a particulate component measuring device in a gas for measuring particulate components in a gas, comprising a plurality of decompression chambers having different decompression chambers, A gas introduction part that is provided in a decompression chamber having a high degree of decompression and introduces a gas containing particulate components communicates with a decompression chamber having a high degree of decompression and a decompression chamber having a low degree of decompression. A plasma generator for plasmaizing fine particle components introduced into a vacuum chamber having a low vacuum level, and a detection device for measuring plasma generated by the plasma generator. It is in the particulate component measuring device in the feature gas.

第2の発明は、第1の発明において、前記減圧チャンバが分離部により二分割されてなり、減圧度の高い第1の減圧室と減圧度の低い第2の減圧室とからなり、ガス導入部と第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が10倍以上であると共に、第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が2倍以上であり、前記第2の減圧室で微粒子成分をプラズマ化させてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a second invention, in the first invention, the decompression chamber is divided into two parts by a separation unit, and includes a first decompression chamber having a high degree of decompression and a second decompression chamber having a low degree of decompression. The pressure ratio of the first decompression chamber and the second decompression chamber is 10 times or more, and the pressure ratio of the first decompression chamber and the second decompression chamber is 2 times or more. An apparatus for measuring a particulate component in a gas is characterized in that the particulate component is turned into plasma in a chamber.

第3の発明は、第1の発明において、前記減圧チャンバが二つの分離部により三分割されてなり、減圧度の高い第1の減圧室と減圧度の低い第2の減圧室と第2の減圧室よりもさらに減圧度の低い第3の減圧室からなり、ガス導入部と第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が10倍以上であり、第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が2倍以上であり、且つ第2の減圧室と第3の減圧室の圧力比が10倍以上であり、前記第2の減圧室及び第3の減圧室で各々微粒子成分をプラズマ化させてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a third invention, in the first invention, the decompression chamber is divided into three parts by two separators, and a first decompression chamber having a high degree of decompression, a second decompression chamber having a low decompression degree, and a second It comprises a third decompression chamber having a lower degree of decompression than the decompression chamber, the pressure ratio of the gas introduction part, the first decompression chamber, and the second decompression chamber is 10 times or more, and the first decompression chamber and the second decompression chamber The pressure ratio of the decompression chamber is 2 times or more, and the pressure ratio of the second decompression chamber and the third decompression chamber is 10 times or more, and the fine particles in the second decompression chamber and the third decompression chamber, respectively. An apparatus for measuring fine particle components in a gas, characterized in that the components are converted into plasma.

第4の発明は、第3の発明において、前記第2の減圧室のプラズマ化装置が波長180〜400nmの範囲のレーザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレーザ装置であり、第3の減圧室のプラズマ化装置が180〜400nmの範囲のレーザ光を気化した揮発性有機化合物に照射してイオン化させるレーザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   A fourth invention is the laser according to the third invention, wherein the plasma generator in the second decompression chamber irradiates the fine particle component with laser light having a wavelength of 180 to 400 nm to vaporize the volatile organic compound of the fine particle component. The apparatus for measuring fine particles in a gas, characterized in that the plasma generator in the third decompression chamber is a laser device that irradiates and ionizes a vaporized volatile organic compound with a laser beam in the range of 180 to 400 nm. In the device.

第5の発明は、第3の発明において、前記第2の減圧室のプラズマ化装置が波長180〜400nmの範囲のレーザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレーザ装置であり、第3の減圧室のプラズマ化装置が400〜2000nmの範囲のレーザ光を微粒子成分の核に照射してイオン化させるレーザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   A fifth invention is the laser according to the third invention, wherein the plasma generator in the second decompression chamber irradiates the fine particle component with laser light having a wavelength of 180 to 400 nm to vaporize the volatile organic compound of the fine particle component. A device for measuring fine particle components in a gas, characterized in that the plasma generator in the third decompression chamber is a laser device that irradiates and irradiates the core of fine particle components with laser light in the range of 400 to 2000 nm. is there.

第6の発明は、第4又は5の発明において、前記レーザ装置のレーザがパルスレーザであり、そのパルス幅は1μs以下であり、レーザ出力が1mJ/p以上であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   A sixth invention is characterized in that, in the fourth or fifth invention, the laser of the laser device is a pulse laser, the pulse width is 1 μs or less, and the laser output is 1 mJ / p or more. In the fine particle component measuring apparatus.

第7の発明は、第2又は3の発明において、前記ガス導入部の圧力が大気圧であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   A seventh invention is the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the second or third invention, wherein the pressure of the gas introduction part is atmospheric pressure.

第8の発明は、第1の発明において、前記微粒子成分を分級する粒径分級部をガス導入部の前流側に設けてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the first aspect, wherein a particle size classification part for classifying the fine particle component is provided on the upstream side of the gas introduction part.

第9の発明は、第1の発明において、前記ガスに同位体ガス成分などの当該試料に含まれていないガス成分を混入してなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a ninth aspect of the invention, there is provided the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the first aspect, wherein a gas component not contained in the sample such as an isotope gas component is mixed into the gas.

第10の発明は、第1の発明において、前記ガスが不活性ガスであることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a tenth aspect of the invention, there is provided the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the first aspect, wherein the gas is an inert gas.

第11の発明は、第1の発明において、前記プラズマを計測する検出装置が光検出器であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to an eleventh aspect of the invention, there is provided the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the first aspect, wherein the detecting device for measuring the plasma is a photodetector.

第12の発明は、第1の発明において、前記プラズマを計測する検出装置が質量分析装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a twelfth aspect of the invention, there is provided the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the first aspect, wherein the detection device for measuring the plasma is a mass spectrometer.

第13の発明は、第12発明において、前記プラズマイオン化物を濃縮するトラップを設けてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a thirteenth aspect of the invention, there is provided the fine particle component measuring apparatus in the gas according to the twelfth aspect, wherein a trap for concentrating the plasma ionized product is provided.

第14の発明は、第1の発明において、前記微粒子成分は、ガス中の粒径が100nm以下のナノ粒子であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置にある。   According to a fourteenth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the particulate component measuring device in the gas is characterized in that the particulate component is a nanoparticle having a particle size in the gas of 100 nm or less.

第15の発明は、ガス中の微粒子成分を計測するガス中の微粒子成分計測方法であって、減圧度の高い減圧室内に微粒子成分を含むガスを導入し、減圧度の高い減圧室から減圧度の低い減圧室へガスを分離しつつ微粒子成分を分離し、該分離した微粒子成分をプラズマ化させ、プラズマを計測することを特徴とするガス中の微粒子成分計測方法にある。   A fifteenth aspect of the invention is a method for measuring a fine particle component in a gas for measuring a fine particle component in a gas. There is a method for measuring a particulate component in a gas, wherein the particulate component is separated while separating the gas into a low-pressure decompression chamber, the separated particulate component is turned into plasma, and the plasma is measured.

第16の発明は、第15の発明において、前記微粒子成分がガス中のナノ粒子であることを特徴とするガス中の微粒子成分計方法にある。   A sixteenth aspect of the invention is the fine particle component measuring method in gas according to the fifteenth aspect of the invention, wherein the fine particle component is a nanoparticle in gas.

本発明によれば、ガス成分を分離する分離部を減圧チャンバ内に設けることにより、微粒子成分のみをプラズマ化させ、該微粒子成分の分析を効率よく行うことができる。
また、複数に分割した減圧室の減圧度を異なるようにし、減圧度の低い減圧室でプラズマ化することで、微粒子成分のみをプラズマ化させることができる。
また、レーザ光の波長を異なるようにすることで、微粒子を構成する揮発性有機化合物をイオン化させたり、微粒子の核をイオン化させたりすることができ、微粒子成分の組成の分析が可能となる。
また、同位体ガス成分などの当該試料に含まれていないガス成分を混入させ、該ガス成分のピークが出ないような範囲で計測することで、ガス成分の影響を受けることなく、微粒子由来の揮発性有機化合物の分析が可能となる。
According to the present invention, by providing the separation unit for separating the gas component in the decompression chamber, only the particulate component can be turned into plasma, and the particulate component can be analyzed efficiently.
In addition, by making the degree of decompression of the decompression chambers divided into a plurality of parts into a plasma in the decompression chamber having a low degree of decompression, only the fine particle component can be made into plasma.
Further, by changing the wavelength of the laser light, the volatile organic compound constituting the fine particles can be ionized or the nuclei of the fine particles can be ionized, and the composition of the fine particle components can be analyzed.
In addition, gas components that are not included in the sample such as isotope gas components are mixed and measured within a range in which the peak of the gas components does not appear, so that the gas components are not affected by the influence of the gas components. Analysis of volatile organic compounds becomes possible.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

本発明による実施例1に係るガス中の微量成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図1は、実施例1に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。図1に示すように、ガス中の微粒子成分計測装置10−1は、ガス中の微粒子成分を計測するガス中の微粒子成分計測装置であって、複数の減圧度の異なる第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2からなる減圧チャンバ11と、減圧度の高い第1の減圧室11−1に設けられ、微粒子成分を含むガス12を導入するガス導入部13と、減圧度の高い第1の減圧室11−1と減圧度の低い第2の減圧室11−2とを連通すると共に、導入された微粒子成分を含むガス12を構成するガス成分12aと微粒子成分12bとを分離する分離部14と、減圧度の低い第2の減圧室11−2内に導入された微粒子成分12bをプラズマ化させるプラズマ化装置であるレーザ装置(図示せず)から照射されるレーザ光Lと、該レーザ光Lにより発生したプラズマ16を計測する検出装置である光検出器17とを具備してなるものである。
A trace component measuring apparatus in gas according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring apparatus in gas according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the particulate component measuring device 10-1 in the gas is a particulate component measuring device in the gas that measures the particulate component in the gas, and a plurality of first decompression chambers 11 having different degrees of decompression. -1 and the second decompression chamber 11-2, the first decompression chamber 11-1 having a high degree of decompression, the gas introduction section 13 for introducing the gas 12 containing the particulate component, and the decompression The gas component 12a and the fine particle component 12b constituting the gas 12 including the introduced fine particle component and the first decompression chamber 11-1 having a high degree of communication with the second decompression chamber 11-2 having a low degree of decompression are communicated with each other. And a laser beam irradiated from a laser device (not shown) that is a plasma generator that converts the particulate component 12b introduced into the second decompression chamber 11-2 having a low degree of decompression into plasma. L and generated by the laser beam L And is the plasma 16 made comprises a photodetector 17 is a detection device that measures.

ここで、本実施例では、導入する微粒子成分を含むガス12を構成する微粒子12bを分級する粒径分級部21をガス導入部13の前流側に設けており、分析するガス中の微粒子の粒径を揃えるようにしている。この粒径分級部21は例えば先の特許文献1において開示するような帯電した微粒子を電気移動度の違いを利用して粒径毎に分級して取り出す微分型電気移動度分級器等の公知の分級装置を用いることができる。この分級により、例えば排ガス22中に存在するようなナノ単位の粒子を導入することができる。   Here, in this embodiment, a particle size classifying part 21 for classifying the fine particles 12b constituting the gas 12 containing the fine particle component to be introduced is provided on the upstream side of the gas introducing part 13, and the fine particles in the gas to be analyzed The particle size is made uniform. The particle size classifying unit 21 is a known type such as a differential type electric mobility classifier that classifies charged fine particles as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 for each particle size using the difference in electric mobility. A classifier can be used. By this classification, for example, nano-unit particles that exist in the exhaust gas 22 can be introduced.

また、粒径分級部21において同伴させる同伴ガス21aとしては、例えばN2ガス及びAr、He等の不活性ガスを用いるようにしている。
また、ガス導入部13内において、図示しないスプリッタにより、減圧室11内に導入するガス量を調整しており、スプリット比を90:10〜99.9:0.1となるようにしている。
Further, as the entrained gas 21a to be entrained in the particle size classifying unit 21, for example, N 2 gas and an inert gas such as Ar or He are used.
In the gas introduction unit 13, the amount of gas introduced into the decompression chamber 11 is adjusted by a splitter (not shown) so that the split ratio is 90:10 to 99.9: 0.1.

本発明では主に排ガス中の微粒子特にナノ粒子をその計測対象としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくともガス中に浮遊している微粒子成分であればいずれでもよい。ここで、前記ナノ粒子とは特に、その粒径が100nm以下の粒子をいう。   In the present invention, fine particles in exhaust gas, particularly nanoparticles, are mainly measured. However, the present invention is not limited to this, and any fine particle component floating in the gas may be used. Here, the nanoparticle particularly refers to a particle having a particle size of 100 nm or less.

本実施例では、前記減圧チャンバ11は、前記分離部14により二分割されてなり、減圧度の高い第1の減圧室11−1と減圧度の低い第2の減圧室11−2とからなり、ガス導入部13と第1の減圧室11−1の圧力比を10倍以上とすると共に、第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2の圧力比を2倍以上としている。なお、本実施例では、ガス導入部13は大気圧近傍としている。そして、前記第2の減圧室11−2で微粒子成分12bをレーザ光Lによりプラズマ16を発生化させるようにしている。なお、前記第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2は、それぞれ第1の真空ポンプ23−1、第2の真空ポンプ23−2により、上述した所定の減圧条件となるようにしている。   In the present embodiment, the decompression chamber 11 is divided into two parts by the separation unit 14 and includes a first decompression chamber 11-1 having a high degree of decompression and a second decompression chamber 11-2 having a low degree of decompression. The pressure ratio between the gas introduction unit 13 and the first decompression chamber 11-1 is 10 times or more, and the pressure ratio between the first decompression chamber 11-1 and the second decompression chamber 11-2 is 2 times or more. Yes. In the present embodiment, the gas introduction unit 13 is in the vicinity of atmospheric pressure. In the second decompression chamber 11-2, a plasma 16 is generated from the fine particle component 12b by the laser beam L. The first decompression chamber 11-1 and the second decompression chamber 11-2 are subjected to the above-described predetermined decompression conditions by the first vacuum pump 23-1 and the second vacuum pump 23-2, respectively. I am doing so.

ここで、第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2とを連通すると共に、導入された微粒子成分を含むガス12を構成するガス成分12aと微粒子成分12bとを分離する分離部14としては、例えばスキマーや、ガス導入部13のノズルと同一軸線上に位置する分離壁に設けた微細な孔、分離壁に設けた連通管等のガス成分12aと微粒子成分12bとを効率よく分離させ、微粒子成分12bのみを第2の減圧室11−2に導入するようなものであればいずれでもよい。   Here, the first decompression chamber 11-1 and the second decompression chamber 11-2 are communicated with each other, and the gas component 12a and the particulate component 12b constituting the gas 12 containing the introduced particulate component are separated. As the part 14, for example, a skimmer, a fine hole provided in a separation wall located on the same axis as the nozzle of the gas introduction part 13, a gas component 12a such as a communication pipe provided in the separation wall, and a fine particle component 12b are efficiently used. Any one may be used as long as it is well separated and only the fine particle component 12b is introduced into the second decompression chamber 11-2.

これにより、ガス成分12aを第2の減圧室12−2内に導くことを抑制し、微粒子成分12bのみを導入するので、微粒子成分のみの分析が可能となる。   As a result, the gas component 12a is prevented from being introduced into the second decompression chamber 12-2, and only the fine particle component 12b is introduced, so that only the fine particle component can be analyzed.

前記レーザ装置のレーザとしては、パルスレーザが好ましく、そのパルス幅は1μm以下、より好ましくは10ns以下とするのが好ましい。また、レーザ出力は1mJ以上、好ましくは100〜500mJ/pの範囲、より好ましくは300〜400mJ/pの範囲とするのが好ましい。   The laser of the laser device is preferably a pulse laser, and the pulse width is preferably 1 μm or less, more preferably 10 ns or less. The laser output is preferably 1 mJ or more, preferably in the range of 100 to 500 mJ / p, more preferably in the range of 300 to 400 mJ / p.

本実施例ではプラズマを計測する検出装置としては、光検出器を用いている。
また、この光検出器としては、例えば分光器とICCDカメラ(イメージ・インテンシファイアとCCD素子をファイバー・カップリングしたカメラ)とから構成されるようにしてもよい。
In this embodiment, a photodetector is used as a detection device for measuring plasma.
The photodetector may be composed of, for example, a spectroscope and an ICCD camera (camera in which an image intensifier and a CCD element are fiber-coupled).

本実施例においては、図示しないレーザ照射装置から発振されたレーザ光Lは集光されて測定場24に集光され、微粒子成分をプラズマ化させてプラズマ16を発生する。このプラズマ16を光検出器17で検出し、スペクトルを求め、微粒子組成を分析するようにしている。   In the present embodiment, the laser light L oscillated from a laser irradiation apparatus (not shown) is condensed and condensed on the measurement field 24, and the fine particle component is turned into plasma to generate plasma 16. The plasma 16 is detected by a photodetector 17, the spectrum is obtained, and the fine particle composition is analyzed.

以上のように、所定の粒径に分級された微粒子を含むガス12をガス導入部13から第1の減圧室11−1に導入し、該第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2とを連通する分離部14でガス成分12aを分離して、第2の減圧室11−2に微粒子成分12bのみを送り込むようにしている。その後、レーザ光Lにより微粒子成分12bをプラズマ化させてそのプラズマ16を光検出器17で分析することで、微粒子成分の組成の全体を分析することができる。   As described above, the gas 12 containing fine particles classified into a predetermined particle diameter is introduced from the gas introduction unit 13 into the first decompression chamber 11-1, and the first decompression chamber 11-1 and the second decompression chamber 11-1. The gas component 12a is separated by the separation unit 14 communicating with the chamber 11-2, and only the fine particle component 12b is fed into the second decompression chamber 11-2. Thereafter, the fine particle component 12b is converted into plasma by the laser light L, and the plasma 16 is analyzed by the photodetector 17, whereby the entire composition of the fine particle component can be analyzed.

図2は、実施例2に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。本実施例のガス中の微粒子成分計測装置10−2は、実施例1の装置において、ガス中に同位体ガスを導入するようにしており、その他の構成は実施例1と同様であるので、同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図2に示すように、ガス中の微粒子成分計測装置10−2は、ガス導入部13に導入するガス12に同位体ガス31を混入するようにしたものである。   FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring device in gas according to a second embodiment. The fine particle component measuring apparatus 10-2 in the gas of the present embodiment introduces an isotope gas into the gas in the apparatus of the first embodiment, and other configurations are the same as the first embodiment. About the same member, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 2, the particulate component measuring device 10-2 in the gas is configured such that the isotope gas 31 is mixed into the gas 12 introduced into the gas introduction unit 13.

ここで、前記同位体ガス31としては、例えば13C、15N、18O、CH3D等でラベルされた元素を有するガスを挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、同位体ガスは好適な一例であり、当該試料に含まれていない特有なピークを有するガス成分であればいずれでもよい。 Here, examples of the isotope gas 31 include gases having elements labeled with 13 C, 15 N, 18 O, CH 3 D, etc., but the present invention is not limited thereto. Absent. Note that isotope gas is a suitable example, and any gas component having a specific peak not included in the sample may be used.

そして、第2の減圧室11−2の計測において、同位体ガス31の有無を検出するようにし、前記混入した同位体ガス31成分が分析されないような条件となるように、第1及び第2の減圧室11−1、11−2の減圧度、分離部14の孔径等の諸条件を調整し、レーザ光Lを照射することで、同伴するガス21aの影響がない微粒子成分のみの組成を分析することができる。すなわち、分離部14においても第2の減圧室11−2に多少のガス成分の導入がありうるが、混入した同位体ガスが分析されない場合には、ガス成分の影響がない分析を行うこととなり、この結果、微粒子成分のみの分析が可能となる。   In the measurement of the second decompression chamber 11-2, the presence or absence of the isotope gas 31 is detected, and the first and second conditions are set so that the mixed isotope gas 31 component is not analyzed. By adjusting various conditions such as the degree of decompression of the decompression chambers 11-1 and 11-2 and the hole diameter of the separation portion 14 and irradiating the laser beam L, the composition of only the fine particle component not affected by the accompanying gas 21a is obtained. Can be analyzed. That is, some gas components may be introduced into the second decompression chamber 11-2 also in the separation unit 14, but when the mixed isotope gas is not analyzed, analysis without influence of the gas components is performed. As a result, only the fine particle component can be analyzed.

本発明による実施例3に係るガス中の微粒子成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図3は、実施例3に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。なお、図1にかかる微粒子成分計測装置と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例では、実施例1において用いたレーザ照射装置によるプラズマ化の代わりに、放電電極によりプラズマ化を行うものである。
図3に示すように、本実施例のガス中の微粒子成分計測装置10−3にかかるプラズマ化装置は、放電40を発生させる電極41,41と、該電極41,41間に電圧を供給する放電ユニット42とから構成されている。ここで、放電パルス幅は1μs以下とすることが好ましい。
An apparatus for measuring particulate components in gas according to Example 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring device in gas according to a third embodiment. In addition, about the same member as the microparticle component measuring apparatus concerning FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
In this embodiment, instead of using the laser irradiation apparatus used in Embodiment 1 to generate plasma, the discharge electrode is used to generate plasma.
As shown in FIG. 3, the plasma generating apparatus according to the particulate component measuring apparatus 10-3 in the gas of this embodiment supplies a voltage between the electrodes 41 and 41 that generate the discharge 40 and the electrodes 41 and 41. And a discharge unit 42. Here, the discharge pulse width is preferably 1 μs or less.

このように、レーザ装置を用いる代わりにスパーク放電とすることで、実施例1のような大掛かりなレーザ装置を用いることがないので、装置構成が簡略化され、コストの低減化を図ることができる。   Thus, by using spark discharge instead of using a laser device, a large-scale laser device as in the first embodiment is not used, so that the device configuration is simplified and the cost can be reduced. .

本発明による実施例4に係るガス中の微粒子成分計測装置について、図面を参照して説明する。
図4は、実施例4に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。なお、図3にかかる微粒子成分計測装置と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
本実施例では、実施例3の装置において、減圧チャンバ11内に複数の分離部14−1,14−2を設け、減圧チャンバ11内を減圧度の異なるようにしたものである。
An apparatus for measuring fine particle components in gas according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring device in gas according to a fourth embodiment. In addition, about the same member as the microparticle component measuring apparatus concerning FIG. 3, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
In the present embodiment, in the apparatus of the third embodiment, a plurality of separation sections 14-1 and 14-2 are provided in the decompression chamber 11 so that the decompression chamber 11 has different degrees of decompression.

すなわち、図4に示すように、本実施例にかかるガス中の微粒子成分計測装置10−4にかかる減圧チャンバ11は、第1の分離部14−1、第2の分離部14−2により三分割されてなり、減圧度の高い第1の減圧室11−1と減圧度の低い第2の減圧室11−2と、第2の減圧室11−2よりも更に減圧度の低い第3の減圧室11−3からなり、ガス導入部13と第1の減圧室11−1の圧力比を10倍以上とし、第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2の圧力比を2倍以上とすると共に、第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2の圧力比を10倍以上としている。なお、本実施例では、ガス導入部13は大気圧近傍としている。そして、前記第2の減圧室11−2で微粒子成分12bを第1の放電40−1により第1のプラズマ16−1を発生させ、第3の減圧室11−3で微粒子成分12bを第2の放電40−2により第2のプラズマ16−2を発生させるようにしている。なお、前記第1の減圧室11−1と第2の減圧室11−2と第3の減圧室11−3はそれぞれ図示しない真空ポンプにより所定の減圧条件としている。   That is, as shown in FIG. 4, the decompression chamber 11 according to the particulate component measuring apparatus 10-4 in the gas according to the present embodiment is divided into three parts by a first separation unit 14-1 and a second separation unit 14-2. The first decompression chamber 11-1 having a high degree of decompression, the second decompression chamber 11-2 having a low degree of decompression, and the third decompression degree further lower than the second decompression chamber 11-2. The pressure reduction chamber 11-3 includes a pressure ratio between the gas introduction unit 13 and the first pressure reduction chamber 11-1 that is 10 times or more, and a pressure ratio between the first pressure reduction chamber 11-1 and the second pressure reduction chamber 11-2. The pressure ratio between the first decompression chamber 11-1 and the second decompression chamber 11-2 is 10 times or more. In the present embodiment, the gas introduction unit 13 is in the vicinity of atmospheric pressure. The fine particle component 12b is generated in the second decompression chamber 11-2 by the first discharge 40-1, and the first plasma 16-1 is generated in the third decompression chamber 11-3. The second plasma 16-2 is generated by the discharge 40-2. The first decompression chamber 11-1, the second decompression chamber 11-2, and the third decompression chamber 11-3 are set to predetermined decompression conditions by a vacuum pump (not shown).

本実施例においては、第2の減圧室11−2の微粒子成分と第3の減圧室11−3の微粒子成分を放電40−1、40−2により各々プラズマ化させてプラズマ16−1、16−2を発生させ、このプラズマ16−1、16−2を各々第1の光検出器17−1及び第2の光検出器17−2で検出してスペクトルを求め、微粒子組成を分析するようにしている。   In the present embodiment, the fine particle component of the second decompression chamber 11-2 and the fine particle component of the third decompression chamber 11-3 are turned into plasma by the discharges 40-1 and 40-2, respectively, and plasmas 16-1 and 16 are generated. -2 is generated, and the plasmas 16-1 and 16-2 are detected by the first photodetector 17-1 and the second photodetector 17-2, respectively, to obtain spectra and analyze the fine particle composition. I have to.

これにより、高圧で計測できる原子種と低圧で計測できる原子種とを効率よく分析することができる。   Thereby, the atomic species that can be measured at high pressure and the atomic species that can be measured at low pressure can be efficiently analyzed.

ここで、高圧で計測できる原子はエネルギー準位が低い原子であり、例えばFe,Na,K,Cr,Ni等を例示することができる。一方、低圧で計測できる原子はエネルギー準位が高い原子であり、例えばC,As,SE,S等を例示することができる。   Here, atoms that can be measured at a high pressure are atoms having low energy levels, and examples thereof include Fe, Na, K, Cr, and Ni. On the other hand, atoms that can be measured at low pressure are atoms with high energy levels, and examples thereof include C, As, SE, and S.

この結果、同一装置において、減圧チャンバ11を減圧度の異なる複数の減圧室とすることで、比較的高い圧力と低い圧力の条件において微粒子成分の原子種に応じた高感度の計測を行うことができることになる。   As a result, in the same apparatus, by making the decompression chamber 11 a plurality of decompression chambers having different degrees of decompression, highly sensitive measurement according to the atomic species of the particulate component can be performed under relatively high pressure and low pressure conditions. It will be possible.

図5は、実施例5に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。本実施例のガス中の微粒子成分計測装置10−5では、実施例4において、第3の減圧室11−3内にイオンを加速するイオン加速電極51を設け、加速したイオンを質量分析管52に送り、イオン検出器53で質量を検出するようにしている。
すなわち、図5に示すように、第1の分離部14−1でガス成分12aを分離して微粒子成分12bとし、放電40によりプラズマ16を発生し、該プラズマを第2の分離部14−2を通過させて、イオン加速電極51で加速させ、飛行時間型質量分析計(TOFMS:Time−of−flight mass spectrometry)のイオン検出器53で分析するようにしている。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring apparatus in gas according to the fifth embodiment. In the fine particle component measuring apparatus 10-5 in the gas of this example, in Example 4, the ion accelerating electrode 51 for accelerating ions is provided in the third decompression chamber 11-3, and the accelerated ions are converted into the mass analysis tube 52. The mass is detected by the ion detector 53.
That is, as shown in FIG. 5, the gas component 12a is separated into the fine particle component 12b by the first separation unit 14-1, the plasma 16 is generated by the discharge 40, and the plasma is converted into the second separation unit 14-2. , Is accelerated by the ion acceleration electrode 51, and is analyzed by the ion detector 53 of a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS: Time-of-flight mass spectrometry).

これにより、ガス中の微粒子成分の全体組成を、飛行時間型質量分析計(TOFMS)により、効率よく分析することができる。   Thereby, the whole composition of the particulate component in the gas can be efficiently analyzed by the time-of-flight mass spectrometer (TOFMS).

図6は、実施例6に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。本実施例のガス中の微粒子成分計測装置10−6は、実施例5において、第2の分離部14−2を設けず、しかもイオン加速電極51内において、レーザ光Lを照射するようにしている。
すなわち、図6に示すように、ガス中の微粒子成分計測装置10−6にかかる分離部14でガス成分12aを分離して微粒子成分12bとし、レーザ光Lにより微粒子成分12bをプラズマ化させ、該プラズマイオンを加速電極51で加速させ、飛行時間型質量分析計(TOFMS:Time−of−flight mass spectrometry)のイオン検出器53で分析するようにしている。
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring device in gas according to a sixth embodiment. The fine particle component measuring apparatus 10-6 in the gas according to the present embodiment does not include the second separation unit 14-2 in the fifth embodiment, and irradiates the laser beam L within the ion acceleration electrode 51. Yes.
That is, as shown in FIG. 6, the gas component 12a is separated into the fine particle component 12b by the separation unit 14 applied to the fine particle component measuring device 10-6 in the gas, and the fine particle component 12b is converted into plasma by the laser beam L, The plasma ions are accelerated by the acceleration electrode 51 and analyzed by an ion detector 53 of a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) (Time-of-flight mass spectrometry).

これにより、実施例5のような第2の減圧室11−2内でプラズマ化されてから第2の分離部14−2を通過することである時間冷却された後に、第3の減圧室11−3内のイオン加速電極51で加速する場合と較べて、冷却される間におけるノイズの発生がなくなるので、高感度の計測が可能となる。   As a result, the third decompression chamber 11 is cooled after being converted into plasma in the second decompression chamber 11-2 as in the fifth embodiment and then passing through the second separator 14-2. As compared with the case of accelerating with the ion accelerating electrode 51 in -3, no noise is generated during the cooling, so that highly sensitive measurement is possible.

図7は、実施例7に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。本実施例のガス中の微粒子成分計測装置10−7は、実施例6において、第2の分離部14−2を設け、第3の減圧室11−3を設けるようにし、しかも第2の減圧室11−2と第3の減圧室11−3において、レーザ光L−1,L−2を照射するようにしている。
すなわち、図7に示すように、第1の分離部14−1でガス成分12aを分離して微粒子成分12bとし、ここに第1のレーザ光L−1を照射させて、微粒子成分12bの揮発性有機化合物(VOC)をプラズマ化させ、微粒子成分12bの核の部分を第2の分離部14−2を通過させて、第3の減圧装置11−3に導入し、イオン加速電極51内にて第2のレーザ光L−2を照射させて微粒子成分12bの核部分又は揮発性有機化合物(VOC)をプラズマ化させ、該プラズマイオンを加速電極51で加速させ、飛行時間型質量分析計(TOFMS:Time−of−flight mass spectrometry)のイオン検出器53で分析するようにしている。
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an apparatus for measuring a particulate component in gas according to a seventh embodiment. The fine particle component measuring apparatus 10-7 in the gas of this embodiment is provided with the second separation unit 14-2 and the third decompression chamber 11-3 in the sixth embodiment, and the second decompression chamber 11-3. In the chamber 11-2 and the third decompression chamber 11-3, the laser beams L-1 and L-2 are irradiated.
That is, as shown in FIG. 7, the gas component 12a is separated into the fine particle component 12b by the first separation unit 14-1, and this is irradiated with the first laser light L-1 to volatilize the fine particle component 12b. The organic organic compound (VOC) is turned into plasma, the core portion of the fine particle component 12b is passed through the second separation unit 14-2, introduced into the third decompression device 11-3, and into the ion acceleration electrode 51. Then, the second laser beam L-2 is irradiated to make the core portion of the fine particle component 12b or the volatile organic compound (VOC) into plasma, and the plasma ions are accelerated by the acceleration electrode 51, and a time-of-flight mass spectrometer ( Analysis is performed by an ion detector 53 of TOFMS (Time-of-flight mass spectrometry).

すなわち、第2の減圧室11−2において、微粒子成分の揮発性有機化合物を分離し、分離した揮発性有機化合物又は核部分となった微粒子成分を第3の減圧室11−3において、レーザ光L−2でプラズマ化させるので、微粒子成分の組成を分析することができる。   That is, the volatile organic compound of the fine particle component is separated in the second decompression chamber 11-2, and the separated volatile organic compound or the fine particle component that has become the core part is separated into the laser beam in the third decompression chamber 11-3. Since the plasma is generated by L-2, the composition of the fine particle component can be analyzed.

ここで、前記第2の減圧室11−2で微粒子成分12bの揮発性有機化合物を気化させるレーザ光の波長は180〜400nmの範囲とすればよい。また、第3の減圧室11−3において、該気化した揮発性有機化合物をイオン化させる場合には、同様にレーザ光の波長を180〜400nmの範囲とするようにすればよい。これにより、芳香族炭化水素系物質を計測することができる。なお、パラフィン系の炭化水素の計測には、真空紫外光を用いるようにしてもよい。   Here, the wavelength of the laser beam for vaporizing the volatile organic compound of the fine particle component 12b in the second decompression chamber 11-2 may be in the range of 180 to 400 nm. Further, in the case where the vaporized volatile organic compound is ionized in the third decompression chamber 11-3, the wavelength of the laser light may be similarly set in the range of 180 to 400 nm. Thereby, an aromatic hydrocarbon type substance can be measured. Note that vacuum ultraviolet light may be used for measurement of paraffinic hydrocarbons.

一方、微粒子成分の核部分をイオン化させる場合には、第3の減圧室11−3におけるレーザ光の波長を400〜2000nmの範囲、より好ましくは500〜1500nmの範囲とするようにすればよい。
これにより、揮発性有機化合物以外の核部分全体をイオン化することとなり、核部分全体の質量分析が可能となる。
On the other hand, when the core portion of the fine particle component is ionized, the wavelength of the laser beam in the third decompression chamber 11-3 may be in the range of 400 to 2000 nm, more preferably in the range of 500 to 1500 nm.
Thereby, the whole core part other than the volatile organic compound is ionized, and mass analysis of the whole core part becomes possible.

この結果、微粒子成分を構成する揮発性有機化合物成分と核部分とを別々に計測することができ、微粒子成分の組成分布を分析することができる。   As a result, the volatile organic compound component and the core portion constituting the fine particle component can be separately measured, and the composition distribution of the fine particle component can be analyzed.

ここで、図7に示すガス中の微粒子成分計測装置10−7を用い、揮発性有機化合物であるアントラセンの質量分析をした結果を図9に示す。
図9は揮発性有機化合物の成分のみ計測したものであり、レーザ光の波長は266nm、レーザ出力は2mJ/pであり、レーザ光を集光しない場合である。
なお、測定においては、第3の減圧室11−3内の減圧度を10-3torrとし、質量分析管52内の減圧度を10-5〜10-6torrとた。
Here, FIG. 9 shows the result of mass spectrometry of anthracene, which is a volatile organic compound, using the fine particle component measuring apparatus 10-7 shown in FIG.
FIG. 9 shows the measurement of only the components of the volatile organic compound. The wavelength of the laser beam is 266 nm, the laser output is 2 mJ / p, and the laser beam is not condensed.
In the measurement, the degree of decompression in the third decompression chamber 11-3 was 10 −3 torr, and the degree of decompression in the mass spectrometer tube 52 was 10 −5 to 10 −6 torr.

図10は図9において、レーザ光を集光させ、レーザ光の波長が266nmで粒子を分解させた場合を示しており、揮発性有機化合物であるアントラセンの分解の影響を強く受け、粒子の組成を計測することができなかった。   FIG. 10 shows the case where the laser beam is condensed in FIG. 9 and the particle is decomposed at a laser beam wavelength of 266 nm. The particle composition is strongly influenced by the decomposition of anthracene which is a volatile organic compound. Could not be measured.

図11は、レーザ光の波長を1064nmとして微粒子成分を分解させた場合を示す。この場合には、レーザ光の波長が266nmの場合とは異なり、揮発性有機化合物であるアントラセンの分解の影響を受けず、粒子の組成を計測することができた。   FIG. 11 shows a case where the fine particle component is decomposed with the wavelength of the laser light being 1064 nm. In this case, unlike the case where the wavelength of the laser beam was 266 nm, the composition of the particles could be measured without being affected by the decomposition of anthracene, which is a volatile organic compound.

図12は、図7に示すガス中の微粒子成分計測装置10−7を用い、実際に排ガスとしてディーゼルエンジンからの排ガスを用いた分析例である。
レーザ光の波長は1064nmであり、レーザ出力は500mJ/pであり、レーザを集光させた場合である。この結果より、微粒子成分であるナノ粒子の核部分であるNa成分とS成分の分析ができた。
FIG. 12 is an analysis example using the particulate component measuring device 10-7 in the gas shown in FIG. 7 and actually using exhaust gas from a diesel engine as exhaust gas.
The wavelength of the laser beam is 1064 nm, the laser output is 500 mJ / p, and the laser is condensed. From this result, it was possible to analyze the Na component and S component, which are the core parts of the nanoparticles that are fine particle components.

図8は、実施例8に係るガス中の微粒子成分計測装置を示す概念図である。本実施例では、実施例7において、第3の減圧室11−3のイオン経路内にイオントラップ61を設け、イオンを濃縮するようにしている。   FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a fine particle component measuring apparatus in gas according to an eighth embodiment. In the present embodiment, in the seventh embodiment, an ion trap 61 is provided in the ion path of the third decompression chamber 11-3 to concentrate ions.

すなわち、イオントラップ61の相対向する第1エンドキャップ電極61aと第2エンドキャップ電極61bの略中心には各々細孔が形成されており、図示しない高周波電源により印加させ、第1エンドキャップ61aの細孔でイオン化した分子を取り込むと共に、特定のイオンがその質量に対応する電圧周波数によりイオントラップ領域でトラップされ、他の質量のイオンは第2のエンドキャップ61bの細孔より射出し、又はイオントラップ内壁に当たって失活する。この結果、特定の質量のイオンのみがその中心領域で集合する。その後、高周波電極を切ってから、第1エンドキャップ電極61aと第2エンドキャップ電極61bとに電圧を印加すると、該集合したイオンは、第2エンドキャップ電極61bの細孔から射出され、質量分析管52内のイオン検出器53で検出される。   That is, pores are formed at substantially the centers of the first end cap electrode 61a and the second end cap electrode 61b opposite to each other of the ion trap 61, and are applied by a high-frequency power source (not shown). While capturing molecules ionized in the pores, specific ions are trapped in the ion trap region by a voltage frequency corresponding to the mass, and ions of other masses are ejected from the pores of the second end cap 61b, or ions Defeated by hitting the inner wall of the trap. As a result, only ions with a specific mass gather in the central region. Thereafter, when the high-frequency electrode is turned off and a voltage is applied to the first end cap electrode 61a and the second end cap electrode 61b, the collected ions are ejected from the pores of the second end cap electrode 61b, and mass spectrometry is performed. It is detected by an ion detector 53 in the tube 52.

ここで、本発明では、上記高周波電極を1000〜1500Vの電圧とし、その周波数を1MHz以上とするのが好ましい。これは測定対象がナノ微粒子の場合には、上記電圧及び周波数とすることで効率よくイオントラップ領域でトラップされるからである。   Here, in the present invention, it is preferable that the high-frequency electrode has a voltage of 1000 to 1500 V and the frequency is 1 MHz or more. This is because when the object to be measured is nano-particles, the voltage and frequency are used to efficiently trap in the ion trap region.

本発明では、第2のレーザ光L−2によるイオン化のタイミングと、イオントラップ61の高周波電極の周期のタイミングとを同期させ、上記イオン化した分子を選択的にイオントラップ61で捕捉するようにしている。   In the present invention, the ionization timing by the second laser beam L-2 is synchronized with the cycle timing of the high-frequency electrode of the ion trap 61 so that the ionized molecules are selectively captured by the ion trap 61. Yes.

このように、本実施例によれば、同一ガス中の微粒子成分の組成の揮発性有機化合物と核部分とを略同時に計測することができる。   Thus, according to this embodiment, it is possible to measure the volatile organic compound having the composition of the fine particle component in the same gas and the core portion almost simultaneously.

以上のように、本発明にかかるガス中の微粒子成分計測装置は、プラズマ場からのノイズを低減でき、計測感度が向上するのでガス中の微粒子を効率よく分析することができ、例えば排ガス中のナノ粒子の組成解明に適用することができる。   As described above, the particulate component measuring device in the gas according to the present invention can reduce noise from the plasma field and improve the measurement sensitivity, so that the particulates in the gas can be efficiently analyzed. It can be applied to elucidate the composition of nanoparticles.

実施例1にかかるガス中の微粒子成分計測装置の概略図である。1 is a schematic view of a fine particle component measuring device in gas according to Example 1. FIG. 実施例2にかかるガス中の微粒子成分計測装置の概略図である。It is the schematic of the particulate component measuring device in the gas concerning Example 2. FIG. 実施例3にかかるガス中の微粒子成分計測装置の概略図である。It is the schematic of the particulate component measuring device in the gas concerning Example 3. FIG. 実施例4にかかるガス中の微粒子成分計測装置の概略図である。It is the schematic of the particulate component measuring device in the gas concerning Example 4. FIG. 実施例5にかかるガス中の微粒子成分計測装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a fine particle component measuring device in gas according to a fifth embodiment. 実施例6にかかるガス中の微粒子成分計測装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a fine particle component measuring device in gas according to a sixth embodiment. 実施例7にかかる微粒子成分計測装置の概略図である。FIG. 10 is a schematic view of a particulate component measuring apparatus according to Example 7. 実施例8にかかる微粒子成分計測装置の概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a fine particle component measuring apparatus according to Example 8. 微粒子の揮発性有機化合物であるアントラセンの計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the anthracene which is a volatile organic compound of microparticles | fine-particles. 微粒子の揮発性有機化合物であるアントラセンを分解した計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result which decomposed | disassembled the anthracene which is a volatile organic compound of microparticles | fine-particles. 微粒子の核部分の計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the nucleus part of microparticles | fine-particles. ディーゼル排ガス中の微粒子核部分の計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the fine particle nucleus part in diesel exhaust gas.

符号の説明Explanation of symbols

10−1〜10−8 ガス中の微粒子成分計測装置
11 減圧チャンバ
11−1 第1の減圧室
11−2 第2の減圧室
11−3 第3の減圧室
12 微粒子成分を含むガス
13 ガス導入部
14 分離部
14−1 第1の分離部
14−2 第2の分離部
16 プラズマ
17 光検出器
L レーザ光
10-1 to 10-8 Fine particle component measuring device in gas 11 Decompression chamber 11-1 First decompression chamber 11-2 Second decompression chamber 11-3 Third decompression chamber 12 Gas containing particulate component 13 Gas introduction Part 14 Separation part 14-1 First separation part 14-2 Second separation part 16 Plasma 17 Photodetector L Laser light

Claims (16)

ガス中の微粒子成分を計測するガス中の微粒子成分計測装置であって、
複数の減圧度の異なる減圧室からなる減圧チャンバと、
減圧度の高い減圧室に設けられ、微粒子成分を含むガスを導入するガス導入部と、
減圧度の高い減圧室と減圧度の低い減圧室とを連通すると共に、導入されたガス成分と微粒子成分とを分離する分離部と、
減圧度の低い減圧室内に導入された微粒子成分をプラズマ化させるプラズマ化装置と、
該プラズマ化装置により発生したプラズマを計測する検出装置とを具備してなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
A fine particle component measuring device for measuring fine particle components in gas,
A decompression chamber comprising a plurality of decompression chambers having different degrees of decompression;
A gas introduction part which is provided in a decompression chamber having a high degree of decompression and introduces a gas containing a fine particle component;
A separation unit that separates the introduced gas component and the fine particle component while communicating the decompression chamber having a high degree of decompression and the decompression chamber having a low degree of decompression;
A plasma generator that converts the particulate component introduced into the vacuum chamber having a low degree of vacuum into plasma;
A device for measuring fine particle components in a gas, comprising: a detector for measuring plasma generated by the plasma generator.
請求項1において、
前記減圧チャンバが分離部により二分割されてなり、減圧度の高い第1の減圧室と減圧度の低い第2の減圧室とからなり、
ガス導入部と第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が10倍以上であると共に、
第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が2倍以上であり、
前記第2の減圧室で微粒子成分をプラズマ化させてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
The decompression chamber is divided into two by a separation unit, and includes a first decompression chamber having a high degree of decompression and a second decompression chamber having a low degree of decompression,
While the pressure ratio of the gas introduction part, the first decompression chamber and the second decompression chamber is 10 times or more,
The pressure ratio between the first decompression chamber and the second decompression chamber is twice or more,
An apparatus for measuring a particulate component in a gas, wherein the particulate component is converted into plasma in the second decompression chamber.
請求項1において、
前記減圧チャンバが二つの分離部により三分割されてなり、減圧度の高い第1の減圧室と減圧度の低い第2の減圧室と第2の減圧室よりもさらに減圧度の低い第3の減圧室からなり、
ガス導入部と第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が10倍以上であり、
第1の減圧室と第2の減圧室の圧力比が2倍以上であり、且つ
第2の減圧室と第3の減圧室の圧力比が10倍以上であり、
前記第2の減圧室及び第3の減圧室で各々微粒子成分をプラズマ化させてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
The decompression chamber is divided into three parts by two separators, and a first decompression chamber with a high degree of decompression, a second decompression chamber with a low decompression degree, and a third decompression degree that is lower than the second decompression chamber. Consisting of a decompression chamber,
The pressure ratio of the gas introduction part, the first decompression chamber and the second decompression chamber is 10 times or more,
The pressure ratio between the first decompression chamber and the second decompression chamber is 2 times or more, and the pressure ratio between the second decompression chamber and the third decompression chamber is 10 times or more,
An apparatus for measuring a particulate component in a gas, wherein the particulate component is converted into plasma in each of the second decompression chamber and the third decompression chamber.
請求項3において、
前記第2の減圧室のプラズマ化装置が波長180〜400nmの範囲のレーザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレーザ装置であり、第3の減圧室のプラズマ化装置が180〜400nmの範囲のレーザ光を気化した揮発性有機化合物に照射してイオン化させるレーザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 3,
The plasma generator in the second decompression chamber is a laser device that irradiates a fine particle component with a laser beam having a wavelength in the range of 180 to 400 nm to vaporize a volatile organic compound of the fine particle component. An apparatus for measuring fine particle components in a gas, wherein the apparatus is a laser apparatus that irradiates and ionizes a vaporized volatile organic compound with a laser beam in a range of 180 to 400 nm.
請求項3において、
前記第2の減圧室のプラズマ化装置が波長180〜400nmの範囲のレーザ光を微粒子成分に照射して微粒子成分の揮発性有機化合物を気化させるレーザ装置であり、第3の減圧室のプラズマ化装置が400〜2000nmの範囲のレーザ光を微粒子成分の核に照射してイオン化させるレーザ装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 3,
The plasma generator in the second decompression chamber is a laser device that irradiates a fine particle component with a laser beam having a wavelength in the range of 180 to 400 nm to vaporize a volatile organic compound of the fine particle component. An apparatus for measuring fine particle components in a gas, characterized in that the apparatus is a laser device that irradiates the nuclei of fine particle components with a laser beam in the range of 400 to 2000 nm and ionizes them.
請求項4又は5において、
前記レーザ装置のレーザがパルスレーザであり、そのパルス幅は1μm以下であり、レーザ出力が1mJ/p以上であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 4 or 5,
An apparatus for measuring fine particle components in gas, wherein the laser of the laser device is a pulse laser, the pulse width is 1 μm or less, and the laser output is 1 mJ / p or more.
請求項2又は3において、
前記ガス導入部の圧力が大気圧であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 2 or 3,
The apparatus for measuring fine particle components in gas, wherein the pressure of the gas introduction part is atmospheric pressure.
請求項1において、
前記微粒子成分を分級する粒径分級部をガス導入部の前流側に設けてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
An apparatus for measuring a fine particle component in a gas, wherein a particle size classification portion for classifying the fine particle component is provided on the upstream side of the gas introduction portion.
請求項1において、
前記ガスに同位体ガス成分などの当該試料に含まれていないガス成分を混入してなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
An apparatus for measuring a particulate component in a gas, wherein the gas is mixed with a gas component that is not contained in the sample, such as an isotope gas component.
請求項1において、
前記ガスが不活性ガスであることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
The fine particle component measuring device in the gas, wherein the gas is an inert gas.
請求項1において、
前記プラズマを計測する検出装置が光検出器であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
An apparatus for measuring fine particle components in gas, wherein the detection apparatus for measuring plasma is a photodetector.
請求項1において、
前記プラズマを計測する検出装置が質量分析装置であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
A device for measuring particulate components in gas, wherein the detection device for measuring plasma is a mass spectrometer.
請求項12において、
前記プラズマイオン化物を濃縮するトラップを設けてなることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 12,
A device for measuring fine particle components in a gas, comprising a trap for concentrating the plasma ionized product.
請求項1において、
前記微粒子成分は、ガス中の粒径が100nm以下のナノ粒子であることを特徴とするガス中の微粒子成分計測装置。
In claim 1,
The fine particle component measurement apparatus in gas, wherein the fine particle component is a nanoparticle having a particle size in gas of 100 nm or less.
ガス中の微粒子成分を計測するガス中の微粒子成分計測方法であって、
減圧度の高い減圧室内に微粒子成分を含むガスを導入し、
減圧度の高い減圧室から減圧度の低い減圧室へガスを分離しつつ微粒子成分を分離し、
該分離した微粒子成分をプラズマ化させ、プラズマを計測することを特徴とするガス中の微粒子成分計測方法。
A method for measuring fine particle components in a gas for measuring fine particle components in a gas,
Introducing a gas containing particulate components into a vacuum chamber with a high degree of vacuum,
While separating the gas from the decompression chamber with a high degree of decompression to the decompression chamber with a low degree of decompression, the fine particle component is separated,
A method for measuring a fine particle component in a gas, wherein the separated fine particle component is converted into plasma and the plasma is measured.
請求項15において、
前記微粒子成分がガス中のナノ粒子であることを特徴とするガス中の微粒子成分計方法。
In claim 15,
A method for measuring a fine particle component in a gas, wherein the fine particle component is a nanoparticle in a gas.
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