JP3435015B2 - 微粒子分析装置およびその方法 - Google Patents
微粒子分析装置およびその方法Info
- Publication number
- JP3435015B2 JP3435015B2 JP09732797A JP9732797A JP3435015B2 JP 3435015 B2 JP3435015 B2 JP 3435015B2 JP 09732797 A JP09732797 A JP 09732797A JP 9732797 A JP9732797 A JP 9732797A JP 3435015 B2 JP3435015 B2 JP 3435015B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine particles
- particle size
- classifier
- particle
- mass spectrometer
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気等の雰囲気中
に浮遊する粉塵（dust）やミスト（mist）等の微粒子を
対象とする分析技術に係り、とりわけ粒径が約０．００
１ミクロン（μｍ）〜約数ミクロンの範囲にある微粒子
の粒径や粒子数、成分等を測定する微粒子分析装置およ
びその方法に関する。
に浮遊する粉塵（dust）やミスト（mist）等の微粒子を
対象とする分析技術に係り、とりわけ粒径が約０．００
１ミクロン（μｍ）〜約数ミクロンの範囲にある微粒子
の粒径や粒子数、成分等を測定する微粒子分析装置およ
びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体製造プロセスにおける粒子
汚染の抑制、大気中における酸性雨やスモッグ等の発生
機構の解明、および量子ナノ（nano）材料の開発等に関
連して、大気等の雰囲気中に浮遊する粉塵やミスト等の
微粒子が注目を集めている。
汚染の抑制、大気中における酸性雨やスモッグ等の発生
機構の解明、および量子ナノ（nano）材料の開発等に関
連して、大気等の雰囲気中に浮遊する粉塵やミスト等の
微粒子が注目を集めている。
【０００３】このような微粒子を対象とする従来の分析
方法としては、（１）雰囲気中に浮遊する微粒子を一旦
フィルタ等に捕集させ、このようにして収集された個々
の微粒子をミクロ分析する方法、および（２）雰囲気中
に浮遊する微粒子を浮遊状態のままで（in situ ）ミク
ロ分析する方法がある（文献１（M.V.Johnston and A.
S.Wexler:“MS of Individual Aerosol Particles”,An
alytical Chemistry,1995,67,721A-726A ）参照）。
方法としては、（１）雰囲気中に浮遊する微粒子を一旦
フィルタ等に捕集させ、このようにして収集された個々
の微粒子をミクロ分析する方法、および（２）雰囲気中
に浮遊する微粒子を浮遊状態のままで（in situ ）ミク
ロ分析する方法がある（文献１（M.V.Johnston and A.
S.Wexler:“MS of Individual Aerosol Particles”,An
alytical Chemistry,1995,67,721A-726A ）参照）。
【０００４】このうち、上記（１）の分析方法において
は、雰囲気中に浮遊する微粒子を一旦フィルタ等に捕集
させ、このようにして収集された個々の微粒子を、Ｘ線
マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ：electron probe micro
analysis）や発光分析（emission spectrochemical ana
lysis ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：secondar
y ion mass spectrometry ）、レーザマイクロプローブ
質量分析法（ＬＡＭＭＳ：laser microprobe mass spec
trometry）等によりミクロ分析している。このうち例え
ば、発光分析によりミクロ分析を行う場合には、フィル
タ等に収集された個々の微粒子を順次取り出してプラズ
マ発光させ、その強度および発光波長に基づいて大きさ
および成分を同定するとともに、その取出し回数から粒
子数を算定している。
は、雰囲気中に浮遊する微粒子を一旦フィルタ等に捕集
させ、このようにして収集された個々の微粒子を、Ｘ線
マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ：electron probe micro
analysis）や発光分析（emission spectrochemical ana
lysis ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：secondar
y ion mass spectrometry ）、レーザマイクロプローブ
質量分析法（ＬＡＭＭＳ：laser microprobe mass spec
trometry）等によりミクロ分析している。このうち例え
ば、発光分析によりミクロ分析を行う場合には、フィル
タ等に収集された個々の微粒子を順次取り出してプラズ
マ発光させ、その強度および発光波長に基づいて大きさ
および成分を同定するとともに、その取出し回数から粒
子数を算定している。
【０００５】これに対し、上記（２）の分析方法におい
ては、雰囲気中に浮遊する微粒子を浮遊状態のままで連
続的にミクロ分析する。このような分析方法としては例
えば、雰囲気中に浮遊する個々の微粒子をイオン化加熱
源に衝突させ、この衝突により生じたイオン群を質量分
析計に導入して分析する方法が知られている。
ては、雰囲気中に浮遊する微粒子を浮遊状態のままで連
続的にミクロ分析する。このような分析方法としては例
えば、雰囲気中に浮遊する個々の微粒子をイオン化加熱
源に衝突させ、この衝突により生じたイオン群を質量分
析計に導入して分析する方法が知られている。
【０００６】また、雰囲気中にある微粒子をキャピラリ
やノズル等を介して真空中に引き込むとともに、引き込
まれた個々の微粒子をエキシマレーザで励起させてイオ
ン化（レーザ脱離イオン化）し、このようにしてイオン
化された微粒子の粒径や成分を飛行時間型質量分析計
（ＴＯＦ−ＭＳ：time-of-flight mass spectrometry）
により分析する方法や、雰囲気中に浮遊する微粒子を高
周波誘導結合プラズマ（大気圧プラズマ）により分解、
励起およびイオン化し、このようにしてイオン化された
微粒子の成分を４重極型質量分析計等により分析する方
法（高周波誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−Ｍ
Ｓ：inductively coupled plasma mass spectrometr
y））が知られている（文献２（T.Nomizu et al.:“ De
termination ofFemto-gram Amounts of Zinc and Lead
in Individual Airborne Particles byInductively Cou
pled Plasma Mass Spectrometry with Direct Air-Samp
le Introduction”,Analytical Sciences,1993,Vol.9,8
43 ）参照）。
やノズル等を介して真空中に引き込むとともに、引き込
まれた個々の微粒子をエキシマレーザで励起させてイオ
ン化（レーザ脱離イオン化）し、このようにしてイオン
化された微粒子の粒径や成分を飛行時間型質量分析計
（ＴＯＦ−ＭＳ：time-of-flight mass spectrometry）
により分析する方法や、雰囲気中に浮遊する微粒子を高
周波誘導結合プラズマ（大気圧プラズマ）により分解、
励起およびイオン化し、このようにしてイオン化された
微粒子の成分を４重極型質量分析計等により分析する方
法（高周波誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−Ｍ
Ｓ：inductively coupled plasma mass spectrometr
y））が知られている（文献２（T.Nomizu et al.:“ De
termination ofFemto-gram Amounts of Zinc and Lead
in Individual Airborne Particles byInductively Cou
pled Plasma Mass Spectrometry with Direct Air-Samp
le Introduction”,Analytical Sciences,1993,Vol.9,8
43 ）参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、微粒
子を対象とする分析方法は従来から各種のものが開発さ
れている。しかしながら、従来の分析方法はいずれも、
粒径の小さな微粒子に対する感度が十分でなく、特にナ
ノメータ（ｎｍ）以下の粒径を有するナノ（nano）粒子
やクラスタ等の微粒子についてはその粒径や粒子数、成
分等を定量的に求めることができないという問題があ
る。
子を対象とする分析方法は従来から各種のものが開発さ
れている。しかしながら、従来の分析方法はいずれも、
粒径の小さな微粒子に対する感度が十分でなく、特にナ
ノメータ（ｎｍ）以下の粒径を有するナノ（nano）粒子
やクラスタ等の微粒子についてはその粒径や粒子数、成
分等を定量的に求めることができないという問題があ
る。
【０００８】なお、上述した分析方法のうち、微粒子を
レーザ脱離イオン化して飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ
−ＭＳ）により分析する方法は、各種の成分についての
幅広い分析が可能であるとともに微粒子単位で完全な質
量分析を行うことができることから、現在における有効
な分析方法の一つである。しかしながら、この分析方法
では、微粒子を真空中に引き込む際に減圧がなされ、こ
れにより微粒子が壁面に付着して発散してしまうので、
キャピラリやノズル等からイオン化室にまで至る微粒子
が少ないという問題がある。また、単一の微粒子をイオ
ン化しているので、検出感度が悪いという問題もある。
レーザ脱離イオン化して飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ
−ＭＳ）により分析する方法は、各種の成分についての
幅広い分析が可能であるとともに微粒子単位で完全な質
量分析を行うことができることから、現在における有効
な分析方法の一つである。しかしながら、この分析方法
では、微粒子を真空中に引き込む際に減圧がなされ、こ
れにより微粒子が壁面に付着して発散してしまうので、
キャピラリやノズル等からイオン化室にまで至る微粒子
が少ないという問題がある。また、単一の微粒子をイオ
ン化しているので、検出感度が悪いという問題もある。
【０００９】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、飛行時間型質量分析計を用いてナノメータ
オーダの微粒子の粒径や粒子数、成分等を定量的に求め
ることができる微粒子分析装置およびその方法を提供す
ることを目的とする。
ものであり、飛行時間型質量分析計を用いてナノメータ
オーダの微粒子の粒径や粒子数、成分等を定量的に求め
ることができる微粒子分析装置およびその方法を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、雰囲気中に浮
遊する微粒子を分析する微粒子分析装置において、雰囲
気中から引き込まれた微粒子を帯電させる荷電装置と、
前記荷電装置にて帯電した微粒子を粒径毎に分級する分
級器と、前記分級器により分級された微粒子の成分およ
び量を測定する質量分析計とを備え、前記分級器により
分級される微粒子の粒径を周期的に変化させるととも
に、前記質量分析計により測定された結果を微粒子の粒
径毎に積算処理することを特徴とする微粒子分析装置を
提供する。
遊する微粒子を分析する微粒子分析装置において、雰囲
気中から引き込まれた微粒子を帯電させる荷電装置と、
前記荷電装置にて帯電した微粒子を粒径毎に分級する分
級器と、前記分級器により分級された微粒子の成分およ
び量を測定する質量分析計とを備え、前記分級器により
分級される微粒子の粒径を周期的に変化させるととも
に、前記質量分析計により測定された結果を微粒子の粒
径毎に積算処理することを特徴とする微粒子分析装置を
提供する。
【００１１】また本発明は、雰囲気中に浮遊する微粒子
を分析する微粒子分析方法において、雰囲気中から微粒
子を引き込む工程と、引き込まれた個々の微粒子を帯電
させる工程と、分級される微粒子の粒径を周期的に変化
させつつ、帯電した微粒子を電気移動度に応じて分級す
る工程と、分級された微粒子の成分および量を測定する
工程と、この工程により測定された結果を微粒子の粒径
毎に積算処理する工程とを備えたことを特徴とする微粒
子分析方法を提供する。
を分析する微粒子分析方法において、雰囲気中から微粒
子を引き込む工程と、引き込まれた個々の微粒子を帯電
させる工程と、分級される微粒子の粒径を周期的に変化
させつつ、帯電した微粒子を電気移動度に応じて分級す
る工程と、分級された微粒子の成分および量を測定する
工程と、この工程により測定された結果を微粒子の粒径
毎に積算処理する工程とを備えたことを特徴とする微粒
子分析方法を提供する。
【００１２】本発明によれば、粒径が周期的に変化した
微粒子を順次取り出すとともに、取り出された微粒子の
成分および量を測定し、このようにして測定された結果
を微粒子の粒径毎に積算処理するので、特定粒径に対応
する微粒子の成分および量を容易かつ精度良く求めるこ
とができる。
微粒子を順次取り出すとともに、取り出された微粒子の
成分および量を測定し、このようにして測定された結果
を微粒子の粒径毎に積算処理するので、特定粒径に対応
する微粒子の成分および量を容易かつ精度良く求めるこ
とができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１乃至図６は本発明によ
る微粒子分析装置およびその方法の一実施の形態を示す
図である。
施の形態について説明する。図１乃至図６は本発明によ
る微粒子分析装置およびその方法の一実施の形態を示す
図である。
【００１４】図１に示すように、微粒子分析装置は、大
気雰囲気中に浮遊するパーティクルやクラスタ、ミスト
等の微粒子を引き込むサンプリング装置１と、引き込ん
だ個々の微粒子をコロナ放電またはアメリシウム同位体
（241 Ａｍ）等の放射線源により帯電させる荷電装置２
と、帯電した微粒子を電気移動度に応じて粒径毎に分級
する微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ：differential m
obility analyzer）３と、分級された微粒子毎にその成
分および量を測定する飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−
ＭＳ）４とを備えている。
気雰囲気中に浮遊するパーティクルやクラスタ、ミスト
等の微粒子を引き込むサンプリング装置１と、引き込ん
だ個々の微粒子をコロナ放電またはアメリシウム同位体
（241 Ａｍ）等の放射線源により帯電させる荷電装置２
と、帯電した微粒子を電気移動度に応じて粒径毎に分級
する微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ：differential m
obility analyzer）３と、分級された微粒子毎にその成
分および量を測定する飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−
ＭＳ）４とを備えている。
【００１５】次に、図２および図３により、図１に示す
微粒子分析装置を構成する微分型電気移動度分級器３お
よび飛行時間型質量分析計４の詳細について説明する。
微粒子分析装置を構成する微分型電気移動度分級器３お
よび飛行時間型質量分析計４の詳細について説明する。
【００１６】まず、図２により、微分型電気移動度分級
器３について説明する。なお微分型電気移動度分級器
は、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ものである（詳細については例え
ば文献３（E.O.Knutson and K.T.Whitby: “Aerosol Cl
assification by Electric Mobility: Apparatus, Theo
ry, and Applications”, J.Aerosol Sci.,1975,Vol.6,
pp.443-451）参照）。図２に示すように、微分型電気移
動度分級器３は、テフロン材等の絶縁体からなる基部１
０と、基部１０に連結されるとともに分級後の微粒子を
排出する環状のスリット１３を有する中心ロッド１１
と、基部１０に連結されるとともに微粒子を導入する環
状のスリット１４を有する囲み体１２とを備えている。
器３について説明する。なお微分型電気移動度分級器
は、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ものである（詳細については例え
ば文献３（E.O.Knutson and K.T.Whitby: “Aerosol Cl
assification by Electric Mobility: Apparatus, Theo
ry, and Applications”, J.Aerosol Sci.,1975,Vol.6,
pp.443-451）参照）。図２に示すように、微分型電気移
動度分級器３は、テフロン材等の絶縁体からなる基部１
０と、基部１０に連結されるとともに分級後の微粒子を
排出する環状のスリット１３を有する中心ロッド１１
と、基部１０に連結されるとともに微粒子を導入する環
状のスリット１４を有する囲み体１２とを備えている。
【００１７】ここで、中心ロッド１１および囲み体１２
は導体からなり、中心ロッド１１は高電圧源１７に接続
され、囲み体１２は接地されている。また、囲み体１２
の上部には、囲み体１２内を循環するシースエアの吐出
口１５が設けられるとともに、シースエアに含まれる不
純物を除去するためのフィルタ１６が取り付けられてい
る。
は導体からなり、中心ロッド１１は高電圧源１７に接続
され、囲み体１２は接地されている。また、囲み体１２
の上部には、囲み体１２内を循環するシースエアの吐出
口１５が設けられるとともに、シースエアに含まれる不
純物を除去するためのフィルタ１６が取り付けられてい
る。
【００１８】図２において、荷電装置２にて帯電した微
粒子は囲み体１２に設けられたスリット１４から導入さ
れる。そして、スリット１４から導入された微粒子は囲
み体１２の吐出口１５から吐出されたシースエアととも
に軸方向下方に移動し、また中心ロッド１１の外周面と
囲み体１２の内周面との間に形成される電場の影響を受
けて個々の微粒子の電気移動度に応じた速度で中心軸方
向に引き寄せられる。そして、所定の軌跡を描いて中心
ロッド１１のスリット１３に到達した微粒子のみが外部
へ取り出される。
粒子は囲み体１２に設けられたスリット１４から導入さ
れる。そして、スリット１４から導入された微粒子は囲
み体１２の吐出口１５から吐出されたシースエアととも
に軸方向下方に移動し、また中心ロッド１１の外周面と
囲み体１２の内周面との間に形成される電場の影響を受
けて個々の微粒子の電気移動度に応じた速度で中心軸方
向に引き寄せられる。そして、所定の軌跡を描いて中心
ロッド１１のスリット１３に到達した微粒子のみが外部
へ取り出される。
【００１９】ここで、中心ロッド１１に設けられたスリ
ット１３に到達する微粒子の電気移動度Ｚp は、次式
（１）により算出される。 Ｚp ＝ｑ・ln（ｒ2 ／ｒ1 ）／（２・π・Ｖ1 ・Ｌ1 ） … （１）
ット１３に到達する微粒子の電気移動度Ｚp は、次式
（１）により算出される。 Ｚp ＝ｑ・ln（ｒ2 ／ｒ1 ）／（２・π・Ｖ1 ・Ｌ1 ） … （１）
【００２０】上式（１）において、ｑは微分型電気移動
度分級器３に導入されるシースエアの流量、ｒ1 ，ｒ2
はそれぞれ中心ロッド１１の外周面の半径，囲み体１２
の内周面の半径である。また、Ｖ1 は中心ロッド１１の
外周面と囲み体１２の内周面との間に印加される電圧、
Ｌ1 はスリット１３とスリット１４との間の距離であ
る。
度分級器３に導入されるシースエアの流量、ｒ1 ，ｒ2
はそれぞれ中心ロッド１１の外周面の半径，囲み体１２
の内周面の半径である。また、Ｖ1 は中心ロッド１１の
外周面と囲み体１２の内周面との間に印加される電圧、
Ｌ1 はスリット１３とスリット１４との間の距離であ
る。
【００２１】また、微粒子の電気移動度Ｚp と粒径Ｄp
との間には次式（２）により表される関係がある。 Ｚp ＝ｎ・ｅ・Ｃm ／（３・π・μ・Ｄp ） … （２）
との間には次式（２）により表される関係がある。 Ｚp ＝ｎ・ｅ・Ｃm ／（３・π・μ・Ｄp ） … （２）
【００２２】上式（２）において、ｎは微粒子の電荷
量、ｅは電気素量（１．６×１０-19クーロン）、Ｃm
はカニンガムの補正係数、μは導入されるシースエアの
粘性係数である。
量、ｅは電気素量（１．６×１０-19クーロン）、Ｃm
はカニンガムの補正係数、μは導入されるシースエアの
粘性係数である。
【００２３】なお、上式（１）（２）から、微分型電気
移動度分級器３から取り出される微粒子の粒径Ｄp がシ
ースエアの流量ｑおよび印加電圧Ｖ1 に基づいて決定さ
れる。
移動度分級器３から取り出される微粒子の粒径Ｄp がシ
ースエアの流量ｑおよび印加電圧Ｖ1 に基づいて決定さ
れる。
【００２４】次に、図３により、飛行時間型質量分析計
４について説明する。図３に示すように、飛行時間型質
量分析計４は、真空に保たれた筒状の分析管２０と、微
分型電気移動度分級器３（図１および図２参照）により
分級された微粒子を分析管２０内に引き込むための導入
部２１と、導入部２１から引き込まれた個々の微粒子に
レーザ光を照射してイオン化させるエキシマレーザ２２
とを備えている。また、分析管２０内には、イオンに所
定電圧を印加して加速させるイオン加速部２３と、イオ
ンを反射させるリフレクタ２４と、イオンの到達を検出
する検出器２５とが設けられている。なお検出器２５
は、増幅器２６を介してコンピュータ２７に接続されて
いる。
４について説明する。図３に示すように、飛行時間型質
量分析計４は、真空に保たれた筒状の分析管２０と、微
分型電気移動度分級器３（図１および図２参照）により
分級された微粒子を分析管２０内に引き込むための導入
部２１と、導入部２１から引き込まれた個々の微粒子に
レーザ光を照射してイオン化させるエキシマレーザ２２
とを備えている。また、分析管２０内には、イオンに所
定電圧を印加して加速させるイオン加速部２３と、イオ
ンを反射させるリフレクタ２４と、イオンの到達を検出
する検出器２５とが設けられている。なお検出器２５
は、増幅器２６を介してコンピュータ２７に接続されて
いる。
【００２５】図３において、微分型電気移動度分級器３
により分級された所定粒径Ｄp の微粒子は導入部２１を
介して分析管２０内に引き込まれ、エキシマレーザ２２
により励起されてイオン化（レーザ脱離イオン化）され
る。このようにして生成されたイオンは、イオン加速部
２３に印加されたパルス状の電圧により加速され、分析
管２０内の自由飛行領域をリフレクタ２４を経由して飛
行した後、検出器２５に到達する。
により分級された所定粒径Ｄp の微粒子は導入部２１を
介して分析管２０内に引き込まれ、エキシマレーザ２２
により励起されてイオン化（レーザ脱離イオン化）され
る。このようにして生成されたイオンは、イオン加速部
２３に印加されたパルス状の電圧により加速され、分析
管２０内の自由飛行領域をリフレクタ２４を経由して飛
行した後、検出器２５に到達する。
【００２６】ここで、自由飛行領域の長さをＬ2 とする
と、イオンが検出器２５に到達するまでの時間ｔは、次
式（３）により算出される。 ｔ＝Ｌ2 ／（２・ｎ・ｅ・Ｖ2 ／ｍ）1/2 … （３）
と、イオンが検出器２５に到達するまでの時間ｔは、次
式（３）により算出される。 ｔ＝Ｌ2 ／（２・ｎ・ｅ・Ｖ2 ／ｍ）1/2 … （３）
【００２７】上式（３）において、ｎはイオンの電荷
量、ｅは電気素量（１．６×１０-19クーロン）、Ｖ2
はイオン加速部２３に印加される電圧、ｍはイオンの質
量である。
量、ｅは電気素量（１．６×１０-19クーロン）、Ｖ2
はイオン加速部２３に印加される電圧、ｍはイオンの質
量である。
【００２８】上式（３）から分かるように、イオンの質
量ｍの違いにより飛行時間ｔに違いがでるので、このこ
とによりイオンの質量（質量数／電荷量）を検出するこ
とができる。なお、検出器２５における検出信号は増幅
器２６を介してコンピュータ２７に入力される。
量ｍの違いにより飛行時間ｔに違いがでるので、このこ
とによりイオンの質量（質量数／電荷量）を検出するこ
とができる。なお、検出器２５における検出信号は増幅
器２６を介してコンピュータ２７に入力される。
【００２９】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について図１乃至図６により説明する。
態の作用について図１乃至図６により説明する。
【００３０】まず、図１に示すように、大気雰囲気中に
浮遊するパーティクルやクラスタ、ミスト等の微粒子を
サンプリング装置１により引き込んだ後、引き込んだ微
粒子を荷電装置２に移送するとともに移送された個々の
微粒子を荷電装置２により帯電させる。
浮遊するパーティクルやクラスタ、ミスト等の微粒子を
サンプリング装置１により引き込んだ後、引き込んだ微
粒子を荷電装置２に移送するとともに移送された個々の
微粒子を荷電装置２により帯電させる。
【００３１】次に、帯電した個々の微粒子を荷電装置２
から微分型電気移動度分級器３へ移送し、微分型電気移
動度分級器３により微粒子を粒径毎に分級する。なお、
このときに、微分型電気移動度分級器３により分級され
る微粒子の粒径を周期的に変化させる。
から微分型電気移動度分級器３へ移送し、微分型電気移
動度分級器３により微粒子を粒径毎に分級する。なお、
このときに、微分型電気移動度分級器３により分級され
る微粒子の粒径を周期的に変化させる。
【００３２】すなわち、図２において、中心ロッド１１
の外周面と囲み体１２の内周面との間に印加される電圧
Ｖ1 を周期的に掃引することにより、分級される微粒子
の粒径Ｄp を周期的に変化させる（上式（１）（２）参
照）。具体的には、図４（ａ）に示すように、印加電圧
Ｖ1 を所定周期でジグザク状に掃引する。なお、図４
（ａ）において、第ｔ番目の周期は右肩上がりの第（２
ｔ−１）番目の掃引と右肩下がりの第２ｔ番目の掃引と
>からなっている。ここで、印加電圧Ｖ1 の周期は例え
ば２分程度とするとよく、また印加電圧Ｖ1 の最大値Ｖ
max は６０００Ｖ程度とするとよい。
の外周面と囲み体１２の内周面との間に印加される電圧
Ｖ1 を周期的に掃引することにより、分級される微粒子
の粒径Ｄp を周期的に変化させる（上式（１）（２）参
照）。具体的には、図４（ａ）に示すように、印加電圧
Ｖ1 を所定周期でジグザク状に掃引する。なお、図４
（ａ）において、第ｔ番目の周期は右肩上がりの第（２
ｔ−１）番目の掃引と右肩下がりの第２ｔ番目の掃引と
>からなっている。ここで、印加電圧Ｖ1 の周期は例え
ば２分程度とするとよく、また印加電圧Ｖ1 の最大値Ｖ
max は６０００Ｖ程度とするとよい。
【００３３】そして、微分型電気移動度分級器３から外
部へ取り出された微粒子（粒径Ｄpが周期的に変化した
微粒子）は、図１に示すように、飛行時間型質量分析計
４に順次導入され、飛行時間型質量分析計４において微
粒子の質量分析が行われる。
部へ取り出された微粒子（粒径Ｄpが周期的に変化した
微粒子）は、図１に示すように、飛行時間型質量分析計
４に順次導入され、飛行時間型質量分析計４において微
粒子の質量分析が行われる。
【００３４】ここで飛行時間型質量分析計４において
は、図４（ｂ）に示すように、イオン加速部２３に対し
て電圧パルスが所定間隔で繰り返し印加されている。な
お、このような１回の電圧パルスに対応して１回の質量
分析が完了する。ここで、１回の質量分析は例えば約１
μｓというきわめて短い時間で完了する。なお、このよ
うな電圧パルスは、例えば図４（ａ）に示す印加電圧Ｖ
1 の１周期（例えば２分）の間に１０００回程度発生さ
せるようにするとよい。
は、図４（ｂ）に示すように、イオン加速部２３に対し
て電圧パルスが所定間隔で繰り返し印加されている。な
お、このような１回の電圧パルスに対応して１回の質量
分析が完了する。ここで、１回の質量分析は例えば約１
μｓというきわめて短い時間で完了する。なお、このよ
うな電圧パルスは、例えば図４（ａ）に示す印加電圧Ｖ
1 の１周期（例えば２分）の間に１０００回程度発生さ
せるようにするとよい。
【００３５】なお、図３に示すように、飛行時間型質量
分析計４により測定された結果が増幅器２６を介してコ
ンピュータ２７に入力されると、コンピュータ２７にお
いては、微分型電気移動度分級器３における印加電圧Ｖ
1 の掃引データに基づいて、飛行時間型質量分析計４に
より測定された結果を、同一の粒径Ｄp を有する微粒子
毎に積算処理する。具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示
すように、印加電圧Ｖ1 の各周期ｔ（ｔ＝１，２，３，
…）において、ΔＶ間隔でサンプリングされた印加電圧
Ｖ1 のうち、第ｋ（１≦ｋ≦Ｖmax ／ΔＶ）番目のサン
プル電圧Ｖ1k〜Ｖ1k＋ΔＶに対応する質量分析結果を取
り出して積算処理する。なお図５（ｂ）に示すように、
１つのサンプル電圧Ｖ1k〜Ｖ1k＋ΔＶに対して積算対象
は各周期ｔごとに第（２ｔ−１）番目と第２ｔ番目のそ
れぞれに現われる。
分析計４により測定された結果が増幅器２６を介してコ
ンピュータ２７に入力されると、コンピュータ２７にお
いては、微分型電気移動度分級器３における印加電圧Ｖ
1 の掃引データに基づいて、飛行時間型質量分析計４に
より測定された結果を、同一の粒径Ｄp を有する微粒子
毎に積算処理する。具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示
すように、印加電圧Ｖ1 の各周期ｔ（ｔ＝１，２，３，
…）において、ΔＶ間隔でサンプリングされた印加電圧
Ｖ1 のうち、第ｋ（１≦ｋ≦Ｖmax ／ΔＶ）番目のサン
プル電圧Ｖ1k〜Ｖ1k＋ΔＶに対応する質量分析結果を取
り出して積算処理する。なお図５（ｂ）に示すように、
１つのサンプル電圧Ｖ1k〜Ｖ1k＋ΔＶに対して積算対象
は各周期ｔごとに第（２ｔ−１）番目と第２ｔ番目のそ
れぞれに現われる。
【００３６】このようにして積算処理した結果は、コン
ピュータ２７に接続されたディスプレイ（図示せず）上
に、例えば図６に示すような質量分析結果として表示さ
れる。図６において、質量分析結果は、粒径、質量（質
量数／電荷比）および強度の関係で表されている。すな
わち、微分型電気移動度分級器３による印加電圧Ｖ1に
対応する粒径Ｄp 毎に、測定されたイオンの成分（質量
数／電荷比）が積算処理された形で求められる。なお、
印加電圧Ｖ1 と粒径Ｄp との関係は上式（１）（２）に
より求められる。
ピュータ２７に接続されたディスプレイ（図示せず）上
に、例えば図６に示すような質量分析結果として表示さ
れる。図６において、質量分析結果は、粒径、質量（質
量数／電荷比）および強度の関係で表されている。すな
わち、微分型電気移動度分級器３による印加電圧Ｖ1に
対応する粒径Ｄp 毎に、測定されたイオンの成分（質量
数／電荷比）が積算処理された形で求められる。なお、
印加電圧Ｖ1 と粒径Ｄp との関係は上式（１）（２）に
より求められる。
【００３７】ここで、飛行時間型質量分析計４において
は一般に、導入された微粒子の粒子数も同時に計数する
ことができるので、飛行時間型質量分析計４における質
量分析は絶対量に基づいて定量的に行うことも可能であ
る。
は一般に、導入された微粒子の粒子数も同時に計数する
ことができるので、飛行時間型質量分析計４における質
量分析は絶対量に基づいて定量的に行うことも可能であ
る。
【００３８】このように本実施の形態によれば、粒径Ｄ
p が周期的に変化した微粒子を微分型電気移動度分級器
３により取り出すとともに、取り出された微粒子の成分
および量を飛行時間型質量分析計４により測定し、この
ようにして測定された結果を微粒子の粒径毎に積算処理
するようにしたので、特定粒径に対応する微粒子の成分
および量を容易かつ精度良く求めることができる。
p が周期的に変化した微粒子を微分型電気移動度分級器
３により取り出すとともに、取り出された微粒子の成分
および量を飛行時間型質量分析計４により測定し、この
ようにして測定された結果を微粒子の粒径毎に積算処理
するようにしたので、特定粒径に対応する微粒子の成分
および量を容易かつ精度良く求めることができる。
【００３９】この場合、特定粒径に対応する微粒子の成
分および量を予め予測しておくことにより、特定粒径に
対応する微粒子の成分および量を飛行時間型質量分析計
４により求めた後、この予測値に基づいて飛行時間型質
量分析計４の測定結果のうち明らかに誤った値を排除す
ることができる。この結果として、質量分析が可能な微
粒子の粒径範囲の下限を一桁程度向上させることができ
る（具体的には粒径が約０．００１ミクロン〜数ミクロ
ンの微粒子についての質量分析が可能となる）。
分および量を予め予測しておくことにより、特定粒径に
対応する微粒子の成分および量を飛行時間型質量分析計
４により求めた後、この予測値に基づいて飛行時間型質
量分析計４の測定結果のうち明らかに誤った値を排除す
ることができる。この結果として、質量分析が可能な微
粒子の粒径範囲の下限を一桁程度向上させることができ
る（具体的には粒径が約０．００１ミクロン〜数ミクロ
ンの微粒子についての質量分析が可能となる）。
【００４０】なお、上述した実施の形態においては、微
分型電気移動度分級器３における印加電圧Ｖ1 を図４
（ａ）に示すように連続的に掃引しているが、印加電圧
Ｖ1 の周期的な掃引はこのようなものに限定されるもの
ではなく、図４（ｃ）に示すようにステップ状（ΔＶ間
隔）に掃引したり、図４（ｄ）に示すように不連続的に
掃引するようにしてもよい。
分型電気移動度分級器３における印加電圧Ｖ1 を図４
（ａ）に示すように連続的に掃引しているが、印加電圧
Ｖ1 の周期的な掃引はこのようなものに限定されるもの
ではなく、図４（ｃ）に示すようにステップ状（ΔＶ間
隔）に掃引したり、図４（ｄ）に示すように不連続的に
掃引するようにしてもよい。
【００４１】また、上述した実施の形態においては、荷
電装置２にて微粒子をコロナ放電または放射線源により
帯電させているが、荷電装置２における帯電の方法はこ
のようなものに限定されるものではなく、微粒子を帯電
させるための既存の各種の方法を採用することができ
る。
電装置２にて微粒子をコロナ放電または放射線源により
帯電させているが、荷電装置２における帯電の方法はこ
のようなものに限定されるものではなく、微粒子を帯電
させるための既存の各種の方法を採用することができ
る。
【００４２】さらに、上述した実施の形態においては、
飛行時間型質量分析計４にて微粒子をエキシマレーザ２
２によりイオン化しているが、イオン化の方法はこのよ
うなものに限定されるものではなく、例えばイオン化し
た分子等を微粒子に付着（アシスト）させる等の方法を
採用することもできる。
飛行時間型質量分析計４にて微粒子をエキシマレーザ２
２によりイオン化しているが、イオン化の方法はこのよ
うなものに限定されるものではなく、例えばイオン化し
た分子等を微粒子に付着（アシスト）させる等の方法を
採用することもできる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、粒
径が周期的に変化した微粒子を順次取り出すとともに、
取り出された微粒子の成分および量を測定し、このよう
にして測定された結果を微粒子の粒径毎に積算処理する
ので、特定粒径に対応する微粒子の成分および量を容易
かつ精度良く求めることができる。
径が周期的に変化した微粒子を順次取り出すとともに、
取り出された微粒子の成分および量を測定し、このよう
にして測定された結果を微粒子の粒径毎に積算処理する
ので、特定粒径に対応する微粒子の成分および量を容易
かつ精度良く求めることができる。
【図１】本発明による微粒子分析装置の一実施の形態を
示す図。
示す図。
【図２】図１に示す微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）
を詳細に示す図。
を詳細に示す図。
【図３】図１に示す飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−Ｍ
Ｓ）を詳細に示す図。
Ｓ）を詳細に示す図。
【図４】微分型電気移動度分級器における印加電圧の掃
引と、飛行時間型質量分析計における電圧パルスの印加
との関係を示す図。
引と、飛行時間型質量分析計における電圧パルスの印加
との関係を示す図。
【図５】本発明による測定結果の積算処理の方法を説明
するための図。
するための図。
【図６】本発明により測定された質量分析結果の一例を
示す図。
示す図。
１ サンプリング装置
２ 荷電装置
３ 微分型電気移動度分級器（ＤＭＡ）
４ 飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０１Ｎ 27/64 Ｇ０１Ｎ 27/64 Ｄ
(72)発明者 阪 田 健 一
東京都国立市富士見台２−２−５ サン
フォーレ国立302号
(56)参考文献 特開 平７−55689（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−120651（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/68
G01N 15/02
G01N 27/60
G01N 27/62
G01N 27/64
Claims (4)
- 【請求項１】雰囲気中に浮遊する微粒子を分析する微粒
子分析装置において、 雰囲気中から引き込まれた微粒子を帯電させる荷電装置
と、 前記荷電装置にて帯電した微粒子を粒径毎に分級する分
級器と、 前記分級器により分級された微粒子の成分および量を測
定する質量分析計とを備え、 前記分級器により分級される微粒子の粒径を周期的に変
化させるとともに、前記質量分析計により測定された結
果を微粒子の粒径毎に積算処理することを特徴とする微
粒子分析装置。 - 【請求項２】前記分級器は、帯電した微粒子を電気移動
度に応じて粒径毎に分級する微分型電気移動度分級器で
あり、 この微分型電気移動度分級器に印加される電圧を周期的
に掃引することにより、分級される微粒子の粒径を周期
的に変化させることを特徴とする請求項１記載の微粒子
分析装置。 - 【請求項３】前記質量分析計は、レーザ光によりイオン
化された微粒子の飛行時間から微粒子の成分および量を
測定する飛行時間型質量分析計であることを特徴とする
請求項１または２記載の微粒子分析装置。 - 【請求項４】雰囲気中に浮遊する微粒子を分析する微粒
子分析方法において、 雰囲気中から微粒子を引き込む工程と、 引き込まれた個々の微粒子を帯電させる工程と、 分級される微粒子の粒径を周期的に変化させつつ、帯電
した微粒子を電気移動度に応じて分級する工程と、 分級された微粒子の成分および量を測定する工程と、 この工程により測定された結果を微粒子の粒径毎に積算
処理する工程とを備えたことを特徴とする微粒子分析方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09732797A JP3435015B2 (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 微粒子分析装置およびその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09732797A JP3435015B2 (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 微粒子分析装置およびその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10288602A JPH10288602A (ja) | 1998-10-27 |
| JP3435015B2 true JP3435015B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=14189397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09732797A Expired - Fee Related JP3435015B2 (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 微粒子分析装置およびその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3435015B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8754366B2 (en) * | 2005-01-11 | 2014-06-17 | Hamilton Sundstrand Corporation | Tandem differential mobility ion mobility spectrometer for chemical vapor detection |
| 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 |
| JP5030531B2 (ja) * | 2006-10-31 | 2012-09-19 | 三菱重工業株式会社 | 微細粒子成分分析装置 |
| JP4822278B2 (ja) * | 2007-03-08 | 2011-11-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 粒子質量分析方法 |
| JP5010512B2 (ja) * | 2008-03-18 | 2012-08-29 | 一般財団法人電力中央研究所 | ナノ粒子成分計測装置の異常判定方法、ナノ粒子成分計測装置の異常判定及び校正方法 |
| SG11201407236TA (en) * | 2012-09-04 | 2015-03-30 | Atonarp Inc | Membrane exchange unit and systems having membrane exchange units |
| JP6635556B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2020-01-29 | 日本サーマルエンジニアリング株式会社 | 真空雰囲気中の浮遊物分析システムと浮遊物導入装置 |
| CN111681942A (zh) * | 2020-06-11 | 2020-09-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种在线测量超细颗粒物化学成分的气溶胶质谱仪 |
-
1997
- 1997-04-15 JP JP09732797A patent/JP3435015B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10288602A (ja) | 1998-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Noble et al. | Real‐time single particle mass spectrometry: A historical review of a quarter century of the chemical analysis of aerosols | |
| Fuerstenau et al. | Molecular weight determination of megadalton DNA electrospray ions using charge detection time‐of‐flight mass spectrometry | |
| US6649907B2 (en) | Charge reduction electrospray ionization ion source | |
| JP5324457B2 (ja) | 静電型イオントラップ | |
| US5770857A (en) | Apparatus and method of determining molecular weight of large molecules | |
| US8334504B2 (en) | Mass spectrometer system | |
| US6974957B2 (en) | Ionization device for aerosol mass spectrometer and method of ionization | |
| US4574004A (en) | Method for charging particles suspended in gases | |
| US6040574A (en) | Atmospheric-particle analyzer | |
| US7312442B2 (en) | Enhanced gradient multipole collision cell for higher duty cycle | |
| US6259101B1 (en) | Method and instruments for the on-line detection, sizing or analysis of aerosol particles | |
| CN108630517B (zh) | 大气颗粒物的等离子体电离方法和装置 | |
| JPH0359547B2 (ja) | ||
| US20050133710A1 (en) | Method and apparatus for ion mobility spectrometry | |
| JP2008515169A (ja) | 超高質量範囲質量分析計システム | |
| JP3435015B2 (ja) | 微粒子分析装置およびその方法 | |
| EP0418785B1 (en) | Method and apparatus for mass spectrometric analysis | |
| US4864130A (en) | Photo ion spectrometer | |
| JP3487729B2 (ja) | 微粒子分析装置およびその方法 | |
| JP2007509356A (ja) | 改善された質量分解能を有する飛行時間型質量分析装置及びその動作方法 | |
| US20200132606A1 (en) | Systems and methods for rapid elemental analysis of airborne particles using atmospheric glow discharge optical emission spectroscopy | |
| JPH1012188A (ja) | 大気圧イオン化イオントラップ質量分析方法及び装置 | |
| Yinon | Detection of explosives by mass spectrometry | |
| Miller et al. | Hypervelocity enceladus ice grain analogue production with the aerosol impact spectrometer | |
| US5097125A (en) | Photo ion spectrometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080530 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090530 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090530 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100530 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100530 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110530 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120530 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120530 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130530 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |