JP3966253B2

JP3966253B2 - エアロゾル用粒度分布測定装置

Info

Publication number: JP3966253B2
Application number: JP2003291195A
Authority: JP
Inventors: 秋博深井; 慎一郎十時
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: JP2005061941A

Description

本発明は、例えばスプレー缶や吸入器などで発生したエアロゾルの粒度分布を測定するためのエアロゾル用粒度分布測定装置に関する。

各種粉体や粒体の粒度分布を測定する装置として、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置が知られている。このレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、分散飛翔状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果をミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論を用いて粒度分布に換算する。

このようなレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置における被測定粒子群の分散方法としては、液体中に被測定粒子群を分散させて懸濁液を作る方法、つまり分散媒として液体を用いる湿式測定法が一般的であるが（例えば特許文献１参照）、空気中に被測定粒子群を分散させる方法、つまり分散媒として空気を用いる乾式測定も用いられている。このような乾式測定においては、例えば空気輸送配管内を輸送されてくる粉体の一部を迂回路を介してレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の測定領域に導いてレーザ光を照射する装置（例えば特許文献２参照）や、エジェクタのノズルから粉体をエアロゾル状にして大気中に開放した空間に噴出させるとともに、そのノズルに対向して吸引装置の吸引口を設け、エアロゾル状の粉体が供給される開放空間をレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置の測定領域とした装置（例えば特許文献３参照）が知られている。

ところで、吸入器やスプレー缶などのエアロゾル発生源により発生したエアロゾルの粒度分布を測定する場合、そのエアロゾル発生源で発生したエアロゾルをレーザ光の照射領域に導き、換言すれば装置の測定領域に向けてエアロゾルを発生させ、エアロゾル中の粒子による回折・散乱光の空間強度分布を測定することになり、いわば乾式測定法の一つになる。

しかしながら、吸入器やスプレー缶などから発生するエアロゾルは一般に凝集しやすく、特に分散質が液体である場合にはその傾向が強く、管内を流れる粒子の一部を迂回路を経由してレーザ光の照射領域に導く特許文献２に記載の技術は当然のことながら採用することはできない。

また、特許文献３に記載の技術を応用して、吸入器やスプレー缶からエアロゾルを開放された大気中に噴出させ、これに対向して吸引装置の吸引口を配置して、これらの間でレーザ光を照射する方法では、粒子を確実に吸引することはできず、その多くが周囲に飛散してしまう。エアロゾルに人体に対して影響のある成分が含まれている場合には、比較的長い時間にわたって継続して測定を行うとオペレータにとって有害となる。

そして、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置においては、その粒子群に対するレーザ光の照射領域、つまり測定領域における粒子濃度がある範囲内に収まっていないと正確な測定はできない。すなわち、粒子濃度が低すぎると回折・散乱光の空間強度分布を正確に測定することはできず、また、粒子濃度が高すぎると、多重散乱を生じたり、あるいは粒子どうしが凝集してしまい、正確な測定をすることはできない。吸入器やスプレー缶などから発生するエアロゾルは、その種類によって粒子濃度が様々に相違するため、従来のいずれの乾式測定によっても、各種吸入器やスプレー缶からのエアロゾルの粒度分布を常に安定して正確に測定することは不可能である。
特開平１０−１９７５６号公報特開２００２−２２６４３号公報特開平９−１２６９８３号公報

本発明は上記した実情に鑑みてなされたもので、吸入器などのエアロゾル発生源から発生するエアロゾル粒子の粒度分布を常に安定して正確に、かつ、周囲に飛散させることなく測定することのできるエアロゾル測定用粒度分布測定装置の提供を課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のエアロゾル用粒度分布測定装置は、測定領域に導入された分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射する照射光学系と、そのレーザ光の照射により得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系と、その空間強度分布から被測定粒子群の粒度分布を算出する演算手段を備えたレーザ回折・散乱式粒度分布を用いて、エアロゾルの粒度分布を測定するエアロゾル用粒度分布測定装置であって、吸引流量が可変の吸引装置と、一端がその吸引装置に連通し、他端が上記測定領域に臨んで開口する第１の吸引管と、一端が上記測定領域を介して第１の吸引管の他端に対向して開口し、他端が測定対象であるエアロゾル発生源のエアロゾル発生部に臨んで開口するように配置された第２の吸引管を備えるとともに、上記第１の吸引管のエアロゾルが通る通路内に整流板が設けられ、かつ、上記第１または第２の吸引管には、流路径を変化させるための機構が設けられていることによって特徴づけられる。

本発明によれば、吸引流量が可変の吸引装置を用いるとともに、その吸引装置に一端が連通する第１の吸引管の他端を、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置の測定領域に臨むように開口させるとともに、その測定領域を挟んで第１の吸引管の他端に対向するように第２の吸引管の一端を開口させ、その第２の吸引管の他端をエアロゾル発生源のエアロゾル発生部に臨んで開口するように配置しているので、エアロゾル発生部から発生したエアロゾルは、吸引装置の吸引流量を適宜に設定することによって、測定領域に常に一定の粒子濃度に調整されて供給されることになり、正確な粒度分布の測定が可能となる。

しかも、第１の吸引管のエアロゾルが通る通路内に整流板を設けるとともに、第１または第２の吸引管に流路径を変化させる機構を設けているので、エアロゾルの流れを容易に最適化することができ、エアロゾル発生源で発生したエアロゾルは、測定領域に至るまでの第２の吸引管内並びに測定領域において乱流を生じることを確実に防止することができ、エアロゾル粒子どうしの衝突や第２の吸引管の内壁に対する衝突を防止して、凝集の発生を防止することができ、より確実に正確な粒度分布の測定が可能となる。

そして、第１と第２の吸引管が互いに開口して対向している測定領域で乱流を発生させない状態とすれば、測定領域に導かれたエアロゾルはその略全てが第１の吸引管を介して吸引装置に吸引されることが確認された。

吸入器等のエアロゾル発生源から発生するエアロゾルを、最適な濃度のもとに測定領域に導いて正確に粒度分布を測定することができるとともに、エアロゾルの粒子を外部に漏らすことのない粒度分布測定装置を実現した。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例の全体構成図であり、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

この実施例に係るレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置は、照射光学系１と、測定光学系２とを、測定領域３を介して対向配置した構造を持ち、これらの各光学系１，２および領域３は筐体４内で必要な大きさの孔４１ａ，４２ａを有する壁体４１，４２によって相互に仕切られている。また、この筐体４内には、測定光学系２からの出力をサンプリングするデータサンプリング部５と、そのデータサンプリング部５を含む装置各部を制御するとともに、サンプリングされたデータを外部に転送するための制御・通信部６などを搭載した回路基板も収容されている。

照射光学系１は、レーザ光源１１、集光レンズ１２、空間フィルタ１３およびコリメータ１４からなり、レーザ光源１１からの出力光は集光レンズ１２で集光された後、空間フィルタ１３を経てコリメータ１４によって平行なレーザ光に成形される。

測定光学系２は、後述するようにして測定領域３に導かれたエアロゾル中の粒子Ｐにレーザ光を照射することによって得られる回折・散乱光を集光する集光レンズ２１と、その焦点位置に置かれたデテクタ２２によって構成されている。デテクタ２２は、互いに半径の異なるリング状もしくは半リング状あるいは１／４リング状の受光面を有する複数の光センサを同心状に並べたものであり、このデテクタ２２に回折・散乱光を集光することによって、複数の回折・散乱角度ごとの光強度、つまり回折・散乱光の空間強度分布を測定することができる。

データサンプリング部５は、デテクタ２２を構成する各光センサの出力を個別に増幅する複数のアンプおよび増幅後の各出力をデジタル化するＡ−Ｄ変換器を主体として構成されている。デテクタ２２の出力はこのデータサンプリング部５を経ることによって、回折・散乱光の空間強度分布データとなり、制御・通信部６を介して筐体４の外部に設けられたパーソナルコンピュータ７に転送される。このパーソナルコンピュータ７では、回折・散乱光の空間強度分布を、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に則った公知のアルゴリズムを用いて、粒子群Ｐの粒度分布に換算する。

さて、筐体４に隣接して吸引装置８が配置されており、この吸引装置８には第１の吸引管８１の一端が連通している。この第１の吸引管８１は筐体４の外壁を貫通してその他端が測定領域３に臨む開口部８１ａを形成している。また、同じく筐体４の外壁を貫通する第２の吸引管８２は、その一端が測定領域３を挟んで第１の吸引管８１の開口部８１ａに対向する開口部８２ａを形成し、他端は筐体４の外部に臨む開口部８２ｂを形成している。

上記した第１の吸引管８１には、整流板８４が設けられているとともに、その開口部８１ａの断面積を変化させるための、例えば絞り状のスリット８５が設けられている。

吸引装置８は、制御装置８３から供給される制御信号によって駆動制御され、この制御装置８３を操作することによって、吸引装置８の吸引流量を任意に設定することができるようになっている。また、第１の吸引管８１には、その内部の圧力を検出するための圧力センサ９が設けられており、この圧力センサ９の出力によって第１の吸引管８１内の流れの状態を知ることができるようになっている。

評価対象である吸入器等のエアロゾル発生源Ｗは、そのエアロゾル発生口を第２の吸引管８２の筐体４の外部の開口部８２ｂに隣接して対向させた状態で置かれる。測定に際しては、エアロゾル発生源Ｗからエアロゾルを発生させつつ、制御装置８３を操作して吸引装置８による吸引流量を調節し、測定領域３に供給されるエアロゾル粒子の濃度が、回折・散乱光の測定に最適な濃度となるように設定する。なお、この濃度はデテクタ２２の出力から知ることができる。

以上の実施の形態によると、吸引装置８による吸引流量を調節して測定領域３に供給されるエアロゾルの濃度を適正範囲に設定することにより、各種吸引器やスプレー缶から発生する様々な濃度のエアロゾルの粒度分布を、多重散乱による影響や過剰濃度に起因する凝集を生じさせることなく、常に安定して正確に測定することができる。

そして、整流板８４の存在により、エアロゾル発生源Ｗから第２の吸引管８２を経て測定領域３を介して第１の吸引管８１に向かうエアロゾルの流れに乱流が発生することを防止することができ、エアロゾル粒子の衝突による凝集や濃度むらの発生を確実に防止することができる。

また、スリット８５により開口部８１ａの断面積を変化させ得るように構成しているため、エアロゾルの流量が同じであってもその流速を変化させることが可能となり、エアロゾルの流れの最適化のための調整因子、つまり調整の自由度を高くして、より最適なエアロゾルの流れを生成することができる。

これらの整流板８４およびスリット８５を設けることによって、吸引装置８による吸引流量の調整と併せて、より多様なエアロゾルに対して常に最適な状態で粒度分布を測定することが可能となる。

なお、スリット８５は第２の吸引管８２側に設けてもよく、また、管の断面積を変化させるための機構はスリットに限らず、他の公知の機構を採用し得ることは勿論である。

本発明の実施例の全体構成図で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

符号の説明

１照射光学系
２測定光学系
３測定領域
４筐体
５データサンプリング部
６制御・通信部
７パーソナルコンピュータ
８吸引装置
８１第１の吸引管
８１ａ開口部
８２第２の吸引管
８２ａ，８２ｂ開口部
８３制御装置
８４整流板
８５スリット
Ｗエアロゾル発生源

Claims

測定領域に導入された分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射する照射光学系と、そのレーザ光の照射により得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系と、その空間強度分布から被測定粒子群の粒度分布を算出する演算手段を備えたレーザ回折・散乱式粒度分布を用いて、エアロゾルの粒度分布を測定するエアロゾル用粒度分布測定装置であって、
吸引流量が可変の吸引装置と、一端がその吸引装置に連通し、他端が上記測定領域に臨んで開口する第１の吸引管と、一端が上記測定領域を介して第１の吸引管の他端に対向して開口し、他端が測定対象であるエアロゾル発生源のエアロゾル発生部に臨んで開口するように配置された第２の吸引管を備えるとともに、上記第１の吸引管のエアロゾルが通る通路内に整流板が設けられ、かつ、上記第１または第２の吸引管には、流路径を変化させるための機構が設けられていることを特徴とするエアロゾル用粒度分布測定装置。