JP4441027B2 - ポータブル型空中浮遊菌サンプラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物や細菌などによる汚染状態を調べて管理するために、室内の空中浮遊菌を効率的かつ計数し易い状態で捕集するポータブル型空中浮遊菌サンプラに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、製薬・食品工業などや病院を始めとした公共施設などにおいて、空気中に浮遊する細菌・真菌などを捕集して無菌状態を調べる空中浮遊菌サンプラとして、定置型とポータブル型のものが知られている。特に、ポータブル型空中浮遊菌サンプラは、バイオクリーンルーム、食品工業の生産ラインなどのクリーン度が要求される場所や病院などの微生物汚染状態の注意管理を要求される場所で、汚染状態の管理や調査のためにそれらの空間内部において使用されている。
【0003】
小型軽量のポータブル型サンプラは、図11に示すように捕集部1と操作部2とから成り、操作部2には持運びに用いる取手3が取り付けられている。捕集部1の先端部には、空中浮遊菌を捕捉するために空気が流入するノズル板4が嵌合され、ノズル板4には複数のノズル孔5が放射状に形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例のポータブル型サンプラにおいては、ノズル孔5が放射状に配置されているために、ノズル板4の表面における単位面積当たりのノズル孔5の数にばらつきが存在する。この結果、単位面積当たりの通過する風量が部分的に異なり、風量の多い場所では培地が乾燥して菌の捕集率が低下すると共に、菌を捕集しても培養後のコロニができなくなる。従って、ノズル孔5の間の間隔が必要以上に狭い場所では、捕集菌が近接するために培養したときにコロニが重なってしまい、実際のコロニ数が分からなくなると共に、放射状に不整然と培養されたコロニが並ぶために、特別な方法や別途コロニ計数器などがないと、容易にコロニの数え落としが発生するという問題点がある。
【0005】
また、実際には空中浮遊菌を培地上で高効率に捕集するだけでなく、それ以外の部分で捕集されないことが重要である。培地以外の部分に付着した菌は培養されることなく、多くの場合に死滅してゆくので、データとして省みられずに破棄されることになる。しかし、実験によって培地以外の部分、例えばノズル板4上に付着する菌の状態を可視化すると、これらの菌が多量に存在することが確かめられている。
【0006】
このために、特に或る程度クリーン度が管理されている室内においては、このようにノズル孔5を通過せずにノズル板4の上流面に付着する菌が多くなると、元々ノズル孔5を通過して培地Kに捕集される菌が少ない良好に管理された環境で測定する場合には、培地Kに到達して捕集される菌数が非常に少なくなり、クリーンルームなどの環境が本当にクリーン度が高いのか、測定できなかったのかを判断することが難しいという問題点が生ずる。
【0007】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、菌数の少ない環境においても空中浮遊菌を有効に捕集し、淀み点をなるべく少なくして、培養して生成したコロニの数及び位置を高精度に確認可能なポータブル型空中浮遊菌サンプラを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るポータブル型空中浮遊菌サンプラは、複数のノズル孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル保持部材と、前記ノズル板の下流に位置し培地を収納するシャーレを支持するシャーレ支持部と、空気流を生成するファンとを有するポータブル型空中浮遊菌サンプラにおいて、前記ノズル孔同士を等間隔に配列すると共に、前記ノズル孔の径をDとしたときにそのピッチ間隔を約4Dとしたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明を図1〜図10に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1はポータブル型空中浮遊菌サンプラの斜視図、図2は平面図、図3は断面図を示している。ポータブル型サンプラは空中浮遊菌の捕集部11と操作部12とから構成され、操作部12には持ち運び用に取手13が取り付けられている。捕集部11を形成する円筒状の筐体14の上部には、微細な多数のノズル孔15aを格子状に備えたノズル板15が、図4に示すようにノズル保持部16によって保持されている。
【0010】
また、空気の漏洩がないように、ノズル保持部16は例えば螺子構造などにより筐体14に嵌合されている。ノズル板15の直下に寒天などの培地Kを収納したシャーレSを支持するシャーレ支持部17が設けられており、ノズル板15とシャーレSの培地Kとの間隔dは0.5〜1.5mmとされている。シャーレ支持部17の下側には所定の空間が形成され、その下方にターボファンやボルテックスブロア等の高静圧ファン18、この高静圧ファン18を駆動するモータ19及び制御回路が配設されており、ノズル板15における風速が20m/秒以上となるように設定されている。また、最下部には排気用のフィルタ20が設けられている。
【0011】
使用に際しては、培地Kを所定の厚さに充填したシャーレSを、筐体14のシャーレ支持部17に支持した後に、ノズル保持部16を筐体14の上部に嵌合する。モータ19を駆動して高静圧ファン18を回転すると、図5に示すように空気Aはノズル孔15aから流入して、ノズル板15と培地Kの間隙を通過して流れる。このとき、ノズル板15を通過する風速を20m/秒以上とすることにより培地Kは捕集板となり、空中を浮遊する例えば細菌・真菌などは培地Kの表面に慣性衝突することによって培地Kに付着して捕集される。その後に、空気Aは図3の矢印に示すように周辺部の隙間を通って高静圧ファン18によって吸引され、排気用のフィルタ20を通って排気される。
【0012】
空気Aがノズル孔15aを通過する際に、図6の断面図に示すように、ノズル孔15a間のノズル板15の表面の平坦部Fにも空気Aが衝突するために、被検粒子Pの一部の粒子P’はこの平坦部Fの表面に付着するという現象が発生する。
【0013】
特に、菌数が少ない良好に管理されたクリーンルームなどの環境において、空中浮遊菌を培地K上で高効率に捕集するだけでなく、それ以外の部分で捕集される菌数をできるだけ減少させる必要がある。
【0014】
実験によると、図7に示すように所定の間隔をおいて格子状に配列したノズル板15の表面に、上方から被検粒子Pを含む空気Aを吹き付けると、空気Aは各ノズル孔15aを通って流れてゆくが、このときノズル孔15aの周囲に粒子Pが付着しないノズル孔径Dと略同等の幅を有し、被検粒子Pが付着しない円形領域Sが発生する。被検粒子Pはこの領域Sを除くノズル孔15aの表面の平坦部Fに付着し易い。
【0015】
従って、付着粒子P’の数を減少させるためには、単位面積当たりのノズル孔15aの数を増加する必要がある。例えば図8に示すように、粒子Pが付着しない領域S同士が隣接するようにノズル孔15aを配置すれば、平坦部Fは最小となる。しかし、この状態では、領域S同士が接する位置において空気Aは何れの方向にも直ちには流れず、この部分で一端流れが滞留して淀み点Yができてしまう。この結果、この淀み点Yの位置に被検粒子Pが集中して付着してしまうという現象が実験によって観察されている。
【0016】
このように、ノズル孔15aを通過せずに、ノズル板15の上流面に付着する粒子P’が多いことは、捕集効率の低下に繋がる。従って、ノズル板15の上流面での菌の付着を少なくするためには、ノズル板15の上流面の粒子付着面積を減らし、かつ気流の淀み点Yを作らないようにノズル孔15aを配置する必要がある。
【0017】
そこで、図9に示すようにノズル孔15aの数を変えて、ノズル孔15a間の距離Xを変数として実験を行ったところ、ノズル径Dに対してX=3.6Dにおいて最も顕著に淀み点Yが発生し、X=4D以上においては淀み点Yが発生しないことが確かめられた。従って、淀み点Yに関して云えば、孔ピッチは4D以上に設定することが必要であると結論付けることができる。また、ノズル板15の平坦部Fの面積を小さくするためには、淀み点Yが発生し難い最も小さなピッチ間隔とすればよいことから、孔ピッチは約4Dとすることが好適となる。特に直管のノズル孔を持つサンプラには適している。
【0018】
また、ノズル板15は内径85mmφのシャーレSとの関係から直径73mmの寸法とされ、そのときの表面積は4185mm2である。そして、ノズル孔15aは下流の培地Kで捕集した浮遊菌の培養後のコロニ数を目測で直感的に計測し易いように、格子状つまり複数の直交する縦横2方向の等間隔の平行線の交点位置に配列されている。このように、表面積4185mm2のノズル板15に縦横2方向に等間隔に例えばピッチP=2.4mmの平行線の交点にノズル孔15aを配置してゆくと、全部で710個程度例えば713個のノズル孔15aを配置することができる。
【0019】
これにより、培養後に生成されたコロニもノズル孔15aの配列に倣って整然と現れるので、特別な方法や別途にコロニ計数器などを入手して用いなくても、容易にコロニの数え落しをすることなく計数することができる。また、コロニ計数に不慣れな検者でも、熟練者と同等のレベルで数え落しがなく容易に計数することができるようになる。更に、従来のような放射状のノズル孔の配置では、捕集菌がどのノズル孔を通ったかの位置の確定は不可能であり、捕集後の培養でコロニができなかったのか、又はノズル孔がない部分なのかの確定が不可能であるが、本実施例のノズル孔15aの配置は四角形状であるために、位置を容易に判別し計算を円滑に行うことが可能となる。
【0020】
図10に示す限界粒子径と捕集効率の理想グラフ図(エアロゾルテクノロジ、114頁 図5.8、インパクタの限界粒子径の理想と実際:1985年4月10日株式会社井上書院発行)によれば、捕集効率を50%以上に設定する場合は、ストークス数Stk の値を0.22以上(√Stk =0.47以上)、95%以上の捕集効率とする場合は0.3以上(√Stk =0.55以上)とすることが好適である。なお、ストークス数Stk は、粒子密度ρ、粒径d、風速U、カニンガム係数C、空気の粘性η、ノズル内径Dとすると次式で表される。
Stk =ρd2 UC/9ηD …(1)
【0021】
本実施例のように、直径73mmのノズル板15に形成するノズル孔15aの個数を713個とした場合には、式(1)による計算式に、本実施例の粒子密度ρ=1×10-3kg/cm3、粒子径d=0.7μm、カニンガム計数C=1.237、空気の粘性η=1.847×10-6(kgf・s/m2)×9.8(m/s2)、加工誤差を考慮してノズル内径D=0.36+0.01=0.37mm、風速U=21.78m/sを代入して算出すると、Stk数=0.22を下回ることになる。
【0022】
従って、Stk数=0.22を越えるように、ノズル孔15aの個数を縦横直交する中心線により区切られる各象限から各8個のノズル孔15aを、各象限で対称となるように合計32個減じて681個とすると、ノズル孔15aを通過する風速は20m/Sを越える24.04m/Sとすることが可能となる。従って、ピッチを2.4mmより大きくすると、ノズル孔15aの個数は681個より少なくなり、十分な風速が得られなくなる。この上限値はノズル孔径D=0.37mmとすると6.5Dとなる。この結果から孔ピッチは6.5D以下の範囲とすればよいので、先に規定した孔ピッチは約4Dはこの範囲に入ることになる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るポータブル型空中浮遊菌サンプラは、ノズル孔を等間隔なピッチに配列し、ノズルのノズル孔の径をDとしたときにそのピッチ間隔を約4Dとしたことにより、ノズルとノズルの間の平坦部に空気流の淀み点を生ずることがなく、かつノズル板上の平坦部を少なくすることができ、ノズル板に菌が付着することが回避される。この結果、菌数の少ない環境においても空中浮遊菌を有効に捕集することができるので、高精度に環境のクリーン度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のサンプラの斜視図である。
【図2】平面図である。
【図3】捕集部の断面図である。
【図4】ノズルの断面図である。
【図5】ノズルの孔部の断面図である。
【図6】ノズル表面の粒子の付着の説明図である。
【図7】ノズル配置の平面図である。
【図8】ノズル孔を近接配置したノズルの平面図である。
【図9】ノズル孔の配置実験時の平面図である。
【図10】限界粒子径と捕集効率のグラフ図である。
【図11】従来例のサンプラの平面図である。
【符号の説明】
11 捕集部
12 操作部
13 取手
14 筐体
15 ノズル
15a ノズル孔
16 ノズル保持部材
17 シャーレ支持部材
18 高静圧ファン
19 ファンモータ
20 フィルタ
Claims (3)
- 複数のノズル孔を有するノズル板と、該ノズル板を保持するノズル保持部材と、前記ノズル板の下流に位置し培地を収納するシャーレを支持するシャーレ支持部と、空気流を生成するファンとを有するポータブル型空中浮遊菌サンプラにおいて、前記ノズル孔同士を等間隔に配列すると共に、前記ノズル孔の径をDとしたときにそのピッチ間隔を約4Dとしたことを特徴とするポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 前記ノズル孔は格子状に配列した請求項1に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
- 前記空気流が前記ノズルを通過するときの風速を20m/秒以上とした請求項1に記載のポータブル型空中浮遊菌サンプラ。
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