JP5884544B2

JP5884544B2 - 光学的粒子計測装置

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Publication number: JP5884544B2
Application number: JP2012033889A
Authority: JP
Inventors: 大二奥田; 道行肥山
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: JP2013170872A

Description

本発明はナノメータサイズの微粒子を含むエアロゾル中の粒子数を計数するための計測装置に関し、特に、エアロゾルの粒子数をＣＰＣ（Condensation Particle Counter）装置により測定する装置に関する。エアロゾルは、固体又は液体の微粒子が気体中に比較的安定して浮遊して存在している状態のものであり、自動車の排気ガスや工場からの排出ガスなどを含む。

ＣＰＣ装置では、過飽和蒸気でエアロゾル中の粒子上に液滴を凝縮させて成長させることにより粒径を大きくした後に、サンプリング領域でエアロゾルの流れにレーザビームを照射する。そして、エアロゾル中の粒子によるレーザ散乱光によるパルス信号をホトダイオードなどの光検出器で受けて計数して粒子数を求める(特許文献１参照。)。

その際、レーザビーム照射のための光学系の汚れなどによるレーザビーム強度の低下や、レーザビームのフォーカスの劣化などにより計測装置の感度低下が起こることがある。感度低下は粒子数の計数値の誤差につながる。そのような感度低下に対して、レーザビームをエアロゾルに照射するサンプリング領域の光入射側にレーザモニタ用のホトダイオードなどの光検出器を設置し、サンプリング領域に入射される前のレーザビームの状態をモニターすることが行われている。

特開２００４−３５４３７０号公報特開２０１０−２８１７８８号公報

J. Aerosol Sci. Vol. 21, No. 2, pp. 263-275, 1990 J. Aerosol Sci. Vol. 29, No. 5/6, pp. 601-615, 1998

レーザビームの劣化（光強度の低下やビームフォーカスの異常など）をサンプリング領域とは別のところで間接的にモニターする方法は、レーザ照射系の異常をある程度は検知することができる。しかし、サンプリング領域でモニターしていないため、サンプリング領域でのレーザビームの状態を的確に把握することができない。また、粒子凝縮成長の機能の異常も粒子数の計数値の誤差につながるものであるが、レーザ照射系のモニターだけではそのような粒子凝縮成長の機能の異常は全く検知することができない。そのため、従来のエアロゾル微粒子計測装置では粒子数濃度の測定値の誤差が大きくなっていても、その判断を十分におこなうことができないというのが現状である。

本発明は、エアロゾル微粒子計測装置において、測定結果が正常であるか異常であるかを判定できるようにすることを目的とするものである。

本発明のエアロゾル微粒子計測装置は、試料ガスをエアロゾルフローとして流すエアロゾルフローキャピラリ、飽和蒸気状態のシースフローを前記エアロゾルフローキャピラリから流出するエアロゾルフローと合流させる飽和器、前記エアロゾルフローキャピラリからのエアロゾルフローと前記飽和器からのシースフローとの合流ガスを冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースフローの蒸気により成長させる冷却凝縮器、及び前記冷却凝縮器を通過したエアロゾルフローに光を照射し、エアロゾルフロー中の粒子による散乱光パルスを検出する粒子計数器を測定系として備えたＣＰＣ装置である。

そして、前記粒子計数器の検出信号を処理するデータ処理装置として、前記粒子計数器で検出された散乱光パルスのうち閾値を超えた散乱光パルスに関連した数をカウント数として計数するカウント手段、前記粒子計数器で検出された散乱光パルスが前記閾値を超えた期間の割合をハイ（High）区間率として算出するハイ区間率算出手段、前記閾値を変更する閾値変更手段、及び前記閾値変更手段により閾値を複数レベルに変更したときの閾値に対する前記カウント数と前記ハイ区間率のうちの少なくとも１つとの関係に基づいて測定結果が正常であるか異常であるかを判定する異常判定手段を備えている。

この粒子計数器は、その検出器としての本来の計数値は、通常動作用に設定された閾値のもとで前記カウント手段が計数したカウント値であり、前記異常判定手段による判定出力とは独立して出力される。本発明は、その出力されるカウント値が正常であるか異常であるかを判定するものである。

前記カウント手段における計数と前記ハイ区間率算出手段におけるハイ区間率の算出を確実に行うようにするために、前記粒子計数器で検出された散乱光パルスを閾値との比較により矩形パルス信号に変換する波形整形回路をさらに備えることが好ましい。その場合は、前記カウント手段は前記波形整形回路から出力される矩形パルス信号に基づいて散乱光パルスに関連した数を計数するものとなり、前記ハイ区間率算出手段は前記波形整形回路から出力される矩形パルス信号に基づいてハイ区間率を算出するものとなる。そして、前記閾値変更手段は前記波形整形回路に供給する閾値を変更する。

前記カウント手段は前記矩形パルス信号の立上がりの数と立下りの数の一方又は両方を散乱光パルスに関連した数として計数することができる。

カウント手段とハイ区間率算出手段は、変更された各閾値の値に対して、カウント数とハイ区間率を求める。各閾値の値に対するカウント数とハイ区間率の一方又は両方から測定値が正常であるか異常であるかを判定するための基準値をあらかじめ設定しておく。好ましくはその基準値を基準値記憶部に記憶させておく。異常判定手段はカウント数とハイ区間率の一方又は両方を基準値と比較して装置の動作状態が正常であるか異常であるかの判定を行う。

好ましい実施形態では、前記データ処理装置は、前記粒子計数器で検出された散乱光パルスのパルス高さを算出するパルス高さ算出手段をさらに備えている。そして、前記異常判定手段はパルス高さ算出手段で算出されたパルス高さも用いて測定結果が正常であるか異常であるかを判定する。

分級する装置（ＤＭＡ（微分型電気移動度測定器）等）を組み合わせ、分級する装置で分級されて排出されるエアロゾルを本発明のエアロゾル微粒子計測装置の試料ガスとして供給することにより、本発明の計測装置は粒子径分布を測定する装置として利用することができる。そのような一実施形態は、エアロゾル試料を帯電させる帯電装置と、分析対象成分を含まないシースガスの流れの中に前記帯電装置によって帯電したエアロゾル試料を供給し、試料中の帯電微粒子を電界によって粒子径ごとに分級して取り出す分級装置と、前記分級装置の取り出し口に配置されて分級された帯電微粒子数を計測する検出器とを備えており、その検出器として本発明のエアロゾル微粒子計測装置を使用するとともに、そのエアロゾル微粒子計測装置は前記分級装置における分級動作と同期して作動させられるものである。

本発明のエアロゾル微粒子計測装置は、粒子計数器で検出された散乱光パルスのうち閾値を超えた散乱光パルスに関連したカウント数と、散乱光パルスが閾値を超えた期間の割合を示すハイ区間率を求め、閾値を複数レベルに変更したときの閾値に対するカウント数とハイ区間率のうちの少なくとも１つとの関係に基づいて測定結果が正常であるか異常であるかを判定するようにしたので、光源の光量の異常だけでなく、光学系の異常又は粒子成長過程の異常までも判定することができるようになる。

一実施例のエアロゾル微粒子計測装置の測定系示す概略図である。同実施例における粒子計数器とその検出信号を処理するデータ処理装置を示すブロック図である。エアロゾル微粒子計測装置の検出信号について閾値とカウント数の関係を示すグラフである。エアロゾル微粒子計測装置の検出信号について閾値とハイ率／カウント数の関係を示すグラフである。エアロゾル微粒子計測装置の検出信号についての正常な場合と異常な場合を示すグラフである。一実施例における正常、異常の判定動作を示すフローチャートである。本発明のエアロゾル微粒子計測装置をＤＭＡの検出器として使用した実施例を示す構成図である。

図１と図２に一実施例のエアロゾル微粒子計測装置を示す。その測定系を示す部分は、図１に示されるように、試料ガス流路２から吸入した試料ガスとしてのエアロゾルを分離するスプリッタ６と、スプリッタ６で分離されたエアロゾルをエアロゾルフローとするエアロゾルフローキャピラリ４と、スプリッタ６で分離されたエアロゾルの残部をシースガスとするシースガス流路８が設けられている。シースガス流路８にはフィルタ１０とその下流の可変オリフィス１２が設けられている。シースガスを飽和蒸気状態のシースフローにするために飽和器１４が設けられ、そのシースフローをエアロゾルフローキャピラリ４から流出するエアロゾルフローと合流させ、冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースフローの蒸気により成長させるためにエアロゾルフローキャピラリ４の下流に冷却凝縮器１６が設けられている。冷却凝縮器１６で成長した微粒子を計数するために、冷却凝縮器１６の下流に粒子計数器１８が設けられている。試料ガス流路２から試料ガスを吸入するために粒子計数器１８の下流に排気ポンプ２２が設けられ、試料ガス流量を調節するために粒子計数器１８と排気ポンプ２２の間に流量計２０が設けられている。

試料ガス流路２から吸入された試料ガスのエアロゾルは、スプリッタ６で分離され、その一部がエアロゾルフローキャピラリ４に導かれてエアロゾルフローとなり、残部はシースガス流路８に導かれてシースガスとなる。試料ガスがエアロゾルフローキャピラリ４の手前までは大きな流量で流されるのは、試料ガス中でのエアロゾルの拡散による微粒子の損失を防ぐためである。シースガス流路８ではフィルタ１０で試料ガス中の粒子が除去されてシースガスとなり、可変オリフィス１２でシースガスの流量が調節される。シースガスは飽和器１４で飽和蒸気状態のシースフローにされ、エアロゾルフローキャピラリ４から流出するエアロゾルフローと合流した後、冷却凝縮器１６で冷却されることによりエアロゾルフロー中の微粒子がシースフローの蒸気により成長し、粒子計数器１８で粒子数が計数される。試料ガス流路２から吸入される試料ガスの流量は流量計２０で測定され、その流量が所定流量になるように排気ポンプ２２の駆動が制御される。

このような計測装置で試料ガス中の微粒子数を正確に測定するためには、エアロゾルフローキャピラリ４を流れるエアロゾルフローの流量が正確に制御されなければならない。そのため、この実施例では、流量計２０を通過するガスの流量Ｃが一定になるようにポンプ２２の駆動が制御され、シースガス流路８を通るシースガスの流量Ｂは可変オリフィス１２により調節される。その結果、エアロゾルフローキャピラリ４を通るエアロゾルフローの流量Ａは（流量Ｃ−流量Ｂ）として設定される。

エアロゾルフローキャピラリ４を通る流量Ａは、目的の流量となるように可変オリフィス１２が調節されることにより校正され、そのときのエアロゾルフローキャピラリ４による圧力損失が圧力計２４により検出されて記憶される。計測時はエアロゾルフローキャピラリ４による圧力損失を圧力計２４により検出し、その値が校正された一定値を保っておればエアロゾルフローキャピラリ４を流れるエアロゾルフローの流量が校正された一定値で維持されているものとして扱われる。

本発明のエアロゾル微粒子計測装置の流路構成は図１に示されたものに限定されない。校正時に試料ガス流路２を流れる試料ガスの流量を測定するための別の流量計を設け、エアロゾルフローの流量を直接測定して校正できるようにした特許文献２の図１から図３に示された流路構成とすることもできる。そのような流路構成をもったエアロゾル微粒子計測装置も本発明の範囲内のものである。

粒子計数器１８とその検出信号を処理するデータ処理装置を図２に示す。粒子計数器１８では、冷却凝縮器１６からのエアロゾルがエアロゾルフロー３０として放出される。粒子計数器１８はエアロゾルフロー３０に光照射を行うために、光源装置３４と集光レンズ３８を備えている。光源装置３４は光源として例えばレーザダイオードを備えたものである。レーザダイオードは光強度が一定となるように自動制御（Auto Power Control）されている。その光源装置３４からの照射光であるレーザビーム３６が集光レンズ３８によりエアロゾルフロー３０の位置に集光される。エアロゾルフロー３０中に冷却凝縮器１６で成長した粒子３２が存在するときは、その粒子によりレーザビーム３６の散乱光４０が生じる。その散乱光４０を検出するために、粒子計数器１８は集光レンズ４２と光検出器４４を備えている。光検出器４４は例えばホトダイオードである。散乱光４０は集光レンズ４２で集光され、ホトダイオード４４で検出される。

エアロゾルフロー３０中の粒子３２が連続しないで個々に分離された状態でレーザビーム３６を横切るようにエアロゾルフロー３０の流量を調節する。ホトダイオード４４で検出される散乱光４０による信号は、エアロゾルフロー３０中の粒子がレーザビーム３６を横切るたびに１つのピーク信号として検出される。このピーク信号を以下では散乱光パルスと呼ぶ。

ホトダイオード４４での検出信号は電流値として取り出され、その電流値を電圧値に変換するために、電流−電圧変換回路４６が設けられている。電流−電圧変換回路４６の出力信号である散乱光パルスの電圧値を閾値電圧との比較により矩形のパルス信号に変換するために波形整形回路４８が設けられている。

波形整形回路４８に閾値電圧を供給するために閾値発生回路５０が設けられている。その閾値発生回路５０が発生する閾値電圧を可変にするために、閾値発生回路５０には閾値変更手段５２が接続されている。

波形整形回路４８の出力信号は矩形パルス信号であり、そのパルス信号に基づくカウント数を計数するためにカウント手段５４が設けられている。パルス信号に基づく計数は、パルス信号の立上がりと立下りの両方で行ってもよく、その場合はカウント数はパルス数の２倍となる。また、パルス信号に基づく計数をパルス信号の立上がり又は立下りで行ってもよく、その場合はカウント数はパルス数と一致する。

波形整形回路４８からのパルス信号から閾値を超えた期間の割合をハイ区間率と呼ぶ。波形整形回路４８からのパルス信号からハイ区間率を算出するためにハイ区間率算出手段５６が設けられている。

閾値変更手段５２により閾値を複数レベルに変更したときの閾値とカウント数との関係、及び閾値とハイ区間率との関係の少なくとも１つの関係に基づいて測定結果が正常であるか異常であるかを判定するために異常判定手段５８が設けられている。

異常判定手段５８が測定結果の正常・異常を判定するための基準値はあらかじめ設定され、基準値記憶部６０に記憶させておく。

電流−電圧変換回路４６からの散乱光パルスのパルス高さを算出するためにパルス高さ算出手段５７が設けられている。

データ処理装置のうち、電流−電圧変換回路４６、波形整形回路４８及び閾値発生回路５０は回路素子を用いてハードウエアとして構成されている。カウント手段５４、ハイ区間率算出手段５６及びパルス高さ算出手段５７もそれぞれ回路素子を用いてカウント回路、ハイ区間率算出回路及びパルス高さ算出回路として、ハードウエア構成で実現することができる。

この実施例では、カウント手段５４、ハイ区間率算出手段５６及びパルス高さ算出手段５７を含めて、閾値変更手段５２、異常判定手段５８及び基準値記憶部６０はデータ処理コンピュータにより実現されている。そのようなデータ処理コンピュータは、このエアロゾル微粒子計測装置に専用のコンピュータとして設けたものであってもよく、このエアロゾル微粒子計測装置が他の測定装置の検出器として用いられる場合にはその測定装置の制御用コンピュータにより実現してもよく、又は汎用のパーソナルコンピュータにより実現してもよい。図２で鎖線により囲まれた部分６２がそのコンピュータにより実現される部分を示している。

次にこの実施例の動作について説明する。粒子数カウント機能が正常に動作している状態では、レーザビーム３６は適切に集光されていて、光パワーが所定の値（範囲）を維持している、粒子により散乱された光は検知用のホトダイオード４４に集光され、カウントに十分な強さ及びＳ／Ｎ(信号対ノイズ)比で検知される。

レーザの集光用光学系の光学素子の表面が汚れたりすることによりレーザビーム３６のビーム幅が広がった場合には、光散乱パルスのカウント数に比してハイ区間率が大きくなる。そのため、本発明の一実施形態では、閾値を複数レベルに変化させたときのカウント数に対するハイ区間率の比率を使って集光用光学系の異常を判定する。

サンプリング領域でのレーザビーム強度が低下した場合には、閾値−カウント数の分布が閾値の小さい側にシフトする。そこで、本発明の他の実施形態では、閾値を異ならせて閾値−カウント数の関係を求め、その結果に基づいて測定値の異常を判定する。

散乱光を集光する光学系に異常があった場合にも、本発明では異常を検知することができるが、この異常は従来のようにレーザビームがサンプリング領域に入射する前の段階のレーザビームをモニターする方法では検知できない。

過飽和蒸気による粒子成長部の特性として、その機能が正常に動作していれば、初期粒子の大きさに大きなばらつきがあっても、粒子成長後の各粒子はよく揃った粒子径となり、光散乱強度も比較的狭い強さの範囲に収まる（非特許文献１、２参照。）。そこで、本発明のさらに他の実施形態では、閾値を複数レベルに変化させたときの閾値−カウント数の関係から粒子成長部の機能の正常・異常を判定する。

閾値とカウント数の関係を図３に、閾値とハイ区間率／カウント数の関係を図４に示す。符号７０で示される実線の曲線は正常動作時のカウント数とハイ区間率／カウント数をあらわし、符号７２で示される破線の曲線は粒子成長部が不調の場合の典型的なカウント数を表わしている。図３、図４中には通常測定時の閾値の設定値ＴＨも太い破線で示す。

通常測定時の閾値とは、通常の測定時にこのエアロゾル微粒子計測装置により試料のエアロゾル中の微粒子数を計測するときの閾値であり、その閾値によるカウント手段５４によるカウント値が通常測定時の計測値として出力される。異常判定手段５８による判定結果はその通常測定時の計測値が正常であるか異常であるかを判定して出力するものである。

閾値のＡ区間は回路ノイズなどを検知し粒子数を正常にカウントできない領域、Ｂ区間は粒子数をカウントできる領域、Ｃ区間はカウントされる粒子が存在しない領域である。

図５に、横軸を時間とし、縦軸は光散乱パルスをＩ−Ｖ変換(電流から電圧への変換)して得られる電圧値としたときの波形を示す。実線の曲線７４は正常動作時のもの、破線の曲線７６は異常動作時のものである。Ａ，Ｂ，Ｃは図３、図４のＡ，Ｂ，Ｃに対応している。閾値がＡの範囲に設定された場合には、閾値を横切る散乱光パルスがなくカウント数はゼロとなり、一方ハイ区間率は１００％となる。Ｂの領域に閾値が設定された場合には散乱光パルスが検出される。散乱光パルスが閾値を横切るときの立上がりと立下りをそれぞれ計数するものとすると、１つの散乱光パルスに対してカウント数は２となる。図５のような適当な間隔をもって散乱光パルスが個別に検出される場合はハイ区間率がおおよそ２５％程度となり、Ｂの領域でそのようなハイ区間率がえられるようにエアロゾルの流量を調整することが好ましい。

異常時の波形７６により示されるオフセットの異常８０は、レンズ表面の汚れ等による乱反射等により受光ホトダイオードへ入射する迷光が増加することにより起こる、波形の異常８２は、主に照射ビームのフォーカシングの劣化により起こる。この際に波高さの減少とパルス幅の増加が同時に起こるが、パルス幅の変化の方が確実に異常を検知できる。パルス幅が広がることで、カウント数に比べて、ハイ区間率が大きくなり、ハイ区間率／カウント数が大きくなるので、この値を正常動作時の基準値と比較することによりこの照射ビームのフォーカシングの劣化を検知することができる。

粒子成長部が不調の場合には、パルス幅の増加は起こらず、パルス高さが全体的に減少し、閾値とパルス高さとの関係が閾値の小さい側にシフトする。したがって、閾値の変化に対して、カウント数が変化しない範囲を判定基準として、この異常を検知できる。粒子成長後の粒子径分布に関しては非特許文献１、２に記載されているので、そのような分布を参照して正常と異常を判定することもできる。

異常が発生した場合、閾値を変化させたときにカウント数とハイ区間率／カウント数がどのような影響を受けるかについて表１にまとめて示す。

また、表１中には異常を判定するための変数H_TH0、H_TH1、H_TH2、L_TH0、L_TH1及びL_TH2も示している。

変数H_TH0、H_TH1、H_TH2、L_TH0、L_TH1及びL_TH2の意味は表１中に示されているが、改めて示すと次の通りである。
H_TH0：ハイ区間/カウント値が∞でカウント値がゼロとなる領域とカウント有りとの境界の閾値。
H_TH1：閾値の微小範囲別のカウント数分布C(TH)から計算されるカウントされた散乱光パルスの平均高さ。ここで、微小範囲とは閾値を変化させる単位である。例えば、パルス高さのフルスケールを６４段階から２５６段階程度に区分し、その１段階分を微小範囲とする。
H_TH2：C(TH)から計算されるパルス高さ分布の相対標準偏差（標準偏差／平均値）。
L_TH0：ハイと判定されかつカウント値がゼロとなる状態とカウント有りの境界の閾値（H_TH0と同じ意味をもつ）。
L_TH１：ロウ(Low)と判定されかつカウントゼロとなる状態とカウント有りの境界の閾値。
R_TH1：閾値がH_TH1におけるハイ区間の時間（秒）／カウント数の値。

これらの変数を用いて、ホトダイオード４４の検出信号から異常判定手段５８がその測定値が正常であるか異常であるかを判定する手順の一例を図６のフローチャートに示す。図６におけるそれらの変数の値は判定の基準値であり、基準値記憶手段６０に記憶しておく。図６に示された基準値は厳密なものではなく、実施するエアロゾル微粒子計測装置によって変動し得るものである。そのため、本発明の実施にあたってはそれらの判定の基準値は実験的に求めるのが適当である。

測定が開始されると、粒子計数器１８からの検出信号は電流−電圧変換回路４６により電圧値で表わされた散乱光パルスとして出力される。波形整形回路はその散乱光パルスを閾値発生回路５０から与えられる閾値により矩形パルス信号に変換する。カウント手段５４はその矩形パルス信号の立上がりと立下りの数を計数して散乱光パルスに関連した数をカウント数とする。ハイ区間率算出手段５６はその矩形パルス信号からハイ期間の割合を求めてハイ区間率とする。閾値変更手段５２により閾値が複数レベルに変更され、それぞれの閾値に対してカウント手段５４はカウント数を算出し、ハイ区間率算出手段５６はハイ区間率を算出する。パルス高さ算出手段５７は電流−電圧変換回路４６からの散乱光パルスのパルス高さを算出する。

異常判定手段５８はカウント手段５４、ハイ区間率算出手段５６及びパルス高さ算出手段５７のそれぞれの算出結果を取り込み、変数H_TH0、H_TH1、H_TH2、L_TH0、L_TH1及びR_TH1を算出し、基準値記憶手段６０に記憶されている基準値と比較する。異常判定手段５８における測定値の正常と正常の判定は図６のように行われる。

まず、L_TH0が基準値０〜０．１の範囲にあるかどうかが判定され、０〜０．１の範囲になければオフセットレベル異常、すなわち光学系に異常があると判定される。

L_TH0が基準値０〜０．１の範囲にあれば、H_TH1が基準値０．４〜０．６の範囲にあるかどうかが判定される。H_TH1がその基準値０．４〜０．６の範囲になければパルス高さ異常であると判定され、光学系異常又は粒子成長異常と判定される。

H_TH1が基準値０．４〜０．６の範囲にあれば、H_TH2が基準値０．１５以内にあるかどうかが判定され、H_TH2が基準値０．１５以内になければ粒子成長異常と判定される。

H_TH2が基準値０．１５以内にあればR_TH1が０．５μs〜０．７μs（マイクロ秒）の範囲にあるかどうかが判定される。R_TH1が０．５μs〜０．７μsの範囲になければ光学系に異常があると判定される。

そして、R_TH1が０．５μs〜０．７μsの範囲にあれば正常動作が行われていると判定される。

図７に本発明のエアロゾル微粒子計測装置を分級装置の検出器として用いた場合の実施例を示す。

分級装置として微分型電気移動度測定器（ＤＭＡ：Differential mobility analyzer）を用いる。ＤＭＡは微粒子の粒径を効率的かつ広範囲にわたって測定できる。試料ガス中の微粒子を帯電させて試料供給口１１１からＤＭＡ１０２に供給するために帯電装置１４０が設けられている。ＤＭＡ１０２で分級された粒子が排出される出口に、検出器として本発明の一実施例のエアロゾル微粒子計測装置１００が接続されている。

ＤＭＡ１０２は、囲み体１０５と、囲み体１０５の内部に設置されて、分級された微粒子を外部に取り出すためのスリット１１２を有する中心ロッド１１３と、正に帯電した微粒子および負に帯電した微粒子が混在した帯電粒子を、囲み体１０５と中心ロッド１１３の間に供給する微粒子供給部１０４とを備えている。

シースガスはフィルタ１０８を通過してＤＭＡ１０２内に供給され、排出口１０９から外部に排出される。シースガスの引込口１０７はＤＭＡ１０２の上部に設けられ、引込口１０７の下部にはシースガスの流れを整え、不純物を除去するフィルタ１０８が取り付けられている。引込口１０７から供給されたシースガスは、囲み体１０５と中心ロッド１１３の間を流れ、囲み体１０５の下部に設けられた排出口１０９からポンプ等により外部に排出され、その一部はスリット１１２から分級された微粒子とともに外部に取り出されるようになっている。

囲み体１０５と中心ロッド１１３間に所定の電圧を印加することにより、特定の粒子径をもつ荷電粒子が中心ロッド１１３のスリット１１２に入り分級される。試料中のガス成分とともに、中心ロッド１１３のスリット１１２を経て分級されて取り出された微粒子は、シースガスとともに連通管１１５を経て外部に取り出される。連通管１１５は分岐され、分級されてシースガスとともに導かれる荷電粒子の一部はエアロゾル微粒子計測装置１００に導かれ、残部は排出される。

４エアロゾルフローキャピラリ
８シースガス流路
１４飽和器
１６冷却凝縮器
１８粒子計数器
４６電流−電圧変換回路
４８波形整形回路
５０閾値発生回路
５２閾値変更手段
５４カウント手段
５６ハイ区間率算出手段
５７パルス高さ算出手段
５８異常判定手段
６０基準値記憶部

Claims

試料ガスをエアロゾルフローとして流すエアロゾルフローキャピラリと、
飽和蒸気状態のシースフローを前記エアロゾルフローキャピラリから流出するエアロゾルフローと合流させる飽和器と、
前記エアロゾルフローキャピラリからのエアロゾルフローと前記飽和器からのシースフローとの合流ガスを冷却してエアロゾルフロー中の微粒子をシースフローの蒸気により成長させる冷却凝縮器と、
前記冷却凝縮器を通過したエアロゾルフローに光を照射し、エアロゾルフロー中の粒子による散乱光パルスを検出する粒子計数器と、
前記粒子計数器で検出された散乱光パルスのうち閾値を超えた散乱光パルスに関連した数をカウント数として計数するカウント手段と、
前記粒子計数器で検出された散乱光パルスが前記閾値を超えた期間の割合をハイ区間率として算出するハイ区間率算出手段と、
前記閾値を変更する閾値変更手段と、
前記閾値変更手段により閾値を複数レベルに変更したときの閾値に対する前記カウント数と前記ハイ区間率との関係に基づいて測定結果が正常であるか異常であるかを判定する異常判定手段と、
を備えたエアロゾル微粒子計測装置。
前記粒子計数器で検出された散乱光パルスを閾値との比較により矩形パルス信号に変換する波形整形回路をさらに備え、
前記カウント手段は前記波形整形回路から出力される矩形パルス信号に基づいて散乱光パルスに関連した数を計数するものであり、
前記ハイ区間率算出手段は前記波形整形回路から出力される矩形パルス信号に基づいて前記ハイ区間率を算出するものであり、
前記閾値変更手段は前記波形整形回路に供給する閾値を変更するものである請求項１に記載のエアロゾル微粒子計測装置。
前記カウント手段は前記矩形パルス信号の立上がりの数と立下りの数の一方又は両方を散乱光パルスに関連した数として計数するものである請求項２に記載のエアロゾル微粒子計測装置。
前記粒子計数器で検出された散乱光パルスのパルス高さを算出するパルス高さ算出手段をさらに備え、
前記異常判定手段はパルス高さ算出手段で算出されたパルス高さも用いて測定結果が正常であるか異常であるかを判定するものである請求項１から３のいずれか一項に記載のエアロゾル微粒子計測装置。
エアロゾル試料を帯電させる帯電装置と、
分析対象成分を含まないシースガスの流れの中に前記帯電装置によって帯電したエアロゾル試料を供給し、試料中の帯電微粒子を電界によって粒子径ごとに分級して取り出す分級装置と、
前記分級装置の取り出し口に配置されて分級された帯電微粒子数を計測する検出器と、
を備え、
前記検出器は請求項１から４のいずれか一項に記載のエアロゾル微粒子計測装置であり、該エアロゾル微粒子計測装置は前記分級装置における分級動作と同期して作動させられることを特徴とするエアロゾル微粒子計測装置。