JP6655971B2 - 分析装置、分析方法、及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、測定空間に存在する粒子状物質の分析を行う分析装置、分析方法、及びプログラムに関する。
近年、大気中のＰＭ２．５などの微小粒子状物質が大きな環境問題になっている。そして、微小粒子状物質の状況を把握することを目的として、微小粒子状物質の大気中の濃度や当該粒子に含まれる元素を分析する装置が開発されている。
例えば、特許文献１には、大気中の浮遊粒子状物質の質量濃度と、当該粒子を構成する元素種類とを、連続的にかつ自動的に分析する分析装置が開示されている。
特開２００５−１３４２７０号公報
この分析装置では、微小粒子状物質を捕集フィルタに捕集しながら当該粒子状物質の質量濃度を測定後、当該粒子状物質が捕集された領域を捕集フィルタの長さ方向の別の箇所に移動させて、捕集フィルタの粒子状物質が捕集されていない新たな領域に微小粒子状物質を捕集させることを繰り返している。
その一方、成分分析は、上記の別の箇所に移動してきた捕集フィルタの領域に捕集されている微小粒子状物質に対して実行されている。すなわち、１つの捕集フィルタを用いて、微小粒子状物質の捕集と分析とを行っている。
また、この分析装置では、捕集フィルタの「目詰まり」を回避するため、捕集フィルタに所定量以上の微小粒子状物質が捕集されると、捕集を停止し捕集フィルタを長さ方向に移動させ、新たな箇所に微小粒子状物質を捕集し直している。
従来、上記の動作は、捕集フィルタの移動タイミングにおいて成分分析が実行されているか否かに関わらず、実行されていた。そのため、捕集フィルタの移動の開始タイミングにおいて成分分析が実行中である場合には、成分分析の実行中に当該成分分析の対象である粒子状物質が測定領域から移動していた。
本発明の目的は、１つの捕集フィルタを用いて粒子状物質の捕集と分析とを同時に行う分析装置において、粒子状物質の捕集と分析とを効率よく両立させることにある。
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る分析装置は、捕集フィルタと、捕集部と、捕集量測定部と、移動部と、分析部と、分析モード切替部と、を備える。捕集フィルタは、微小粒子状物質を捕集可能な捕集領域を有する。捕集部は、捕集フィルタの長さ方向の第１位置に対応するように設けられ、測定空間に含まれる微小粒子状物質を、第１位置に存在する捕集領域に捕集させる。捕集量測定部は、第１位置に存在する捕集領域に捕集された微小粒子状物質の捕集量を測定する。
移動部は、捕集フィルタを長さ方向に移動させることにより、第１位置に存在する捕集領域を、捕集フィルタの長さ方向の位置であって微小粒子状物質の分析を実行するための第２位置へと移動させる一方、微小粒子状物質が捕集されていない未捕集領域を第１位置へ移動させる。分析部は、第２位置に対応するよう設けられ、第１位置から第２位置へと移動された捕集領域に捕集された微小粒子状物質の分析を実行する。
分析モード切替部は、微小粒子状物質を分析する分析モードとして、分析部における微小粒子状物質の分析時間を第１時間とする第１分析モード、又は、分析部における微小粒子状物質の分析時間を第１時間よりも短い第２時間とする第２分析モードのいずれかを選択する。
これにより、分析モードを第１分析モード又は第２分析モードのいずれかに適宜切り替えて、微小粒子状物質の捕集と分析をとバランスよく両立できる。
所定の基準に基づいて決められた基準時刻毎に、捕集部が微小粒子状物質の捕集を停止し、次に、移動部が、第１位置に存在する捕集領域を第２位置へと移動させる一方、未捕集領域を第１位置へ移動し、その後、捕集部が微小粒子状物質の捕集を開始するとともに、分析部が微小粒子状物質の分析を開始してもよい。
これにより、基準時刻毎に、微小粒子状物質の捕集を繰り返して実行できる。その結果、基準時刻毎に、捕集領域に捕集した微小粒子状物質の質量濃度を算出できる。
分析装置は、通知部をさらに備えていてもよい。通知部は、捕集量が所定量となったことを検知すると通知信号を出力する。これにより、微小粒子状物質が所定量だけ捕集領域に捕集されたことを、通知信号として通知できる。
通知信号が出力された時に分析部が微小粒子状物質の分析を継続している場合、移動部は、当該分析の完了時に、第１位置に存在する捕集領域を第２位置へと移動させる一方、未捕集領域を第１位置へ移動させてもよい。これにより、分析部における分析を確実に実行できる。
通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に分析部が次の分析を完了可能であると判定した場合、移動部は、通知信号の出力直後に、第１位置に存在する捕集領域を第２位置へと移動させる一方、未捕集領域を第１位置へ移動させ、分析部は、通知信号の出力後、第１位置に存在していた捕集領域が第２位置へと移動した後に、当該次の分析を開始してもよい。
これにより、通知信号の出力後すぐに分析を開始しても分析を確実に実行できると判断される場合に、通知信号を出力後、直ちに微小粒子状物質の捕集を開始できる。
通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に分析部が次の分析を完了できないと判定した場合、移動部は、次の基準時刻にて、第１位置に存在する捕集領域を第２位置へと移動させる一方、未捕集領域を第１位置へ移動させ、分析部は、次の基準時刻の後、第１位置に存在していた捕集領域が第２位置へと移動した後に、当該次の分析を開始してもよい。これにより、次の分析を確実に実行できる。
移動部は、通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に分析部が次の分析を完了できるか否かに関わらず、通知信号の出力直後に、第１位置に存在する捕集領域を第２位置へと移動させる一方、未捕集領域を第１位置へ移動させてもよい。これにより、微小粒子状物質の捕集を優先できる。
通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に分析部が次の分析を完了できないと判定した場合、分析部は、通知信号の出力時には当該次の分析を開始しなくてもよい。これにより、分析を確実に実行できる。
第１分析モードの実行中に通知信号が出力されると、分析モード切替部は、分析モードを、第１分析モードから第２分析モードへと切り替えてもよい。これにより、微小粒子状物質の捕集量が所定量となったときに分析時間を短縮して、微小粒子状物質の捕集と分析をとバランスよく両立できる。
所定量の微小粒子状物質を第２分析モードにて分析後、所定量よりも少ない捕集量の微小粒子状物質が捕集された捕集領域が第２位置に移動する場合、分析モード切替部は、分析モードを第２分析モードから第１分析モードに切り替えてもよい。これにより、例えば、捕集された微小粒子状物質の捕集量が所定量よりも減少した場合でも、微小粒子状物質の有意な分析を実行できる。
捕集部は、通知信号が出力されると、微小粒子状物質の捕集を停止してもよい。これにより、捕集フィルタに捕集される微小粒子状物質を所定量以下にできる。
分析モード切替部における分析モードの切替は、分析部における分析が実行されていないときに行われてもよい。これにより、分析を確実に終了してから分析モードを切り替えて、各分析を確実に実行できる。
捕集部は、分級器を含んでいてもよい。分級器は、測定空間に浮遊している浮遊粒子状物質を、所定の基準によって粗大粒子状物質と微小粒子状物質とに分級する。これにより、浮遊粒子状物質から粗大粒子状物質を取り除いて、微小粒子状物質を主成分として捕集フィルタに捕集できる。
分析装置は、演算部と、表示部と、をさらに備えていてもよい。演算部は、捕集量測定部からの出力信号に基づいて微小粒子状物質の捕集量及び／又は質量濃度を算出し、分析部からの出力信号に基づいて微小粒子状物質の分析結果を算出する。表示部は、演算部にて算出された捕集量、質量濃度、及び／又は、分析結果を表示する。
これにより、微小粒子状物質の捕集量、質量濃度、及び／又は分析結果を視覚的に確認可能となる。
本発明の他の見地に係る分析方法は、分析装置における微小粒子状物質の分析方法である。分析装置は、微小粒子状物質を捕集可能な捕集領域を有する捕集フィルタを備える。分析方法は、以下のステップを含む。
◎捕集フィルタの長さ方向の第１位置に存在する捕集領域に、測定空間に含まれる微小粒子状物質を捕集させるステップ。
◎第１位置に存在する捕集領域に捕集された微小粒子状物質の捕集量を測定するステップ。
◎捕集フィルタを長さ方向に移動させることにより、第１位置に存在する捕集領域を、捕集フィルタの長さ方向の位置であって微小粒子状物質の分析を実行するための第２位置へと移動させるステップ。
◎第１位置から第２位置へと移動された捕集領域に捕集された微小粒子状物質を分析するステップ。
分析方法の微小粒子状物質を分析するステップにおいて、微小粒子状物質を分析する分析モードとして、微小粒子状物質の分析時間を第１時間とする第１分析モード、又は、微小粒子状物質の分析時間を第１時間よりも短い第２時間とする第２分析モードのいずれかを選択可能となっている。
これにより、分析モードを第１分析モード又は第２分析モードのいずれかに適宜切り替えて、微小粒子状物質の捕集と分析をとバランスよく両立できる。
本発明のさらに他の見地に係るプログラムは、以下のステップをコンピュータに実行させるプログラムである。
◎微小粒子状物質を捕集可能な捕集領域を有する捕集フィルタの長さ方向の第１位置に存在する捕集領域に、測定空間に含まれる微小粒子状物質を捕集させるステップ。
◎第１位置に存在する捕集領域に捕集された微小粒子状物質の捕集量を測定するステップ。
◎捕集フィルタを長さ方向に移動させることにより、第１位置に存在する捕集領域を、捕集フィルタの長さ方向の位置であって微小粒子状物質の分析を実行するための第２位置へと移動させるステップ。
◎第１位置から第２位置へと移動された捕集領域に捕集された微小粒子状物質を分析するステップ。
上記のプログラムの微小粒子状物質を分析するステップにおいて、微小粒子状物質を分析する分析モードとして、微小粒子状物質の分析時間を第１時間とする第１分析モード、又は、微小粒子状物質の分析時間を第１時間よりも短い第２時間とする第２分析モードのいずれかを選択可能となっている。
これにより、分析モードを第１分析モード又は第２分析モードのいずれかに適宜切り替えて、微小粒子状物質の捕集と分析をとバランスよく両立できる。
本発明に係る分析装置は、微小粒子状物質の捕集と分析とを効率よく両立できる。
分析装置の構成を示す図。 制御部の構成を示す図。 第１実施形態における分析動作を示すフローチャート。 分析動作を示すタイミングチャート（その１）。 分析動作を示すタイミングチャート（その２）。 分析動作を示すタイミングチャート（その３）。 分析動作を示すタイミングチャート（その４）。 第１実施形態に係る分析装置における分析結果の表示画面の一例。 第２実施形態における分析動作を示すフローチャート。 第２実施形態における分析動作を示すタイミングチャート。
１．第１実施形態
（１）分析装置の構成
第１実施形態に係る分析装置１００の構成を、図１を用いて説明する。分析装置１００は、捕集フィルタ１を備える。捕集フィルタ１は、例えば、高分子材料（ポリエチレンなど）の不織布にて形成された補強層上に、微小粒子状物質ＦＰ（例えば、粒径が２．５μｍ以下の粒子状物質）を捕集可能な孔を有する多孔質のフッ素樹脂系材料にて形成された捕集層（捕集領域と呼ぶこともある）を積層して形成された、テープ状の部材である。
上記の構成により、捕集フィルタ１は、捕集フィルタ１の厚み方向にガス流通可能となると同時に、その強度を向上できる。また、捕集フィルタ１を帯電しにくくできる。この結果、捕集した粒子状物質が静電気により拡散して、捕集領域から出てしまうことを防止できる。
なお、捕集フィルタ１としては、例えば、１層のガラスフィルタや、１層のフッ素樹脂形材料のフィルタなどの他のフィルタを用いることもできる。
分析装置１００は、移動部１１を備える。移動部１１は、捕集フィルタ１の長さ方向の一端が接続され、モータ（図示せず）などにより回転することにより捕集フィルタ１を巻き取る巻き取りリール１１ａと、長さ方向の他端に接続された状態で捕集フィルタ１を巻き取っている送り出しリール１１ｂとから構成される。移動部１１は、巻き取りリール１１ａを回転させて、捕集フィルタ１を送り出しリール１１ｂから送り出しつつ、当該捕集フィルタ１を巻き取りリール１１ａに巻き取ることにより、捕集フィルタ１をその長さ方向（図１では太矢印にて示す方向）に移動できる。
本実施形態において、移動部１１は、捕集フィルタ１を長さ方向に移動して、微小粒子状物質ＦＰを捕集フィルタ１に捕集する第１位置Ｐ１に存在する捕集領域を、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２（微小粒子状物質ＦＰの分析を実行する位置）との中点にあたる第３位置Ｐ３に移動させる。それと同時に、第３位置Ｐ３に存在していた捕集領域は、第２位置Ｐ２へと移動する。すなわち、捕集フィルタ１の１回あたりの移動量は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の距離の半分となっている。これにより、捕集フィルタ１の長さ方向の領域を有効活用できる。
分析装置１００は、捕集部３を備える。捕集部３は、捕集フィルタ１の長さ方向の第１位置Ｐ１に対応するように設けられ、大気Ａ（測定空間の一例）に含まれる微小粒子状物質ＦＰを、第１位置Ｐ１に存在する捕集領域に捕集させる。大気Ａ中に浮遊している浮遊粒子状物質には、一般的には、微小粒子状物質ＦＰと粗大粒子状物質とが混合しているため、捕集部３において、大気Ａ中の粗大粒子状物質を取り除く（分級する）。
具体的には、捕集部３は、吸引ポンプ３１の吸引力により、例えばインパクタ方式及び／又はサイクロン方式の分級器３３の内部に大気Ａを取り込む。内部に取り込まれた大気Ａは、吸引ポンプ３１の吸引力により分級器３３内部を排出部３５に向かって移動する。分級器３３内部を移動中、当該内部に取り込まれた大気Ａから粒径が２．５μｍより大きい粗大粒子状物質が除去されて、粒径２．５μｍの粒子が５０％以上の割合にて含まれた分級後大気Ａ１が生成される。すなわち、分級後大気Ａ１には、微小粒子状物質ＦＰとしてＰＭ２．５が主成分として含まれる。その後、微小粒子状物質ＦＰが主成分である分級後大気Ａ１は、排出部３５から排出される。
排出部３５から排出された分級後大気Ａ１が捕集フィルタ１を通過して吸引部３７に吸引されるまでの間に、分級後大気Ａ１に含まれる微小粒子状物質ＦＰが第１位置Ｐ１の捕集領域に捕集される。分級後大気Ａ１から微小粒子状物質ＦＰを除去した捕集後大気Ａ２は、吸引ポンプ３１により、外部へ排出される。
捕集部３は、後述する捕集指令の出力／出力停止に従って、吸引ポンプ３１と吸引部３７との間のガス流通をバルブにて開閉する、又は、吸引ポンプ３１を動作又は停止することにより、捕集領域への微小粒子状物質ＦＰの捕集の実行と停止とを切り替える。
分析装置１００は、捕集量測定部５を備える。具体的には、捕集量測定部５は、排出部３５の開口部３５ａに設けられたβ線源５１（例えば、炭素１４（１４Ｃ））と、吸引部３７の開口部３７ａにおいてβ線源５１に対向するよう設けられたβ線検出器５３（例えば、シンチレータを備えた光電子増倍管）と、を有する。
捕集量測定部５は、β線源５１から照射され、第１位置Ｐ１の測定領域に捕集された微小粒子状物質ＦＰを透過してβ線検出器５３にて検出されたβ線強度から、第１位置Ｐ１の測定領域に捕集された微小粒子状物質ＦＰの捕集量を測定する。
分析装置１００は、分析部７を備える。分析部７は、捕集フィルタ１の長さ方向の第２位置Ｐ２に対応するよう設けられ、第２位置Ｐ２に存在する捕集領域に捕集された微小粒子状物質ＦＰの分析を実行する。
本実施形態において、分析部７は、Ｘ線源７１（例えば、パラジウムなどの金属に電子線を照射してＸ線を発生させる装置）から発生するＸ線を第２位置Ｐ２に存在する微小粒子状物質ＦＰに照射して、当該微小粒子状物質ＦＰから発生する蛍光Ｘ線を検出器７３（例えば、シリコン半導体検出器やシリコンドリフト検出器）にて測定することにより、微小粒子状物質ＦＰの成分分析を行う。
分析装置１００は、制御部９を備える。制御部９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置と、表示部９７（例えば、液晶ディスプレーなど）（図２）と、各種インターフェースと、などを有するコンピュータシステムである。
具体的には、図２に示すように、制御部９は、制御指令部９１と、分析モード切替部９３と、演算部９５と、上記の表示部９７と、通知部９９と、を有する。制御指令部９１は、分析装置１００の各制御を行う。具体的には、制御指令部９１は、捕集フィルタ１の制御を実行するフィルタ移動制御部９１１と、捕集部３の制御を実行する捕集制御部９１３と、捕集量測定部５のβ線源５１の制御を実行する捕集量測定制御部９１５と、分析部７のＸ線源７１の制御を実行する成分分析部９１７と、を有する。
分析モード切替部９３は、微小粒子状物質ＦＰを分析する分析モードとして、第１分析モード、又は、第２分析モードのいずれかを選択する。第１分析モードは、分析部７における微小粒子状物質ＦＰの分析時間を第１時間（例えば、１０００秒）とする分析モードである。一方、第２分析モードは、分析部７における微小粒子状物質ＦＰの分析時間を第２時間（例えば、第１時間の１／２の時間（５００秒））とする分析モードである。
演算部９５は、捕集量測定部５からの出力信号に基づいて微小粒子状物質の捕集量及び／又は質量濃度を算出する。また、演算部９５は、分析部７からの出力信号に基づいて微小粒子状物質ＦＰの分析結果を算出する。表示部９７は、演算部９５にて算出された捕集量、質量濃度、及び／又は、分析結果を表示する。通知部９９は、第１位置Ｐ１の捕集領域における微小粒子状物質ＦＰの捕集量が所定量となったことを検知すると、通知信号を出力する。
なお、制御部９の上記の各構成要素の機能は、コンピュータシステムにて実行可能で記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されてもよい。
（２）分析装置における分析動作
次に、第１実施形態に係る分析装置１００における分析動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。
分析装置１００では、捕集量測定部５及び分析部７に対して、必要に応じて、ゼロ点校正及び／又はスパン校正を実行した後に分析動作を開始する。
校正実行後、分析の初期動作として、分析モード切替部９３は、分析モードを第１分析モードに設定する。捕集量測定制御部９１５は、β線源５１にβ線発生指令を出力しβ線源５１から第１位置Ｐ１へβ線を照射させる。また、成分分析部９１７は、Ｘ線源７１にＸ線発生指令を出力しＸ線源７１から第２位置Ｐ２へＸ線を照射させる。さらに、捕集制御部９１３は、捕集部３に捕集指令を出力し、第１位置Ｐ１に存在する捕集領域への微小粒子状物質ＦＰの捕集を開始する。
微小粒子状物質ＦＰの捕集を開始すると、演算部９５は、β線検出器５３から検出したβ線の強度を示すβ線検出信号の取り込みを開始する。また、演算部９５は、検出器７３にて検出された蛍光Ｘ線の強度に応じたパルス信号を分析データとして取り込みを開始する。これにより、演算部９５は、β線検出信号の大きさに基づいて、第１位置Ｐ１に存在する捕集領域における微小粒子状物質ＦＰの捕集量を算出できる。また、演算部９５は、蛍光Ｘ線の強度に応じたパルス信号（蛍光Ｘ線のエネルギーとパルス数との関係を表した信号）に基づいて、微小粒子状物質ＦＰに含まれる元素の種類と量とを算出できる。このようにして、分析装置１００における分析動作が開始される（ステップＳ１）。
微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析を実行中、制御部９は、例えば、現在時刻が基準時刻か否かを判定する（ステップＳ２）。現在時刻は、制御部９に備わる時計機能や、制御部９を動作させるクロック信号のクロックカウント数などから算出できる。
上記の基準時刻は、例えば、１時間毎の時刻である。その他、例えば１日毎など、各国毎に定められた所定の基準に基づいて、基準時刻を任意に決定できる。
現在時刻が基準時刻である場合（ステップＳ２にて「Ｙｅｓ」の場合）、図４Ａに示すように、基準時刻Ｔ１のタイミングで、捕集制御部９１３が捕集指令の出力を停止することにより捕集部３が微小粒子状物質ＦＰの捕集を停止し、演算部９５が検出器７３からの分析データの取り込みを停止する（ステップＳ３）。
微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析を停止後、分析モード切替部９３は、現在選択中の分析モードが第２分析モードであるか否かを判定する（ステップＳ４）。第１分析モードが現在選択されている場合（ステップＳ４にて「Ｎｏ」の場合）、分析モード切替部９３は、分析モードを第１分析モードのまま切り替えない。その後、分析プロセスは、図４Ａに示すように、捕集領域を移動させた後に微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析とを開始するステップ（ステップＳ１２〜Ｓ１４）に進む。
これにより、基準時刻毎に、微小粒子状物質ＦＰの捕集を繰り返し実行できる。その結果、基準時刻毎に、捕集領域に捕集した微小粒子状物質ＦＰの質量濃度を算出できる。具体的には、演算部９５は、基準時刻間（１時間、又は、１日）の捕集領域への微小粒子状物質ＦＰの捕集量を、大気Ａ（測定空間）中に含まれる微小粒子状物質ＦＰの質量濃度とできる。その他、演算部９５は、捕集を開始してから停止するまでの間の微小粒子状物質ＦＰの捕集量から当該捕集を開始してから停止するまでの時間を除算することによって算出される単位時間あたりの捕集量を、質量濃度としてもよい。
一方、第２分析モードが現在選択されている場合（ステップＳ４にて「Ｙｅｓ」の場合）、分析モード切替部９３は、第３位置Ｐ３から第２位置Ｐ２へ移動予定の捕集領域に捕集された微小粒子状物質ＦＰの捕集量が、所定量よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。
本実施形態においては、具体的には、前々回の基準時刻到達後に捕集を開始してから前回の基準時刻到達時までの間に、捕集制御部９１３が捕集指令を出力し続けていた場合（すなわち、微小粒子状物質ＦＰの捕集が継続していた場合）、第２位置Ｐ２へ移動予定の捕集領域に捕集された微小粒子状物質ＦＰの捕集量は、所定量よりも小さいと判定する。
第２位置Ｐ２へ移動予定の捕集領域における捕集量が所定量以上であると判定された場合（ステップＳ５において「Ｎｏ」の場合）、分析モード切替部９３は、分析モードを第２分析モードに維持する。一方、第２位置Ｐ２へ移動予定の捕集領域における捕集量が所定量より小さいと判定された場合（ステップＳ５において「Ｙｅｓ」の場合）、分析モード切替部９３は、分析モードを第２分析モードから第１分析モードに切り替える（ステップＳ６）。具体的には、例えば、分析モード切替部９３は、演算部９５に対して、分析データを分析を開始してから第１時間だけ取得するよう指令する。
分析モード切替部９３が分析モードを第２分析モードに維持するか、第１分析モードへ切り替えた後、分析プロセスは、ステップＳ１２〜Ｓ１４に進む。
一方、現在時刻が基準時刻でない場合（ステップＳ２にて「Ｎｏ」の場合）、通知部９９が、演算部９５にて算出された微小粒子状物質ＦＰの捕集量が所定量となったことを検知して通知信号を出力しているか否かを判定する（ステップＳ７）。
なお、通知部９９は、吸引ポンプ３１による捕集後大気Ａ２の吸引流量が所定流量となったことを検知して、微小粒子状物質ＦＰの捕集量が所定量となったことを検知してもよい。
通知信号が出力されていない場合（ステップＳ７にて「Ｎｏ」の場合）、分析プロセスは、ステップＳ２に戻る。すなわち、分析装置１００は、微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析とを継続する。一方、通知信号が出力されたとき（ステップＳ７にて「Ｙｅｓ」の場合）、捕集制御部９１３は、捕集指令の出力を停止する。これにより、捕集部３は、微小粒子状物質ＦＰの捕集を停止する（ステップＳ８）。
捕集を停止後、制御指令部９１は、微小粒子状物質ＦＰの分析が継続中であるか否かを判定する（ステップＳ９）。演算部９５が検出器７３から分析データを取り込み中あり、微小粒子状物質ＦＰの分析が継続している場合（ステップＳ９にて「Ｙｅｓ」の場合）、演算部９５が現在継続中の分析を完了するまで（ステップＳ９にて「Ｎｏ」となるまで）待機する。
例えば、図４Ｂに示すように、通知信号が出力された時刻Ｔ３に分析データの取り込みが継続していれば、フィルタ移動制御部９１１は、時刻Ｔ３のタイミングでは捕集フィルタ１を移動させる指令である移動指令を出力せず、捕集フィルタ１を長さ方向に移動させない。分析が完了した時刻Ｔ４以降において可能であれば、フィルタ移動制御部９１１が移動指令を出力して捕集フィルタ１を移動させて、新たな捕集と分析とが実行される。これにより、分析部７における分析を確実に実行できる。
通知信号が出力された後であって継続中の分析が完了した後、分析モード切替部９３は、微小粒子状物質ＦＰの分析モードを、第１分析モードから第２分析モードへと切り替える（ステップＳ１０）。具体的には、例えば、分析モード切替部９３は、演算部９５に対して、分析データを分析を開始してから第２時間だけ取得するよう指令する。
通知信号の出力が検知されたときに分析モードを第２分析モードとすることにより、微小粒子状物質ＦＰの分析時間を短縮して、短いスパンで第１位置Ｐ１に存在する捕集領域を未捕集領域（捕集フィルタ１の微小粒子状物質ＦＰが捕集されていない領域）に入れ替え可能とできる。この結果、微小粒子状物質ＦＰの捕集量が多く通知信号の出力頻度が高くなっても、捕集のための時間を多く確保して、それにより微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析とをバランスよく効率的に両立できる。
また、分析モードの切替を第１分析モードの終了後とすることにより、分析モードを切り替える前後の分析を確実に実行できる。
分析モードを切り替えた後、制御指令部９１は、通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に、微小粒子状物質ＦＰの分析を完了できるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
図４Ｃに示すように、通知信号が出力された時刻Ｔ３から次の基準時刻Ｔ１までの時間Δｔ１が第２分析モードの実行時間である第２時間Δｔ２よりも小さく、次の基準時刻Ｔ１までに微小粒子状物質ＦＰの次の分析を完了できないと判断される場合（ステップＳ１１にて「Ｎｏ」の場合）、分析プロセスは、ステップＳ２に戻る。
すなわち、図４Ｃに示すように、フィルタ移動制御部９１１は、時刻Ｔ３のタイミングでは捕集フィルタ１を移動させず（移動指令を出力せず）、上記の次の基準時刻Ｔ１（ステップＳ２が「Ｙｅｓ」の場合）にて移動指令を出力して捕集フィルタ１を移動させる。また、演算部９５は、時刻Ｔ３のタイミングでは分析データの取り込みを開始せず、次の基準時刻Ｔ１の後、分析対象の捕集領域が第３位置Ｐ３から第２位置Ｐ２へ移動してきた後（図４Ｃの時刻Ｔ２）に分析データの取り込みを開始する。
通知信号が出力された時刻Ｔ３から次の基準時刻Ｔ１までに微小粒子状物質ＦＰの次の分析を完了できないと判断される場合に、捕集フィルタ１を次の基準時刻Ｔ１の到達時に移動させ、次の分析を時刻Ｔ３ではなく次の基準時刻Ｔ１以降に開始することにより、当該次の分析を確実に実行できる。
一方、図４Ｄに示すように、通知信号が出力された時刻Ｔ３から次の基準時刻Ｔ１までの時間Δｔ１が第２時間Δｔ２以上である場合、つまり、時刻Ｔ３にて捕集フィルタ１の移動後に次の分析を開始しても、当該分析を次の基準時刻Ｔ１より前の時刻Ｔ７に完了できると判断される場合（ステップＳ１１にて「Ｙｅｓ」の場合）、フィルタ移動制御部９１１は、通知信号の出力直後の時刻Ｔ３のタイミングにて移動指令を出力し捕集フィルタ１を移動させる。また、演算部９５は、時刻Ｔ３後、捕集フィルタ１の移動が完了する時刻Ｔ６のタイミングで、次の分析を開始する。
これにより、通知信号の出力後の時刻Ｔ３にて分析を開始しても分析を確実に実行できると判断される場合に、通知信号を出力後の時刻Ｔ３にて直ちに捕集フィルタ１を移動して、通知信号の出力から短時間しか経過していない時刻Ｔ６にて微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析とを開始できる。
現在時刻が上記の捕集フィルタ１を移動させるタイミングとなったとき、フィルタ移動制御部９１１は、移動部１１の巻き取りリール１１ａに移動指令を出力し、捕集フィルタ１の捕集領域を長さ方向に移動させる（ステップＳ１２）。これにより、第１位置Ｐ１に存在していた捕集領域は第３位置Ｐ３へ移動する一方、第１位置Ｐ１に未捕集領域（新たな捕集領域）が移動してくる。その後、通知部９９は、通知信号の出力を停止する。（ステップＳ１３）。
通知信号の出力の停止を検知後、捕集制御部９１３は、捕集部３に対して捕集指令を出力し、第１位置Ｐ１に到達した新たな未捕集領域への微小粒子状物質ＦＰの捕集を開始する。演算部９５は、新たに第２位置Ｐ２へと移動してきた捕集領域に捕集された微小粒子状物質ＦＰの分析データの取り込みを開始する（ステップＳ１４）。
微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析を開始後、制御指令部９１は、微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析とを終了するかを判断する（ステップＳ１５）。例えば、停止ボタンが押されたり、装置の異常が検知されたりするなどして、分析装置１００を停止すると判断した場合（ステップＳ１５にて「Ｙｅｓ」）の場合、分析プロセスは終了する。
一方、分析装置１００を停止しない場合（ステップＳ１５にて「Ｎｏ」の場合）、分析プロセスはステップＳ２に戻り、上記のステップＳ２〜Ｓ１４を繰り返し実行する。
上記のステップＳ１〜Ｓ１５を実行することにより、分析装置１００は、微小粒子状物質ＦＰの捕集量が所定量となったりそれよりも少なくなったりして変動しても、捕集と分析とを効率的に両立して実行できる。このことは、図５に示す表示部９７に表示される分析結果の表示例において、全ての分析が確実に実行されていることからも分かる。
また、微小粒子状物質ＦＰの捕集量が多い捕集領域に対しては第２分析モードを実行して短時間に分析を行いつつ、微小粒子状物質ＦＰの捕集量が少ない捕集領域に対しては第１分析モードを実行して長時間の分析を実行することにより、微小粒子状物質ＦＰの捕集量の多少によらず有意な分析データを取得できる。
２．第２実施形態
上記の第１実施形態においては、図３に示すように、捕集フィルタ１の移動前に、次の分析が次の基準時刻までに完了できるか否かを判断していた。
しかし、これに限られず、微小粒子状物質ＦＰの捕集領域への捕集を優先したい場合には、次の分析が次の基準時刻までに完了できるか否かに関わらず、通知信号の出力直後に捕集フィルタ１を移動してもよい。
具体的には、図６に示すように、第２実施形態における分析動作において、ステップＳ１〜Ｓ１０は第１実施形態と同じである一方、ステップＳ１０の分析モードの切替後すぐに捕集領域の移動が実行される（ステップＳ１１’）。
例えば、通知信号が出力された時刻Ｔ３から次の基準時刻Ｔ１までの時間Δｔ１が第２時間Δｔ２より小さい場合、第１実施形態では、図４Ｃに示すように、時刻Ｔ３から次の基準時刻までの間に捕集フィルタ１の移動がなされず微小粒子状物質ＦＰの捕集も実行されない。
一方、第２実施形態においては、図７に示すように、時間Δｔ１が第２時間Δｔ２より小さい場合であっても、時刻Ｔ３から時刻Ｔ８までの間、捕集フィルタ１の移動がなされ、時刻Ｔ８において通知信号の出力が停止され（ステップＳ１２’）、時刻Ｔ８から次の基準時刻Ｔ１までの間に微小粒子状物質ＦＰの捕集が実行される。
また、第２実施形態においては、捕集フィルタ１の移動後に、時刻Ｔ８から次の基準時刻Ｔ１までの間に次の分析を完了できるか否かを判断している（図６のステップＳ１３’）。例えば、図７に示すように、時刻Ｔ８から次の基準時刻Ｔ１までの時間Δｔ３が第２時間Δｔ２よりも小さい場合（ステップＳ１３’にて「Ｎｏ」の場合）、捕集制御部９１３が捕集指令を出力し微小粒子状物質ＦＰの捕集を開始する一方、演算部９５は分析データの取り込みを開始しない（ステップＳ１４’）。これにより、分析を確実に実行しつつ、微小粒子状物質ＦＰの捕集を優先できる。
一方、時刻Ｔ８から次の基準時刻Ｔ１までの時間Δｔ３が第２時間Δｔ２以上の場合（ステップＳ１３’にて「Ｙｅｓ」の場合）、時刻Ｔ８において微小粒子状物質ＦＰの捕集と分析データの取り込みとが両方開始される（ステップＳ１５’）。
なお、ステップＳ１５’の実行後に実行されるステップＳ１６’における動作は、第１実施形態におけるステップＳ１５の動作と同様であるので、説明を省略する。
３．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
（Ａ）分析動作の他の実施形態
１つの分析装置１００において、上記の第１実施形態における分析動作と第２実施形態における分析動作とを両方実行可能としてもよい。例えば、ユーザによる選択により、いずれの分析動作を実行するかを選択可能としてもよい。
また、第１分析モードの第１時間と第２分析モードの第２時間は、任意に設定可能としてもよい。あるいは、第１時間のみを設定して、第２時間を第１時間の例えば１／２として自動的に決定してもよい。
さらに、分析動作の上記のステップＳ４とＳ５とを省略してもよい。また、分析動作の上記のステップＳ９を省略してもよい。
（Ｂ）分析部の他の実施形態
上記の第１実施形態及び第２実施形態における分析部７が、蛍光Ｘ線分析以外の、微小粒子状物質ＦＰの分析にある程度の時間を要する他の分析を行う分析部であっても、上記の分析動作を適用できる。例えば、分析部７を、微小粒子状物質ＦＰから発生する放射線量を測定するもの、微小粒子状物質ＦＰとしてのカーボンブラックの含有量を測定するもの、微小粒子状物質ＦＰのラマンスペクトルを測定するもの、微小粒子状物質ＦＰのフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）を測定するもの、などとしてもよい。
（Ｃ）測定対象についての他の実施形態
上記の第１実施形態及び第２実施形態において、分析装置１００は、周囲の大気Ａ中に含まれる微小粒子状物質ＦＰの捕集量（質量密度）及び成分分析を実行していた。しかし、これに限られず、分析装置１００は、例えば、焼却場や工場の煙道から排出される排ガスやプロセスガスなどを取り込むことで、当該排ガスやプロセスガス中に含まれる微小粒子状物質ＦＰの質量密度及び成分分析を実行できる。
本発明は、測定空間に存在する粒子状物質の分析を行う分析装置に広く適用できる。
１００ 分析装置
１ 捕集フィルタ
１１ 移動部
３ 捕集部
３１ 吸引ポンプ
３３ 分級器
３５ 排出部
３７ 吸引部
５ 捕集量測定部
５１ β線源
５３ β線検出器
７ 分析部
７１ Ｘ線源
７３ 検出器
９ 制御部
９１ 指令制御部
９１１ フィルタ移動制御部
９１３ 捕集制御部
９１５ 捕集量測定制御部
９１７ 成分分析部
９３ 分析モード切替部
９５ 演算部
９７ 表示部
９９ 通知部
Ａ 大気

Claims (15)

  1. 微小粒子状物質を捕集可能な捕集領域を有する捕集フィルタと、
    前記捕集フィルタの長さ方向の第１位置に対応するように設けられ、測定空間に含まれる前記微小粒子状物質を、前記第１位置に存在する捕集領域に捕集させる捕集部と、
    前記第１位置に存在する前記捕集領域に捕集された前記微小粒子状物質の捕集量を測定する捕集量測定部と、
    前記捕集フィルタを長さ方向に移動させることにより、前記第１位置に存在する前記捕集領域を、前記捕集フィルタの長さ方向の位置であって前記微小粒子状物質の分析を実行するための第２位置へと移動させる一方、前記微小粒子状物質が捕集されていない未捕集領域を前記第１位置へ移動させる移動部と、
    前記第２位置に対応するよう設けられ前記第１位置から前記第２位置へと移動された捕集領域に捕集された前記微小粒子状物質の分析を実行する分析部と、
    前記捕集量が所定量となったことを検知すると通知信号を出力する通知部と、
    を備え、
    前記捕集部は、前記微小粒子状物質の捕集を開始した後に捕集を終了する時刻として予め定められた基準時刻に到達すると前記微小粒子状物質の捕集を停止し、前記基準時刻に到達するまでは前記微小粒子状物質の捕集を継続し、前記通知信号が出力された場合は、前記基準時刻に到達する前であっても前記微小粒子状物質の捕集を停止する、
    分析装置。
  2. 前記基準時刻毎に、
    前記捕集部が前記微小粒子状物質の捕集を停止し、次に、前記移動部が、前記第１位置に存在する捕集領域を前記第２位置へと移動させる一方、前記未捕集領域を前記第１位置へ移動し、その後、前記捕集部が前記微小粒子状物質の捕集を開始するとともに、前記分析部が前記微小粒子状物質の分析を開始する、
    請求項１に記載の分析装置。
  3. 前記基準時刻よりも前に前記通知信号が出力された時に前記分析部が前記微小粒子状物質の分析を継続している場合、前記移動部は、前記基準時刻よりも前に当該分析が完了した時に、前記第１位置に存在する前記捕集領域を前記第２位置へと移動させる一方、前記未捕集領域を前記第１位置へ移動させる、請求項１又は２に記載の分析装置。
  4. 前記通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に前記分析部が次の分析を完了可能であると判定した場合、
    前記移動部は、前記通知信号の出力直後に前記分析部が分析を停止している状態で、前記第１位置に存在する前記捕集領域を前記第２位置へと移動させる一方、前記未捕集領域を前記第１位置へ移動させ、
    前記分析部は、前記通知信号の出力後前記第１位置に存在していた前記捕集領域が前記第２位置へと移動した後に、当該次の分析を開始する、
    請求項１〜３のいずれかに記載の分析装置。
  5. 前記通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に前記分析部が次の分析を完了できないと判定した場合、
    前記移動部は、前記次の基準時刻にて前記分析部が分析を停止している状態で、前記第１位置に存在する前記捕集領域を前記第２位置へと移動させる一方、前記未捕集領域を前記第１位置へ移動させ、
    前記分析部は、次の基準時刻の後前記第１位置に存在していた前記捕集領域が前記第２位置へと移動した後に、当該次の分析を開始する、
    請求項１〜３のいずれかに記載の分析装置。
  6. 前記移動部は、前記通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に前記分析部が次の分析を完了できるか否かに関わらず、前記通知信号の出力直後に前記分析部が分析を停止している状態で、前記第１位置に存在する前記捕集領域を前記第２位置へと移動させる一方、前記未捕集領域を前記第１位置へ移動させる、
    請求項１〜３のいずれかに記載の分析装置。
  7. 前記通知信号が出力されてから次の基準時刻までの間に前記分析部が前記次の分析を完了できないと判定した場合、前記分析部は、前記通知信号の出力時には当該次の分析を開始しない、請求項６に記載の分析装置。
  8. 前記微小粒子状物質を分析する分析モードとして、前記分析部における前記微小粒子状物質の分析時間を第１時間とする第１分析モード、又は、前記分析部における前記微小粒子状物質の分析時間を前記第１時間よりも短い第２時間とする第２分析モードのいずれかを選択する分析モード切替部をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の分析装置。
  9. 前記第１分析モードの実行中に前記基準時刻よりも前に前記通知信号が出力されると、前記分析モード切替部は、前記分析モードを、前記第１分析モードから前記第２分析モードへと切り替える、請求項８に記載の分析装置。
  10. 前記所定量の前記微小粒子状物質を前記第２分析モードにて分析後、前記所定量よりも少ない捕集量の前記微小粒子状物質が捕集された捕集領域が前記第２位置に移動する場合、前記分析モード切替部は、前記分析モードを前記第２分析モードから前記第１分析モードに切り替える、請求項８又は９に記載の分析装置。
  11. 前記分析モード切替部における前記分析モードの切替は、前記分析部における分析が実行されていないときに行われる、請求項８〜１０のいずれかに記載の分析装置。
  12. 前記捕集部は、前記測定空間に浮遊している浮遊粒子状物質を、所定の基準によって粗大粒子状物質と前記微小粒子状物質とに分級する分級器を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の分析装置。
  13. 前記捕集量測定部からの出力信号に基づいて前記微小粒子状物質の前記捕集量及び／又は質量濃度を算出し、前記分析部からの出力信号に基づいて前記微小粒子状物質の分析結果を算出する演算部と、
    前記演算部にて算出された前記捕集量、前記質量濃度、及び／又は、前記分析結果を表示する表示部と、
    をさらに備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の分析装置。
  14. 微小粒子状物質を捕集可能な捕集領域を有する捕集フィルタを備える分析装置における前記微小粒子状物質の分析方法であって、
    前記捕集フィルタの長さ方向の第１位置に存在する捕集領域に、測定空間に含まれる前記微小粒子状物質を捕集させるステップと、
    前記第１位置に存在する前記捕集領域に捕集された前記微小粒子状物質の捕集量を測定するステップと、
    前記捕集フィルタを長さ方向に移動させることにより、前記第１位置に存在する前記捕集領域を、前記捕集フィルタの長さ方向の位置であって前記微小粒子状物質の分析を実行するための第２位置へと移動させるステップと、
    前記第１位置から前記第２位置へと移動された捕集領域に捕集された前記微小粒子状物質を分析するステップと、
    前記微小粒子状物質の捕集を開始した後に捕集を終了する時刻として予め定められた基準時刻に到達すると、前記微小粒子状物質の捕集を停止するステップと、
    前記基準時刻に到達するまでは前記微小粒子状物質の捕集を継続するステップと、
    前記捕集量が所定量となったことを検知した場合は、前記基準時刻に到達する前であっても、前記微小粒子状物質の捕集を停止するステップと、
    を含む、分析方法。
  15. 微小粒子状物質を捕集可能な捕集領域を有する捕集フィルタを備える分析装置を制御するコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記捕集フィルタの長さ方向の第１位置に存在する前記捕集領域に測定空間に含まれる前記微小粒子状物質を前記分析装置に捕集させるステップと、
    前記第１位置に存在する前記捕集領域に捕集された前記微小粒子状物質の捕集量を前記分析装置に測定させるステップと、
    前記分析装置に前記捕集フィルタを長さ方向に移動させることにより、前記第１位置に存在する前記捕集領域を、前記捕集フィルタの長さ方向の位置であって前記微小粒子状物質の分析を実行するための第２位置へと移動させるステップと、
    前記第１位置から前記第２位置へと移動された捕集領域に捕集された前記微小粒子状物質を前記分析装置に分析させるステップと、
    前記微小粒子状物質の捕集を開始した後に捕集を終了する時刻として予め定められた基準時刻に到達すると、前記分析装置に前記微小粒子状物質の捕集を停止させるステップと、
    前記基準時刻に到達するまでは、前記分析装置に前記微小粒子状物質の捕集を継続させるステップと、
    前記捕集量が所定量となったことを検知した場合は、前記基準時刻に到達する前であっても、前記分析装置に前記微小粒子状物質の捕集を停止させるステップと、
    を備える分析方法を前記コンピュータに実行させるプログラム。
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