JPH0247536A - ガス中の浮遊微粒子の測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス中に浮遊している微粒子の濃度、粒度分
布及び／又は粒径等を測定する方法及び測定装置に関す
る。

本発明の測定方法及び測定装置は、例えば、（１）　　
空気中の微粒子の測定 （２）を子工業、薬品工業、食品工業、農林産業、医療
、精密機械工業等におけるクリーンルーム、クリーンブ
ース、クリーントンネル、りＩＪ　−７ベンチ、安全キ
ャビネット、無菌室、バスボックス、無情エアカーテン
、クリーンチューブ等における微粒子の測定 （３）燃焼排ガス、煙道排ガスや自動車排ガス等のガス
中の微粒子の測定 等に利用しうる。

〔従来の技術〕

従来、例えば空気中に浮遊状態で存在している微粒子の
濃度等の測定法としては、 （１）光散乱法、例えば光散乱カウンタ、フォトメータ
、光透過法或いは暗視野顕微鏡を利用する方法。

（２）　　凝縮核法、例えば断熱膨張型、管壁冷却型或
いはその混合型。

（３）　重量法。

等がある。

これら従来法の欠点としては、 １１１　　光散乱法においては０１１４ｍ以下の如き極
微細粒子の濃度は測定不能である。■各粒径の粒子につ
いて瞬時に濃度を測定する場合その精度が不十分である
。■粒子が大きい場合検出部に至るまでの間に粒子の損
失が生じ精度が不十分になる等の欠点があシ、 （２）　　凝縮核法においては、予め行う（前部での）
微粒子の分級が広い空間で行われると、測定装置として
大型化し実用的に問題である。又、ここでの分級精度が
悪いと、測定精度が不十分となる等の欠点があり、 （３）　　重量法においては、■極く微粒子の濃度は測
定不能である。■各粒径の粒子についての瞬時の濃度の
測定精度が不十分である等の欠点があった。

なお、本発明者は、先に特願昭６１−８５９９７号で、
ガス中に浮遊している微粒子の濃度等を測定する方法及
びその装置、と題する出願をしているが、これは分級手
段が不十分なため精度の良い測定ができなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したようにいずれの測定法も測定法により、測定対
象分野が限定され、測定濃度範囲が狭く、測定精度が不
十分である等の欠点があつ九。

本発明は、前記従来の方法の欠点を改善し、微粒子の濃
度、粒度分布及び／又は粒径を測定する方法及び装置を
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、前記目的を達成するために。

ガス中の浮遊微粒子を測定するために、光電子放出材に
紫外線及び／又は放射線を照射するととにより、発生す
る光電子によりガス中に浮遊している微粒子に荷電させ
、荷電微粒子を印加電圧を変化させることにより分級し
、該分級された荷電微粒子を検出することを特徴とする
ガス中の浮遊微粒子の測定方法、及び、ガス吸入口及び
ガス排出口を有するガス中の微粒子測定装置において、
ガス吸入口からガス排出口に至るガス流路中に光電子放
出材を設け、該光電子放出材に紫外線及び／又は放射線
照射することによ）、ガス中の微粒子を荷電させる荷電
部、並びに該荷電部の下流側に印加電圧が可変の分級材
を設けた分級部、該分級部の下流側に分級された荷電微
粒子を検出する検出部を設けてなるガス中の微粒子の測
定装置、を提供するものである。

次に１本発明を詳述する。

まず、光電子放出材については、 光電子放出面３の材質は、紫外線照射により光電子を放
出するものであれば何れでも良く、光電的な仕事関数の
小さいもの程好ましい。効果や経済性の面から、Ｂａ　
、　８ｒ　、　Ｃａ　、　Ｙ　、　（）＋１　、　Ｌａ
　。

Ｃｏ　、　Ｎ６　、　Ｔｈ　、　Ｐｒ　、　Ｂｅ　、　
Ｚｒ　、　Ｆｅ　、　Ｎｉ　、　Ｚｎ　、　Ｃｕ　。

Ａｇ　、　Ｐｔ　、　Ｃｄ　、　Ｐｂ　、　Ａｔ　、　
Ｃ、Ｍｇ　、　Ａｕ　、　Ｉｎ　、　Ｂｉ　、　Ｎｔ）
　ａＳｉ　、　Ｔｉ　、　Ｔａ　、　Ｓｎ　、　Ｐのい
ずれか又はこれらの化合物又は合金が好ましく、これら
は単独で又は二種以上を複合して用いられる。複合材と
しては、アマルガムの如く物理的々複合材も用いうる。

化合物としては酸化物、はう化物、炭化物があり、酸化
物にはＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ６、Ｇｄ４０３
゜Ｎｄ２Ｏ３、Ｔｈ０１　、　Ｚｒ０１　、　Ｆｅｚ（
％　、　ＺｎＯ、ＣｕＯ、Ａｇ１Ｏ。

ＰｔＯ、ＰｂＯ、ｋｌ＠ＯＨ、ＭｇＯ、ｘｎ、ｏ３．　
ＢｉＯ、Ｎ１）Ｏ、Ｂｏ。

などがらり％またはう化物にはＹＢ＠、　ＧｄＢ＠　、
　ＬａＢ・。

ＰｒＢ６　、　ＺｒＢ２などがあ）、さらに炭化物とし
てはＺｒＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＮｂＣなどがある。

また、合金としては黄銅、青銅、リン青銅、ＡｇとＭｇ
との合金（Ｍｇが２〜２０ｗｔ％）、ＣｕとＢｅとの合
金（Ｂ・が１〜１０　ｗｔ％）及びＢａとＡｔ　　との
合金を用いることができ、上記ＡｇとＭｇ　　との合金
、ＣｕとＢｅとの合金及びＢａと人Ｌ　との合金が好ま
しい。酸化物は金属表面のみを空気中で加熱した夛、或
いは薬品で酸化することによっても得ることができる。

さらに他の方法としては使用前に加熱し、表面に酸化層
を形成して長期にわたって安定な酸化層を得ることもで
きる。この例としてはＭｇとＡｇ　　との合金を水蒸気
中で３００〜４００℃の温度の条件下でその表面に酸化
薄膜を形成させることができ、この酸化薄膜は長期間に
わたって安定なものである。

これらの材料の使用形状は、板状、プリーツ状、格子状
、網状等、があ夛表面を適宜凹凸状とし使用することが
出来る。又、適宜の形状の材料にメツキや他材料の付着
を施して使用することが出来る。この例として、Ｃｕ−
Ｚｎ材料にＡｕメツキあるいは粒子状のＡｕ　を固定し
使用することが出来る。

次に１紫外線及び／Ｘ線放射線の照射について述べれば
、紫外線の光源は、光電子放出材料が紫外線照射により
光電子を放出するものであれば良く、水銀灯、水素放電
管、キセノン放電管、ライマン放電管などを適宜利用出
来る。

放射線を用いる場合の線源も同様に、照射により光電子
を放出するものであれば良く、α線、β線、γ線などが
用いられ、照射手段としてコバルト６０、セシウム１５
７、ストロンチウム９０などの放射性同位元素、又は原
子炉内で生成する放射性廃棄物及びこれに適当な処理加
工した放射性物質など適宜利用出来る。

これらの材料、紫外線あるいは放射線の種類の使用は、
測定器形状、適用分野、精度、経済性等で適宜決めるこ
とが出来る。

また、光電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射
は電場において行うことができるが、電場の形成方法と
しては、測定器の形状、構造成いは期待する効果（精度
）等に適宜選択することが出来る。

電場の電圧はα１〜１５ｋＶ、好ましくはｃＬ１〜５　
ｋＶ　であって、該電圧は装置の形状、使用する電極或
いは金属の材質・構造成いは期待する効果により異なる
。電極材料とその構造は通常の荷電装置くおいて使用さ
れているもので良く、例えば電極材料としてタングステ
ン線あるいは棒が用いられる。

荷電微粒子を印加電圧を変化させることにより分級する
分級部の構成（構造）は、コンパクトかつ簡単な構造で
荷電微粒子が分級されれば良く、板状、棒状、格子状あ
るいは網状の印加電圧可変の分級材によ構成る。分級材
の形状は、通常細孔を備えた分級板、複数の棒（あるい
は線）でなる分級部、網状あるいは格子状の分級板が適
宜用いられる。この内、細孔を備え印加電圧可変の分級
板が簡単な構造で効果的であるので実用上好ましい。

前記分級板の細孔の大きさは、荷電微粒子含有空気が流
通すれば良く、一般Ｋ（Ｌ５〜１０■、通常１〜３ｍで
ある。２枚の分級板の距離と電場の強さは、荷電微粒子
の分級が出来るよう予めの予備試験等の検討で適宜決め
ることができる。これらは、一般にそれぞれ１〜５０ｍ
、５〜１．０００Ｖ、通常５〜１０■、５〜５００■れ
でも良い。一般に、加工性や経済性等からアルミニウム
、真ちゅうが用いられる。上述のごとく、荷電微粒子線
、板状、棒状、格子状あるいは網状の印加電圧可変の分
級材を用いることで、コンパクトでかつ簡易に分級され
るので、装置全体が小型化する。

分級部の形状、構造、電場の強さ、細孔の大きさは、測
定分野、測定器形状、濃度範囲、分級された微粒子の検
出方法、精度、経済性等により決めることができる。

また、どれ位の粒径の微粒子が−どれ位の電場で分級さ
れるかは、装置の形状、構造、条件即ちガスの流速、電
場の強さ、分級板の形状、気流の流れ方向、すなわち、
上向流か下向流か横向流かなどＫよって異なるので、予
め予備試験等で粒径のわかっている粒子を用いて調べて
おくとか、又は捕捉された微粒子を顕微鏡観察等によう
決めることが出来る。

さらに、分級された荷電微粒子を検出する検出部はエレ
クトロメータ及び／又は凝縮核検出器が使用できるが、
エレクトロメータは、微粒子濃度が１００２ダ／Ｗｌ”
以上の場合に特に精度が良く、好適に用いることが出来
る。一方、微粒子濃度がαｏ　１　ｍｙ／ｍ”以下の場
合には、検出部に後述の凝縮核検出器が％に精度が良く
、好適に用いられる。又、［１Ｌ００２〜ＣＬ０１Ｔｎ
９／ｍ３の濃度は、両方の検出器を適宜一方又は両方同
時に用いることが出来る。

両方の検出器を同時に用いる場合は、２種類の検出法に
よる測定値の相関を調べながら行えるので、測定対象分
野によっては意義のある測定となる。

一般に、エレクトロメータは各種産業排ガス、大気汚染
、室内汚染の分野に又凝縮核検出器はクリーンルーム関
連分野に好適に用いられるが、限定されるものでない。

〔実施例〕

本発明のガス中の浮遊微粒子の測定方法及びその装置を
図面に従って具体的に説明する。

第１図は、微粒子の検出部にエレクトロメータを用いた
概略図である。予めインパクタ（図示されていない）等
により１０μ以上の大きい粒子を除去された浮遊微粒子
を含む空気１が空気導入口から導入され、該空気中に含
まれる微粒子は、荷電部Ａ、において、紫外線照射源２
からの紫外線照射を受けた光電子放出面３から放出され
る光電子により荷電される。

荷電部Ａ１　は、主に、紫外線ランプ２と光電子放出材
３及び電極４よシ構成されている。荷電部人！　では、
光電子放出材３と電極４０間に電場が形成されておシ、
紫外線ランプ２の照射を受けた電子放出材５から、光電
子が効果的に発生している。空気導入口から導入された
空気１中の微粒子は、該光電子の作用で荷電される。

荷電部ＡＩ　　で荷電され光微粒子は荷電微粒子分級部
Ｂｌ　　において分級される。

荷電微粒子分級部Ｂ、は、コンパクトかつ簡易な構造で
荷電微粒子が分級される部分であり、前記した分級材の
印加電圧を変化させることにより荷電微粒子を分級する
機能を有する。

以下に、細孔５，６を備えた分級板を用いた場合の作用
を述べる。

分級板７，８間には、電源により電場が形成されている
。分級部Ｂ、に訃ける全荷電微粒子をｂｌとする。分級
板７，８間に先ずａｌなる弱い電場を形成すると、該電
場で影響を受ける微細な荷電微粒子す、は該分級板に捕
集される。

その結果、残少の粒径の大きい荷電微粒子（ｂｌ−ｂｚ
）は、後流のエレクトロメータ９よシなる検出部Ｃｔ　
Ｋて荷電量ｄ１が計測され微粒子濃度が測定される。

次に、分級板７，８閣にａｌ　よシも強い電場ａ！　を
形成すると、該電場で影響を受ける（ｂｔよシも粒径の
大きい）荷電微粒子ｂ３は、該分級板に捕集される。そ
の結果、残夛の粒径の大きい荷電微粒子（ｂｌ　　ｂｓ
）は、同様に後流のエレクトロメータ９で計測される。

以下、順次適宜分級板の電場を変化させ、同様に行う。

この様に、分級と微粒子濃度の測定を行うことで空気導
入口の空気１中微粒子の粒径（分布〕とその濃度が分か
るものである。

Ｃ！は、荷電微粒子の検出部であり、上述のように分級
部Ｂ１　で分級された荷電微粒子の検出をエレクトロメ
ータ９で行う。

エレクトロメータ９は、荷電微粒子の荷電量を計測し、
これよジ分級されてきな微粒子濃度が分かるものであれ
ば良い。１０は空気出口である。

次に、第２図について説明すると、第２図は濃度範囲に
応じて検出法を変えることができるように検出部にエレ
クトロメータと凝縮核検出器の両者を設けた概略図であ
る。

まず、それぞれの記号を説明すると、１００；入口にお
ける微粒子を含む空気ｓ　Ａ４　二荷電部、Ｂ！二分級
部、Ｃ！＝検出部、２〇二紫外線ランニ５０：光電子放
出材、４０：電極、５０，６０：細孔、７０，８０：分
級板、９０：エレクトロメータ、Ｄｌ：＃縮核検出器、
１０１：空気出口である。

第１図で説明したごとく、微粒子は荷電部Ａ１にて荷電
され、荷電微粒子は分級部Ｂ、にて適宜電場の作用で分
級され、エレクトロメータ９０と凝縮核検出器Ｄ１を備
えた検出部内にて同時に検出され、異なる原理の検出器
により微粒子の粒径（分布）とその濃度が分かる。

２つの検出器を用いることの利点は、 （１）　　同時に用いることで、２種類の検出法による
測定値の相関を調べながら行えるので、測定値の信頼性
が高まる。

（２）　　濃度範囲に応じて、検出法を変えることで、
幅広い領域にわたる測定が出来る（測定濃度範囲が広い
）。

上述のエレクトロメータ９，９０は、微粒子の荷電量の
測定が出来るものであれば何れでも良い。又、凝縮核検
出器は、微粒子に通常アルコールを凝縮させ（粒径を成
長させ）、光学的方法により測定するものであれば何れ
でも良い。

第３図に、凝縮核検出器の一例の７０−概略図を示し、
以下に説明する。

分級された荷電微粒子１０２は、アルコールの入った容
器１０５に導入され、微粒子上にアルコールが凝縮する
（微粒子は、みかけの粒径が大きい粒子となる）。次い
で、該粒子の濃度は、測定部１０４で光散乱法により計
測される。

第１図及び第２図に示す例においては、気流の流れ方向
は上から下方向であるが、装置の形状、構造成いは使用
分野等に応じ、下から上方向へ、或いは横方向の流れと
することも出来る。

微粒子の検出は、第１図ではエレクトロメータもで、第
２図ではエレクトロメータもと凝縮核検出器の両方で行
う例を説明したが、凝縮核検出器のみで行っても良いこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明のガス中の浮遊微粒子の測定方法及びその装置に
よって次のような効果が得られる。

（１１紫外線又は放射線を光電子放出材に照射すること
により得られる光電子によりガス中の微粒子を荷電する
ことＫより、微粒子を効率良く荷電することができる。

（２）荷電微粒子は、板状、棒状、格子状あるいは網状
の印加電圧可変の分級材を用いることにより ■　微粒子の分級がコンパクトかつ簡易な装置で出来る
。

■　微粒子を適宜の粒径別に精度良く分級出来る。

（３）　　分級された微粒子の検出をエレクトロメータ
÷又は凝縮核検出器で行うことにより（いずれか１種類
の検出器を用いる場合）、■　微粒子濃度により検出法
を選択できる（微粒子濃度がＣＬＯ０２■／ｍＸ以上：
エレクトロメータ÷、α０１■／　ｆｆｌ”以下：凝縮
核検出器）ので、測定分野に好適な測定ができる。

又、精度の高い測定ができる。例えばエレクトロメータ
÷は、各種排ガス、大気汚染、室内汚染等に、凝縮核検
出器はクリーンルーム関連に好適に用いられる。

■　検出器を適宜選択することにより、幅広い分野に適
用し得る測定器となる。

（４）分級された微粒子の検出をエレクトロメータや及
び凝縮核検出器で行うととにより（両方の検出器を備え
て測定を行う場合）、■　極低濃度から比較的高濃度域
まで広範囲の測定が一台の測定器でできる（測定濃度範
囲が広い）。

■　異なる原理の検出器で測定値が得られるので（該検
出器による測定値の相関をみながら測定できるので）、
測定値の信頼性が高い。

（５）　　紫外線又は放射線照射による微粒子の荷電、
板状、棒状、格子状あるいは網状の印加電圧可変の分級
材による分級、エレクトロメータ号及び／又は凝縮核検
出器による微粒子の検出を行うことで、簡易（コンパク
ト）な装置で、幅広い分野に適用し得る微粒子測定器が
できた。

（６）　　α１μｍ程度あるいは、これ以下の粒径の超
微粒子も容易に荷電されるので、超微粒子の粒径及び濃
度も迅速かつ簡便に測定出来る。

（７）本発明の装置は構造が簡単であって、操作、保守
が容易であるので経済的で、かつ、実用的な装置を提供
できる。

（８）通常の室内外の微粒子、煙道ガスや自動車排ガス
中の微粒子、精密工業におけるり１）−ンルーム中の微
粒子など、微粒子の測定に幅広い分野で適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の一実施例を下す概略図で
あ夛、第３図は凝縮核検出器の一例１を示すフロー概略
図である。 １．１００・・・微粒子を含む空気、２，２０・・・紫
外線ランプ、６，３０・−光電子放出材、４，４０・・
・電極、５．６．５０．６０・−・細孔、７．８．７０
゜８０　・・・分級板、９．９０−・・エレクトロメー
タ÷、１０．１０１−・空気出口、Ａｌ　ｔ　Ａ１　・
・・荷電部、Ｂ！、　Ｂ鵞　・・・分級部、Ｃ，、Ｃ，
・・・検出部、Ｄｌ−・・凝縮核検出器、１０２−荷電
微粒子、１０３・・・アルコールの入った容器、１０４
・・・測定部、１０５・・・出口 特許出願人　株式会社荏原総合研究所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光電子放出材に紫外線及び／又は放射線を照射する
   ことにより、発生する光電子によりガス中に浮遊してい
   る微粒子に荷電させ、荷電微粒子を印加電圧を変化させ
   ることにより分級し、該分級された荷電微粒子を検出す
   ることを特徴とするガス中の浮遊微粒子の測定方法。 ２）前記分級を、印加電圧が可変の分級材を用いて行う
   請求項１記載の測定方法。 ３）荷電微粒子の検出を、微粒子の濃度が０．００２ｍ
   ｇ／ｍ＾３以上の場合はエレクトロメータを用いて行う
   請求項１又は２記載の測定方法。 ４）荷電微粒子の検出を、微粒子の濃度が０．０１ｍｇ
   ／ｍ＾３以下の場合は凝縮核検出器を用いて行う請求項
   １又は２記載の測定方法。 ５）荷電微粒子の検出を、微粒子の濃度が０．００２〜
   ０．０１ｍｇ／ｍ＾３の場合はエレクトロメータと凝縮
   核検出器の２種類の検出法を用いて行う請求項１又は２
   記載の測定方法。 ６）光電子放出材への紫外線及び／又は放射線の照射を
   電場において行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   測定方法。 ７）ガス吸入口及びガス排出口を有するガス中の微粒子
   測定装置において、ガス吸入口からガス排出口に至るガ
   ス流路中に光電子放出材を設け、該光電子放出材に紫外
   線及び／又は放射線照射することにより、ガス中の微粒
   子を荷電させる荷電部、並びに該荷電部の下流側に印加
   電圧が可変の分級材を設けた分級部、該分級部の下流側
   に分級された荷電微粒子を検出する検出部を設けてなる
   ガス中の微粒子の測定装置。 ８）前記荷電部に、電場を付与する手段が設けられた請
   求項７記載の測定装置。 ９）前記検出部に、エレクトロメータ及び／又は凝縮核
   検出器が設けられた請求項７又は８記載の測定装置。