JPH08500440A - 受動型粉塵サンプラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 使用者の衣類に装着されるリボン（１０）から吊される個人用粉塵サンプラー（３cm²）。該サンプラーはポンプまたは動力源を必要としない。空気中の粉塵は帯電ＰＶＣシート（２）によって捕捉される。該シー卜は（２ａ）の部分で露出し、金属箔（２５）のフレームを有し、該シートに平行な金属導体プレート（６）によって包囲される。該プレート（６）は、フランジ（３０）を介して金属基板（２１）に着脱自在に装着された格子部材（３）によって支持される。捕捉された粉塵は秤量するか、または該シート（２）の帯電損失を測定することによって定量される。

Description

【発明の詳細な説明】 受動型粉塵サンプラー 本発明は、受動型粉塵サンプラーに関する。 被験粉塵を含有する空気をポンプを用いて、分析もしくは計量に供される粉塵 を捕捉する集塵器（例えば、濾材等）内を通過させる粉塵サンプラーが知られて いる。このようなサンプラーには嵩ばるポンプが必要で、ポンプには重量と嵩を 更に増やす動力源が必要である。これらのサンプラーは、積極的に粉塵を集塵器 に運ぶので、能動型粉塵サンプラーと呼ばれている。 個人で使うには、ポンプや動力源のない受動型粉塵サンプラー、即ち、身の回 りのすぐ近くの粉塵、特に理想的には、人の肺には概して危険度のより高い比較 的小さな粒子を優先的にその大気中の濃度に応じて捕集するサンプラーが望まし い。個人用サンプラーは、また、軽量であるべきである。 受動型粉塵サンプラーは、捕集した物質の空気中での運動によって機能しなけ ればならない。受動型ガスサンプラーは、ガス分子を吸着面へ輸送する分子の拡 散運動を利用する。どのような化学種の分子すべての質量は実質上同じなので、 輸送の平均速度は、容易かつ正確に計算できる。粉塵粒子も拡散運動をするが、 その平均速度は分子のそれより桁違いに小さく、該拡散運動は有効な輸送過程と はならない。捕捉は外部の力によらなければならないが、効果的な大きさの力は 重力と静電気的引力である。 シー・エヌ・デービーズ編、アカデミック・プレス、ロンドン、１９６６年出 版のエアロゾル科学（Ａerosol Ｓciene、Ｅｄ．Ｃ．Ｎ．Ｄavies，Ａcademic Ｐress，Ｌondon）でジェイ・ピッチ（Ｊ．Ｐich）は、均一に帯電した繊維が、 単位体積当たりを通過する帯電粒子の数に依存するが、その速度には依存しない 割合で帯電粒子を捕捉するということを開示している。さらに、帯電体が反対電 荷の帯電粒子を捕捉する速度は、その粒子の電気的移動度に比例する。粒子の電 気的移動度は、電界強度で分割される電界による粒子の移動速度である。 粒子の捕捉が重力による場合には、同様の速度に依存しない現象が見られるが 、 その捕捉速度は、粒子の空気力学的直径の二乗に比例し、このことは、大きな粒 子を捕捉して小さい粒子を選択的に除外するためには好適であるが、本発明が意 図していることにとっては不適である。 職業病医学研究所（Ｉnstitute of Ｏccupational Ｍedicine）のレートポ ＴＭ８３／１５（１９８５年）でビンセント（Ｖincent）らは、工業用エアロゾ ルの粒子サイズによる電気的移動度の変化を調べた結果、より大きい粒子の方が 電気的移動度がより高くなりやすいが、分布は重力による捕捉ほど偏らないとい うことを報告している。 本発明による粉塵サンプラーは、非絶縁性基板（例えば、十分に非絶縁性のガ ラス板等）に取り付けられ、使用時に既知の電荷を持つ集塵シート形態を有する 絶縁体（例えば、エレクトレット等）を具備する。このシートは、それに平行で 、好ましくは少なくともそのシートと同一の面積を有する導体によって包囲され る。この導体は、シートの周囲の柱状体あるいは格子部材等の（好ましくは、導 電性の）スペーサー手段によって支持され、好ましくは電気的に該基板に接続さ れるが、好ましくは、シート領域のせいぜい１１０％、あるいは少なくとも２倍 もしくは４倍を越えない領域を包囲する。「非絶縁体」および「導体」という用 語は、ここでは互換的に使用され、金属等だけでなく半導体などのように導電性 があって電荷を永続的には保持できない物質すべてを含んでいる。スペーサー手 段は、空気が絶縁体と導体の間の隙間を通るような態様で、絶縁体を機械的に保 護すると共に導体を支持する。スペーサー手段は、好ましくはシートから垂直方 向に１．５cm以下、特に、１cm以下の大きさの格子部材であってもよい。しかし 、この方向のその寸法は、シートの面積の平方根の少なくとも５分の１が好まし い。格子部材は、長方形もしくは正方形の網目形態を有していてもよく、この場 合、シートと導体の間の寸法は、横材（weft）もしくは柱状体４本を越えないこ とが好ましく、横材１本の大きさであってもよい。柱状体は間隔を置いて配設さ れ、単に導体の角のみに配設してもよい。 長方形、硬貨形またはその他の形状を有する導体は、最も好ましくはプレート てあって、該プレートは、例えば、導体の全面積の０〜６０％を占める開口部を 有していてもよい。開口部を設ける場合、その直径は、好ましくは少なくとも１ mmであるが、５mmを越えないようにするのがより好ましく、さらに、好適には２ mmないし３mmである。導体を網目形態にする場合、その網目は格子部材よりも小 さくしてもよい。この導体は、格子部材よりやや外側で基板に固定された比較的 強靭な棒状体（例えば、断面が１mm²で指の幅よりほんの少しだけ狭い間隔で配 設された棒状体）によって物理的に保護されている。 導体および格子部材は、メッシュ材を用いるか、あるいはフォトエッチングに よって、折り畳み可能な一体化ブランクとして成形してもよいが、後者のフォト エッチングによれば、格子部材および導体を一体で大量生産し、なお、かついろ いろいなパターンあるいはパターンサイズにすることができる。 シートは、好ましくは、基板に着脱可能にする。導体と格子部材も、好ましく は、基板に着脱可能にする。 シートの材質は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエステル、 ＰＶＣ−アクリロニトリル共重合体あるいはポリカーボネートである。他の使え る材料を補足１にリストアップしている。その表面電位は均一か、もし均一でな ければ、平均の表面電位が既知でなければならないが、好ましくは、例えば、１ ｋＶである。その帯電は＋でも−でもよい。一方の電荷を有する粒子が過剰にあ ると判っている粉塵の場合は、これと反対電荷のエレクトレットを選択するのが よい。 導体は、ガスを吸着し、従ってガスサンプラーとしても使える炭素繊維布製で あってもよく、あるいは炭素繊維布に固着させるか、あるいは着脱可能に取り付 けてもよく、この条件は、導体は開口部のないプレートが好ましい。 粉塵サンプラーの形態は、例えば、立方形でも硬貨形でもよい。 導体と支持格子部材を平行に配設する目的は、集塵シートを物理的に保護する こと、粉塵粒子の捕捉を行う電界を固定すること、および集塵シートを通過する 気流の乱れを減じることである。電界は、導体と格子部材が電気的に接触したと きに、両者が基板と同じ電位を有するように固定される。シート平面は、好まし くは、着用している間は直立させ、重力の影響を最小にする。粉塵サンプラーに は、使用している間は直立して吊されるような着用具を備えることが好ましい。 さらに、サンプラーは、集塵シートの形状を有し、第一の絶縁体に対向した前 記導体に取り付けられる第二の絶縁体を有していてもよく、これらの絶縁体の対 向面は反対極性に帯電させてもよい。また、本発明は、前記のサンプラーから集 塵シー卜を好ましくは垂直に露出させ、次いで、シート、好ましくは、シートの 中央部分だけからの電荷の損失を測定するか、もしくは捕捉した粉塵を、例えば 、秤量法または捕捉２にリストアップしている他の方法によって定量することを 含む粉塵定量法を提供する。この方法で観測される重量の増加あるいは電荷の損 失は小さいので、別の原因による重量増加／電荷損失を最小限にするように注意 しなければならない。例えば、シートを基板に接着させる場合は、重さを測るた めにこれを剥したとき予測できない程の量の接着剤が付着する。この問題は、金 属箔で裏張りした絶縁体をシートとして使うことで克服できる。この箔のサイズ が少し大きい場合には、絶縁体の前方で折り畳んでフレームを形成させ、この絶 縁体は、該フレームを基板に固定するクリップによって保持するか、あるいは該 フレームを基板に固定する格子部材に対する金属フランジによって保持する。あ るいは、集塵シートを硬いプレート、例えば、ガラスまたは金属製のプレートに 接着してもよく、このユニット（シートとプレート）は箔の代わりをすると共に 、同様に基板から容易に取り外すことができる。硬質形態を有するので、シート を帯電走査または顕微鏡観察による測定に供するのはより容易であるが、風袋が 大きいために、秤量はより困難となる。第二の絶縁体がある場合も、これらの測 定法の一方、あるいは両方を用いてもよい。 典型的には、この方法を実行するときの校正係数は、通常、より厳密な方法を 用いる前記の比較法あるいは測定法、または問題となる特定の粉塵の平均電気的 移動度の測定法によって決定される。既知の特性を有する「基準」粉塵を、サン プルを校正するのに使ってもよい。ある条件下では、電気的移動度は十分に一定 なので、そのような比較を繰り返し行うことは省略することができる。ブラウン （Ｂrown）らによって先に行われた測定法（Ａnn.Ｏcc．Ｈyg．、第３２巻、第 ２７１頁〜第２９４頁（１９８８年））では、小さな粒子の方が大きい粒子より も帯電レベルを減らすには有効で、この方法によって小さい粒子への偏りを示す ことができる。粒子が小さいほど生理学的には有害で、この偏りができるのは本 発明の有利なところである。 ＰＶＤＦなどの圧電集塵シートに適した測定法は、このシステムの他の部分で はなくて堆積した粉塵に吸収される波長の光パルスをこの堆積物に照射する方法 である。吸収されたエネルギーは、堆積粉塵の質量に比例する熱量に変換され、 これによって集塵シートが加熱される。これによってもたらされる体積変化によ って表面電位が変化し、該表面電位の変化を測定して粉塵の質量に関連させるこ とができる。集塵の後、測定の前に、電離放射線あるいは別の手段によってエレ クトレットを中性化してもよいが、中性化しなくてもよい。 別の可能な分析技術では、エレクトレット基板を、その固有周波数が堆積粉塵 によって変化する圧電結晶と結合させる。 次の添付図面を参照し、これらに示されている実施例によって本発明を説明す る。 図１は、本発明によるサンプラーの一例を示す。 図２は、本発明による方法において使用できる電気的移動度測定装置を示す。 図３は、図１の型を変形した本発明によるサンプラーを示す。 図４は、本発明によるさらに別のサンプラーを示す。 図５は、エレクトレット保持用付属具を具有する図４のサンプラーを異なる縮 尺と部分的な断面で示す。 図１において、サンプラーは、導電性ガラス製基板(１)を有し、該基板の中央 部には、既知の表面電位（この場合は１．０ｋＶ）を有する絶縁体(２)（集塵シ ートとして機能する）が取り付けられている。絶縁体（２）の形状は一辺が２９ mmの正方形であり、材質はポリプロピレン製であり、厚さは５０ミクロンが適当 である。一辺が０．５cmの正方形の形状を有するシートであれば、インライン・ マスク・サンプリングには十分であるが、小型化はこの場合には長所とはならな い。 金属製格子部材(３)（明確にするために一部を破断している）は基板(１)の全 周縁部にわたって固定され、太さ１mmのワイヤで、平均的な乱流状態に対して２ ．５mmの網目を有する部材として奥行１cmで基板から直立している。網目を２． ５mmよりも小さくすると電界がより均一になるが、サンプラーが粉塵を捕集する ときの効率が悪化する。格子の目の大きさが２．５mmよりも大きくなると集塵効 果がほとんどなくなってしまう。しかし、空気がかなり澱んでいる場所の壁に吊 すためのサンプラーにおいては、特に、指が突っ込まれたりする事故からシート を物理的に保護する必要がないならば、例えば、４．５mmの目のようなもっと粗 い網目が使える。このような用途に対しては、奥行も、例えば、３cmに増やすこ とができ、これによって粉塵の激減も少なくなるが、衣服につけるサンプラーの 場合には、実用上、上記の１cmの奥行に限定される。格子部材は、エレクトレッ ト（２）の上方に１cmの間隔でこれと平行に配設された金属シート（６）を支持 する。別の態様(６ａ)（シート(６)の底部の遠い方の角に示されている）におい ては、シートは、例えば、太さ２mmのワイヤで５mmの粗い網目が形成される。部 材（３）と（６）／（６ａ）は、折り畳み可能な形態を有するフォトエッチング 化ブランクとして一体的に作ることかできる。部材（３）、（６）／（６ａ）お よびエレクトレット（２）は基板（１）から取り外せる。 格子部材（３）とメッシュシート（６）／（６ａ）は、エレクトレット（２） の回りにファラデー箱を形成する。木炭布（図示せず）をシート（６）の外側に 取り付けてガスをこれに吸着させてもよく、該吸着ガスは後で研究室で脱離され て分析される。基板（１）の背後にある副基板（図示せず）は基板より広くして もよく、また、サンプラーを保護するためにシート（６）の前で指の太さよりや や狭い間隔でアーチ状 に配設された比較的強靭な棒状部材を具有していてもよい。上記の装置全体は、 基板（１）の背後に固定されていて衣服に装着するための安全ピン（１１）を有 するリボン（１０）に取り付けられる。従って、サンプラーは図示する状態、特 にエレクトレットが直立した状態で着用されて使用に供される。 使用されるとき、エレクトレット（２）は、好ましくは均一にコロナ帯電され 、該帯電状態は１週間は安定である（安定な期間はどのようなエレクトレット材 料が使われたかによる）。サンプラーは、ユーザーに配布されるときは、粉塵の 入らないサッシェに封入される。使用される場所において、サンプラーをサッシ ェから取り出し、表面電位（例えば、１０００Ｖ）の測定によって評価し、結果 をレジスターに記録する。それから、このサンプラーは、粉塵に曝される人に配 布され、着用される。通常、使用条件は、エレクトレットを通過する粉塵を含ん だ空気のバルクのドリフト速度が前記の臨界速度よりも速い条件である。このよ うな条件でない場合、すなわち、空気が比較的よどんでいる場合には、該条件は 目視あるいは静電的なチェックで容易に検知される。該チェックによって、エレ クトレットの端部にはより重い粉塵が堆積し、中央部分の粉塵の堆積量は比較的 少ないことが明らかとなる。このようなサンプルには注意すべきであり、該サン プルに関しては、通常、粉塵の濃度は実際よりも低く評価される。 メッシュ材（６ａ）があっても、着用者が走れば、ファラデー箱を通過する粉 塵粒子の数が増加するが、この増加は、該粒子の滞留時間が短くなることによっ て正確に補償される。 連続したシート（６）と格子部材（６ａ）との選択については、該シート（６ ）の使用によって、通常、シート（２）上には粉塵より均一に堆積し、上記のよ どみ／減少の問題は、通常の活動をする人にサンプラーが着用されていれば起こ りにくくなる。 サンプラーを所定の期間にわたって粉塵を含む空気に曝した後、粉塵のない部 屋に持ち込み（あるいは、サッシェに封入してから粉塵のない部屋に持ち込む） 、エレクトレット（２）を、木炭布を使用する場合には該布と共にサンプラーか ら取 り外す。シート（２）の荷電損失量を静電的手段によって決定することにより、 該シート上に捕捉された粉塵の量を定量する。典型的には電位は９７０Ｖとなる 。即ち、３０Ｖの電位が低下する。この測定結果から、空気中の粉塵量を評価す ることができる。あるいは、シート（２）を秤量して粉塵による重量増加を測る か、または蓄積物を化学分析してもよい。特に、基板が透明ならば、顕微鏡で分 析してもよい。 新しいエレクトレット集塵シート（２）（あるいは、コロナ装置によって再帯 電させ安定化させた古いシート）を基板の上に取り付ける。再び組み立てられた サンプラーは、粉塵の入らないサッシェに封入して次の使用者へ配布される。 この装置のサンプリング速度は、サンプリングされた粉塵粒子上の電気的移動 度（従って、電荷）に依存する。サンプラーをすべての環境において正しく作動 させるためには、粉塵の形成のメカニズムの相違、大気条件の相違および粉塵の 化学的組織や物理的特性の相違のために異なる粉塵の粒子の有する平均電荷は変 動しやすいが、どんな粒径の粒子上の電荷分布もほぼ一定になるようにすること が必要である。 定量的に評価するためには、電気的移動度を知らねばならないが、前もって知 られた該パラメーターが十分に一定でないなら、この評価を別にしなければなら ない。 この測定は図２に示すような装置を用いて行うことができる。この装置は、エ レクトレット（２０）（手前から最も離れた壁部）を有する金属製ダクトから成 り、該ダクトは、特に、エレクトレットから一定の距離をおいて配設されて該エ レクトレットとほぼ等しい幅の流路を形成する（即ち、エレクトレット（２０） の高さはダクトの高さに等しい）平行な導体（２６）（手前に最も近い壁部）を 有する。調査対象の工業地帯からの空気を既知の速度でポンプ輸送し、帯電粒子 をエレクトレット上に堆積させる。この堆積量は粒子の電気的移動度に依存する ので、該移動度を評価するのに利用できる。この堆積量は、エアロゾルの堆積に 対応する換算電荷の電荷走査によって測定してもよく、あるいは、図１に関連し て述べたい ずれかの方法によって測定してもよい。このような方法は、熟練したオペレータ ーであれば、図１に示す態様のエレクトレットを考慮することによって容易に選 定できる。 エアロゾルの電気的移動度がいずれの工業地帯でも相対的に一定である場合、 この測定を省略することができる。ともかく、この測定なしでも、受動型サンプ ラーは異なった職場の二人の作業者間の相対的暴露条件の良好な指標を提供する 。受動型サンプラーはまたスクリーニング法においても使用できる。即ち、受動 型サンプラーを用いて行われた測定結果を、厳密な従来の費用のかかる粉塵サン プリング試験を行うべきかどうかを決定するために利用できる。 図３は、本発明の図１に示すサンプラーを改変した本発明による別態様のサン プラーを示す。改変しない部分は同じ番号で示す。 絶縁体（２）は金属箔（２５）で裏打ちされており、該金属箔は絶縁体よりも 数ミリメーターほど寸法が大きく、その突出部分は絶縁体（２）の前面上に額縁 のように折り曲げられる。 金属製格子部材（３）と導体シート（６）は絶縁体（２）の露出した前面より 大きいが、フレーム（２５ａ）を含むシート全体よりは小さい領域に広がる。グ リッド（３）は金属製フランジ（３０）と一体となっており、該フランジは、こ れを基板（２１）（この場合は金属製基板）に固定するためのグラブねじ（２４ ）用穴を有する。 この手段により、フランジ（３０）は接着材を用いないで絶縁体（２）を所定 の位置に固定させ、絶縁体（２）の露出領域（２ａ）のコンシステンシーはフレ ーム（２５ａ）によって保証される。 必要あれば、フランジ（３０）および／または導体シート（６）は連続シート ではなく、格子部材であってもよく、該格子部材は随意に前記の格子部材（３） と同一であってもよい。 前述の説明から明らかなように、本発明による装置は種々の形状で製造できる 。しかしながら、エレクトレット（２）を従来のサンプリングフィルターと形と サイズの点で類似する形態にすることにより、採集した試料の分析はより容易に なる。 従って、エレクトレットを直径２５mmの円盤形にしてもよく、この場合には、以 下に説明する図４に示す形態を有するサンプラーが得られる。 図１および図３のサンプラーに使用されるエレクトレット（２）の形態は正方 形てある。従って、格子部材（３）／（６ａ）と基板（１）は直方体を構成し、 該直方体に格子目を有するシートを切断して折り曲げることによって形成される 。エレクトレットの形態が円盤形である場合、格子部材の形態は図４に見られる ように硬貨形となる。この形態のものに鋭利な角を有さない利点があるが、一枚 の金属シートから容易に製造できないという欠点もある。 エレクトレットのエッジでの電界は、特に格子部材がエレクトレットよりもあ まり大きくない領域を覆う場合は最も弱く、このことは、この領域でのエアロゾ ルの堆積量が少ないことから明らかである。均一な堆積物は分析を容易にするの で、このような場合には、大きな格子目の部材の使用が可能となる。しかしなが ら、実用的な見地からは、格子目は必要以上に大きくせず、サンプラーの着用に 不便を来さないようにすることが重要である。 エレクトレット（２）は、直径４０mmのステンレス鋼製の裏打ち用のプレート または基板（１）の中央領域に取り付けられたメリネックス（Ｍelinex、商標） ポリエステルフィルム製の直径２５mm、厚さ２３μmの円盤である。接着剤も使 用しなくても、エレクトレットを所定の位置に固定するには静電的引力で十分で ある。 直径４０mm、高さ１０mmの円筒形格子部材（３）は、０．５mm幅の金属で隔て られた２・（２／３）mm²の穴を有するステンレス鋼製の矩形メッシュ材から構 成される。空気の流れをより良くする観点から強度を低下させてもよい場合は、 部分的に図示するように、中間の環状金属部材を取り除くことができ、その結果 、格子部材は、円周方向に３・（１／６）mm間隔で軸方向の高さ９mmの柱状体に よって隔てられた二本の０．５mm幅の環状ストリップのみから構成される。どち らの態様の場合でも、格子部材（３）の一端は、直径４０mmのステンレス鋼製円 盤（６）によって覆われており、該円盤は、円盤（６）と基板（１）を適当な長 さの固定用のナッ トとボルト（７）で結合するために基板（１）に配設されたスルーホール（１ａ ）に対応するドリルドラグ（６ａ）を有する。空気は、エレクトレット（２）と 円盤（６）の間の深さ１０mmの間隙を通って容易に流れることができる。サンプ ラーは、ピンまたはクリップ（１１）によって衣服に取り付けられる。 エレクトレットを突き出すための小さい孔（図示されていない）を基板（１） に設けてもよい。 スルーホール（１ａ）は、粉塵の堆積の前後におけるエレクトレットの所定の 位置に確実に保持された状態での走査を可能にする定位ホールとしての役割を果 たしており、この役割は、測定時に機械的自動荷電モニターを使用する場合に有 用である。 図５は、図４に示すサンプラーの改変態様を図示するものであり、異なった大 きさの部分的な断面を示す。この形態のサンプラーの場合には、測定後にＸ線分 析または光学的分析に供することができるようにするために、エレクトレット（ ２）を金属製円盤または直径２５mmの顕微鏡用カバーグラスなどのガラス製円盤 に固定することができる。金属製またはガラス製の円盤は、基板（１）上に固定 された同じ厚さで内径２５．５mmの第一の金属製リング（８）によって位置決め され、該円盤は第一のリング（８）上に同心円状に接合されたわずかに小さなリ ング（９）により保持される。第一のリング（８）は直径４０mmの格子部材（３ ）よりも大きな外径を有しており、また、ナットとボルト（７）によって位置決 めされるラグを有するので、リング（８）と（９）はボルト（７）の作用によっ て所定の位置からずれないように保持される。また、これらのリングは、格子部 材（３）のエッジの存在により、基板（１）から外れないように保持されるので 、エレクトレット（２）はこれらのリングの間に形成される内部押縁（８９）に より所定の位置に保持される。これらのリングは、サンプラーを組み立てる際に 格子部材（３）を位置決めする外部段（９８）を形成する。 格子部材（３）と円盤（６）が２６mmまたは３３mmの直径を有する別のサンプ ラーを作成して調べたところ、有用であったが、本明細書に記載の４０mm型のサ ンプ ラーは、使用にあたっては、エレクトレット（２）の最大領域にわたって粒子の 最も均一な堆積を示した。 導体（６）が連続シートである態様のサンプラーもエレクトレット（２）に向 き合った絶縁体、例えば、エレクトレットを具有していてもよい。相互に向かい 合った二枚のエレクトレットの側面は、反対電荷で帯電させるのが好ましい。こ の配置によって、粒子が帯びている電荷の符号にかかわらず、粉塵試料の捕捉が 促進され、また、以後の測定において該エレクトレットの一方または双方を使用 してもよい。補足１ エレクトレット調製に適したポリマーには以下のものが含まれる： ポリシクロヘキシルメタクリレート （ＰＣＨＭＡ） ポリエチルメタクリレート （ＰＥＭＡ） ポリメチルメタクリレート （ＰＭＭＡ） ポリフェニルメタクリレート （ＰＰｈＭＡ） ポリエチレン （ＰＥ） ポリプロピレン （ＰＰ） ポリ塩化ビニル （ＰＶＣ） ＰＶＣ−アクリロニトリル共重合体 （ＰＶＣ−Ａ） ポリ塩化ビニリデン （ＰＶＣＤ） ポリ弗化ビニリデン （ＰＶＦ） ポリビスフェノル Ａ カーボネート （ＰＣ−ｎ） ポリエチレンテレフタレート （ＰＥＴ） ポリテトラフルオロエチレン （ＰＴＦＥ） ポリフルオロエチレンプロピレン （ＦＥＰ） テトラフルオロエチレン−ヘキサ （Ｔeflon−ＦＥＰ） フルオロプロピレン共重合体 テトラフルオロエチレン−ヘキサ （Ｔeflon−ＰＦＡ） フルオロメトキシエチレン共重合体 ポリエステル （Ｍelinex） ポリカーボネート セルロースエステル補足２ 粉塵測定に適した分析技術には以下の方法が含まれる： １．重量法 ａ）直接重量測定 ｂ）溶剤抽出、蒸発、残渣重量測定 ２．化学分析［インサイチュ（in situ）］ ａ）Ｘ線分光法（全反射Ｘ線分光法およびＸ線蛍光分光法、例えば、プロトン 誘起Ｘ線発光分光法を含む）一原子番号が８または１０よりも大きな元素を使用 する。 ｂ）Ｘ線粉末回折−元素よりは化合物を測定するが、検出限界は悪い（１０μ g）。 ｃ）斜入射Ｘ線または光散乱反射光顕微鏡、または半透明シート用：吸光係数 、または透過型の光学的もしくは赤外顕微鏡および分光法。 ｄ）走査型電子顕微鏡（エネルギー散乱Ｘ線分光測定法および制限視野回折） −粒子のサイズ、形態、組成。 ｅ）オージェ分光測定法。 ｆ）具射赤外分光法。 ｇ）紫外分光法 ｈ）比色分析−シートが粉塵と反応し測定可能な変色を呈する化学試薬を含有 する場合。 ３．シートを溶解させた後、化学分析に供する一分析化学の分野における全ての 分析手段が利用できる。例えば、次の手段が挙げられる。 ａ）ガスクロマトグラフィー−有機物。 ｂ）高速液体クロマトグラフィー−有機物。 ｃ）薄層クロマトグラフィー−有機物。 ｄ）原子分光法−有機物。 ｅ）誘導結合プラズマ分光法−有機物。 ｆ）イオンクロマトグラフィー−無機イオン（硫酸塩および塩化物等）。 ｇ）核磁気共鳴。 ｈ）微生物を利用する分析法。 ｉ）上記２に記載のいずれかのインサイチュ法。 さらに、光学顕微鏡と電子顕微鏡も使用でき、また、自動計数法も利用可能で ある。 上記のように、エレクトレットをサンプラー本体に静電的引力で取り付けるこ とが可能である。この態様では、サンプラーは最も単純な形であり、分析を妨げ る接着剤が不要となる。しかしながら、分析法によっては、エレクトレットが硬 い基板に接着されていることが必要である。前記の分析法のいくつかについて、 エレクトレットの必要な化学的性質および特に必要な物理的形状と関連させて以 下に説明する。Ｘ線蛍光分光法 本技法は原子番号が８より大きい元素の分析に適しており、英国の保健安全行 政部の職業病医衛生学研究所（Ｏccupational Ｍedicine ＆ Ｈygiene Ｌab oｒatory of the ＧＢ Ｈealtｈ ＆ Ｓafety Ｅxecutive）において、主 に毒性金属の分析に使用されている。分析中、裏打ち材を有さないエレクトレッ トは、直径２５mmのメンブランフィルターを保持するために特別に設計された二 枚のモリブデンマスクの間に積層させる。ポリエチレンはこのような分析に普通 に使用される材料であり、エレクトレットとしても適している。 Ｘ線に暴露させることにより電荷が中和されたとき、捕捉された試料が基板か ら脱離しないことが重要である。しかしながら、粒子の脱離は起こらないと考え られる。何故ならば、粒子を引きつけてエレクトレットと接触させるのは電気力 であるが、そこに保持する力は主にファンデルワールス力であるからである。フ ァンデルワールス力はエレクトレット材料の電荷の中和によって影響されない。Ｘ線回折 この技法は結晶性および非晶質シリカ双方の分析に使用される。この場合、サ ンプリング基板をアルミニウム製円盤上に置く必要があり、該基板は、次いでＸ 線に暴露される。エレクトレットはサンプリング基板から取り外され、アルミニ ウム製円盤上に置かれるが、取り外し前に電荷を中和しなければならない。ある いは、サンプラーにおいて使用可能であって、Ｘ線分析装置に移される薄い金属 製円盤上にエレクトレットを重ねてもよい。 ＰＶＣ−アクリロニトリル共重合体がこの分析に適した材料であるが、ポリエ ステルを用いてもよい。光学顕微鏡 光学顕微鏡は天然繊維および人造繊維の評価に使用される。試料は通常、ポリ カーボネートまたはセルロース等の洗浄可能な膜上に集められる。ある種のメン ブランフィルターのように、格子部材を有するエレクトレットは、顕微鏡を観察 する人が試料面を位置決めする補助手段として、特に堆積物がまばらな場合に有 用である。または、マリネックス膜をそのまま使用してもよい。あるいは、エレ クトレットを顕微鏡のカバーグラス（直径２５mm、厚さ０．２mmのカバーグラス は容易に入手できる）に重ね、次いで、これを顕微鏡のスライド上に逆さまに重 ねてもよい。該ポリマーの屈折率がこの種の分析に重要である。集塵部材の光学 特性は、反射型顕微鏡を使用する場合にはあまり重要でない。走査型電子顕微鏡 予備試験によると、実施例で使用したエレクトレットはビームに対して安定で あることが判明したので、電子顕微鏡は適当な分析手段となる。セルロースエス テルフィルターは、その使用法が十分に確立されているため好ましい。ポリカー ボネートも使用できる。マリネックス製エレクトレットの分析は、金の薄層で被 覆した堆積物を調べることにより、メンブランフィルター試料の場合とほとんど 同じ方法で実施できる。重量測定 試料が比較的多い場合、重量分析は有効なことが多い。サンプラーの重量測定 は、エレクトレットがステンレス鋼製円盤等の安定な基板に接着されている場合 により容易になる。取り外したエレクトレットの重量測定は、エレクトレットが 帯びている電荷、または取扱い中に発生する電荷のために問題を生ずる。いずれ にしても、重量測定はファラデー箱中で行うのが最も好ましい。ポリプロピレン は、その保湿性が低い（メリネックスポリエステルの約１／４）ため、このよう な目的に用いるのに適したエレクトレットになる。湿度による誤差は、フィルタ ー秤量法における標準技法である試料の平衡化と対照試料の使用で減らすことが できる。 標準的５桁微量天秤の使用によって、遊離状態で測定したエレクトレットに対 しては、約２０μg以内の測定が可能となり、硬質基板に接着したエレクトレッ トの場合には約１００μg以内の測定ができる。しかしながら、初期のプロトタ イプについて行われた重量分析に使用されたような６桁微量天秤を使用する場合 には、測定限界は１０μg以下となる。 エレクトレットの表面は堆積物をほとんど透過させないので、原理的には、堆 積物を溶解除去し、得られる溶液を分析することができる。この技法の非常に重 要な利点は、ナノグラム量の堆積物を検出することができるきわめて高感度の技 法である誘導結合プラズママススペクトロメトリーを使用して分析できることで ある。 通常、フィルター（またはエレクトレット）を堆積物と共に溶解させるのが有 利である。何故ならば、これによって定量的な物質移動が容易となり、分析の効 率が向上するからである。従って、裏打ちプレートに接着するために用いられる 接着剤は分析を複雑にして試料の汚染をもたらすので、分離形態のエレクトレッ トが好ましい。セルロースエステルは、溶解度が高いので、理想的なポリマーで ある。ＰＶＣおよびＰＶＣ−アクリロニトリル共重合体も有用である。この技法 で は、ポリエステルの適性は不明確であり、また、ポリプロピレンは不適当である 。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年６月２３日 【補正内容】 明細書 受動型粉塵サンプラー 本発明は、受動型粉塵サンプラーに関する。 被験粉塵を含有する空気をポンプを用いて、分析もしくは計量に供される粉塵 を捕捉する集塵器（例えば、濾材等）内を通過させる粉塵サンプラーが知られて いる。このようなサンプラーには嵩ばるポンプが必要で、ポンプには重量と嵩を 更に増やす動力源が必要である。これらのサンプラーは、積極的に粉塵を集塵器 に運ぶので、能動型粉塵サンプラーと呼ばれている。 個人で使うには、ポンプや動力源のない受動型粉塵サンプラー、即ち、身の回 りのすぐ近くの粉塵、特に理想的には、人の肺には概して危険度のより高い比較 的小さな粒子を優先的にその大気中の濃度に応じて捕集するサンプラーが望まし い。個人用サンプラーは、また、軽量であるべきである。 受動型粉塵サンプラーは、捕集した物質の粉塵含有空気中での運動によって機 能しなければならない。受動型ガスサンプラーは、ガス分子を吸着面へ輸送する 分子の拡散運動を利用する。どのような化学種の分子すべての質量は実質上同じ なので、輸送の平均速度は、容易かつ正確に計算できる。粉塵粒子も拡散運動を するが、その平均速度は分子のそれより桁違いに小さく、該拡散運動は有効な輸 送過程とはならない。捕捉は外部の力によらなければならないが、効果的な大き さの力は重力と静電気的引力である。 シー・エヌ・デービーズ編、アカデミック・プレス、ロンドン、１９６６年出 版のエアロゾル科学（Aerosol Sciene、Ed．C．N．Davies，Academic Press， London）でジェイ・ピッチ（J．Pich）は、均一に帯電した繊維が、単位体積当 たりを通過する帯電粒子の数に依存するが、その速度には依存しない割合で帯電 粒子を捕捉するということを開示している。さらに、帯電体が反対電荷の帯電粒 子を捕捉する速度は、その粒子の電気的移動度に比例する。粒子の電気的移動度 は、電界強度で分割される電界による粒子の移動速度である。 粒子の捕捉が重力による場合には、同様の速度に依存しない現象が見られるが 、 その捕捉速度は、粒子の空気力学的直径の二乗に比例し、このことは、大きな粒 子を捕捉して小さい粒子を選択的に除外するためには好適であるが、本発明が意 図していることにとっては不適である。 職業病医学研究所（Institute of Occupational Medicine）のレポートＴ Ｍ８３／１５（１９８５年）でビンセント（Vincent）らは、工業用エアロゾル の粒子サイズによる電気的移動度の変化を調べた結果、より大きい粒子の方が電 気的移動度がより高くなりやすいが、分布は重力による捕捉ほど偏らないという ことを報告している。 本発明による粉塵サンプラーは、非絶縁性基板（例えば、十分に非絶縁性のガ ラス板等）に取り付けられ、使用時に既知の電荷を持つ集塵シート形態を有する 絶縁体（例えば、エレクトレット等）を具備する。このシートは、それに平行で 、好ましくは少なくともそのシートと同一の面積を有する導体によって包囲され る。この導体は、シートの周囲の柱状体あるいは格子部材等の（好ましくは、導 電性の）開口部を有するスペーサー手段によって支持され、電気的に該基板に接 続されるが、好ましくは、シート領域のせいぜい１１０％、あるいは少なくとも ２倍もしくは４倍を越えない領域を包囲する。「非絶縁体」および「導体」とい う用語は、ここでは互換的に使用され、金属等だけでなく半導体などのように導 電性があって電荷を永続的には保持できない物質すべてを含んでいる。スペーサ ー手段は、粉塵含有空気が絶縁体と導体の間の隙間を通るような態様で、絶縁体 を機械的に保護すると共に導体を支持する。ダウティーによる米国特許第４９８ ８８７６号明細書には、前記の態様と類似したエレクトレット電離箱が開示され ている。しかしながら、該電離箱は集積型放射線量計用のものであり、エレクト レットが粉塵から保護されるという点で前記の態様とは相違する。本発明による 粉塵サンプラーのスペーサー手段は、好ましくはシートから垂直方向に１.５cm 以下、特に、１cm以下の大きさの格子部材であってもよい。しかし、この方向の その寸法は、シートの面積の平方根の少なくとも５分の１が好ましい。格子部材 は、長方形もしくは正方形の網目形態を有していてもよく、この場合、シートと 導体の間の寸 法は、横材（weft）もしくは柱状体４本を越えないことが好ましく、横材１本の 大きさであってもよい。柱状体は間隔を置いて配設され、単に導体の角のみに配 設してもよい。 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年６月２６日 【補正内容】 請求の範囲 １．使用時に既知電荷で帯電される集塵シート形態を有して非絶縁性基板上に 配設された絶縁体を具備し、該基板がそれに平行に配設された導体によって包囲 されると共に該導体に電気的に接続され、該導体が、該絶縁体と該導体との間の 間隙を粉塵含有空気が流れるような態様で、該絶縁体の周囲の開口部を有するス ペーサー手段によって支持された粉塵サンプラー。 ２．絶縁体がエレクトレットである請求項１記載の粉塵サンプラー。 ３．導体が少なくともシートの領域である請求項１または２記載の粉塵サンプ ラー。 ４．導体とそのスペーサー手段がシートの領域の多くて１１０％の領域を包囲 する請求項１から３いずれかに記載の粉塵サンプラー。 ５．導体とそのスペーサー手段がシートの領域の少なくとも２倍の領域を包囲 する請求項３記載の粉塵サンプラー。 ６．導体とそのスペーサー手段がシートの領域の多くて４倍の領域を包囲する 請求項３または５記載の粉塵サンプラー。 ７．スペーサー手段が柱状体または格子部材である請求項１から６いずれかに 記載の粉塵サンプラー。 ８．スペーサー手段が導体をシートから１.５cmを越えない間隔で配設させる 請求項１から７いずれかに記載の粉塵サンプラー。 ９．スペーサー手段が導体をシートから、シート面積の平方根の少なくとも５ 分の１の間隔で配設させる請求項１から８いずれかに記載の粉塵サンプラー。 １０．導体が固体プレートである請求項１から９いずれかに記載の粉塵サンプ ラー。 １１．導体が、その全面積の６０％までが開口部から成るプレートである請求 項１から９いずれかに記載の粉塵サンプラー。 １２．スペーサー手段が柱状体または格子部材であり、導体が、格子部材より も小さな網目のメッシュ形態を有する請求項１１記載の粉塵サンプラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.使用時に既知電化で帯電される集塵シート形態を有する絶縁体および該絶 縁体に平行な導体を具備し、該絶縁体が該導体によって包囲された非絶縁性基板 上に配設され、該導体が、該絶縁体と該導体との間の間隙を空気が流れるような 態様で該絶縁体の周囲のスペーサー手段によって支持された粉塵サンプラー。 ２．絶縁体がエレクトレットである請求項１記載の粉塵サンプラー。 ３．導体が少なくともシートの領域である請求項１または２記載の粉塵サンプ ラー。 ４．導体とそのスペーサー手段がシートの領域の多くて１１０％の領域を包囲 する請求項１から３いずれかに記載の粉塵サンプラー。 ５．導体とそのスペーサー手段がシートの領域の少なくとも２倍の領域を包囲 する請求項３記載の粉塵サンプラー。 ６．導体とそのスペーサー手段がシートの領域の多くて４倍の領域を包囲する 請求項３または５記載の粉塵サンプラー。 ７．スペーサー手段が柱状体または格子部材である請求項１から６いずれかに 記載の粉塵サンプラー。 ８．導体が基板に電気的に接続されている請求項１から７いずれかに記載の粉 塵サンプラー。 ９．スペーサー手段が導体をシートから１．５ｃｍを越えない間隔で配設させ る請求項１から８いずれかに記載の粉塵サンプラー。 １０．スペーサー手段が導体をシートから、シート面積の平方根の少なくとも ５分の１の間隔で配設させる請求項１から９いずれかに記載の粉塵サンプラー。 １１．導体が、その全面積の０〜６０％が開口部から成るプレートである請求 項１から１０いずれかに記載の粉塵サンプラー。 １２．請求項７に直接的または間接的に関係し、導体が、格子部材よりも小さ な網目のメッシュ形態を有する請求項１１記載の粉塵サンプラー。 １３．物理的に外部から導体を保護すると共に、スペーサー手段の外側の基板 に固定された比較的強靭な棒状体をさらに具有する請求項１から１２いずれかに 記載の粉塵サンプラー。 １４．導体とスペーサー手段が、折り畳み可能な一体ブランクとして形成され た請求項１から１３いずれかに記載の粉塵サンプラー。 １５．シートが基板に着脱可能な請求項１から１４いずれかに記載の粉塵サン プラー。 １６．導体とスペーサー手段が基板に着脱可能な請求項１から１５いずれかに 記載の粉塵サンプラー。 １７．シートがポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエステル、ＰＶＣ−ア クリロニトリル共重合体またはポリカーボネート製である請求項１から１６いず れかに記載の粉塵サンプラー。 １８．導体がガスを吸着することのできる炭素繊維布であるか、炭素繊維布に 固定されるかまたは着脱可能に装着された請求項１から１７いずれかに記載の粉 塵サンプラー。 １９．使用に際して粉塵サンプラーを、シート面が垂直になるように懸垂する 取付部材をさらに具有する請求項１から１８いずれかに記載の粉塵サンプラー。 ２０．第一の絶縁体に向き合った該導体上に配設された集塵シート形態を有す る第二の絶縁体をさらに具有する請求項１から１９いずれかに記載の粉塵サンプ ラー。 ２１．これらの絶縁体の対面側が反対電荷を帯びている請求項２０記載の粉塵 サンプラー。 ２２．請求項１から２１いずれかに記載の粉塵サンプラーを暴露し、次いで第 一のシートまたは第二シートの一方または双方で捕捉された粉塵を計測する粉塵 定量法。 ２３．計測を秤量によって行う請求項２２記載の方法。 ２４．計測を第一および／または第二のシートからの電荷の損失測定によって 行う請求項２２記載の方法。 ２５．電荷の損失を、第一および／または第二のシートの中央領域のみにおい て測定する請求項２４記載の方法。