JPS63233351A - エーロゾル中のガス含有量の即時測定用装置 - 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） 本発明はエーロゾル中のガス含有量の即時測定用装置に
関する。さらに詳しくは、 Ｃ工。Ｈ２゜０ｓＮａ２の化学式を有する、実際にはナ
トリウムを含むフルオレセイン（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉ
ｎｅ）という物質であり、“ウラニン”と呼ばれている
蛍光エーロゾルによってエーロゾル用フィルタの効率を
測定するのに用いられる。

（従来の技術） 従来、この種の測定方法すなわちウラニンによってエー
ロゾル用フィルタの効率を測定する方法は以下の文献に
示されている。

（１）エヤロ分離合一つラニン（フルオレセイン）によ
るフィルタ効率の測定方法。フランス規格ＮＦ　−Ｘ−
４４，０１１−１９７２年５月。

この方法によれば、フィルタの効率を計算するのに必要
な、試験に供されるべきフィルタのウラニン上流及び下
流の質量濃度を得るために、フィルタの上流及び下流領
域で次のような一連の操作が行われる。すなわち、所定
の時間にサンプリングフィルタ上にエーロゾルを収集し
、このようにして集めたエーロゾルを既知量のＰＨ９に
調整したアンモニア溶液に溶解し、蛍光メータによって
溶液の蛍光反応を測定する。

このような測定に関連して多くの専門家は、以下に示す
文献に示されているように、ウラニンは、試験エーロゾ
ルに関してはすべて゛理想的な′″要求れている特性を
有していることを認識している。

（２）Ｌ−Ｐ−Ｍｕｒρｈｙ、Ｓ−Ｊ−Ｆｅｒｎａｎｄ
８ｚｔＢ−Ｇ−ＭＯｔｅＳ、腐食性環境におけるＨＥＰ
Ａフィルタ試験方法の比較、第１６回ＤＯＥ核大気クリ
ーニング会議、会議８０１０３８．１９８０年、６７〜
８５ページ。

（３）慣性衝撃装置−理論、設計及び使用、Ｖ・Ａ−Ｍ
ａｒｐｌｅ、　Ｋ−Ｗｉｌｌｅｋｅ著、微細粒子−エー
ロゾルの発生、測定、サンプリング及び解析−１Ｂｅｎ
ｊａｍｉｎ　Ｙ−Ｈ−Ｌｉｕ編集、アカデミツク出版社
、１９７６年版、４４１〜４４５ページ。

（４）微細なエーロゾル粒子を光学的方法で数えるため
の拡大手段、フランス特許出［７２２２２４３２；１９
７２年６月２１日。

（５）　Ｊ−Ｂｒｉｃａｒｄ、　Ｐ−Ｄｅｆｆａｔｔｒ
ｅ、　Ｇ−Ｍａｄｅ＃ａｉｎｅ、　Ｊ−Ｐｏｕｒｐｒｉ
ｘ著、連続フラックス凝縮核カウンタを用いた超微細粒
子の検出、微細粒子−エーロゾルの発生、測定、サンプ
リング及び解析−１Ｂｅｎｊａｍｉｎ　Ｙ−Ｈ−Ｌｉｕ
編集、アカデミツク出版社、１９７６年版、５６５〜５
８０ページ。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の技術にのべた方法では以下の
問題点がある。

（１）上記従来の技術の（１）及び（２）の方法では即
時測定ができず、また、エーロゾル用フィルタの効率を
単一の装置を用いて測定できない問題がある。

（２）上記従来の技術の（３）の公知の衝撃手段は微細
なエーロゾルには使用できない（特に約０．５マイクロ
メータより小さい場合）。

本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、
エーロゾル用フィルタの効率を即時に測定でき、また、
エーロゾルの慣性を増大させながら衝撃を可能とするな
ど優れたエーロゾル中のガス含有量の即時測定用装置を
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） 本発明は上記目的を達成するために、エーロゾル中のガ
スの含有量を測定するため該ガスのサンプリングを行い
、サンプリングしたエーロゾルの上に液体の蒸発気体を
凝縮させうる拡大手段と、それによって液体中にエーロ
ゾル溶液の液滴を形成し、これらの液滴の少なくともひ
とつの既知のフラクション（分留）を集めるために設け
られた支持体のうえに液滴をスプレーすることのできる
衝撃手段と、このようにして集められた液滴を連続的に
分析する手段（該分析手段はその含有量を測定しようと
しているエーロゾルに特定されているものであり、また
エーロゾル含有量に関連した情報を供給することのでき
るものである。）と、分析手段からの情報を処理し、該
情報に基づいて含有量を決定量る電子的処理手段とを備
えたものである。

（作　用） 本発明は上記のような構成により次のような作用または
効果を有する。

（１）拡大手段よってエーロゾルを可溶化し、該エーロ
ゾルの慣性を増大させながら支持体上に液滴をスプレー
する衝撃を可能とする。

（２）上記（１）で支持体上にスプレーされた液滴を連
続的に分析し１分析結果を電子的手段によって処理する
ことにより、エーロゾル中のガス含有量が即時測定可能
である。

″即時測定″という語句は、一方においては、測定結果
を各瞬間に知ることができ、測定時間を特に設定されて
おらず、結果に精度が満足であると測定者が判断したと
きに測定を中止することによって固定される測定を意味
し、他方においては、単一の装置を用いて結果を得るこ
とが一連の操作によっても長い時間を要しないことを意
味する。

（３）試験エーロゾルに関する特定検出、１５０℃以上
まで使用可能な１球形の、固体の、はんのわずかに吸湿
性のエーロゾルの使用、大きな検出感度及び質量の応答
を得ることなどの利点を持たせることが可能である。

（実施例） 本発明の一実施例によれば、エーロゾルは蛍光性であっ
て、分析手段は光電子的蛍光検出と情報を供給する励起
手段を備えている。−具体例においては、光電子的手段
は以下の手段を有している。

蛍光励起光ビーム発生手段、励起で発生する蛍光の検出
手段、励起ビームを集めた液滴に伝達し、蛍光を検出手
段に伝達する光学繊維手段である。

この分析手段は公知の方法と比較して測定の感度を改善
することが必然的に可能である。

好ましくは、支持体は励起ビーム及び蛍光に対して透明
であり、液滴は支持体の片面に集められており、光学繊
維手段は二組の光学繊維を有し、各光学繊維は支持体の
他の面に面するようにその一端を位置しており、二組の
欝学繊維はそれぞれ励起ビーム及び蛍光を伝達をするよ
うに配置されている。

本発明の他の実施例によれば、エーロゾルが放射性であ
り、したがってそれはアルファ、ベータ。

あるいはガンマ線を放射し、分析手段は用いられている
電子手段に該情報を供給する放射能検出手段（核検出器
）を備えている。このようにして、支持体のうえに堆積
したエーロゾル粒子の放射能の測定が行われ、明らかに
放射能検出測定に適している。

エーロゾルは固体であってもよい。例えば、エーロゾル
のフィルタを試験するための空気及び上記のガスに用い
ることができるナトリウムを含んだフルオレセインであ
ってもよい。しかしながら、装置に入るエーロゾルは液
体であってもよい。たとえば、フタル酸ジオクチル（Ｄ
ＯＰ）であってもよい。対象とするエーロゾルは、それ
をフィルタ試験のための空気のようなガスあるいはエー
ロゾルの中に用いるためにもそれが可溶な蛍光化合物（
例えば、ＤＯＰを用いる場合はＰＯＴＯＭＡＫ　　ＹＥ
ＬＬＷ）でマーキングしてもよい。このような場合には
一般的には拡大手段に供給される該エーロゾルと同、じ
液体を用いる。

本発明の一実施例について、図面を参照しながら詳細に
説明するが、本発明は実施例や図面に制約されるもので
はない。

第１図は本発明の一実施例を図式化したもの。

第２図は第１図の装置において用いられる拡大手段を図
式化したもの、第３図は該装置に用いる衝撃手段と該衝
撃手段とともに用いる光学繊維手段を図式化したもの、
第４図は該衝撃手段とともに用いる他の光学繊維手段を
図式化したもの、第５図は本発明を放射性エーロゾルに
適用した装置を図式化したものである。

第１図において、この装置は、例えば通気スリーブ２の
ようなダクトの中の空気循環中のウラニンのような蛍光
性エーロゾルの質量濃度を即時測定するためのものであ
る。この装置は、拡大手段４、衝撃手段６、分析手段８
及び電子的処理手段１０よりなっている。この装置は、
ダクト中を循環している空気の排出のための通常の回路
中に挿入されるにの回路は、エーロゾルを含んだ該空気
を拡大手段４に送り込むための取り出しを可能にするパ
イプ１２、衝撃手段６から取り出した空気を循環させる
該衝撃手段６の出口から連続して取り付けられているパ
イプ１４、流量制御装置１６．流量計１８及び吸引ポン
プ２０よりなり、またダクト２から取り出した空気をポ
ンプ２０からダクト２へ戻すためのダクト２２を有する
。

拡大手段４は、前記従来の技術でのべた（５）の文献の
５６７ページに記載されている装置と同種のものであっ
て、飽和器２４とその後に配置されている凝縮器（第２
図）よりなっている。飽和器２４は、エーロゾル粒子の
周囲に液滴を形成するのに用いる液体の貯蔵器として使
用されている取り入れ室２８を含む。液体としてはエー
ロゾルの機能として適当な液体を選択する。制約を与え
るものではないが１例としては、ウラニンのようなエー
ロゾルの場合にはグリセリンのような液体を使用するこ
とができる。また、非常にわずかに毒性であって、ウラ
ニンが適当量可溶であり、液体が外気温度において非常
にわずかに揮発性であり、拡大手段に適用可能な使用条
件下で少くとも１マイクロメーターに等しい直径の液滴
を形成することのできる液体であればどのような他の液
体も使用することができる。飽和器は取り入れ室２８と
、一端が取り入れ室に接続されているダクト３０よりな
る。凝縮器２６は、好ましくは沈降による液滴の損失を
防止するために縦向きに補正したノズルであり、そのよ
うにすることによって液滴の損失は比較的少くてすむ。

ノズルには一般的にはペルチャー効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ
　ｅｆｆｅｃｔ）発生装置のような冷却手段３２を備え
、冷却手段はダクト３ｏの他端に接続されている。

通気スリーブ２でサンプリングしたエーロゾルは、パイ
プ１２を通過して飽和器２４に入り、ここで液体の蒸発
気体（Ｖａｐｏｒ）と混合される。凝縮器２６の温度（
その温度は飽和器の温度よりも低い）は、蒸発気体が各
エーロゾル粒子に凝縮するような方法に固定される。こ
のようにして、このエーロゾルはある直径すなわち約２
マイクロメータの液滴に変換される。

衝撃手段、すなわち衝撃器６（第３図）は縦向きの加速
ノズル３４を有し、その上部は凝縮器２６にダクト３６
によって接続され、下部（加速部）はそれ自身がダクト
１４に接続されているダクト３８に気密に接続されてい
る。ノズル３４の下部に面して、衝撃表面をなす水平支
持体４０がダクト３８のなかに固定されている、水平支
持体４０は液滴の分析に用いる放射線に対して透明であ
り、後でこの放射に関して信及する。水平支持体４０は
顕微鏡のスライドあるいはプラスチックのストリップよ
りなる。

必要に応じて大量の液滴を集めるため支持体に空洞を設
けてもよい。　　　− 凝縮器２６の中で形成された液滴を一諸に含んだ空気は
必然的にノズル３４によって加速され、液滴は支持体４
０のうえに落下し、（それらを全部集めるかあるいは既
知の小部分を集めるかは使用条件によって決定すること
ができる。）液滴の堆積物４２、シたがってエーロゾル
の堆積が支持体４０の表面上に次第に形成される。支持
体４０に開口４４を設け、支持体４０によって集められ
なかった液滴を含む空気を排出するようにしである。ポ
ンプ２０によって排出されたこの空気はダクト３８を出
てダクト２２を通過し通気スリーブ２に戻される。

分析手段８には支持体４０によって集められたウラニン
の蛍光を励起するための光源４６を組み込んである。た
とえば、該光源は高電圧電源４８で高電圧を印加した紫
外線照射ランプで構成されている。

分析手段８にはまた高電圧電源５２によって高電圧を印
加されたフォトマルチプライヤ５０が組み込んであり、
また光源４６から放射された光を堆積物４２へ伝達させ
、紫外線照射によって励起された該堆積から放射された
蛍光をフォトマルチプライヤ５０に伝達する光学繊維手
段５４も組み込んである。第１図及び第３図に示した実
施例においては、光学繊維手段５４はＹ−光学カップラ
で構成している。

光源４６からの光は一群のレンズ及びフィルタ５６を経
てＹ−光学カップラ５４の第１の分岐に入射する。ここ
で、該フィルタはウラニンを励起する波長を選択するの
に用いられている。堆積物４２が放射した蛍光はＹ−光
学カップラ５４の第２の分岐を経て伝達され、他の一群
のレンズ及びフィルタ５８を経てフォトマルチプライヤ
５０に供給される。ここで、一群のレンズ及びフィルタ
５８は蛍光以外の光がフォトマルチプライヤ５０に到達
しないようにするために設けられたものである。Ｙ−光
学カップラ５４の第３の分岐は堆積物４２が形成されて
いる支持体４０の部分の下面に接触している。

Ｙ−光学カップラの代りに、第４図に示すように二組の
光学繊維６２を用いることができる。この場合、光学繊
維の一組５９は励起光を堆積物に供給するのに用いられ
、他の一組の光学繊維６１は蛍光を伝達するのに用いら
れる。両方に組のそれぞれの光学繊維はレンズ６３によ
って構成されている光学システムに導かれている分岐し
た末端を有している。この機能は、一方では堆積物の表
面に励起光を最大の強度で照射するようにするためで異
り、また別の目的は、蛍光エーロゾルから放射された光
をできるだけ多く集めるためである。すべてのこれらの
端末は、第３図のチューブ６０と同様に気密に保持され
たダクト３８を通る強固なチューブ６４の中で互いにし
っかりと固定されている。光学繊維の分岐末端と支持体
４０の間に位置している光学システムは、空気の循環を
可能とする支持体６５によってダクト３８の中に保持さ
れている。光学繊維６２の該末端は均一に相互に混合さ
れ、堆積物４２が均一に励起されるようにし、また蛍光
を均一に回収するようにしである。

電子的処理手段１０は、フォトマルチプライヤ５０から
供給されるパルスの関数としてエーロゾルの物質濃度を
測定する。このような機能を有する電子的処理手段１０
は、例えば光電子関連会社であるＳＯρｒａあるいはＯ
ｒｉａｌのような企業から市販されている。より特殊な
場合を説明すると、該電子的処理手段１０は、フォトマ
ルチプライヤ５０から供給されたパルスを計数する手段
６６と、このパルス計数手段６６に接続されたマイクロ
コンビユニタロ８を装備しており、パルス計数手段６６
から供給される情報と流量計１８からの流速値の関数と
して、目的とする質ｔｅ１度を実施した測定に対応する
すべてのパラメータと共に・計算し表示させ、また、蓄
積。

処理１編集を行う。

ここでの利点は、測定に要する時間は計数閾値によって
固定されている点であり、これにしたがってフォトマル
チプライヤ５０から供給されるパルスの数に対応し、そ
れによって最適測定感度に対応させることができる。こ
のメカニズムによって、前記した公知例の方法と比較し
て感度が優れたものとなる。

公知のエーロゾルのフィルタ試験方法で、現在得ること
のできる最高の感度はフィルタのうえに集められた蛍光
物質の約１ｏ−１０グラムの質量に対応する。この場合
の条件は、最大流速が２００リットル／分、フィルタ上
に堆積したウラニンを溶解する。のに必要な最小容量で
ある１０ａＪの溶液からサンプリングし１ｄのアンモニ
ア水中で測定したものである。ここに記載した最高感度
は、濾過支持体や測定に必要なガラス器具によるバック
グランドノイズを減らすために必要なすべての注意を払
ってようやく得ることのできる感度である。（注意深く
ガラス器具を洗浄し、バックグランドノイズを測定し、
測定、に先立って、得た溶液を遠心分離処理したとき） 第１図に示した本発明の実施例において、蛍光体が非常
に小さな堆積に、すなわち、支持体上に堆積した液滴に
濃縮されている事実から、堆積から放射される蛍光は２
πｓｒに近い立体角で集められる事実、さらには蓄積効
果の利点を生かすことのできる永久的な堆積を得ること
ができる事実などから感度はかなり改善されている。感
度はさらに、光学的励起及び放射フィルタを注意深く選
択することによって、最高の強さを有する光パルスを供
給できるパルス励起光源を用いることによって、またフ
ォトマルチプライヤ５０を冷却するなど、蛍光を測定す
るときのバックグランドノイズを減少させるなどの方法
によって改善することができる。

本発明による装置は、ウラニンを用いる方法に限定され
ない。当業者は該装置の光学的要素（特にレンズ及びフ
ィルタ５６及び５８のフィルタ）を適用して、この装置
を他の蛍光エーロゾルに用いることができる。

更に、当業者はこの装置を固体エーロゾルの代りに液体
を用いた場合にも適用することができる。

この装置はエーロゾルＤＯＰ　（フタル酸ジオクチル）
によってエーロゾル用フィルタの効率を測定するのに適
用でき、あるいは、液体エーロゾルが発生時に蛍光トレ
ーサ（例えばＤＯＰに対してＰＯＴＯＭＡＫ　　ＹＥＬ
ＬＯＷ）でマーキングされれば、またその液体の蒸発気
体を用いることができるように飽和器−凝縮器の寸法が
設計されていれば、ＤＯＰの発癌性のためにその代替物
質として提案されているＤＥＨ８（ジエチルへキシルセ
バケート）のような類似の液体にも適用することができ
る。更に、蛍光測定による分析以外の方法もエーロゾル
堆積物の濃度測定に用いる二ｉができる。例えば放射能
検出手段を用いれば放射性エーロゾルの容積活性を測定
することができる。この場合には第５図において、堆積
物４２（第１図）と類似でかつベータ線あるいはガンマ
線を放射する堆積物４３を支持体４０（第１図）と類似
で該放射線に対して透明な支持体４１の片面上に形成し
、適当な検出装置４５を支持体４１の他の面に面して配
置する。放射線がベータ線である場合には、堆積物４３
を対応する適当な検出装置の取り入れ面上に直接形成す
ることができ、これはまた、放射線がアルファ線あるい
はガンマ線である場合も可能である。適当な検出装置４
５は情報を適当な処理手段４７に供給し、空気中の問題
としている放射性エーロゾルに関する情報をうろことが
できる。

最後に１本発明の応用範囲はエーロゾルのフィルタの効
率測定に限定されるものではない。本発明はまた。ウラ
ニンあるいは他の蛍光エーロゾルを用いることによって
１通気している室内あるいは環境を脅かす装置の外側の
有毒な（例えば放射能を有する）エーロゾルを運ぶこと
のできるガス流をトレースするのに応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置の構成図、第２図は第
１図の装置に用いられる拡大手段の図、第３図は該装置
に用いられる衝撃手段及び光学繊維手段の図、第４図は
衝撃手段とともに用いる他の光学繊維手段の図、第５図
は本発明を放射性エーロゾルに適用した場合の図である
。 ２　・・・通気スリーブ（ダクト）、４　・・・拡大手
段、６・・・衝撃手段、８・・・分析手段、１０・・・
電子的処理手段、１２．１４・・・パイプ、１６・・・
流量制御装置、１８・・・流量計、２０・・・ポンプ、
２２，３６，３８・・・ダクト、２４・・・飽和器、２
６・・・凝縮器、４０，４１．６５・・・支持体、４２
．４３・・・堆積物、４４・・・開口、４６・・・光源
、４８．５２・・・高電圧電源、５０・・・　フォトマ
ルチプライヤ、５４・・・光学繊維手段、　５６．５８
・・・　レンズ及びフィルタ、５９，６１．６２・・・
光学繊維、６０　、６４・・・チューブ、６３・・・　
レンズ、６６・・・パルス計数手段、６８・・・マイク
ロコンピュータ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体状態のエーロゾルの溶液の液滴を発生させる
   ように、サンプリングしたエーロゾル上に液体の蒸発気
   体を凝縮させる拡大手段と、これらの液滴の少なくとも
   ひとつの既知のフラクション（分留）を集めるために設
   けられた支持体のうえに液滴をスプレーする衝撃手段と
   、この集められた液滴を連続的に分析する手段であって
   該分析手段は含有量を測定しようとしているエーロゾル
   に関して特有でありかつ該含有量に関する情報を供給す
   る手段と、供給された情報を処理し、該情報に基づき含
   有量を決定する電子的処理手段とより構成されたことを
   特徴とする、ガスのサンプリングを基礎としたエーロゾ
   ル中のガス含有量の即時測定用装置。
2. （２）エーロゾルが蛍光性であって、分析手段が蛍光を
   励起しかつ蛍光を検出する光学手段を組み込んだもので
   あり、情報を供給できるものであることを特徴とする請
   求項（１）記載のエーロゾル中のガス含有量の即時測定
   用装置。
3. （３）エーロゾルがアルファ、ベータ、あるいはガンマ
   線を放射し、分析手段がこの放射線を検知する手段を有
   し、かつ情報を供給できることを特徴とする請求項（１
   ）記載のエーロゾル中のガス含有量の即時測定用装置。
4. （４）エーロゾルが固体であることを特徴とする請求項
   （１）記載のエーロゾル中のガス含有量の即時測定用装
   置。
5. （５）エーロゾルがナトリウムを含むフルオレセインで
   あることを特徴とする請求項（１）記載のエーロゾル中
   のガス含有量の即時測定用装置。
6. （６）エーロゾルが液体であることを特徴とする請求項
   （１）記載のエーロゾル中のガス含有量の即時測定用装
   置。
7. （７）分析手段に組み込んだ光電子手段が、蛍光を励起
   する光ビームを発生する手段と、励起の結果発生する蛍
   光を検出する手段と、励起光を集められた液滴に伝達し
   蛍光を検出手段に伝達する光学繊維手段とを有すること
   を特徴とする請求項（２）記載のエーロゾル中のガス含
   有量の即時測定用装置。
8. （８）支持体が励起ビームと蛍光に対して透明であり、
   液滴が支持体の片面上に集められ、光学繊維手段は二群
   の光学繊維を有し、それぞれの光学繊維は支持体の他の
   面に面して配置された一端を有し、支持体の他の面に面
   して配置された光学繊維の末端が相互に混合されており
   、二群はそれぞれ励起光及び蛍光を伝達するために設け
   られていることを特徴とする請求項（７）記載のエーロ
   ゾル中のガス含有量の即時測定用装置。