JPWO2015186410A1 - 測定方法および測定システム - Google Patents

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Abstract

被測定物の物質量を測定するための測定方法。互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体に、前記被測定物を含む試料流体を通過させることで、前記被測定物を保持する、保持工程と、前記保持工程開始時点あるいは前記保持工程開始から所定時間経過した時点から前記空隙配置構造体の特性値が、所定の閾値に達するまでの経過時間を計測する計時工程と、前記経過時間を前記被測定物の前記物質量に換算する、定量工程と、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、被測定物の特性を測定するための測定方法および測定システムに関する。
被測定物の特性を測定するための測定方法として、空隙配置構造体（例えば金属メッシュ）に被測定物を保持して、その被測定物の存在に起因する空隙配置構造体の種々の特性変化を解析して被測定物の特性（物質量等）を測定する方法が知られている。
例えば、特許文献１（国際公開第２０１４／０１７４３０号）には、空隙部を有する空隙配置構造体に被測定物が保持された状態で、空隙配置構造体に向かって電磁波を照射し、空隙配置構造体を透過した電磁波を検出することによって、被測定物の存在による透過率の周波数特性の変化に基づいて被測定物の特性を測定する方法が開示されている。
国際公開第２０１４／０１７４３０号
特許文献１に開示される測定方法では、例えば、試料（試料流体）間での被測定物の濃度変化が大きい場合に、全ての試料について同じ方法で一定時間試料を空隙配置構造体でろ過して、ろ過後に被測定物が保持された空隙配置構造体の特性を測定すると、被測定物の濃度が定量下限未満となる場合や、定量上限を超えてしまう場合に、正確な測定値が得られなくなる。このため、従来の測定方法においては、試料間での被測定物の濃度変化などの被測定物の特性変化が大きい場合に、全ての試料に対して高感度な測定を実施することができないという問題があった。
なお、被測定物の濃度が定量下限未満となった場合は、試料をろ過する時間を延長して、空隙配置構造体に保持される被測定物の量を増やしてから再度測定を実施することも考えられる。また、被測定物の濃度が定量上限を超えてしまう場合は、時間を短縮して再度試料をろ過することにより、空隙配置構造体に保持される被測定物の量を減らしてから再度測定を実施することも考えられる。しかしながら、いずれの場合も、全体の測定に要する工程および時間が多くなり、被測定物の特性測定を効率的に行うことができないという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みて、試料間での被測定物の濃度変化などの被測定物の特性変化が大きい場合でも、高感度かつ高効率な測定を実施することのできる測定方法および測定システムを提供することを目的とする。
本発明は、被測定物の物質量を測定するための測定方法であって、
互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体に、前記被測定物を含む試料流体を通過させることで、前記被測定物を保持する、保持工程と、
前記保持工程開始時点あるいは前記保持工程開始から所定時間経過した時点から前記空隙配置構造体の特性値が、所定の閾値に達する時点までの経過時間を計測する計時工程と、
前記経過時間を前記被測定物の前記物質量に換算する、定量工程と、
を含むことを特徴とする、測定方法である。
前記保持工程の途中において、前記空隙配置構造体の前記特性値に基づいて、前記試料流体の流速を最適化することが好ましい。
前記特性値が、電磁波を照射したときの前記空隙配置構造体の周波数特性に関するパラメータであることが好ましい。
前記特性値が、前記空隙配置構造体を通過する前記試料流体の速度、流量、または、前記試料流体が前記空隙配置構造体を通過する際の圧力損失、の何れか１つ以上であることが好ましい。
また、本発明は、被測定物の特性を測定するための測定システムであって、
互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体と、
前記空隙配置構造体に前記被測定物を含む試料流体を通過させるための吸排気機構と、
前記試料流体の通過中に、前記被測定物が保持された前記空隙配置構造体の特性値を検出するための検出機構と、
前記試料流体の空隙配置構造体通過開始後における一時点からの経過時間を計測するための、時間計測機構と、
前記特性値が所定の閾値に達した時点での前記経過時間を前記被測定物の物質量に換算するための定量機構と、
を備えることを特徴とする、測定システムにも関する。
本発明によれば、試料間での被測定物の濃度変化などの被測定物の特性変化が大きい場合でも、高感度かつ高効率な測定を実施することのできる測定方法および測定システムを提供することができる。
本発明の測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態１の測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態１で用いる測定システムを説明するための模式図である。 図３の部分拡大図である。 実施形態１で用いる空隙配置構造体の一例を説明するための模式図である。 実施形態１における１次検量線の一例を示す図である。 実施形態１における２次検量線の一例を示す図である。 実施形態２の測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態３の測定方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態３で用いる測定システムを説明するための模式図である。
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
図１に示すフローチャートを参照して、本発明の測定方法を説明する。まず、空隙配置構造体への試料流体流入開始時点あるいは試料流体流入開始から所定の時間が経過した時点（Ｓ１）から流入終了（Ｓ４）までの間（保持工程）の少なくとも一定時間、空隙配置構造体の特性値を連続的に検出する（Ｓ２）。この特性値の検出ごとに、特性値と所定の閾値とを比較し（Ｓ３）、特性値が閾値未満であれば、特性値の検出（Ｓ２）を繰り返す（検出工程）。特性値が閾値以上となったとき（閾値に達したとき）は、被測定物の保持を終了し（Ｓ４）、被測定物の保持開始（Ｓ１）からの経過時間を計測する（Ｓ５）。なお、空隙配置構造体への試料流入を終了させる操作（Ｓ４）は必ずしもこの段階で行う必要はない。最後に、経過時間を被測定物の物質量に換算する（Ｓ６：定量工程）ことで、測定は終了する。
なお、試料流体流入開始から所定の時間が経過した時点とは、例えば試料流体流入開始時点と比較して、空隙配置構造体の特性値に変化が生じ始めた時点等が挙げられる。
本発明において測定される「被測定物の物質量」としては、例えば、流体（気体、液体等）試料中の被測定物の濃度や含有量が挙げられる。
本発明において検出される空隙配置構造体の「特性値」としては、特に限定されないが、例えば、電磁波を照射したときの空隙配置構造体の周波数特性に関するパラメータが挙げられる。該パラメータとしては、例えば、空隙配置構造体において前方散乱（透過）した電磁波の周波数特性に生じたディップ波形の極小値の周波数、後方散乱（反射）した電磁波の周波数特性に生じたピーク波形の極大値の周波数、特定の周波数における電磁波の透過率もしくは反射率、または、それらの変化量（変化率）が挙げられる。
なお、ディップ波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の透過率）が相対的に大きくなる周波数範囲において、空隙配置構造体の周波数特性（例えば、透過率スペクトル）に部分的に見られる谷型（下に凸）の部分の波形である。また、ピーク波形とは、照射した電磁波に対する検出した電磁波の比率（例えば、電磁波の反射率）が相対的に小さくなる周波数範囲において、空隙配置構造体の周波数特性（例えば、反射率スペクトル）に部分的に見られる山型（上に凸）の波形である。
周波数特性の検出に用いられる電磁波は、例えば、空隙配置構造体の構造に応じて散乱を生じさせることのできる電磁波であり、具体的には、電波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線等が挙げられる。測定システムに用いられる装置の小型化等の観点からは、可視光または赤外線を用いることが好ましい。また、微量の被測定物を高感度で測定するためには、１ＧＨｚ〜１ＰＨｚの周波数を有する電磁波を用いることが好ましく、２０ＧＨｚ〜２００ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波を用いることがより好ましい。このような電磁波を用いて、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）等によって空隙配置構造体の周波数特性を検出することができる。
また、空隙配置構造体の他の特性値としては、例えば、空隙配置構造体を通過する試料流体の速度、または、試料流体の流量、または、試料流体が空隙配置構造体を通過する際の圧力損失が挙げられる。特性値の測定位置における流体の進行方向に垂直な断面積が明らかな場合、流体の速度と流量は比例関係にあるため、試料流体の速度か流量の何れか一方を検出すれば、他方を計算によって求めることができる。
本発明において、空隙配置構造体を通過する試料流体の速度、または、試料流体の流量、または、試料醜態が空隙配置構造体を通過する際の圧力損失を特性値とした場合、保持開始（Ｓ１）から被測定物の保持終了（Ｓ４）までの間は、これら特性値と時間との間に相関があることが好ましく、相関がｍ次の関数で表されることがより好ましく、相関が一次関数または零次関数（特性値に時間変動が無い）で表されることがさらに好ましい。
あるいは本発明において、保持開始（Ｓ１）から特性値が一定である時間以下を保持終了（Ｓ４）までの時間とするのが好ましく、保持開始（Ｓ１）時の特性値の±１０％の範囲内にある時間以下を保持終了（Ｓ４）までの時間とするのがさらに好ましい。さらには、保持開始（Ｓ１）から特性値が一定である時間以下を空隙配置構造体の特性値を検出する時間（Ｓ２）までの時間とするのがさらに好ましく、保持開始（Ｓ１）時の特性値の±１０％の範囲内にある時間以下を空隙配置構造体の特性値を検出する時間（Ｓ２）までの時間とするのが最も好ましい。このように特性値の変化が小さい間に閾値と比較することにより、大きな特性値の変化が発生する時間を予測できるなどの効果がある。また、試料流体中に被測定物が高濃度に含まれていた場合、時間経過と共に特性値の変化が大きく生じるため、このように短い時間間隔で特性値を測定することで特性値が特性値の測定上限を超えてしまうことを防ぐことができる。
また、本発明で用いられる測定システムは、
互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体と、
空隙配置構造体に被測定物を含む試料流体を通過させることで、被測定物を空隙配置構造体に保持するための保持機構と、
被測定物の保持量の増加中に、被測定物が保持された空隙配置構造体の特性値を連続的に検出するための検出機構と、
被測定物の保持の開始時点からの経過時間を計測するための、時間計測機構と、
特性値が所定の閾値に達した時点での経過時間を被測定物の物質量に換算するための定量機構と、を備える。
［実施形態１］
本実施形態において測定される被測定物の物質量は、大気（試料流体）中に含まれるＰＭ２．５（被測定物）の濃度である。なお、ＰＭ（Particulate Matter）２．５とは、大気中に浮遊する粒子状物質であり、粒子径が概ね２．５μｍ近傍のものである。また、本発明において検出される空隙配置構造体の特性値は、電磁波透過率の変化率である。なお、本実施形態の測定方法は、図３に示す測定システムを用いて実施される。
図２に示すフローチャートを参照して、本実施形態の測定方法の概要を説明する。まず、被測定物の保持を開始するためにポンプの作動を開始して、空隙配置構造体に大気を通過させる（Ｓ１）。そして、ポンプ作動開始（Ｓ１）からポンプ作動終了（Ｓ４）までの間（保持工程）の少なくとも一定時間、空隙配置構造体の特性値の１つである電磁波の透過率を連続的に検出する（Ｓ２）。この透過率の変化率の検出ごとに、変化率と所定の閾値とを比較し（Ｓ３）、変化率が閾値未満であれば、変化率の検出（Ｓ２）を繰り返す（検出工程）。
変化率が閾値以上となったとき（閾値に達したとき）は、ポンプ作動を終了し（Ｓ４）、ポンプの作動開始（Ｓ１）からの経過時間を計測する（Ｓ５）。最後に、経過時間を被測定物の物質量に換算する（Ｓ６：定量工程）ことで、測定は終了する。
図３を参照して、本実施形態で用いる測定システムは、カートリッジ１００、電磁波源２、電磁波検出器３、吸引ポンプ４、駆動及び制御装置５、バッテリー６およびモニター７を備える。駆動及び制御装置５は、図３に矢印で示す構成部品との間で、各構成部品の駆動および制御を行うことができる装置である。
本実施形態の測定システムにおいて、保持機構は、カートリッジ１００、吸引ポンプ４、駆動及び制御装置５およびバッテリー６から構成され、空隙配置構造体に被測定物を含む試料流体（大気）を通過させる機構を有し、被測定物の空隙配置構造体への保持量が時間経過（ポンプ作動時間）に従って増加する。
また、検出機構は、カートリッジ１００、電磁波源２および電磁波検出器３から構成され、被測定物の保持量の増加中に、被測定物が保持された空隙配置構造体の特性値を連続的に検出することができる。
また、駆動及び制御装置５は、被測定物の保持の開始時点からの経過時間（ポンプ作動時間）を計測するための時間計測機構を有している。駆動及び制御装置５は、さらに、特性値が閾値に達した時点での経過時間を被測定物の物質量に換算するための定量機構を有している。
なお、モニター７は、透過率の変化率の検出値や経過時間、ポンプの作動状態などの測定に必要な情報を表示する。バッテリー６は、カートリッジ１００以外の全ての部品に電力を供給できるように、それらと電気的に接続されている。
図４は、図３に示すカートリッジ１００を拡大して示す部分拡大図である。カートリッジ１００は、吸気口１２ａから排気口１２ｂに通じる大気の流路を有する筐体１２と、筺体１２内に大気の流路と交差し、吸気口１２ａ側の主面が平行になるように配置された空隙配置構造体１ａ，１ｂ，１ｃとから構成されている。このように配置された空隙配置構造体１ａ、１ｂ、１ｃに対し電磁波源２から電磁波を照射し、電磁波検出器３ａ、３ｂ、３ｃにて空隙配置構造体を透過した電磁波を検出することで、空隙配置構造体の特性値を検出できる。また、本実施形態では、ＰＭ２．５の捕集および測定のために空隙配置構造体を３枚使用しているが、これに限定されるものではなく、測定対象等によって少なくとも１枚の空隙配置構造体を用いればよい。
図４に示す空隙配置構造体１ａ，１ｂ，１ｃは、何れも、空隙部が配置されたメッシュ部（空隙配置部）において、図５に示すような正方形の空隙部が正方格子配列で配置された構造体である。なお、メッシュ部は、直径６ｍｍの円形である。ただし、空隙配置構造体１ａの格子間隔（図５（ｂ）に示すｓ）は２６０μｍ、孔サイズ（図５（ｂ）に示すｄ：孔の一辺）は１８０μｍ、膜厚は２０μｍであり、空隙配置構造体１ｂの格子間隔は６．０μｍ、孔サイズは４．２μｍ、膜厚は２μｍであり、空隙配置構造体１ｃの格子間隔は２．６μｍ、孔サイズは１．８μｍ、膜厚は１．２μｍである。
このように孔サイズ等の異なる３種の空隙配置構造体を筺体１２内で直列に配置することで、吸引ポンプ４を駆動させ、吸気口１２ａから排気口１２ｂへカートリッジ１００の内部に大気を流したときに、上流側に配置される空隙配置構造体１ａ，１ｂによってＰＭ２．５より大きな物質が除去され、最も下流側に配置される空隙配置構造体１ｃにＰＭ２．５のみが保持される。また、空隙配置構造体１ａ，１ｂに保持されたＰＭ２．５より大きな物質の測定を行うことができる。なお、空隙配置構造体の孔サイズや構造設計を組み合わせることで、ＰＭ２．５の検出以外の用途にも適用可能である。
（空隙配置構造体）
本実施形態で用いられる空隙配置構造体は、互いに対向する一対の主面を有し、該一対の主面を貫通するように形成された複数の空隙部を有する。複数の該空隙部は、例えば、空隙配置構造体の主面上の少なくとも一方向に周期的に配置されていることが好ましい。空隙部は、その全てが周期的に配置されていてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、一部の空隙部が周期的に配置され、他の空隙部が非周期的に配置されていてもよい。
空隙配置構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられる。
２次元周期構造体としては、例えば、図５に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図５（ａ）に示す空隙配置構造体１は、その主面１０ａに垂直な方向から見たときに正方形の空隙部１１が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体である。このように、空隙配置構造体の全体の形状は、通常、平板状またはフィルム状である。空隙部はこのような形状に限定されず、例えば長方形や円や楕円などでもよい。また、このような対称性を有する形状に限定されるものでもない。また、空隙部の配列が方形配列である場合、２つの配列方向の間隔は等しくなくてもよく、例えば長方形配列でもよい。
例えば、空隙配置構造体の厚み（ｔ）は、測定に用いる電磁波の波長λの１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。より好ましくは、０．３μｍ以上、３０μｍ以下である。電磁波を用いた測定を行う際、空隙配置構造体の厚みがこの範囲より大きくなると、透過または反射する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
例えば、空隙配置構造体の開口部のサイズ（ｄ）は、測定に用いる電磁波の波長λの１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。より好ましくは、０．３μｍ以上、３０μｍ以下である。電磁波を用いた測定を行う際、空隙配置構造体の開口部のサイズ（ｄ）がこの範囲より大きくなると、透過または反射する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
空隙配置構造体は、好ましくは金属からなる。該金属として、貴金属（好ましくはＡｕ）を用いた場合には、空隙配置構造体の導電率が向上し、大きな透過率が得られるため、（特に空隙配置構造体の孔サイズが小さい場合に）電磁波を用いた検出の解析が容易になる。また、コストの観点からは、金属が卑金属を含むことが好ましい。例えば、卑金属からなるか、卑金属と他の金属との合金からなることが好ましい。また、表面にヒドロキシ基を形成することが可能な金属であることが好ましい。このような卑金属としては、例えば、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タングステン、鉄、クロム、シリコン、ゲルマニウムが挙げられ、好ましくはニッケル、ステンレス、チタンである。
（検出工程）
本工程では、保持工程の少なくとも一部において、被測定物が保持された空隙配置構造体の特性値を連続的に検出する。
「特性値を連続的に検出する」とは、特性値を定期的に検出すればよく、断続的であってもよい。保持工程の開始と同時に検出を開始してもよく、保持工程の開始後または開始前に検出を開始してもよい。また、保持工程の終了と同時に検出を終了してもよく、保持工程の終了前または終了後に検出を終了してもよい。ただし、測定効率の観点からは、被測定物の保持工程の途中の早い段階で検出を終了することが好ましい。
本工程では、図２に示すフローチャートを用いて説明したとおり、特性値の検出ごとに、特性値と所定の閾値とを比較し（Ｓ３）、特性値が閾値未満であれば、特性値の検出を繰り返す（Ｓ２）。特性値が閾値以上となったとき（閾値に達したとき）は、被測定物の保持を終了し（Ｓ４）、被測定物の保持開始（Ｓ１）からの経過時間を計測する（Ｓ５）。
なお、本実施形態の測定方法では、連続的な検出を行うことにより検出回数は増加するものの、被測定物が保持された空隙配置構造体を移動等せずに、そのままの状態で周波数特性を検出できるため、作業効率の低下といった問題はあまり生じない。
（定量工程）
本工程では、空隙配置構造体の透過率の変化率（特性値）が閾値に達した時点での保持工程（ポンプ作動）の開始時点からの経過時間を、被測定物の物質量に換算する。
経過時間を被測定物の物質量に換算する方法の一例について説明する。まず、あらかじめ種々の量の被測定物を保持した空隙配置構造体について所定の特性値を連続的に検出しておく。そして、得られた特性値データに基づいて、被測定物の物質量ごとに該特性値と経過時間との関係を示す複数の１次検量線を作成し、さらにそれらの１次検量線から、被測定物の物質量と、空隙配置構造体の特性値が所定の閾値に達する経過時間との関係を示す２次検量線を作成する。その２次検量線を用いて経過時間を被測定物の物質量に換算することができる。
例えば、空気中に濃度が５００μｇ／ｍ３および６００μｇ／ｍ３のＰＭ２．５を含む標準流体を用意し、各標準流体を図４に示す空隙配置構造体１ａ、１ｂ、１ｃに所定の流速で通過させて、電磁波透過率の変化率を連続的に（例えば、０．１秒間隔で）検出しておく。得られた電磁波透過率の変化率のデータに基づいて、ＰＭ２．５の濃度ごとに、電磁波透過率の変化率と経過時間との関係を示す１次検量線を作成する（図６参照）。図６に示す１次検量線から、ＰＭ２．５の各濃度における、空隙配置構造体の電磁波透過率の変化率が所定の閾値（例えば、５％）に達するまでの経過時間を求め、その結果を基に、ＰＭ２．５の濃度と経過時間との関係を示す２次検量線を作成することができる（図７参照）。即ち図７は、透過率の変化率が５％になるときの、経過時間とＰＭ２．５濃度の関係を示している。このようにして得られた２次検量線を用いて、経過時間を被測定物の物質量に換算することができる。なお、ここでは、説明の簡略化のためにＰＭ２．５の濃度を２種類としているが、さらにＰＭ２．５の濃度を変化させた標準流体を用意して予備的測定を行うことで、２次検量線の精度が高められ、測定精度が向上する。
なお、上述のように所定の終了時間までに電磁波透過率が所定の閾値に達した場合は、電磁波透過率が閾値に達するまでの経過時間を被測定物の物質量に換算するが、所定時間が経過しても電磁波透過率が所定の閾値に達しなかった場合は、例えば、被測定物の物質量が所定の定量下限値未満であると決定すればよい。
（測定例１）
実施形態１の測定方法の一例として、検出する空隙配置構造体の特性値を、所定の電磁波を空隙配置構造体へ照射したときの電磁波透過率の変化率（ＰＭ２．５が保持されていない空隙配置構造体１ｃのみの透過率に対する変化率）とし、その閾値を５％とした。吸引ポンプ４の作動を開始してから、空隙配置構造体１ｃの電磁波透過率の変化率を連続的に（例えば、０．１秒間隔で）検出し、変化率が５％に達した時点で、吸引ポンプを停止し、検出を終了した。
変化率が５％に達した時点での吸引ポンプ４の作動開始からの経過時間が１００秒であった。また、予備的測定により得た２次検量線から、大気中に含まれるＰＭ２．５の濃度が５００μｇ／ｍ３であるときに、１００秒間の吸引で電磁波透過率の変化率が５％になることが分かっていた。したがって、１００秒という経過時間は５００μｇ／ｍ３というＰＭ２．５の濃度に換算され、大気中に含まれるＰＭ２．５の濃度は５００μｇ／ｍ３であると定量できた。
また、別の日において、同様の測定を行った結果、電磁波透過率の変化率が５％に達した時点での経過時間が２２秒であった。また、予備的測定により得た２次検量線から、大気中に含まれるＰＭ２．５の濃度が６００μｇ／ｍ３であるとき、２２秒間の吸引で電磁波透過率の変化率が５％になることが分かっていた。したがって、大気中に含まれるＰＭ２．５の濃度は６００μｇ／ｍ３であると定量できた。
（比較測定例１）
電磁波透過率の閾値を定めることなく、吸引ポンプを１００秒間稼働し、１００秒後の電磁波透過率の変化率を測定した点以外は、上記測定例１と同様にして、大気中のＰＭ２．５の濃度測定を行った。
その結果、ＰＭ２．５の濃度が５００μｇ／ｍ３の場合は、透過率の変化率が５％と検出され、ＰＭ２．５の濃度を定量できた。一方、ＰＭ２．５の濃度が６００μｇ／ｍ３の場合は、透過率が０％となってしまった（透過率の信号が得られない状態）。すなわち、ＰＭ２．５の濃度が定量上限を超えており、ＰＭ２．５の濃度を正確に定量することはできなかった。なお、ＰＭ２．５の濃度が６００μｇ／ｍ３のときの空隙配置構造体を目視にて観察したところ、表面が真っ白になっており、ＰＭ２．５が多量に堆積していた。この場合、吸引ポンプの稼働時間を短縮して再度測定を行えば可能だが、測定を２回行うことになり、全体として測定が非効率になってしまう。
これに対して、実施形態１の測定方法によれば、比較測定例のような従来の方法では被測定物の物質量の変化に対応できないような場合でも、測定全体に要する時間を延長するといった非効率を生じることなく、１つの測定方法で高精度な測定を行うことが可能となる。
［実施形態２］
本実施形態は、保持工程の途中において、空隙配置構造体の特性値の検出結果に基づいて、吸引ポンプの吸引量をフィードバック制御することで、試料流体（大気）の流速を最適化する点で、実施形態１と異なる。それ以外の点は、基本的に実施形態１と同様である。
図８に示すフローチャートを参照して、本実施形態の測定方法の概要を説明する。まず、実施形態１と同様に、被測定物の保持を開始するためにポンプの作動を開始して、空隙配置構造体に大気を通過させる（Ｓ１）。
本実施形態では、次に、ポンプ作動開始（Ｓ１）から、所定の管理時間が経過した時点で、空隙配置構造体の電磁波透過率の変化率を検出する（Ｓ２Ａ）。なお、ポンプ作動開始から管理時間経過まで連続的に変化率を検出してもよい。そして、特性値（透過率の変化率）が所定の許容範囲内になかった場合は、ポンプの吸引量の最適化を行う。例えば、特性値が許容範囲未満であった場合は、ポンプの吸引量を増加させることで、特性値が閾値に達するまでの時間が短縮され、測定全体に要する時間が短縮されるため、より高効率な測定を行うことが可能となる。また、特性値が許容範囲を超えていた場合は、ポンプの吸引量を減少させることで、特性値が閾値に達するまでの時間が極端に短くなって誤差要因が増大することを防ぎ、より高精度な測定を行うことができる。一方、特性値が所定の許容範囲内にあった場合は、そのままで（ポンプの吸引量は変更せずに）、透過率の変化率を連続的に検出すればよい（Ｓ２Ｂ）。
次に、実施形態１と同様に、変化率の検出ごとに、変化率と所定の閾値とを比較し（Ｓ３Ｂ）、特性値が閾値未満であれば、特性値の検出（Ｓ２）を繰り返す（検出工程）。特性値が閾値以上となったとき（閾値に達したとき）は、ポンプ作動を終了する（Ｓ４）。
本実施形態では、次の経過時間計測（Ｓ５）の際に、（ｉ）Ｓ３Ａで変化率が許容範囲内であり、ポンプ吸引量の最適化を行わなかった場合は、実施形態１と同様に、ポンプ作動開始からの経過時間を計測し、（ii）Ｓ３Ａで変化率が許容範囲外であり、ポンプ吸引量の最適化を行った場合は、管理時間と、管理時間後（Ｓ２Ａの時点）からの時間を最適化後のポンプ吸引量に応じてポンプ吸引量を変更しなかった場合の時間に換算した時間との和を、経過時間として計測する（Ｓ５）。
その後は、実施形態１と同様に、次の定量工程（Ｓ６）において、所定の管理時間で測定されたＳ２Ａでの検出値と、この管理時間後の経過時間を被測定物の物質量に換算する（Ｓ６：定量工程）ことで、測定は終了する。
本実施形態では、測定全体に要する時間を短縮することができ、より高効率な測定が可能となる。
［実施形態３］
本実施形態は、検出する空隙配置構造体の特性値が、試料流体（大気）の流速や流量や圧力損失である点で実施形態１とは異なる。それ以外の点については、基本的に実施形態１と同様である。
図９に示すフローチャートを参照して、本実施形態の測定方法の概要を説明する。まず、被測定物の保持を開始するためにポンプの作動を開始して、空隙配置構造体に試料流体（大気）を通過させる（Ｓ１）。そして、ポンプ作動開始（Ｓ１）からポンプ作動終了（Ｓ４）までの間（保持工程）の少なくとも一定時間、空隙配置構造体の特性値の１つである試料流体の流速の変化率を連続的に検出する（Ｓ２）。なお、ポンプの吸引力を一定に維持する。この流速の変化率の検出ごとに、変化率と所定の閾値とを比較し（Ｓ３）、変化率が閾値未満であれば、変化率の検出（Ｓ２）を繰り返す（検出工程）。
変化率が閾値以上となったとき（閾値に達したとき）は、ポンプ作動を終了し（Ｓ４）、ポンプの作動開始（Ｓ１）からの経過時間を計測する（Ｓ５）。最後に、経過時間を被測定物の物質量に換算する（Ｓ６：定量工程）ことで、測定は終了する。
本実施形態で用いる測定システムは、例えば、実施形態１の測定システムにおけるカートリッジ１００、電磁波源２および電磁波検出器３を、図１０に示すような筒状体９に置き換えたシステムである。図１０を参照して、筒状体９は、その内部が大気の流路となっており、該流路内に、直列に上流側から空隙配置構造体１ａ，１ｂ，１ｃが設置され、また筒状体９の内壁には温度センサー８１、湿度センサー８２、流速センサー８３および圧力センサー８４が設けられている。
図９に示すフローチャートを用いた上記の説明では、空隙配置構造体の特性値が流速センサー８３によって測定される試料流体の流速の変化率である場合について説明したが、本実施形態で検出する空隙配置構造体の特性値は、温度センサー８１によって測定される温度の変化率、湿度センサー８２によって測定される湿度の変化率、または、圧力センサー８４によって測定される圧力の変化率であってもよい。
なお、検出対象とする特性値が流速や圧力である場合は、空隙配置構造体に被測定物が捕捉されることに伴う損失（流量損失、圧力損失）を認識し、吸引ポンプにフィードバックを与え、流速や圧力を一定として、測定システムの性能を維持することにも役立てることができる。さらに、流速や流量や圧力を一定に保つために、ポンプに入力する電力（電流や電圧）の変化量を特性値の一つとして利用することもできる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 空隙配置構造体、１０ａ 主面、１１ 空隙部、１２ 筐体、１２ａ 吸気口、１２ｂ 排気口、１００ カートリッジ、２ 電磁波源、３ 電磁波検出器、４ 吸引ポンプ、５ 駆動及び制御装置、６ バッテリー、７ モニター、８１ 温度センサー、８２ 湿度センサー、８３ 流速センサー、８４ 圧力センサー、９ 筒状体。

Claims (5)

  1. 被測定物の物質量を測定するための測定方法であって、
    互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体に、前記被測定物を含む試料流体を通過させることで、前記被測定物を保持する、保持工程と、
    前記保持工程開始時点あるいは前記保持工程開始から所定時間経過した時点から前記空隙配置構造体の特性値が、所定の閾値に達する時点までの経過時間を計測する計時工程と、
    前記経過時間を前記被測定物の前記物質量に換算する、定量工程と、
    を含むことを特徴とする、測定方法。
  2. 前記保持工程の途中において、前記空隙配置構造体の前記特性値に基づいて、前記試料流体の流速を最適化する、請求項１に記載の測定方法。
  3. 前記特性値が、電磁波を照射したときの前記空隙配置構造体の周波数特性に関するパラメータである、請求項１または２に記載の測定方法。
  4. 前記特性値が、前記空隙配置構造体を通過する前記試料流体の速度、流量、または、前記試料流体が前記空隙配置構造体を通過する際の圧力損失の何れか１つ以上である、請求項１または２に記載の測定方法。
  5. 被測定物の特性を測定するための測定システムであって、
    互いに対向する一対の主面を有し、両主面を貫通する複数の空隙部を有する空隙配置構造体と、
    前記空隙配置構造体に前記被測定物を含む試料流体を通過させるための吸排気機構と、
    前記試料流体の通過中に、前記被測定物が保持された前記空隙配置構造体の特性値を検出するための検出機構と、
    前記試料流体の空隙配置構造体通過開始後における一時点からの経過時間を計測するための、時間計測機構と、
    前記特性値が所定の閾値に達した時点での前記経過時間を前記被測定物の物質量に換算するための定量機構と、
    を備えることを特徴とする、測定システム。
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