【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大気中の浮遊粒子状物質を測定するための浮遊粒子状物質濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中の浮遊粒子状物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、ＳＰＭという）を測定する装置として、一定流量の大気をサンプルガスとして連続的にサンプリング管内に吸引し、このサンプリング管の下流側に設けられた真空チャンバ内において前記サンプルガス中の浮遊粒子状物質をリボンフィルタに連続的に捕集し、この捕集した浮遊粒子状物質に対してβ線源からβ線を照射し、そのときの透過β線を検出器によって検出し、この検出器の出力を用いてβ線吸収方式により、捕集した浮遊粒子状物質の濃度を測定するものがある。
【０００３】
上記β線吸収方式のＳＰＭ濃度測定装置において、透過β線を検出する検出器としては、一般に比例計数管が用いられている。この比例計数管は、β線のほかにα線を検出することができる。この比例計数管は、図２における透過分布曲線Ａ，Ｂからも理解されるように、α線（図中の曲線Ａで示す）とβ線（図中の曲線Ｂで示す）の透過量のピークＰＡ ，ＰＢ が異なるので、α線とβ線を検出する場合、大部分の波長領域で問題となることはない。しかし、図２における符号Ｃで示す部分は、β線とα線が重なっているため、β線にとってはα線は、前記Ｃ部分における分だけプラスの誤差要因となっている。
【０００４】
また、自然界には、微量ながらもα線（ラドンガス）やβ線が存在しており、β線吸収方式により捕集した浮遊粒子状物質の濃度を測定する場合、前記測定装置内のβ線源（密封線源）以外の放射性物質は全て誤差要因となり、β線吸収方式によるＳＰＭの測定を正確に行えないこととなる。
【０００５】
ところで、近時においては、粒径が２．５μｍ以下の微細なＳＰＭ（以下、ＰＭ２．５という）をも高感度に測定することが要求されるようになってきているが、前記β線に対するα線による誤差影響や、自然界に存在するβ線による誤差影響が前記ＰＭ２．５を高感度に測定する場合に大きな障害となるため、これらの影響を可及的に小さくすることが望まれている。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、自然界に存在する微量なα線やβ線の誤差影響を除去した精度の高い測定結果を得ることができる浮遊粒子状物質濃度測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、一定流量の大気をサンプルガスとして連続的にサンプリング管内に吸引し、このサンプリング管の下流側に設けられた真空チャンバ内において前記サンプルガス中の浮遊粒子状物質を捕集手段を用いて連続的に捕集し、この捕集した浮遊粒子状物質に対してβ線源からβ線を照射し、そのときの透過β線を検出器によって検出し、この検出器の出力を用いてβ線吸収方式により前記捕集した浮遊粒子状物質の濃度を測定するように構成された浮遊粒子状物質濃度測定装置において、前記検出器によって常時検出されるα線量を用いて、前記検出器におけるβ線検出値から、自然界に存在するα線およびβ線に由来する誤差影響を除去するようにしている。
【０００８】
具体的には、検出器によって、主測定に用いるβ線のほかに、α線（ラドンガス）をも常時検出し、この検出によって得られたα線量を用いて補正係数Ｆ１ を計算によって作成し、この補正係数Ｆ１ を用いて、図２における符号Ｃで示す部分のα線（ラドンガス）量を算出する。また、自然界に存在するβ線については、前記検出されたα線量を用いて補正係数Ｆ２ を計算によって作成し、この補正係数Ｆ２ を用いて自然界のβ線量を算出する。そして、前記検出器によって得られるβ線量から、前記α線およびβ線にそれぞれ由来する誤差値を引き算してこれをキャンセルする。このようにすることにより、自然界に存在するα線およびβ線に由来する誤差影響が除去され、β線吸収方式のＳＰＭ濃度測定装置において、精度の高い透過β線値が得られ、この透過β線値を所定の演算式によって演算することにより、ＳＰＭを高精度に測定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１は、この発明のＳＰＭ濃度測定装置の構成の一例を概略的に示すもので、この図において、１は測定装置本体である。この測定装置本体１は、以下のように構成されている。すなわち、２は真空チャンバで、その内部には、供給リール３から繰り出され、巻き取りリール４に巻き取られる適宜幅の捕集手段としてのリボンフィルタ５が走行するとともに、このリボンフィルタ５の一方の側（下方側）には、リボンフィルタ５の一方の面（上面）に捕集されたＳＰＭ６の堆積層６ａに対してβ線を照射するβ線源７が設けられ、他方の側（上方側）には、前記堆積層６ａを透過したβ線を検出するための検出器８が設けられている。この検出器８は、例えば比例計数管よりなり、検出したβ線の強度に応じた信号を出力するとともに、α線を検出する機能をも備えており、検出したα線の強度に応じた信号を出力するもので、β線吸収方式によってＳＰＭ６の濃度を測定できるとともに、α線の強度をも測定することができる。なお、９ａ，９ｂは補償チャンバである。１０は検出器８と補償チャンバ９ｂとの間に所定の直流電圧を印加する電源である。
【００１０】
そして、１１は前記真空チャンバ２や補償チャンバ９ａを所定の真空状態に排気する排気系統で、ガス流量調整器１２を介して真空ポンプ１３が接続されるとともに、サンプルガスＳＧの流量を測定するガス流量計１４が設けられている。
【００１１】
また、１５は真空チャンバ２に対して、一定流量の大気をサンプルガスＳＧとして供給するサンプリング管で、その最上流端には分粒器１６が設けられている。この分粒器１６は、サンプリング管１５内に吸引されたサンプルガスＳＧ中に含まれるＳＰＭ５を分級するもので、所定の粒径を超えるＳＰＭを捕捉し、所定の粒径以下のＳＰＭのみを真空チャンバ２側に通過させるものである。
【００１２】
１７は前記測定装置本体１を制御し、測定装置本体１側からの信号を処理する演算制御部で、１８は各種の演算を行うＣＰＵ、１９はアナログ信号をディジタル信号に変換したり、ディジタル信号をアナログ信号に変換する信号変換器、２０は検出器８の出力が入力されるアンプ、２１はガス流量計１４や他のセンサ２２からの検出出力が入力されるアナログＩ／Ｏ、２３はディジタルＩ／Ｏ、２４はＲＡＭ、２５は電気的消去の可能なＲＯＭ、２６は演算結果などを表示するディスプレイ、２７は入力キーである。また、２８ａ，２８ｂは外部接続端子としてのＣＯＭ１、ＣＯＭ２である。
【００１３】
上記構成のＳＰＭ濃度測定装置の作動について説明すると、真空ポンプ８をオンにすると、大気が分粒器１６を介してサンプリング管１５内にサンプルガスＳＧとして吸引される。このとき、サンプリング管１５内に吸引されたサンプルガスＳＧ中に含まれるＳＰＭのうち、所定の粒径を超えるものが除去され、所定の粒径以下のＳＰＭ（以下、分粒されたＳＰＭという）を含んだサンプルガスＳＧが下流側（真空チャンバ２側）に移動する。
【００１４】
その後、前記分粒されたＳＰＭを含むサンプルガスＳＧは、サンプリング管１５を経て真空チャンバ２内に導入され、リボンフィルタ５を通過するが、このとき、前記分粒されたＳＰＭは、リボンフィルタ５の上面にスポット状に堆積し、堆積層６ａを形成する。この堆積層６ａにβ線源７からのβ線が照射されると、このβ線は分粒されたＳＰＭおよびリボンフィルタ５による吸収を受けるが、透過したβ線は検出器８によって検出される。検出器８から出力される信号Ｓには、受光したβ線に比例した信号Ｂのほかにα線に比例した信号Ａも含まれており、この信号Ｓはアンプ２０、信号変換器１９を経てＣＰＵ１８に入力される。
【００１５】
前記ＣＰＵ２２においては、まず、前記検出器からの信号Ｓに含まれるα線量を用いて補正係数Ｆ１ を計算によって作成し、この補正係数Ｆ１ を用いて、図２における符号Ｃで示す部分のα線（ラドンガス）量を算出する。そして、前記信号Ｓには自然界に存在するβ線に由来する透過β線量も含まれているので、前記検出されたα線量を用いて補正係数Ｆ２ を計算によって作成し、この補正係数Ｆ２ を用いて前記自然界のβ線量を算出する。
【００１６】
その後、前記検出器によって得られる透過β線量から、前記α線およびβ線にそれぞれ由来する誤差値を引き算してこれをキャンセルし、補正後の透過β線量を求める。このようにすることにより、自然界に存在するα線およびβ線に由来する誤差影響が除去され、β線吸収方式のＳＰＭ濃度測定装置において、精度の高い透過β線値が得られる。この透過β線値から、リボンフィルタ５に付着したＳＰＭの質量ｍ〔μｇ〕を求めるには、以下の公知の演算式（１）を用いる。
ｍ＝Ｆ×ｌｎ（Ｒ０ ／Ｒ） ……（１）
ただし、
Ｒ０ ；空のリボンフィルタのβ線散乱強度〔Ｉ／ｓ〕
Ｒ ；ＳＰＭ捕集後のリボンフィルタのβ線散乱強度〔Ｉ／ｓ〕
Ｆ ；校正係数〔μｇ／ｍ３ 〕
【００１７】
前記校正係数Ｆは、β線散乱強度をＳＰＭの質量に換算するための係数で、Ｆ＝Ａ／（μ／ρ）で表される。ここで、Ａ〔ｃｍ３ 〕はリボンフィルタの測定断面積〔ｃｍ３ 〕であり、μ／ρ〔ｃｍ／ｍｇ〕は、β線源７の固有の質量崩壊係数〔ｃｍ／ｍｇ〕である。
【００１８】
前記（１）式によって求められるＳＰＭの質量と、サンプルガスＳＧの流量および圧力を補正することにより、ＳＰＭ濃度Ｂ（μｇ／ｍ３ 〕が得られる。
【００１９】
自然界に存在するα線やβ線の量は、場所により、また、時間によって全く異なっている。上述のように、β線吸収方式の測定に用いる検出器によって、β線のみならずα線の測定を連続して行い、この測定されたα線から、本来の測定に用いるβ線の検出値に影響を与えている部分のα線の量を求め、このα線量に基づいて自然界に存在するβ線の量をも算出し、前記α線およびβ線に由来する透過β線量に与える誤差量を、前記透過β線量から差し引くことにより、前記自然界に存在するα線やβ線の誤差影響を除去した透過β線量を得ることができ、これに基づいて演算を行うことにより、ＳＰＭを高精度に測定することができるのである。
【００２０】
より具体的には、自然界に存在するα線の量およびβ線の量をそれぞれＮα、Ｎβとし、α線を検出する検出器の感度をｅｆｆ（α）、β線を検出する検出器の感度をｅｆｆ（β）とすると、下記（２）式が成り立つことが知られている。
Ｎα・ｅｆｆ（α）／Ｎβ・ｅｆｆ（β）＝３．５ ……（２）
上記数値３．５およびＮα、Ｎβは、理論上特定できる値である。よって、自然界に存在するα線およびβ線の誤差影響を除去した透過線量をＲ１ 、測定されたα線、β線の量をそれぞれＲ（α）、Ｒ（β）とすると、下記（３）式が成立する。
Ｒ１ ＝Ｒ（β）−Ｒ（α）・３．５ ……（３）
したがって、前記（３）式を用いて透過線量を補正することにより、ＳＰＭをより高精度に測定することができるのである。
【００２１】
なお、検出器８としては、シンチレーション検出器や半導体検出器など他の放射線検出器を用いてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、検出器によって常時検出されるα線量を用いて、前記検出器におけるβ線検出値から、自然界に存在するα線およびβ線に由来する誤差影響を除去するようにしているので、従来に比べて、精度の高い測定結果を得ることができるようになった。したがって、この発明のＳＰＭ濃度測定装置によれば、ＰＭ２．５のような絶対量の少ない微細なＳＰＭをも高精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の浮遊粒子状物質濃度測定装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】比例計数管におけるα線とβ線の透過分布の状態を示す図である。
【符号の説明】
２…真空テャンバ、５…捕集手段、６…浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）、７…β線源、８…検出器、１５…サンプリング管、ＳＧ…サンプルガス。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a suspended particulate matter concentration measuring device for measuring suspended particulate matter in the atmosphere.
[0002]
[Prior art]
As a device for measuring suspended particulate matter (Suspended Particulate Matter: SPM) in the atmosphere, a constant flow of air is continuously sucked into a sampling tube as a sample gas, and provided at a downstream side of the sampling tube. In the vacuum chamber, the suspended particulate matter in the sample gas is continuously collected by a ribbon filter, and the collected suspended particulate matter is irradiated with β-rays from a β-ray source. There is a method in which a line is detected by a detector, and the concentration of the collected suspended particulate matter is measured by a β-ray absorption method using the output of the detector.
[0003]
In the β-ray absorption type SPM concentration measuring device, a proportional counter is generally used as a detector for detecting transmitted β-rays. This proportional counter can detect α rays in addition to β rays. As can be understood from the transmission distribution curves A and B in FIG. 2, this proportional counter measures the transmission amount of α-ray (shown by curve A in the figure) and β-ray (shown by curve B in the figure). Since the peaks P A and P B are different, when detecting α-rays and β-rays, there is no problem in most wavelength regions. However, in the portion indicated by reference numeral C in FIG. 2, since the β-ray and the α-ray overlap each other, the α-ray is a positive error factor for the β-ray in the C portion.
[0004]
Also, in the natural world, there are α-rays (radon gas) and β-rays in trace amounts, and when measuring the concentration of suspended particulate matter collected by the β-ray absorption method, the β-ray source in the measuring device is required. All radioactive substances other than the (sealed radiation source) cause an error, and the SPM cannot be accurately measured by the β-ray absorption method.
[0005]
By the way, recently, it has been required to measure a fine SPM having a particle diameter of 2.5 μm or less (hereinafter, referred to as PM2.5) with high sensitivity. Since the error effect due to α-rays and the error effect due to β-rays existing in the natural world become a major obstacle when measuring the PM2.5 with high sensitivity, it is desired to reduce these effects as much as possible. I have.
[0006]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and has as its object the purpose of obtaining a floating particle form capable of obtaining a highly accurate measurement result from which the influence of a small amount of α-rays and β-rays existing in nature has been removed. It is to provide a substance concentration measuring device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a constant flow rate of air is continuously sucked into a sampling tube as a sample gas, and suspended particles in the sample gas are formed in a vacuum chamber provided downstream of the sampling tube. The substance is continuously collected using a collecting means, the collected suspended particulate matter is irradiated with β-rays from a β-ray source, and the transmitted β-ray at that time is detected by a detector, In a suspended particulate matter concentration measurement device configured to measure the concentration of the collected suspended particulate matter by a β-ray absorption method using an output of a detector, an α dose that is always detected by the detector is measured. In addition, the influence of errors due to α-rays and β-rays existing in nature is removed from the β-ray detection value of the detector.
[0008]
More specifically, the detector, in addition to the β-rays used for the main measurement, and always detected also α rays (radon gas), made by calculating the correction factor F 1 using the α dose obtained by the detection , using the correction factor F 1, to calculate the α rays (radon gas) of a portion indicated by reference sign C in FIG. As for the β rays existing in nature, with reference to the detected α dose created by calculating the correction factor F 2, to calculate the β dose nature using the correction factor F 2. Then, an error value derived from each of the α-rays and the β-rays is subtracted from the β dose obtained by the detector, and the difference is canceled. In this way, the influence of errors due to α-rays and β-rays existing in the natural world is removed, and a highly accurate transmitted β-ray value can be obtained in a β-ray absorption type SPM concentration measuring apparatus. The SPM can be measured with high accuracy by calculating the line value using a predetermined calculation formula.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows an example of the configuration of an SPM concentration measuring apparatus according to the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes a measuring apparatus main body. The measuring device main body 1 is configured as follows. That is, reference numeral 2 denotes a vacuum chamber, in which a ribbon filter 5 as a collecting means of an appropriate width, which is unwound from a supply reel 3 and wound on a take-up reel 4, travels. Is provided with a β-ray source 7 for irradiating β-rays to the deposited layer 6 a of the SPM 6 collected on one surface (upper surface) of the ribbon filter 5, and on the other side (upper side). On the side), there is provided a detector 8 for detecting β-rays transmitted through the deposition layer 6a. The detector 8 includes, for example, a proportional counter, and outputs a signal corresponding to the intensity of the detected β-ray, and has a function of detecting the α-ray, and has a function of detecting the intensity of the α-ray. Which can measure the concentration of SPM6 by the β-ray absorption method and also measure the intensity of α-rays. Note that 9a and 9b are compensation chambers. Reference numeral 10 denotes a power supply for applying a predetermined DC voltage between the detector 8 and the compensation chamber 9b.
[0010]
Reference numeral 11 denotes an exhaust system for evacuating the vacuum chamber 2 and the compensation chamber 9a to a predetermined vacuum state. The exhaust system 11 is connected to a vacuum pump 13 via a gas flow controller 12, and is used for measuring the flow rate of the sample gas SG. A flow meter 14 is provided.
[0011]
Reference numeral 15 denotes a sampling pipe for supplying a constant flow rate of air as a sample gas SG to the vacuum chamber 2, and a particle sizer 16 is provided at the most upstream end thereof. The classifier 16 classifies SPM5 contained in the sample gas SG sucked into the sampling pipe 15, captures SPM exceeding a predetermined particle size, and vacuums only SPM having a predetermined particle size or less. It passes through the chamber 2.
[0012]
Reference numeral 17 denotes an arithmetic control unit for controlling the measuring apparatus main body 1 and processing signals from the measuring apparatus main body 1 side; 18 for a CPU for performing various calculations; 19 for converting an analog signal into a digital signal; Is an analog signal to which the output of the detector 8 is input, 21 is an analog I / O to which the detection output from the gas flow meter 14 or another sensor 22 is input, and 23 is a digital signal. I / O, 24 is a RAM, 25 is an electrically erasable ROM, 26 is a display for displaying calculation results and the like, and 27 is an input key. Reference numerals 28a and 28b denote COM1 and COM2 as external connection terminals.
[0013]
The operation of the SPM concentration measuring device having the above configuration will be described. When the vacuum pump 8 is turned on, the atmosphere is sucked into the sampling pipe 15 via the particle sizer 16 as the sample gas SG. At this time, among the SPMs contained in the sample gas SG sucked into the sampling pipe 15, those exceeding a predetermined particle size are removed, and SPMs having a predetermined particle size or less (hereinafter, referred to as a divided SPM). Moves to the downstream side (the vacuum chamber 2 side).
[0014]
Thereafter, the sample gas SG containing the classified SPM is introduced into the vacuum chamber 2 through the sampling tube 15 and passes through the ribbon filter 5. At this time, the classified SPM is Are deposited in the form of spots on the upper surface of the substrate to form a deposited layer 6a. When the deposition layer 6a is irradiated with β-rays from the β-ray source 7, the β-rays are absorbed by the divided SPM and the ribbon filter 5, but the transmitted β-rays are detected by the detector 8. . The signal S output from the detector 8 includes a signal A proportional to the α-ray in addition to the signal B proportional to the received β-ray, and this signal S passes through the amplifier 20 and the signal converter 19. It is input to the CPU 18.
[0015]
In the CPU22, first, using said α dose contained in the signal S from the detector made by calculating the correction factor F 1, using the correction factor F 1, the portion indicated by reference sign C in FIG. 2 Calculate the amount of alpha rays (Radon gas). Since the signal S also includes a transmitted β dose derived from β rays existing in nature, a correction coefficient F 2 is created by calculation using the detected α dose, and this correction coefficient F 2 Is used to calculate the β dose in the natural world.
[0016]
Thereafter, the error values respectively derived from the α-rays and the β-rays are subtracted from the transmitted β-ray dose obtained by the detector to cancel the error values, and the corrected transmitted β-ray dose is obtained. By doing so, the influence of errors due to α-rays and β-rays existing in the natural world is removed, and a highly accurate transmitted β-ray value can be obtained in a β-ray absorption type SPM concentration measuring device. In order to determine the mass m [μg] of the SPM attached to the ribbon filter 5 from the transmission β-ray value, the following known equation (1) is used.
m = F × ln (R 0 / R) (1)
However,
R 0 ; β-ray scattering intensity of empty ribbon filter [I / s]
R: β-ray scattering intensity [I / s] of ribbon filter after SPM collection
F: calibration coefficient [μg / m 3 ]
[0017]
The calibration coefficient F is a coefficient for converting the β-ray scattering intensity into the mass of SPM, and is represented by F = A / (μ / ρ). Here, A [cm 3 ] is the measured cross-sectional area [cm 3 ] of the ribbon filter, and μ / ρ [cm / mg] is the intrinsic mass decay coefficient [cm / mg] of the β-ray source 7.
[0018]
The SPM concentration B (μg / m 3 ) is obtained by correcting the mass of the SPM obtained by the above equation (1) and the flow rate and pressure of the sample gas SG.
[0019]
The amount of α-rays and β-rays existing in nature is completely different from place to place and from time to time. As described above, the detector used for the measurement of the β-ray absorption method continuously measures not only the β-ray but also the α-ray, and from the measured α-ray, the detected value of the β-ray used for the original measurement The amount of α-rays in the part that is affecting the amount of α-rays, the amount of β-rays present in nature is also calculated based on this α-rays, and the amount of error given to the transmitted β-rays derived from the α-rays and β-rays Is subtracted from the transmitted β dose, it is possible to obtain a transmitted β dose in which the influence of errors in α-rays and β-rays existing in the natural world has been removed, and by performing calculations based on this, the SPM can be obtained with high accuracy. It can be measured at any time.
[0020]
More specifically, the amount of α-rays and the amount of β-rays existing in nature are respectively Nα and Nβ, the sensitivity of the detector for detecting α-rays is eff (α), and the sensitivity of the detector for detecting β-rays Is known as eff (β), the following equation (2) is established.
Nα · eff (α) / Nβ · eff (β) = 3.5 (2)
The numerical value 3.5 and Nα and Nβ are theoretically identifiable values. Therefore, assuming that the transmitted dose from which the influence of the error of α-rays and β-rays existing in nature is removed is R 1 , and the measured amounts of α-rays and β-rays are R (α) and R (β), respectively, the following (3) ) Expression holds.
R 1 = R (β) −R (α) · 3.5 (3)
Therefore, the SPM can be measured with higher accuracy by correcting the transmitted dose using the above equation (3).
[0021]
As the detector 8, another radiation detector such as a scintillation detector or a semiconductor detector may be used.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the influence of errors derived from α-rays and β-rays existing in the natural world is removed from the β-ray detection value of the detector by using the α-ray dose constantly detected by the detector. As a result, it is possible to obtain a measurement result with higher accuracy than in the past. Therefore, according to the SPM concentration measuring apparatus of the present invention, fine SPM having a small absolute amount such as PM2.5 can be measured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a suspended particulate matter concentration measuring device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of transmission distribution of α rays and β rays in a proportional counter.
[Explanation of symbols]
2: vacuum chamber, 5: collecting means, 6: suspended particulate matter (SPM), 7: β-ray source, 8: detector, 15: sampling tube, SG: sample gas.
