JP3574045B2 - 浮遊粒子状物質の連続測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中の浮遊粒子状物質の連続測定装置に関し、特に人の健康に影響の大きい粒径2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質の連続測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質が存在する。粒径が10μmを超える浮遊粒子状物質は、発生源の近くで沈降するものが多く、また呼吸に際し、大部分が気道で濾過されるので、特に粉塵の多い環境で作業する場合を除いて、人の健康に大きい被害はない。このような理由で、公害対策基本法に基づく大気汚染に関する環境基準では、大気中の浮遊粒子状物質は、粒径が10μm以下のものと規定されている。そして、従来からこの規定に従って、粒径10μm以下の浮遊粒子状物質の測定装置が市販されている。
【0003】
最近、都市部における浮遊粒子状物質の粒径と含有量との関係が詳しく調べられた結果、図7に示すように、粒径2.5μm程度を境として粗大浮遊粒子状物質(coarse
particle,以下CPと略すことがある)と微小浮遊粒子状物質(fine particle,以下FPと略すことがある)とが大気中に存在することが判明した。CPの大部分は、海塩粒子や土壌に由来する砂塵であり、自然に生じるものと考えられる。これに対し、FPは人為的に発生するものと考えられ、都市部に多い。特にディーゼル車の排気には元素状炭素として、FPが多く含まれている。さらに元素状炭素には、空気中の窒素酸化物や硫黄酸化物のような健康に有害な物質が吸着されることも考えられる。最近の医学的・疫学的研究によれば、FPが20μg/m3程度含有されていても心筋梗塞の原因になることが報告されている。
【0004】
都市部におけるFPを減少するため、東京都はディーゼル車にフィルタを取付けることを義務化する方針であり、他の地方自治体もこれに倣うものと推測され、これと同時に空気中のFPを連続自動的に測定する装置の開発が要望されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、浮遊粒子状物質の全量TPSと、特に人の健康に被害を及ぼす粒径2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質PM2.5とを各別に一定時間毎に連続自動的に測定する装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気と、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第1空気と、第2空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さCだけ送って、新しい位置3a′,3b′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第2空気中の浮遊粒子状物質の量FPとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気と、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第1空気と、第2空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さCだけ送って、新しい位置3a′,3b′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
第1空気による捕集手段のテープ状フィルタに捕集した浮遊粒子状物質に白色光を照射し、その散乱光の強さから浮遊粒子状物質の元素状炭素の量を連続的に検出する光照射検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第2空気中の浮遊粒子状物質の量FPと、元素状炭素の量FPCとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、請求項1において、該テープ状フィルタがフッ素系メンブランフィルタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、請求項1または2において、該分級手段がバーチャルインパクタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
【0007】
本発明に従えば、吸引された大気は、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気と、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気とに浮遊粒子状物質を分級し、各空気に含まれる浮遊粒子状物質は各別にテープ状フィルタの異なる位置に連続的に捕集され、捕集された浮遊粒子状物質は各別に連続的にβ線吸収方式で検出され、これと吸引された大気流量とから大気中の浮遊粒子状物質の全量TPSおよびFPの量が演算され自動的に記録される。
浮遊粒子状物質を捕集したフィルタに白色光を照射し、散乱光の強さから浮遊粒子状物質中の元素状炭素量を検出する。元素状炭素は黒色であり、他に黒色の浮遊粒子状物質はほとんどないので、この方法が有効に用いられる。
【0008】
本発明で用いる分級手段は、たとえば後述するバーチャルインパクタ(virtual
impactor)と呼ばれる分級器である。
【0009】
【0010】
本発明に従えば、検出器がβ線吸収方式である。β線吸収方式は、各別にフィルタ上に捕集された浮遊粒子状物質によるβ線の吸収量の増加から浮遊粒子状物質の質量を各別に検出できる。β線照射の線源となる物質は、特に限定されるものではないが、放射線取扱資格および届出の必要がない3.7MBq(100μCi)の147Pm密封線源を用いることが好ましい。
【0011】
【0012】
本発明に従えば、濾過材としてテープ状フッ素系メンブランフィルタが用いられる。従来の浮遊粒子状物質測定装置の濾過材としてガラスファイバー製フィルタが用いられている。ガラスファイバー製フィルタは、孔径が比較的大きく、粒径が1μm以下の粒子が透過されることがある。これに対し、フッ素系メンブランフィルタは孔径が小さく、粒径が0.2μm程度まで捕集できる。フッ素系メンブランフィルタは、ガラスファイバー製フィルタに比し、均質に製造しやすく、テープ状としたとき各捕集位置におけるバラツキが少ない。
【0013】
また本発明は、(a)バーチャルインパクタ分級器2であって、
試料大気が吸引される縮管部43と、
縮管部43からの空気を噴出口41にスムーズに噴出する円筒部42とを有するノズル部40と、
噴出口41からノズル部40の軸線方向に間隔Sをあけてノズル部40の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部45を有し、集気部45に、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気の2次流45を形成する円筒状隔壁46と、
隔壁46より大きい内径を有し、隔壁46を囲み、前記噴出口41から前記間隔Sを経て、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気の主流を形成する外管部50を有する外管51とを含むバーチャルインパクタ分級器2と、
(b)フッ素系メンブランフィルタであるテープ状フィルタ3と、
(c)テープ送り機構27であって、
フィルタ3を予め定める一定時間毎に、予め定める一定の長さCだけ、送り方向28に送って供給し、
前記一定の長さCには、
第2空気を濾過して第2空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第1捕集位置3aと、
第1空気を濾過して第1空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第2捕集位置3bとが、前記送り方向28に、順次形成され、前記一定長さCだけ供給されることによって、新しい第1および第2捕集位置3a′,3b′でさらに捕集するテープ送り機構27と、
(d)前記分級器2からの第2空気を、フィルタ3の第1捕集位置3aを透過させて吸引する第1吸引ポンプ6と、
(e)前記分級器2からの第1空気を、フィルタ3の第2捕集位置3bを透過させて吸引する第2吸引ポンプ16と、
(f)フィルタ3の第1捕集位置3aにβ線を照射して、第1捕集位置3aの捕集された浮遊粒子状物質の第1の質量FPを検出する第1β線源9と、
(g)フィルタ3の第2捕集位置3bにβ線を照射して、第2捕集位置3bの捕集された浮遊粒子状物質の第2の質量CPを検出する第2β線源19と、
(h)フィルタ3の第1捕集位置3aよりも下流で、第1捕集位置3aを透過した第2空気の流量を検出する第1流量センサ4と、
(i)フィルタ3の第1捕集位置3aよりも下流で、第1捕集位置3aを透過した第2空気の圧力を検出する第1圧力センサ5と、
(j)空気の温度を検出する温度センサ31と、
(k)フィルタ3の第2捕集位置3bよりも下流で、第2捕集位置3bを透過した第1空気の流量を検出する第2流量センサ14と、
(L)フィルタ3の第2捕集位置3bよりも下流で、第2捕集位置3bを透過した第1空気の圧力を検出する第2圧力センサ15と、
(m)演算記録手段13,32であって、
第1流量センサ4と第1圧力センサ5と温度センサ31との出力に応答して、第1流量センサ4の出力を、第2空気の基準状態の流量に換算し、
第2流量センサ14と第2圧力センサ15と温度センサ31との出力に応答し、第2流量センサ14の出力を、第1空気の基準状態の流量に換算し、
第1および第2β線源9,19によって検出された第1および第2の質量FP,CPの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第1の質量FPとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段13,32とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
また本発明は、(n)第1吸引ポンプ6に外気を吸引させる第1流量調整器8と、
(o)第2吸引ポンプ16に外気を吸引させる第2流量調整器18とをさらに含み、
(p)演算記録手段13,32は、
第1流量センサ4の出力が予め定められた第1流量になるように第1流量調整器8を制御し、
第2流量センサ14の出力が予め定められた第2流量になるように第2流量調整器18を制御することを特徴とする。
【0014】
また本発明は、演算記録手段13,32は、予め定める前記一定時間経過したとき、第1および第2吸引ポンプ6,16を停止し、テープ送り機構27を作動させ、次の測定をスタートさせることを特徴とする。
また本発明は、(a7)バーチャルインパクタ分級器2であって、
試料大気が吸引される縮管部43と、
縮管部43からの空気を噴出口41にスムーズに噴出する円筒部42とを有するノズル部40と、
噴出口41からノズル部40の軸線方向に間隔Sをあけてノズル部40の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部45を有し、集気部45に、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気の2次流45を形成する円筒状隔壁46と、
隔壁46より大きい内径を有し、隔壁46を囲み、前記噴出口41から前記間隔Sを経て、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気の主流を形成する外管部50を有する外管51とを含むバーチャルインパクタ分級器2と、
(b7)テープ状フィルタ3と、
(c7)フィルタの異なる位置を介して、バーチャルインパクタ分級器によって分級された第1空気と、第2空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集する捕集手段27と、
(d7)捕集手段27によってフィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量FP,CPを、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段9,19と、
(e7)前記分級器2からの第2空気を、フィルタに透過させて吸引する第1吸引ポンプ6と、
(f7)前記分級器2からの第1空気を、フィルタに透過させて吸引する第2吸引ポンプ16と、
(g7)フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第2空気の流量を検出する第1流量センサ4と、
(h7)フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第1空気の流量を検出する第2流量センサ14と、
(i7)第1吸引ポンプ6に外気を吸引させる第1流量調整器8と、
(j7)第2吸引ポンプ16に外気を吸引させる第2流量調整器18と、
(k7)演算記録手段13,32であって、
第1流量センサ4の出力が予め定められた第1流量になるように第1流量調整器8を制御し、
第2流量センサ14の出力が予め定められた第2流量になるように第2流量調整器18を制御し、
検出手段9,19によって検出された質量FP,CPの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第1の空気からフィルタによって捕集した浮遊粒子状物質の質量FPとを演算して自動的に記録する演算記録手段13,32とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態によって、より具体的に説明する。
【0016】
図1は、本発明の実施の一形態の浮遊粒子状物質の連続測定装置1の構成を示すブロック図である。本装置1に吸引された試料大気は、バーチャルインパクタ分級器2によって、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない空気(CPのみを含む空気と称することがある)と、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない空気(FPのみを含む空気と称することがある)とに浮遊粒子状物質を分級され、FPのみを含む空気は、テープ状のフッ素系メンブランフィルタ3の第1の位置3aによって濾過され、第1流量センサ4、第1圧力センサ5、第1吸引ポンプ6、第1サイレンサ7を通って外部へ排気される。第1流量センサ4の出力は、CPU13に送られ、予め入力された第1流量になるように、第1流量調整器8から外気が吸引される。
分級器2で分級されたCPのみを含む空気は、フィルタ3の第2の位置3bによって濾過され、第2流量センサ14、第2圧力センサ15、第2吸引ポンプ16、第2サイレンサ17を通って外部へ排気される。第2流量センサ14の流量が予め定められた第2流量に流量調整器18によって、同様に調整される。これによって、フィルタ3の第1の位置3aおよび第2の位置3bには、連続的に分級されたFPとCPとが各別に捕集される。
【0017】
フィルタ3の第1の位置3aおよび第2の位置3bには、第1β線源9および第2β線源19からβ線が照射され、透過したβ線量が、たとえば1分毎に連続的に検出される。検出結果は、第1プリアンプ11および第2プリアンプ21を通してCPU13に入力される。またフィルタ3の第1の位置3aには、光源23から光ファイバ24を介して一定強さの白色光が照射され、その反射光が光ファイバ24を介して光検出器25で1分毎に連続的に検出され、検出結果が第3プリアンプ26を介してCPU13に入力される。
【0018】
連続してフィルタ3の第1および第2の位置3a,3bに空気を透過させていると、第1および第2の位置3a,3b上に捕集された浮遊粒子状分級の量が次第に増え、空気を透過できなくなるので、一定時間毎、たとえば1時間毎に、テープ送り機構27によってフィルタ3が一定の長さCだけ矢符28方向に送られ、次の測定が開始される。
図2は、フィルタ3の第1の位置3aおよび第2の位置3b近傍の平面図である。フィルタ3の浮遊粒子状物質を捕集する第1の位置3aおよび第2の位置3bは、たとえば直径11mmの円形である。フィルタ3は、テープ状であり供給ロール29に巻かれた状態で供給され、図示しない複数のガイドローラによって、第1の位置3aおよび第2の位置3bに供給され、図示しない複数のガイドローラおよび上下2個のローラから成るテープ送り機構27を経て、巻取ローラ30に巻取られる。テープ送り機構27は、一定時間経過すれば、フィルタ3を一定の長さCだけ矢符28方向に送る。これによって、新しいフィルタ3の3a’の位置が3aに、3b’の位置が3bに移動する。
【0019】
第1および第2β線検出器10,20ならびに光検出器25の検出結果と、フィルタ上の浮遊粒子状物質の量との関係は、式1で計算される。
Ij=Ij-1exp(−μx) …(1)
【0020】
ここにIjは、ある瞬間に浮遊粒子状物質を捕集したフィルタを透過したβ線量またはフィルタで反射された光量であり、Ij-1はその1分前の同じ量である。またI0は、浮遊粒子状物質を捕集する前の新しいフィルタを透過したβ線量または同フィルタで反射された光量であり、μは比例定数であり、xはフィルタの単位面積当たりの捕集浮遊粒子状物質の量(mg/cm2)である。μはβ線源および光源に固有の値であり、標準物質によって予めcm2/mgの単位で求められる。
式Iを変形して、式2を得る。
【0021】
【数1】
【0022】
式2からIjとIj-1との比を求めることによって、たとえば1分間に捕集されたフィルタの単位面積当たりの浮遊粒子状物質の量が計算でき、これに第1の位置の面積(これは第2の位置の面積に等しく、直径が11mmの場合、約0.95cm2となる)を掛ければ、1分間に捕集された浮遊粒子状物質の量(mg/min)が計算できる。
【0023】
次に、本実施の形態で用いたバーチャルインパクタ分級器2の構成およびフィルタ3の第1の位置3aおよび第2の位置3bを透過する空気量について説明する。図3は、バーチャルインパクタ分級器2の構成を説明するための断面図である。バーチャルインパクタ分級器2は、ノズル部40と、集気部45と、外管部50とから構成される。ノズル部40は、空気を噴出し、内径D0を有する円形の噴出口41と、噴出口41に連なり、長さTの円筒部42と、円筒部42に連なる縮管部43とから成り、空気がスムーズに噴出口41から噴出される。集気部45は、ノズル部41の軸線と同一の軸線と、前記D0よりも大きい内径D1とを有する円筒状の隔壁46によって囲まれ、噴出口41と隔壁46の先端とは長さSの間隔で対峙している。外管部50は、隔壁46より充分大きい内径の外管51によって囲まれ、図1に示す排出口52を有している。排出口52および集気部45は、第1および第2吸引ポンプ6,16に接続され、噴出口41から噴出された空気Q0をQ1と(Q0−Q1)との割合に分配する。噴出口41から噴出される空気がレイノズル数約10,000に相当する線速(20,000〜25,000m/min)で噴出されると、空気中の微粒子60は、流線に沿って流れ、前記空気の流量割合に応じて外管部50(主流)と集気部45(2次流)とに配分される。これに対し粗粒子61は、その慣性力のため、ほとんど全部2次流に入る。前記D1/D0,S/D0,T/D0,Q1/Q0を適当に定めれば、CPのほとんど全部が2次流に入る分級器2を得ることができる。
D0=3.912mm,D1/D0=1.28,S/D0=1.0,T/D0=2.0,Q0=27.7l/min,Q1/Q0=0.10の条件でバーチャルインパクタ分級器2を運転して、粒子径1〜10μmの浮遊粒子状物質を含む空気を分級した。結果を図4に示す。図4に示すように、前記条件でバーチャルインパクタ分級器2を運転したとき、粒径2.5μmで完全に分級されるものではないが、主流と2次流との分級曲線が、大略粒径2.5μmの位置で交わり、大略粒径2.5μmで分級されている。分級が正確に行われるために、第1および第2流量センサ4,14で、分級器2で主流および2次流の空気流量が監視され、これが予め定めた量、すなわち(Q0−Q1)およびQ1になるように、第1および第2流量調整器8,18で調整される。
【0024】
実際に演算される浮遊粒子状物質の量は、空気量Q0に対するFP全量(以下、PM2.5量という)、FP中の元素状炭素量(以下、PM2.5C量という)および全浮遊粒子状物質量(以下、TPS量という)であり、これは先に計算されたFP量、FPC量(FP中の元素状炭素量)およびCP量から、次の式3で計算される。
PM2.5=Q0/(Q0−Q1)×FP
PM2.5C=Q0/(Q0−Q1)×FPC …(3)
TPS=FP+CF
【0025】
空気中のPM2.5,PM2.5C,TPSの空気中の含有量を算出するために1分間に流れた空気量Q0を基準状態、たとえば0℃1気圧に換算する必要がある。このために第1および第2流量センサ4,14の後に設けた第1および第2圧力センサ5,15によって圧力を、また温度センサ31によって温度を測定し、第1および第2流量センサ4,14の実測値を1分毎に基準状態の流量に換算している。これらの計算はCPU13の演算部で行われ、その結果は記録計32に記録される。
【0026】
図5は、CPU13の動作を説明するためのフローチャートである。テープ送り機構27の作動によって、フィルタ3の第1および第2の位置3a,3bに新しいフィルタ面が来て、ステップS0でスタートする。ステップS1でj=0に設定され、ステップS2でI0が検出される。ステップS3で第1および第2吸引ポンプ6,16が運転され、第1および第2流量センサ4,14の出力が(Q0−Q1)がQ1になるように第1および第2流量調整器8,18で流量調整される。ステップS4でj=j+1とされ、ステップS5でj+1=60か否かが判断され、これが否定されると、ステップS6に進み、Ij+1が検出される。ステップS7でIj+1/Ijの比が計算され、ステップS8で、上に述べた演算手法でPM2.5、PM2.5CおよびTPSが演算され、ステップS9で演算結果が記録計32に記録され、ステップS4に戻る。ステップS5でj+1=60になれば、すなわち1時間経過すればステップS10で第1および第2吸引ポンプ6,16が停止し、ステップS11で一連の測定が終了する。テープ送り機構27を作動させて、次の測定がスタートする。
【0027】
図6は、図1に示す浮流粒子状物質の連続測定装置1を用いて、大気中の浮遊粒子状物質を2日間連続測定した結果の一例を示すグラフである。図6に示されるように横軸の各時刻毎に、実際の測定結果では全浮遊粒子状物質TPSが記録されているが、微小浮遊粒子状物質の量を表す曲線と重なる部分が多く見難いため、図6ではTPS−PM2.5の量を粗大浮遊粒子状物質量として記した。
【0028】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、分級器によってCPのみを含む空気と、FPのみを含む空気とに分級され、各々の空気が連続してテープ状フィルタの異なる位置を透過して吸引される。これによって、テープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量が各別に連続自動的に測定され、これとフィルタを透過した大気量の積算値とから大気中の浮遊粒子状物質の含有量と、微小浮遊粒子状物質の含有量とが各別に連続自動的に記録される。これによって、人の健康に影響を及ぼす微小浮遊粒子状物質を別に連続自動的に測定できる。
【0029】
微小浮遊粒子状物質の測定をβ線吸収方式と光散乱方式とによって行い、これによって人の健康に大きく影響し、ディーゼル車が主排出源と考えられる元素状炭素量を別に連続自動的に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態である浮遊粒子状物質の連続測定装置1のブロック図である。
【図2】テープ状のフッ素系メンブランフィルタ3の捕集位置(第1の位置3aおよび第2の位置3b)近傍の平面図である。
【図3】バーチャルインパクタ分級器2の断面図である。
【図4】バーチャルインパクタ分級器2による分級の一例を示すグラフである。
【図5】CPU13の動作を説明するためのフローチャートである。
【図6】本装置1を使用して空気中の浮遊粒子状物質を測定したときの記録計の表示の一例である。
【図7】都市部における空気中の浮遊粒子状物質の粒径分布を示すグラフである。
【符号の説明】
1 浮遊粒子状物質測定装置
2 バーチャルインパクタ分級器
3 テープ状のフッ素メンブランフィルタ
3a 第1の位置
3b 第2の位置
4,14 流量センサ
5,15 圧力センサ
6,16 吸引ポンプ
8,18 流量調整器
9,19 β線源
10,20 β線検出器
13 CPU
23 白色光源
24 ガラスファイバ
25 光検出器
27 テープ送り機構
31 温度センサ
32 記録計
Claims (8)
- 一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気と、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第1空気と、第2空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さCだけ送って、新しい位置3a′,3b′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第2空気中の浮遊粒子状物質の量FPとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。 - 一定流量の試料大気を吸引し、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気と、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気とに浮遊粒子状物質を分級する分級手段と、
テープ状フィルタの異なる位置を介して、分級手段によって分級された第1空気と、第2空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集し、予め定める一定時間毎にテープ状フィルタを予め定める一定長さCだけ送って、新しい位置3a′,3b′でさらに捕集する捕集手段と、
捕集手段によってテープ状フィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量を、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段と、
第1空気による捕集手段のテープ状フィルタに捕集した浮遊粒子状物質に白色光を照射し、その散乱光の強さから浮遊粒子状物質の元素状炭素の量を連続的に検出する光照射検出手段と、
検出手段の出力と、吸引大気流量の積算値とから大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第2空気中の浮遊粒子状物質の量FPと、元素状炭素の量FPCとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。 - 請求項1または2において、該テープ状フィルタがフッ素系メンブランフィルタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
- 請求項1〜3のうちの1つにおいて、該分級手段がバーチャルインパクタであることを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
- (a)バーチャルインパクタ分級器2であって、
試料大気が吸引される縮管部43と、
縮管部43からの空気を噴出口41にスムーズに噴出する円筒部42とを有するノズル部40と、
噴出口41からノズル部40の軸線方向に間隔Sをあけてノズル部40の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部45を有し、集気部45に、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気の2次流45を形成する円筒状隔壁46と、
隔壁46より大きい内径を有し、隔壁46を囲み、前記噴出口41から前記間隔Sを経て、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気の主流を形成する外管部50を有する外管51とを含むバーチャルインパクタ分級器2と、
(b)フッ素系メンブランフィルタであるテープ状フィルタ3と、
(c)テープ送り機構27であって、
フィルタ3を予め定める一定時間毎に、予め定める一定の長さCだけ、送り方向28に送って供給し、
前記一定の長さCには、
第2空気を濾過して第2空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第1捕集位置3aと、
第1空気を濾過して第1空気に含まれる浮遊粒子状物質を捕集する第2捕集位置3bとが、前記送り方向28に、順次形成され、前記一定長さCだけ供給されることによって、新しい第1および第2捕集位置3a′,3b′でさらに捕集するテープ送り機構27と、
(d)前記分級器2からの第2空気を、フィルタ3の第1捕集位置3aを透過させて吸引する第1吸引ポンプ6と、
(e)前記分級器2からの第1空気を、フィルタ3の第2捕集位置3bを透過させて吸引する第2吸引ポンプ16と、
(f)フィルタ3の第1捕集位置3aにβ線を照射して、第1捕集位置3aの捕集された浮遊粒子状物質の第1の質量FPを検出する第1β線源9と、
(g)フィルタ3の第2捕集位置3bにβ線を照射して、第2捕集位置3bの捕集された浮遊粒子状物質の第2の質量CPを検出する第2β線源19と、
(h)フィルタ3の第1捕集位置3aよりも下流で、第1捕集位置3aを透過した第2空気の流量を検出する第1流量センサ4と、
(i)フィルタ3の第1捕集位置3aよりも下流で、第1捕集位置3aを透過した第2空気の圧力を検出する第1圧力センサ5と、
(j)空気の温度を検出する温度センサ31と、
(k)フィルタ3の第2捕集位置3bよりも下流で、第2捕集位置3bを透過した第1空気の流量を検出する第2流量センサ14と、
(L)フィルタ3の第2捕集位置3bよりも下流で、第2捕集位置3bを透過した第1空気の圧力を検出する第2圧力センサ15と、
(m)演算記録手段13,32であって、
第1流量センサ4と第1圧力センサ5と温度センサ31との出力に応答して、第1流量センサ4の出力を、第2空気の基準状態の流量に換算し、
第2流量センサ14と第2圧力センサ15と温度センサ31との出力に応答し、第2流量センサ14の出力を、第1空気の基準状態の流量に換算し、
第1および第2β線源9,19によって検出された第1および第2の質量FP,CPの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第1の質量FPとを演算して各時刻毎に、自動的に記録する演算記録手段13,32とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。 - (n)第1吸引ポンプ6に外気を吸引させる第1流量調整器8と、
(o)第2吸引ポンプ16に外気を吸引させる第2流量調整器18とをさらに含み、
(p)演算記録手段13,32は、
第1流量センサ4の出力が予め定められた第1流量になるように第1流量調整器8を制御し、
第2流量センサ14の出力が予め定められた第2流量になるように第2流量調整器18を制御することを特徴とする請求項5記載の浮遊粒子状物質の連続測定装置。 - 演算記録手段13,32は、予め定める前記一定時間経過したとき、第1および第2吸引ポンプ6,16を停止し、テープ送り機構27を作動させ、次の測定をスタートさせることを特徴とする請求項5または6記載の浮遊粒子状物質の連続測定装置。
- (a7)バーチャルインパクタ分級器2であって、
試料大気が吸引される縮管部43と、
縮管部43からの空気を噴出口41にスムーズに噴出する円筒部42とを有するノズル部40と、
噴出口41からノズル部40の軸線方向に間隔Sをあけてノズル部40の軸線の延長上に軸線を有して対峙し、内部に集気部45を有し、集気部45に、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質をほとんど含まない第1空気の2次流45を形成する円筒状隔壁46と、
隔壁46より大きい内径を有し、隔壁46を囲み、前記噴出口41から前記間隔Sを経て、粒子径が2.5μm以下の微小浮遊粒子状物質を含み、粒子径が2.5μmを超える粗大浮遊粒子状物質をほとんど含まない第2空気の主流を形成する外管部50を有する外管51とを含むバーチャルインパクタ分級器2と、
(b7)テープ状フィルタ3と、
(c7)フィルタの異なる位置を介して、バーチャルインパクタ分級器によって分級された第1空気と、第2空気とを各別に吸引して、分級された浮遊粒子状物質を各別に連続的に捕集する捕集手段27と、
(d7)捕集手段27によってフィルタの異なる位置に捕集された浮遊粒子状物質の量FP,CPを、それぞれ連続して検出するβ線吸収方式の検出手段9,19と、
(e7)前記分級器2からの第2空気を、フィルタに透過させて吸引する第1吸引ポンプ6と、
(f7)前記分級器2からの第1空気を、フィルタに透過させて吸引する第2吸引ポンプ16と、
(g7)フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第2空気の流量を検出する第1流量センサ4と、
(h7)フィルタよりも下流で、フィルタを透過した第1空気の流量を検出する第2流量センサ14と、
(i7)第1吸引ポンプ6に外気を吸引させる第1流量調整器8と、
(j7)第2吸引ポンプ16に外気を吸引させる第2流量調整器18と、
(k7)演算記録手段13,32であって、
第1流量センサ4の出力が予め定められた第1流量になるように第1流量調整器8を制御し、
第2流量センサ14の出力が予め定められた第2流量になるように第2流量調整器18を制御し、
検出手段9,19によって検出された質量FP,CPの結果から、大気中の全浮遊粒子状物質の量TPSと、第1の空気からフィルタによって捕集した浮遊粒子状物質の質量FPとを演算して自動的に記録する演算記録手段13,32とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質の連続測定装置。
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