浮遊粒子状物質の測定装置および浮遊粒子状物質保存装置
【課題】浮遊粒子状物質の重量測定に供する空気を除湿する際、浮遊粒子状物質における水分以外の揮発成分の揮発を抑えることができる浮遊粒子状物質測定装置を提供する。
【解決手段】粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち微小粒子を捕集して、捕集した微小粒子の質量を測定する装置であって、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気から粗大粒子を除去して、微小粒子を含む微小粒子含有空気を得る分級手段と、微小粒子含有空気に、浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気を混合器で混ぜ合わせて混合空気を生成することにより、混合空気中の微小粒子を非加熱で除湿する乾燥手段と、混合空気を第１のフィルタに導いて、微小粒子を第１のフィルタ上に捕集する捕集手段と、第１のフィルタ上に捕集された微小粒子の重量を測定する重量測定手段とを備える。
【解決手段】粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち微小粒子を捕集して、捕集した微小粒子の質量を測定する装置であって、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気から粗大粒子を除去して、微小粒子を含む微小粒子含有空気を得る分級手段と、微小粒子含有空気に、浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気を混合器で混ぜ合わせて混合空気を生成することにより、混合空気中の微小粒子を非加熱で除湿する乾燥手段と、混合空気を第１のフィルタに導いて、微小粒子を第１のフィルタ上に捕集する捕集手段と、第１のフィルタ上に捕集された微小粒子の重量を測定する重量測定手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊粒子状物質の測定装置に関し、より詳しくは、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微小浮遊粒子状物質の連続測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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以下の浮遊粒子状物質は、人が呼吸するに際し、気道で濾過されずに、吸引され、肺に沈降することから、特に人に対する毒性が高い。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重量を測定する装置が市販されている。なお、本明細書では、浮遊粒子状物質と記載するものは粒径１０μｍ以下の粒子状物質とは限らずに、大気中に浮遊する粒子状物質とする。
【０００３】
大気中の浮遊粒子状物質には、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが存在する。
【０００４】
ＣＰは、海塩粒子や土壌に由来する砂塵など自然に生じるものを含んでいる。これに対し、ＦＰは工場等から排出されるばいじんやディーゼル車等の発生源から直接大気に放出される一次生成粒子と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等のガス状物質が大気中で粒子状物質に変化する二次生成粒子がある。最近、都市部における大気中の浮遊粒子状物質の粒径についての人体に及ぼす疫学調査の結果、ＦＰは低濃度においても、心血管疾患、肺がん、喘息などの疾患に影響すると考えられ、ＦＰの重量濃度の増加が死亡率を増加させていると考えられている。
【０００５】
特許文献１には、一定の大気中に含まれる浮遊粒子状物質の重量を連続的に測定する装置が記載されている。この装置は、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気に含まれる浮遊粒子状物質をフィルタ上に捕集し、捕集した浮遊粒子状物質をβ線吸収法で重量測定する。浮遊粒子状物質の測定は、従来から、秤量器を用いた人手による分析（手分析）が行われている。この手分析では、フィルタ上に採取した浮遊粒子状物質を秤量前に所定の湿度（５０％）でコンディショニングする。そこで、特許文献１の測定装置では、従来の手分析に測定条件を近づけるために、重量測定ユニットに送り込まれる試料空気を、送り込む前の段階でヒータユニットにより加熱することにより、浮遊粒子状物質の周りの空気の相対湿度を低下させ、測定に供する試料空気の湿度を手分析の条件と一致させるようにしている。
【０００６】
ちなみに、米国では、浮遊粒子状物質の標準測定方法（Federal Register Vol.62, No.138／Appendix L：略称ＦＲＭ法）が制定されており、非常に多くの実験データが蓄積され、特に疫学用データとして有用性が高いものとなっている。
【０００７】
ＦＲＭ法による測定では、大気採取装置により、分級装置で分級して、ＦＰを１日に一回程度、一定流量でフィルタ上に粒子状物質を採取し、その後人手により、フィルタを実験室に持ち帰り、制御設定温度１５〜３０°Ｃ（各制御設定温度における誤差範囲は±５°Ｃ）、制御設定相対湿度２０％〜４５％（各制御設定相対湿度における誤差範囲は±５％）、より好ましくは３０〜４０％、さらに好ましくは３５％に保持された恒温、恒湿条件下で２４時間程度のコンディショニングを行ったのち、精密天秤による重量濃度の測定が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１４７４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術には以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に記載の装置は、重量測定に供する試料空気をヒータユニットにより加熱乾燥させているので、浮遊粒子状物質を加熱してしまい、浮遊粒子状物質に含まれる揮発成分（水分の他、それ以外のアンモニア等の揮発成分）が揮発してしまい、当該装置による測定結果と手分析による測定結果が大きくずれてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、そのような実情に鑑みてなされたもので、浮遊粒子状物質の重量測定に供する試料空気を除湿する際、浮遊粒子状物質自身を加熱せずに乾燥させ、水分以外の揮発成分の揮発を抑える（平衡をずらさない）ことができる浮遊粒子状物質の測定装置およびこの測定装置に用いられる浮遊粒子状物質保存装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、
粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が上記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち上記微小粒子を捕集して、捕集した上記微小粒子の質量を測定する装置であって、
上記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気から上記粗大粒子を除去して、上記微小粒子を含む微小粒子含有空気を得る分級手段と、
上記微小粒子含有空気に、上記浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気を混合器で混ぜ合わせて混合空気を生成することにより、上記混合空気中の上記微小粒子を非加熱で除湿する乾燥手段と、
上記混合空気を第１のフィルタに導いて、上記微小粒子を当該第１のフィルタ上に捕集する捕集手段と、
上記第１のフィルタ上に捕集された上記微小粒子の重量を測定する重量測定手段と、を備えた浮遊粒子状物質測定装置である。
【００１２】
第１の発明によれば、微小粒子含有空気に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気を混ぜ合わせて混合空気を生成する。よって、浮遊粒子状物質の周りの空気の湿度を調節した空気（除湿空気）により、浮遊粒子状物質を加熱することなく、浮遊粒子状物質を調湿する。従って、微小粒子における水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分が揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
上記混合空気の湿度を所定範囲内に制御する湿度制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明によれば、混合空気の湿度を所定範囲内に制御することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記混合器に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段を含み、
上記大気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、上記混合空気の湿度を上記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明によれば、混合器に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力に基づいて、混合空気の湿度を正確に制御することができる。
【００１７】
第４の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記分級手段に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段と、
上記混合空気の湿度が上記所定範囲内になるように、上記大気測定手段で測定された湿度および温度に基づいて、上記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる上記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１８】
第４の発明によれば、分級手段に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力に基づいて、混合空気の湿度を正確に制御することができる。
【００１９】
第５の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記微小粒子が上記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の上記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する除湿空気状態測定手段を含み、
上記除湿空気状態測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、上記混合空気の湿度を上記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする。
【００２０】
第５の発明によれば、微小粒子がフィルタ上に捕集される直前或いは直後の混合空気の湿度および温度を測定するので、重量測定の直前或いは直後における混合空気の湿度および温度を測定することができる。よって、混合空気の湿度をより正確に制御することができる。
【００２１】
第６の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記微小粒子が上記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の上記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する除湿空気状態測定手段と、
上記混合空気の湿度が上記所定範囲内になるように、上記混合空気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、上記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる上記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
第６の発明によれば、微小粒子がフィルタ上に捕集される直前或いは直後の混合空気の湿度および温度を測定するので、重量測定の直前或いは直後における混合空気の湿度および温度を測定することができる。よって、混合空気の湿度をより正確に制御することができる。
【００２３】
第７の発明は、第１の発明において、
上記微小粒子が上記第１のフィルタ上に捕集された後の上記混合空気に対してさらなる除湿を行う第２の乾燥手段とをさらに備え、
上記乾燥空気は、上記微小粒子が上記フィルタ上に捕集された後の上記混合空気に対して上記第２の乾燥手段による処理がなされた後の空気であることを特徴とする。
【００２４】
第７の発明によれば、微小粒子が捕集された後の混合空気を乾燥空気に変えて再利用することができる。
【００２５】
第８の発明は、第１の発明において、
上記重量測定手段は、β線吸収法の重量測定手段であることを特徴とする。
【００２６】
第８の発明によれば、任意の時間毎に連続的に微小粒子の重量測定をすることができる。重量測定を行う時間間隔は特に限定されないが、例えば１秒、或いは１分に設定することができる。
【００２７】
第９の発明は、第１の発明において、
上記第１のフィルタはテープ状フィルタであり、
上記浮遊粒子状物質測定装置は、
上記第１のフィルタを所定のタイミングでその長さ方向に送るテープ送り機構をさらに備え、
上記テープ送り機構は、
未使用の上記第１のフィルタを供給する第１の送りリールと、
使用済みの上記第１のフィルタをロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする。
【００２８】
第９の発明によれば、テープ状である第１のフィルタを所定のタイミングで長さ方向に送り、微小粒子を第１のフィルタ上に連続的に捕集することができる。
【００２９】
第１０の発明は、第９の発明において、
上記第１のフィルタにおける上記微小粒子が捕集された面に密着するようにカバーテープを供給する第２の送りリールをさらに備え、
上記巻き取りリールは、上記第１のフィルタと上記カバーテープが上記微小粒子を挟み込んだ状態で上記第１のフィルタと上記カバーテープを一緒に巻き取ることを特徴とする。
【００３０】
第１０の発明によれば、テープ状フィルタとカバーテープの間に微小粒子を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタとカバーテープを巻き取ることができる。これにより、テープ状フィルタ上に捕集した微小粒子を保存することができる。
【００３１】
第１１の発明は、第１の発明において、
上記捕集手段は、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法と同じ時間帯に上記微小粒子を捕集することを特徴とする。
【００３２】
第１１の発明によれば、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法と同じ時間帯に微小粒子を捕集するので、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法に近い条件で重量測定を行うことができる。
【００３３】
第１２の発明は、
捕集した浮遊粒子状物質を保存する浮遊粒子状物質保存装置であって、
上記浮遊粒子状物質を捕集するテープ状フィルタと、
上記テープ状フィルタに捕集された上記浮遊粒子状物質を保護するカバーテープと、
上記テープ状フィルタおよび上記カバーテープをそれぞれ長さ方向に送るテープ送り機構とを備え、
上記テープ送り機構は、
未使用の上記テープ状フィルタを供給する第１の送りリールと、
上記テープ状フィルタにおける上記浮遊粒子状物質が捕集された面に密着するように上記カバーテープを供給する第２の送りリールと、
使用済みの上記テープ状フィルタと上記カバーテープが上記浮遊粒子状物質を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタと当該カバーテープを一緒にロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質保存装置である。
【００３４】
第１２の発明によれば、テープ状フィルタとカバーテープの間に浮遊粒子状物質を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタとカバーテープを巻き取ることができる。これにより、テープ状フィルタ上に捕集した浮遊粒子状物質を保存することができる。浮遊粒子状物質は、微小粒子、粗大粒子、またはその双方のいずれであってもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、浮遊粒子状物質の重量測定に供する空気を除湿する際、浮遊粒子状物質における水分以外の揮発成分の揮発を抑える（平衡をずらさない）ことができる浮遊粒子状物質の測定装置およびこの測定装置に用いられる浮遊粒子状物質保存装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図２】混合器の一例を示す断面図
【図３】図１に示す測定装置の動作を示すフローチャート
【図４】第２実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図５】第３実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図６】第４実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図７】第５実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図８】図７に示す測定装置の動作を示すフローチャート
【図９】第７実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図１０】フィルタに捕集された粒子状物質の重量の変化を示す図
【図１１】粒子状物質の重量測定時の湿度の変化を示す図
【図１２】外気の湿度とフィルタ付近の湿度を絶対湿度としてプロットした図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。
【００３８】
第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１は、粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が上記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち上記微小粒子を捕集し、捕集した微小粒子の質量を測定する装置である。微小粒子と粗大粒子の境界となる上記所定値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。
【００３９】
浮遊粒子状物質測定装置１（以下、測定装置１と称することがある）は、分級手段２と、乾燥手段３と、捕集手段４と、重量測定手段５と、湿度制御手段１１とを備えている。
【００４０】
分級手段２は、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気６中の浮遊粒子状物質を、分級比（質量基準）が５０％となるような粒子の空気力学的粒径を閾値として、粒径が当該閾値以下の微小粒子と、粒径が当該閾値を超える粗大粒子とに分級する。上記閾値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。分級手段２の種類は特に限定されるものではないが、例えば、インパクタ或いはサイクロンを分級手段として採用した場合、粗大粒子はその多くが慣性衝突によって試料大気から除去され、これにより、粗大粒子の多くが除去された微小粒子含有空気７を得る。また、バーチャルインパタを採用した場合には、分級手段２は、上記閾値を超える粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む粗大粒子含有空気と、上記閾値以下の粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む微小粒子含有空気７とに分ける。これによって、分級手段２は、サンプルインレット２７で吸引される空気に含まれる浮遊粒子状物質を分級することができる。分級手段２における吸引力は、捕集手段４よりも下流側に設けられた試料捕集用吸引ポンプ２５で発生させる。
【００４１】
乾燥手段３は、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気８を混合器４５で混ぜ合わせて混合空気９を生成することにより、混合空気９中の微小粒子を非加熱で除湿する。乾燥手段３は、図１に示される例では、第２のフィルタ１４と、ドライヤ用吸引ポンプ１５と、ドライヤ１６と、混合器１７とを含んでいる。微小粒子含有空気７に乾燥空気８を混ぜ合わせることにより、混合空気９の湿度は微小粒子含有空気７の湿度よりも低くなり、除湿が行われる。ドライヤ１６の種類は、非加熱方式のドライヤであれば特に限定されるものではないが、例えば、筒状容器（カラム）内にシリカゲル等の除湿材を封入した構造とすることができる。また、モリキュラーシーブスを２つのカラムに充填させ、一方のカラムで空気乾燥を行い、他方のカラムでモリキュラーシーブスの乾燥再生を行い、バルブの制御により、空気乾燥を行うカラムを交互に切替えながら連続的に空気乾燥（除湿）を行うヒートレスドライヤと呼ばれる自己再生式の除湿器を採用することもできる。
【００４２】
第２のフィルタ１４は、実質的に全ての浮遊粒子状物質を除去するフィルタである。ドライヤ用吸引ポンプ１５は、大気を第２のフィルタ１４に送り込み、第２のフィルタ１４から出た清浄空気をドライヤ１６に送り込み、ドライヤ１６から出た乾燥空気８を混合器１７に送り込む動力源である。混合器１７は、微小粒子含有空気７と乾燥空気８を混合させる。混合器１７の構造は特に限定されないが、例えばＴ字管であってもよい。或いは、混合器１７は、図２に示されるものであってもよい。図２は、混合器１７の一例を示す断面図である。図２に示される混合器１７は、逆円錐状部４５と、逆円錐状部４５の大径側に連なる円筒状部４６とを含む。円筒状部４６の側面には、乾燥空気８を導入する管路４７が接続されている。混合器１７の中心軸上において円筒状部４６と逆円錐状部４５の境界付近には、試料大気７を導入する管路４６の一端側開口部が位置している。逆円錐状部４５の小径側には、混合空気９を捕集手段４に導く管路４９が接続されている。管路４７から導入された乾燥空気８と、管路４８から導入された試料大気７は、逆円錐状部４５内で均一に混合される。混合空気９は、管路４９を経て捕集手段４へ導かれる。
【００４３】
捕集手段４は、混合空気９を第１のフィルタ１０に導いて、微小粒子を第１のフィルタ１０上に捕集する。図１に示される例では、第１のフィルタ１０はテープ状フィルタである。第１のフィルタ１０は、捕集した微小粒子の質量分析に影響を与えない素材で構成されることが好ましく、例えば、テープ状のフッ素系メンブランフィルタで構成される。捕集手段４は、第１のフィルタ１０と、第１のフィルタ１０を所定のタイミングでその長さ方向に送るテープ送り機構１８とを含む。第１のフィルタ１０を送るタイミングは特に限定されないが、例えば、１分置き、或いは１時間置きとすることができる。
テープ送り機構１８は、未使用の第１のフィルタ１０を供給する第１の送りリール１９と、使用済みの第１のフィルタ１０をロール状に巻回して収容する巻き取りリール２０とを含む。
捕集手段４は、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法（手分析法）と同じ時間帯に微小粒子を捕集することが好ましい。
【００４４】
重量測定手段５は、第１のフィルタ１０上に捕集された微小粒子の重量を測定する。重量測定手段の種類は特に限定されるものではないが、例えば、従来公知のβ線吸収法を採用することができる。
【００４５】
第１のフィルタ１０の捕集位置には、β線源から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、ＣＰＵ２８に入力される。
【００４６】
β線検出器(シンチレーションカウンタ)の検出結果と、第１のフィルタ１０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（−μΧ） (Χ：カイ) ・・・（式１）
【００４７】
ここにＩjは、ある瞬間に微小粒子を捕集した第１のフィルタ１０を透過したβ線量であり、Ｉj-1はその１分前の同じ量である。μは比例定数であり、Χはフィルタの単位面積当たりの捕集した微小粒子の量（ｍｇ／ｃｍ2）である。μはβ線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１を変形して、式２を得る。
Χ＝−ｌｎ（Ｉj／Ｉj-1）／μ ・・・（式２）
【００４８】
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微小粒子の量が計算でき、これに捕集位置の面積を掛ければ、１分間に捕集された微小粒子の量（ｍｇ／ｍｉｎ）が算出できる。さらに、算出した微小粒子の量（ｍｇ／ｍｉｎ）を吸引流量（ｍ3/ｍｉｎ）で割れば、大気中の微小粒子の質量濃度（ｍｇ/ｍ3）を求めることができる。
【００４９】
このように、β線吸収法によって微小粒子の質量を測定することができる。
【００５０】
湿度制御手段１１は、混合空気９の湿度を所定範囲内に制御する。ここで言う「所定範囲」は、特に限定されるものではないが、例えば、ＦＲＭ法によるコンディショニングで設定される値であり、相対湿度２０％〜４５％、より好ましくは３０〜４０％、さらに好ましくは３５％である。図１に示される例では、湿度制御手段１１は、大気測定手段１２と、混合空気測定手段２９と、流量制御手段１３とを含む。
【００５１】
大気測定手段１２は、分級手段２に吸引される前の大気の相対湿度、温度、および圧力を測定する。つまり、測定装置１の外部における大気の相対湿度、温度、および圧力（気圧）を測定する。
【００５２】
混合空気測定手段２９は、混合空気９の温度および圧力を測定する。
【００５３】
流量制御手段１３は、混合空気９の湿度が上記所定範囲内になるように、大気測定手段１２で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、微小粒子含有空気７に混ぜ合わせる乾燥空気８の量をフィードバック制御する。図１に示される例では、流量制御手段１３は、ＣＰＵ２８と、流量センサ２１と、電磁弁２２と、流量センサ２３と、電磁弁２４とを含む。流量センサ２１は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を測定する。電磁弁２２は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を調節する。流量センサ２３は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後の混合空気９の流量を測定する。電磁弁２４は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後の混合空気９の流量を調節する。混合空気９は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後、第３のフィルタ２６を経由して大気中に排出される。第３のフィルタ２６は、混合空気９に含まれる実質的に全ての浮遊粒子状物質を除去する。
【００５４】
次に、測定装置１の動作について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。図３は、測定装置１に取り込んだ空気の流れと、信号の流れを示す図である。実線の矢印は空気の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示している。
【００５５】
まず、サンプルインレット２７から試料大気が吸引される（ステップＳ１）。次いで、分級手段２は、吸引した試料大気を、微小粒子含有空気７と粗大粒子含有空気（図示せず）とに分級する（ステップＳ２）。次いで、混合器１７は、微小粒子含有空気７に乾燥空気８を混合し、混合空気９を生成する（ステップＳ３、４）。次いで、捕集手段４は、第１のフィルタ１０上に微小粒子を捕集する（ステップＳ５）。次いで、重量測定手段５は、β線吸収法により微小粒子の重量を測定する（ステップＳ６）。次いで、重量の測定を終えた混合空気９は、混合空気測定手段２９により、温度および圧力が測定される（ステップＳ７）。次いで、重量の測定を終えた混合空気９は、第３のフィルタ２６で残余の浮遊粒子状物質が除去される（ステップＳ８）。次いで、全ての浮遊粒子状物質が除去された混合空気９は、電磁弁２４により流量が制御され、その流量は流量センサ２３に検知される（ステップＳ９）。次いで、流量が検知された混合空気９は、吸引ポンプ２５を介して測定装置１の外に排出される（ステップＳ１０）。
【００５６】
乾燥空気８の生成過程について説明する。まず、ドライヤ用吸引ポンプ１５が大気を吸入する（ステップＳ１１）。次いで、吸引された空気は第２のフィルタ１４で全ての浮遊粒子状物質が除去され、清浄な空気となる（ステップＳ１２）。大気測定手段１２は、大気の相対湿度、温度および圧力を測定する（ステップＳ１３）。ＣＰＵ２８は、ステップＳ７で測定された温度および圧力、並びに、ステップＳ１３で測定された相対湿度、温度、および圧力に基づいて所定の演算を行い、制御信号を生成する（ステップＳ１４）。上記ステップＳ１２の後、清浄な空気は電磁弁２２で流量が制御され、流量は流量センサ２１で検知される（ステップＳ１５）。電磁弁２２の開度の制御は、ステップＳ１４で生成された制御信号に基づいて行われる。次いで、電磁弁２２で流量が制御された清浄空気は、ドライヤ１６で、加熱されることなく水分が除去されて乾燥空気となる（ステップＳ１６）。次いで、乾燥空気は、上記ステップＳ３で述べたように、微小粒子含有空気７と混合される。
【００５７】
ここで、ステップＳ１５においてＣＰＵ２８が行う演算について説明する。
試料大気６、乾燥空気８、混合後の空気（制御開始時）、混合後の空気（制御後）について、それぞれの質量流量Ｖ、水分の絶対濃度ｃ、相対湿度ｒｈ、温度ｔ、絶対圧力ｐを表す文字を、以下の表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
図１に示される測定装置１では、ＣＰＵ２８が測定装置１の外部における大気の湿度、温度、および圧力、並びに、混合空気９の温度および圧力に基づいて混合空気９の相対湿度を計算し、混合空気９の湿度制御を行う。ＣＰＵ２８の指示の下、試料大気の流量ｖ１が固定され、乾燥空気８の流量ｖ２が調節されることで、混合空気９の相対湿度は所定値に制御される。そのことを以下に説明する。
【００６０】
試料大気６における水分の絶対濃度は以下の式３で表される。
ｃ１＝ｆ１（ｒｈ１，ｔ１，ｐ１） ・・・（式３）
混合空気９（制御開始時）の質量流量は以下の式４で表される。
ｖ３＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（式４）
混合空気９（制御開始時）における水分の絶対濃度は以下の式５で表される。
ｃ３＝（ｃ１×ｖ１＋ｃ２×ｖ２）／ｖ３ ・・・（式５）
乾燥空気８中の水分量が十分少ないとすれば、
ｃ１＞＞ｃ２で、ｃ１×ｖ１＞＞ｃ２×ｖ２となり、式３は以下の式６に変形することができる。
ｃ３＝（ｃ１×ｖ１）／（ｖ１＋ｖ２） ・・・（式６）
混合空気９（制御開始時）の相対湿度は以下の式７で表される。
ｒｈ３＝ｆ２（ｃ３，ｔ３，ｐ３） ・・・（式７）
式７に、式６で求めたｃ３、および測定したｔ３およびｐ３を代入することにより、混合空気９（制御開始時）の相対湿度ｒｈ３が求まる。よって、ｒｈ３が目的のｒｈ３’となるように流量ｖ２を調節すればよい。
以上が、測定装置１の動作である。
【００６１】
以上説明したように、測定装置１によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、加熱手段を用いることなく、湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子を加熱することなく除湿することができる。これにより、微小粒子に含まれる揮発成分（水分以外のアンモニア等の揮発成分）の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図４は、第２実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置３０では、第１実施形態における大気測定手段１２および混合空気測定手段２９に代えて、それぞれ、大気測定手段３１および混合空気測定手段３２が設けられている。また、第２実施形態では、ＣＰＵ２８で行われる演算が、第１実施形態とは異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００６４】
大気測定手段３１は、分級手段２に吸引される前の大気の温度および圧力を測定する。つまり、測定装置１の外部における大気の温度および圧力を測定し、湿度は測定しない。
【００６５】
混合空気測定手段２９は、混合空気９の相対湿度、温度、および圧力を測定する。
【００６６】
第２実施形態で行われるＣＰＵ２８の演算について、以下に説明する。
【００６７】
図４に示される測定装置３０では、ＣＰＵ２８が測定装置３０の外部における大気の温度および圧力、並びに、混合空気９の相対湿度、温度および圧力に基づいて混合空気９の相対湿度を計算し、混合空気９の湿度制御を行う。ＣＰＵ２８の指示の下、試料大気の流量ｖ１が固定され、乾燥空気８の流量ｖ２が調節されることで、混合空気９の相対湿度は所定値に制御される。そのことを以下に説明する。
【００６８】
混合空気９（制御開始時）の質量流量は以下の式８で表される。
ｖ３＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（式８）
混合空気９（制御開始時）における水分の絶対濃度は以下の式９で表される。
ｃ３＝（ｃ１×ｖ１＋ｃ２×ｖ２）／ｖ３ ・・・（式９）
乾燥空気８中の水分量が十分少ないとすれば、
ｃ１＞＞ｃ２で、ｃ１×ｖ１＞＞ｃ２×ｖ２となり、式９は以下の式１０に変形することができる。
ｃ１＝ｃ３×（ｖ１＋ｃ２）／ｖ１ ・・・（式１０）
試料大気の相対湿度は以下の式１１で表される。
ｒｈ１＝ｆ２（ｃ１，ｔ１，ｐ１） ・・・（式１１）
式１１に、式１０で求めたｃ１、および測定したｔ１およびｐ１を代入することにより、試料大気６の相対湿度ｒｈ１が求まる。
相対湿度ｒｈ１、並びに、測定したｔ３およびｐ３を上記した式３に代入することにより、ｃ１が求まる。その後、第１実施形態と同様に、式４〜７を用いて計算を行うことにより、相対湿度ｒｈ３が求まる。よって、ｒｈ３が目的のｒｈ３’となるように流量ｖ２を調節すればよい。
【００６９】
測定装置３０によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、加熱手段を用いることなく、湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子を加熱することなく除湿することができる。これにより、微小粒子に含まれる水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００７０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図５は、第３実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置３３では、第１実施形態における混合空気測定手段２９に代えて、混合空気測定手段３２が設けられている。また、第３実施形態では、ＣＰＵ２８で行われる演算が、第１実施形態とは異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００７２】
混合空気測定手段３２は、混合空気９の相対湿度、温度、および圧力を測定する。
【００７３】
第３実施形態で行われるＣＰＵ２８の演算について、以下に説明する。
【００７４】
図５に示される測定装置３３では、ＣＰＵ２８が測定装置３３の外部における大気の相対湿度、温度および圧力、並びに、混合空気９の相対湿度、温度および圧力に基づいて、乾燥空気８における水分の絶対濃度を計算し、乾燥空気８の流量を調節して、混合空気９の湿度制御を行う。ＣＰＵ２８の指示の下、試料大気の流量ｖ１が固定され、乾燥空気８の流量ｖ２が調節されることで、混合空気９の相対湿度は所定値に制御される。そのことを以下に説明する。
【００７５】
試料大気６における水分の絶対濃度は以下の式１２で表される。
ｃ１＝ｆ１（ｒｈ１，ｔ１，ｐ１） ・・・（式１２）
混合空気９（制御開始時）における水分の絶対濃度は以下の式１３で表される。
ｃ３＝ｆ１（ｒｈ３，ｔ３，ｐ３）
＝（ｃ１×ｖ１＋ｃ２×ｖ２）／ｖ３ ・・・（式１３）
混合空気９（制御開始時）の質量流量は以下の式１４（式４と同じ）で表される。
ｖ３＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（式１４）
混合空気９（制御開始時）の相対湿度は以下の式１５（式６と同じ）で表される。
ｒｈ３＝ｆ２（ｃ３，ｔ３，ｐ３） ・・・（式１５）
式１１を変形してｃ２について求めると、式１６となる。
ｃ２＝（ｃ３×ｖ３−ｃ１×ｖ１）／ｖ２ ・・・（式１６）
式１５のｃ３に式１３を代入し、ｒｈ３が目的のｒｈ３’となるようなｃ２およびｖ２を求め、そのｖ２の値に乾燥空気８の流量を調節すればよい。
【００７６】
測定装置３３によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、加熱手段を用いることなく、湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子を加熱することなく除湿することができる。これにより、微小粒子に含まれる水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図６は、第４実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第３実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
第４実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置３９が第３実施形態と異なる点は、第３実施形態のように重量測定を終えた混合空気９を外部に排気するのではなく、重量測定を終えた混合空気９に再度乾燥処理を施してから混合器１７に戻すようにした点である。詳細を以下に説明する。
【００７９】
第４実施形態では、図６に示されるように、第２のフィルタ３４と、第２の乾燥手段３５と、流量制御手段３６とを備えている。
【００８０】
第２のフィルタ３４は、微小粒子が第１のフィルタ１０上に捕集された後の混合空気９に対して浮遊粒子状物質のさらなる除去を行う。
【００８１】
第２の乾燥手段３５は、微小粒子が第１のフィルタ１０上に捕集された後の混合空気９に対してさらなる除湿を行う。
【００８２】
流量制御手段３６は、混合空気９の湿度が上記所定範囲内になるように、大気測定手段１２で測定された湿度、温度、および圧力、並びに、混合空気測定手段２９で測定された混合空気９の湿度、温度、および圧力に基づいて、微小粒子含有空気７に混ぜ合わせる乾燥空気８の量をフィードバック制御する。図６に示される例では、流量制御手段３６は、ＣＰＵ２８と、流量センサ３８と、電磁弁３７と、流量センサ２３と、電磁弁２４とを含む。流量センサ３８は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を測定する。電磁弁３７は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を調節する。混合空気９の一部は、フィルタ処理と乾燥処理を経た後に混合器１７に戻され、残りの空気は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後、第３のフィルタ２６を経由して大気中に排出される。
【００８３】
従って、混合器１７に供給される乾燥空気８は、微小粒子が第１のフィルタ１０上に捕集された後の混合空気９に対して第２のフィルタ３４および第２の乾燥手段３５による処理がなされた後の空気である。つまり、重量測定手段５を通過した混合空気９にフィルタ処理と乾燥処理（加熱しない乾燥処理）を施すことにより、混合空気を乾燥空気に変えて再利用する。
【００８４】
測定装置３９によれば、混合空気９を乾燥空気に変えて再利用するので、乾燥に用いられるエネルギーの無駄を省くことができる。
【００８５】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図７は、第５実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第４実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
第５実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置４０が第４実施形態と異なる点は、ドライヤ１６に代えてドライヤ４１が設けられている点と、流量センサ２３がドライヤ４１に接続され、試料捕集用吸引ポンプ２５がドライヤ４１に接続されている点であり、その他の構成は第４実施形態と同様である。重量測定を終えた混合空気９は、ドライヤ４１で再度乾燥処理を施してから混合器１７に戻すようにしている。以下、詳細に説明する。
【００８７】
ドライヤ４１は、内筒体と外筒体とを含む２重筒構造体である。内筒体の一端部はドライヤ用吸引ポンプ１５に接続され、他端部は混合器１７に接続されている。内筒体は、半透膜除湿材で構成されている。このため、内筒体は、その内側の気圧が外側の気圧よりも高い場合、内側を流れる空気の水分を吸収し、吸収した水分を外側へ放出する。半透膜除湿材の種類は特に限定されないが、例えば、パーマピュア社製のナフィオン（登録商標）・チューブを使用することができる。ナフィオン（登録商標）・チューブは、テトラ・フロオロエチレンとパーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテン−サルフォニック酸の重合体で構成されている。外筒体の一端部の側面には、流量センサ２３が接続され、他端部の側面には、試料捕集用吸引ポンプ２５が接続されている。このような構造とすることにより、内筒体内を流れる相対的に高い圧力の空気から水分が吸収され、その水分は試料捕集用吸引ポンプ２５から排出される。よって、ドライヤ４１は混合空気９から、さらに水分が除去された乾燥空気８を生成することができる。
【００８８】
次に、測定装置４０の動作について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。図８は、測定装置４０に取り込んだ空気の流れと、信号の流れを示す図である。実線の矢印は空気の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示している。
【００８９】
まず、サンプルインレット２７から試料大気が吸引される（ステップＳ１）。次いで、分級手段２は、吸引した試料大気を、微小粒子含有空気７と粗大粒子含有空気（図示せず）とに分級する（ステップＳ２）。次いで、混合器１７は、微小粒子含有空気７に乾燥空気８を混合し、混合空気９を生成する（ステップＳ３、４）。次いで、捕集手段４は、第１のフィルタ１０上に微小粒子を捕集する（ステップＳ５）。次いで、重量測定手段５は、β線吸収法により微小粒子の重量を測定する（ステップＳ６）。次いで、重量の測定を終えた混合空気９は、混合空気測定手段２９により、温度および圧力が測定される（ステップＳ７）。ＣＰＵ２８は、ステップＳ７で測定された温度および圧力、並びに、ステップＳ８で測定された相対湿度、温度、および圧力に基づいて所定の演算を行い、制御信号を生成する（ステップＳ９）。ステップＳ７で温度等の測定を終えた混合空気９は分岐され、一方の空気は第２のフィルタ３４へ導かれ、他方の空気は第３のフィルタ２６に導かれる（ステップＳ１０）。第２のフィルタ３４に導かれた混合空気９は、第２のフィルタ３４で全ての浮遊粒子状物質が除去され、清浄な空気となる（ステップＳ１１）。次いで、清浄な空気は、電磁弁２２で流量が制御され、流量は流量センサ２１で検知される（ステップＳ１２）。清浄な空気はドライヤポンプ１５で吸引され（ステップＳ１３）、ドライヤ４１の内筒体内に導かれる（ステップＳ１４）。ステップＳ１０で第３のフィルタ２６に導かれた混合空気９は、第３のフィルタ２６で全ての浮遊粒子状物質が除去され、清浄な空気となる（ステップＳ１５）。次いで、清浄な空気は、電磁弁２４で流量が制御され、流量は流量センサ２３で検知される（ステップＳ１６）。清浄な空気は、ドライヤ４１の外筒体と内筒体の間に導かれる（ステップＳ１７）。外筒体と内筒体の間に導かれた清浄な空気は、試料捕集用吸引ポンプ２５で吸引され、外部に排出される（ステップＳ１６）。ステップＳ１４、１７において、内筒体内を流れる清浄な空気は、加熱されることなく除湿されて乾燥空気となる。乾燥空気は、上記ステップＳ３で微小粒子含有空気７と混合される。
以上が、測定装置４０の動作である。
【００９０】
測定装置４０によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、浮遊粒子状物質を加熱することなく、浮遊粒子状物質の周りの空気の湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子における水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００９１】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図９は、第６実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第５実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
第６実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置４２が第５実施形態と異なる点は、第１のフィルタ１０上に捕集された微小粒子を保存できるようにした点である。
【００９３】
測定装置４２は、第２の送りリール４３を備えている。第２の送りリール４３は、第１のフィルタ１０における微小粒子が捕集された面に密着するようにカバーテープ４４を供給する。
【００９４】
巻き取りリール２０は、第１のフィルタ１０とカバーテープ４４が微小粒子を挟み込んだ状態で第１のフィルタ１０とカバーテープ４４を一緒に巻き取る。第１のフィルタ１０とカバーテープ４４は、例えば同じ帯幅に形成される。カバーテープ４４の種類は特に限定されないが、微小粒子の成分に変動を与えにくい素材で形成される。
【００９５】
測定装置４２によれば、第１のフィルタ１０とカバーテープ４４が微小粒子を挟み込んだ状態で第１のフィルタ１０とカバーテープ４４を一緒に巻き取ることにより、重量測定後の微小粒子を保存することができる。保存された微小粒子は、組成分析等に供されることができる。
【００９６】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、上記各式を用いた計算により、目的とする相対湿度の混合空気９を得るようにしているが、乾燥空気８の流量ｖ２を試行錯誤的に変化させ、混合空気９の相対湿度が目的とする相対湿度に収束するようにしてもよい。
【００９７】
次に、本発明の効果について、図１０〜１２を参照しつつ説明する。
図１０〜１２は、昼の１２時から次の日の１１時まで大気中の浮遊粒子状物質を測定した時の時系列データを示す図である。
【００９８】
図１０は、フィルタに捕集された粒子状物質の重量の変化を示したものである。本発明に係る湿度制御機能付きの装置で測定を行うと同時に、湿度制御機能のない装置でも並行して比較計測を行った。さらに、サンプラを用いて従来行われてきたの手分析法による測定値と比較した。
【００９９】
図１０を見ると、湿度制御機能付きの装置（Ａ）が最終的に手分析法による重量値（●印）に近く、重量変動も小さいことがわかる。これに対して、湿度制御を行わなかった装置（Ｂ）は、変動が大きく、特に夜間に重量が増大し、明け方から昼にかけて重量がほとんど変化しない傾向が顕見られた。これは、気温が低下して湿度が高くなる夜間に、フィルタに捕集された粒子状物質が大気中の水分を吸収し、逆に、気温が上昇して湿度が低下する昼には、夜間に蓄積した水分を放出するため、重量が大きく変動するものと考えられる。測定時の湿度の変化（図１１参照）を見ても、そのことがよく分かる。
【０１００】
図１２は、外気の湿度とフィルタ付近の湿度を絶対湿度としてプロットしたものであるが、湿度制御により、乾燥空気を混ぜることで湿度が低く保たれていることが分かる。
【０１０１】
以上より、湿度制御を行い、湿度を低く保ちながら測定することで、試料大気の湿度の影響を抑えながら影響粒子状物質を連続的に測定することが、従来の手分析法に代わる自動測定器を開発する上で有効な手段であると考えられる。
【０１０２】
また、本発明に係る測定装置は、大気試料を加熱することなく湿度制御を行うため、水以外の揮発性成分を過度に損失することなく測定ができる装置でもある。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、人の健康に影響の大きい微小浮遊粒子状物質の連続測定装置等として利用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１，３０，３３，３９，４０，４２ 浮遊粒子状物質測定装置
２ 分析手段
３ 乾燥手段
４ 捕集手段
５ 重量測定手段
６ 試料大気
７ 微小粒子含有空気
８ 乾燥空気
９ 混合空気
１０ 第１のフィルタ
１１ 湿度制御手段
１２，３１ 大気測定手段
１３，３６ 流量制御手段
１４，３４ 第２のフィルタ
１５ ドライヤ用吸引ポンプ
１６，４１ ドライヤ
１７ 混合器
１８ テープ送り機構
１９ 第１の送りリール
２０ 巻き取りリール
２１，２３，３８ 流量センサ
２２，２４，３７ 電磁弁
２５ 試料捕集用吸引ポンプ
２６ 第３のフィルタ
２７ サンプルインレット
２８ ＣＰＵ
２９，３２ 混合空気測定手段
３５ 第２の乾燥手段
４３ 第２の送りリール
４４ カバーテープ
４５ 逆円錐状部
４６ 円筒状部
４７，４８，４９ 管路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊粒子状物質の測定装置に関し、より詳しくは、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微小浮遊粒子状物質の連続測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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以下の浮遊粒子状物質は、人が呼吸するに際し、気道で濾過されずに、吸引され、肺に沈降することから、特に人に対する毒性が高い。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重量を測定する装置が市販されている。なお、本明細書では、浮遊粒子状物質と記載するものは粒径１０μｍ以下の粒子状物質とは限らずに、大気中に浮遊する粒子状物質とする。
【０００３】
大気中の浮遊粒子状物質には、粒径２．５μｍ程度を境として粗大粒子（coarse particle，以下ＣＰと略すことがある）と微小粒子（fine particle，以下ＦＰと略すことがある）とが存在する。
【０００４】
ＣＰは、海塩粒子や土壌に由来する砂塵など自然に生じるものを含んでいる。これに対し、ＦＰは工場等から排出されるばいじんやディーゼル車等の発生源から直接大気に放出される一次生成粒子と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等のガス状物質が大気中で粒子状物質に変化する二次生成粒子がある。最近、都市部における大気中の浮遊粒子状物質の粒径についての人体に及ぼす疫学調査の結果、ＦＰは低濃度においても、心血管疾患、肺がん、喘息などの疾患に影響すると考えられ、ＦＰの重量濃度の増加が死亡率を増加させていると考えられている。
【０００５】
特許文献１には、一定の大気中に含まれる浮遊粒子状物質の重量を連続的に測定する装置が記載されている。この装置は、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気に含まれる浮遊粒子状物質をフィルタ上に捕集し、捕集した浮遊粒子状物質をβ線吸収法で重量測定する。浮遊粒子状物質の測定は、従来から、秤量器を用いた人手による分析（手分析）が行われている。この手分析では、フィルタ上に採取した浮遊粒子状物質を秤量前に所定の湿度（５０％）でコンディショニングする。そこで、特許文献１の測定装置では、従来の手分析に測定条件を近づけるために、重量測定ユニットに送り込まれる試料空気を、送り込む前の段階でヒータユニットにより加熱することにより、浮遊粒子状物質の周りの空気の相対湿度を低下させ、測定に供する試料空気の湿度を手分析の条件と一致させるようにしている。
【０００６】
ちなみに、米国では、浮遊粒子状物質の標準測定方法（Federal Register Vol.62, No.138／Appendix L：略称ＦＲＭ法）が制定されており、非常に多くの実験データが蓄積され、特に疫学用データとして有用性が高いものとなっている。
【０００７】
ＦＲＭ法による測定では、大気採取装置により、分級装置で分級して、ＦＰを１日に一回程度、一定流量でフィルタ上に粒子状物質を採取し、その後人手により、フィルタを実験室に持ち帰り、制御設定温度１５〜３０°Ｃ（各制御設定温度における誤差範囲は±５°Ｃ）、制御設定相対湿度２０％〜４５％（各制御設定相対湿度における誤差範囲は±５％）、より好ましくは３０〜４０％、さらに好ましくは３５％に保持された恒温、恒湿条件下で２４時間程度のコンディショニングを行ったのち、精密天秤による重量濃度の測定が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１４７４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術には以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に記載の装置は、重量測定に供する試料空気をヒータユニットにより加熱乾燥させているので、浮遊粒子状物質を加熱してしまい、浮遊粒子状物質に含まれる揮発成分（水分の他、それ以外のアンモニア等の揮発成分）が揮発してしまい、当該装置による測定結果と手分析による測定結果が大きくずれてしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、そのような実情に鑑みてなされたもので、浮遊粒子状物質の重量測定に供する試料空気を除湿する際、浮遊粒子状物質自身を加熱せずに乾燥させ、水分以外の揮発成分の揮発を抑える（平衡をずらさない）ことができる浮遊粒子状物質の測定装置およびこの測定装置に用いられる浮遊粒子状物質保存装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、
粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が上記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち上記微小粒子を捕集して、捕集した上記微小粒子の質量を測定する装置であって、
上記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気から上記粗大粒子を除去して、上記微小粒子を含む微小粒子含有空気を得る分級手段と、
上記微小粒子含有空気に、上記浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気を混合器で混ぜ合わせて混合空気を生成することにより、上記混合空気中の上記微小粒子を非加熱で除湿する乾燥手段と、
上記混合空気を第１のフィルタに導いて、上記微小粒子を当該第１のフィルタ上に捕集する捕集手段と、
上記第１のフィルタ上に捕集された上記微小粒子の重量を測定する重量測定手段と、を備えた浮遊粒子状物質測定装置である。
【００１２】
第１の発明によれば、微小粒子含有空気に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気を混ぜ合わせて混合空気を生成する。よって、浮遊粒子状物質の周りの空気の湿度を調節した空気（除湿空気）により、浮遊粒子状物質を加熱することなく、浮遊粒子状物質を調湿する。従って、微小粒子における水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分が揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
上記混合空気の湿度を所定範囲内に制御する湿度制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
第２の発明によれば、混合空気の湿度を所定範囲内に制御することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記混合器に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段を含み、
上記大気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、上記混合空気の湿度を上記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明によれば、混合器に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力に基づいて、混合空気の湿度を正確に制御することができる。
【００１７】
第４の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記分級手段に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段と、
上記混合空気の湿度が上記所定範囲内になるように、上記大気測定手段で測定された湿度および温度に基づいて、上記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる上記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１８】
第４の発明によれば、分級手段に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力に基づいて、混合空気の湿度を正確に制御することができる。
【００１９】
第５の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記微小粒子が上記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の上記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する除湿空気状態測定手段を含み、
上記除湿空気状態測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、上記混合空気の湿度を上記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする。
【００２０】
第５の発明によれば、微小粒子がフィルタ上に捕集される直前或いは直後の混合空気の湿度および温度を測定するので、重量測定の直前或いは直後における混合空気の湿度および温度を測定することができる。よって、混合空気の湿度をより正確に制御することができる。
【００２１】
第６の発明は、第２の発明において、
上記湿度制御手段は、
上記微小粒子が上記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の上記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する除湿空気状態測定手段と、
上記混合空気の湿度が上記所定範囲内になるように、上記混合空気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、上記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる上記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
第６の発明によれば、微小粒子がフィルタ上に捕集される直前或いは直後の混合空気の湿度および温度を測定するので、重量測定の直前或いは直後における混合空気の湿度および温度を測定することができる。よって、混合空気の湿度をより正確に制御することができる。
【００２３】
第７の発明は、第１の発明において、
上記微小粒子が上記第１のフィルタ上に捕集された後の上記混合空気に対してさらなる除湿を行う第２の乾燥手段とをさらに備え、
上記乾燥空気は、上記微小粒子が上記フィルタ上に捕集された後の上記混合空気に対して上記第２の乾燥手段による処理がなされた後の空気であることを特徴とする。
【００２４】
第７の発明によれば、微小粒子が捕集された後の混合空気を乾燥空気に変えて再利用することができる。
【００２５】
第８の発明は、第１の発明において、
上記重量測定手段は、β線吸収法の重量測定手段であることを特徴とする。
【００２６】
第８の発明によれば、任意の時間毎に連続的に微小粒子の重量測定をすることができる。重量測定を行う時間間隔は特に限定されないが、例えば１秒、或いは１分に設定することができる。
【００２７】
第９の発明は、第１の発明において、
上記第１のフィルタはテープ状フィルタであり、
上記浮遊粒子状物質測定装置は、
上記第１のフィルタを所定のタイミングでその長さ方向に送るテープ送り機構をさらに備え、
上記テープ送り機構は、
未使用の上記第１のフィルタを供給する第１の送りリールと、
使用済みの上記第１のフィルタをロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする。
【００２８】
第９の発明によれば、テープ状である第１のフィルタを所定のタイミングで長さ方向に送り、微小粒子を第１のフィルタ上に連続的に捕集することができる。
【００２９】
第１０の発明は、第９の発明において、
上記第１のフィルタにおける上記微小粒子が捕集された面に密着するようにカバーテープを供給する第２の送りリールをさらに備え、
上記巻き取りリールは、上記第１のフィルタと上記カバーテープが上記微小粒子を挟み込んだ状態で上記第１のフィルタと上記カバーテープを一緒に巻き取ることを特徴とする。
【００３０】
第１０の発明によれば、テープ状フィルタとカバーテープの間に微小粒子を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタとカバーテープを巻き取ることができる。これにより、テープ状フィルタ上に捕集した微小粒子を保存することができる。
【００３１】
第１１の発明は、第１の発明において、
上記捕集手段は、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法と同じ時間帯に上記微小粒子を捕集することを特徴とする。
【００３２】
第１１の発明によれば、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法と同じ時間帯に微小粒子を捕集するので、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法に近い条件で重量測定を行うことができる。
【００３３】
第１２の発明は、
捕集した浮遊粒子状物質を保存する浮遊粒子状物質保存装置であって、
上記浮遊粒子状物質を捕集するテープ状フィルタと、
上記テープ状フィルタに捕集された上記浮遊粒子状物質を保護するカバーテープと、
上記テープ状フィルタおよび上記カバーテープをそれぞれ長さ方向に送るテープ送り機構とを備え、
上記テープ送り機構は、
未使用の上記テープ状フィルタを供給する第１の送りリールと、
上記テープ状フィルタにおける上記浮遊粒子状物質が捕集された面に密着するように上記カバーテープを供給する第２の送りリールと、
使用済みの上記テープ状フィルタと上記カバーテープが上記浮遊粒子状物質を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタと当該カバーテープを一緒にロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質保存装置である。
【００３４】
第１２の発明によれば、テープ状フィルタとカバーテープの間に浮遊粒子状物質を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタとカバーテープを巻き取ることができる。これにより、テープ状フィルタ上に捕集した浮遊粒子状物質を保存することができる。浮遊粒子状物質は、微小粒子、粗大粒子、またはその双方のいずれであってもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、浮遊粒子状物質の重量測定に供する空気を除湿する際、浮遊粒子状物質における水分以外の揮発成分の揮発を抑える（平衡をずらさない）ことができる浮遊粒子状物質の測定装置およびこの測定装置に用いられる浮遊粒子状物質保存装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図２】混合器の一例を示す断面図
【図３】図１に示す測定装置の動作を示すフローチャート
【図４】第２実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図５】第３実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図６】第４実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図７】第５実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図８】図７に示す測定装置の動作を示すフローチャート
【図９】第７実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図
【図１０】フィルタに捕集された粒子状物質の重量の変化を示す図
【図１１】粒子状物質の重量測定時の湿度の変化を示す図
【図１２】外気の湿度とフィルタ付近の湿度を絶対湿度としてプロットした図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。
【００３８】
第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１は、粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が上記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち上記微小粒子を捕集し、捕集した微小粒子の質量を測定する装置である。微小粒子と粗大粒子の境界となる上記所定値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。
【００３９】
浮遊粒子状物質測定装置１（以下、測定装置１と称することがある）は、分級手段２と、乾燥手段３と、捕集手段４と、重量測定手段５と、湿度制御手段１１とを備えている。
【００４０】
分級手段２は、浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気６中の浮遊粒子状物質を、分級比（質量基準）が５０％となるような粒子の空気力学的粒径を閾値として、粒径が当該閾値以下の微小粒子と、粒径が当該閾値を超える粗大粒子とに分級する。上記閾値は特に限定されるものではないが、例えば、２．５μｍとされる。分級手段２の種類は特に限定されるものではないが、例えば、インパクタ或いはサイクロンを分級手段として採用した場合、粗大粒子はその多くが慣性衝突によって試料大気から除去され、これにより、粗大粒子の多くが除去された微小粒子含有空気７を得る。また、バーチャルインパタを採用した場合には、分級手段２は、上記閾値を超える粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む粗大粒子含有空気と、上記閾値以下の粒子を分級比で５０％以上の割合（質量割合）で含む微小粒子含有空気７とに分ける。これによって、分級手段２は、サンプルインレット２７で吸引される空気に含まれる浮遊粒子状物質を分級することができる。分級手段２における吸引力は、捕集手段４よりも下流側に設けられた試料捕集用吸引ポンプ２５で発生させる。
【００４１】
乾燥手段３は、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気８を混合器４５で混ぜ合わせて混合空気９を生成することにより、混合空気９中の微小粒子を非加熱で除湿する。乾燥手段３は、図１に示される例では、第２のフィルタ１４と、ドライヤ用吸引ポンプ１５と、ドライヤ１６と、混合器１７とを含んでいる。微小粒子含有空気７に乾燥空気８を混ぜ合わせることにより、混合空気９の湿度は微小粒子含有空気７の湿度よりも低くなり、除湿が行われる。ドライヤ１６の種類は、非加熱方式のドライヤであれば特に限定されるものではないが、例えば、筒状容器（カラム）内にシリカゲル等の除湿材を封入した構造とすることができる。また、モリキュラーシーブスを２つのカラムに充填させ、一方のカラムで空気乾燥を行い、他方のカラムでモリキュラーシーブスの乾燥再生を行い、バルブの制御により、空気乾燥を行うカラムを交互に切替えながら連続的に空気乾燥（除湿）を行うヒートレスドライヤと呼ばれる自己再生式の除湿器を採用することもできる。
【００４２】
第２のフィルタ１４は、実質的に全ての浮遊粒子状物質を除去するフィルタである。ドライヤ用吸引ポンプ１５は、大気を第２のフィルタ１４に送り込み、第２のフィルタ１４から出た清浄空気をドライヤ１６に送り込み、ドライヤ１６から出た乾燥空気８を混合器１７に送り込む動力源である。混合器１７は、微小粒子含有空気７と乾燥空気８を混合させる。混合器１７の構造は特に限定されないが、例えばＴ字管であってもよい。或いは、混合器１７は、図２に示されるものであってもよい。図２は、混合器１７の一例を示す断面図である。図２に示される混合器１７は、逆円錐状部４５と、逆円錐状部４５の大径側に連なる円筒状部４６とを含む。円筒状部４６の側面には、乾燥空気８を導入する管路４７が接続されている。混合器１７の中心軸上において円筒状部４６と逆円錐状部４５の境界付近には、試料大気７を導入する管路４６の一端側開口部が位置している。逆円錐状部４５の小径側には、混合空気９を捕集手段４に導く管路４９が接続されている。管路４７から導入された乾燥空気８と、管路４８から導入された試料大気７は、逆円錐状部４５内で均一に混合される。混合空気９は、管路４９を経て捕集手段４へ導かれる。
【００４３】
捕集手段４は、混合空気９を第１のフィルタ１０に導いて、微小粒子を第１のフィルタ１０上に捕集する。図１に示される例では、第１のフィルタ１０はテープ状フィルタである。第１のフィルタ１０は、捕集した微小粒子の質量分析に影響を与えない素材で構成されることが好ましく、例えば、テープ状のフッ素系メンブランフィルタで構成される。捕集手段４は、第１のフィルタ１０と、第１のフィルタ１０を所定のタイミングでその長さ方向に送るテープ送り機構１８とを含む。第１のフィルタ１０を送るタイミングは特に限定されないが、例えば、１分置き、或いは１時間置きとすることができる。
テープ送り機構１８は、未使用の第１のフィルタ１０を供給する第１の送りリール１９と、使用済みの第１のフィルタ１０をロール状に巻回して収容する巻き取りリール２０とを含む。
捕集手段４は、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法（手分析法）と同じ時間帯に微小粒子を捕集することが好ましい。
【００４４】
重量測定手段５は、第１のフィルタ１０上に捕集された微小粒子の重量を測定する。重量測定手段の種類は特に限定されるものではないが、例えば、従来公知のβ線吸収法を採用することができる。
【００４５】
第１のフィルタ１０の捕集位置には、β線源から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、ＣＰＵ２８に入力される。
【００４６】
β線検出器(シンチレーションカウンタ)の検出結果と、第１のフィルタ１０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（−μΧ） (Χ：カイ) ・・・（式１）
【００４７】
ここにＩjは、ある瞬間に微小粒子を捕集した第１のフィルタ１０を透過したβ線量であり、Ｉj-1はその１分前の同じ量である。μは比例定数であり、Χはフィルタの単位面積当たりの捕集した微小粒子の量（ｍｇ／ｃｍ2）である。μはβ線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１を変形して、式２を得る。
Χ＝−ｌｎ（Ｉj／Ｉj-1）／μ ・・・（式２）
【００４８】
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微小粒子の量が計算でき、これに捕集位置の面積を掛ければ、１分間に捕集された微小粒子の量（ｍｇ／ｍｉｎ）が算出できる。さらに、算出した微小粒子の量（ｍｇ／ｍｉｎ）を吸引流量（ｍ3/ｍｉｎ）で割れば、大気中の微小粒子の質量濃度（ｍｇ/ｍ3）を求めることができる。
【００４９】
このように、β線吸収法によって微小粒子の質量を測定することができる。
【００５０】
湿度制御手段１１は、混合空気９の湿度を所定範囲内に制御する。ここで言う「所定範囲」は、特に限定されるものではないが、例えば、ＦＲＭ法によるコンディショニングで設定される値であり、相対湿度２０％〜４５％、より好ましくは３０〜４０％、さらに好ましくは３５％である。図１に示される例では、湿度制御手段１１は、大気測定手段１２と、混合空気測定手段２９と、流量制御手段１３とを含む。
【００５１】
大気測定手段１２は、分級手段２に吸引される前の大気の相対湿度、温度、および圧力を測定する。つまり、測定装置１の外部における大気の相対湿度、温度、および圧力（気圧）を測定する。
【００５２】
混合空気測定手段２９は、混合空気９の温度および圧力を測定する。
【００５３】
流量制御手段１３は、混合空気９の湿度が上記所定範囲内になるように、大気測定手段１２で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、微小粒子含有空気７に混ぜ合わせる乾燥空気８の量をフィードバック制御する。図１に示される例では、流量制御手段１３は、ＣＰＵ２８と、流量センサ２１と、電磁弁２２と、流量センサ２３と、電磁弁２４とを含む。流量センサ２１は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を測定する。電磁弁２２は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を調節する。流量センサ２３は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後の混合空気９の流量を測定する。電磁弁２４は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後の混合空気９の流量を調節する。混合空気９は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後、第３のフィルタ２６を経由して大気中に排出される。第３のフィルタ２６は、混合空気９に含まれる実質的に全ての浮遊粒子状物質を除去する。
【００５４】
次に、測定装置１の動作について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。図３は、測定装置１に取り込んだ空気の流れと、信号の流れを示す図である。実線の矢印は空気の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示している。
【００５５】
まず、サンプルインレット２７から試料大気が吸引される（ステップＳ１）。次いで、分級手段２は、吸引した試料大気を、微小粒子含有空気７と粗大粒子含有空気（図示せず）とに分級する（ステップＳ２）。次いで、混合器１７は、微小粒子含有空気７に乾燥空気８を混合し、混合空気９を生成する（ステップＳ３、４）。次いで、捕集手段４は、第１のフィルタ１０上に微小粒子を捕集する（ステップＳ５）。次いで、重量測定手段５は、β線吸収法により微小粒子の重量を測定する（ステップＳ６）。次いで、重量の測定を終えた混合空気９は、混合空気測定手段２９により、温度および圧力が測定される（ステップＳ７）。次いで、重量の測定を終えた混合空気９は、第３のフィルタ２６で残余の浮遊粒子状物質が除去される（ステップＳ８）。次いで、全ての浮遊粒子状物質が除去された混合空気９は、電磁弁２４により流量が制御され、その流量は流量センサ２３に検知される（ステップＳ９）。次いで、流量が検知された混合空気９は、吸引ポンプ２５を介して測定装置１の外に排出される（ステップＳ１０）。
【００５６】
乾燥空気８の生成過程について説明する。まず、ドライヤ用吸引ポンプ１５が大気を吸入する（ステップＳ１１）。次いで、吸引された空気は第２のフィルタ１４で全ての浮遊粒子状物質が除去され、清浄な空気となる（ステップＳ１２）。大気測定手段１２は、大気の相対湿度、温度および圧力を測定する（ステップＳ１３）。ＣＰＵ２８は、ステップＳ７で測定された温度および圧力、並びに、ステップＳ１３で測定された相対湿度、温度、および圧力に基づいて所定の演算を行い、制御信号を生成する（ステップＳ１４）。上記ステップＳ１２の後、清浄な空気は電磁弁２２で流量が制御され、流量は流量センサ２１で検知される（ステップＳ１５）。電磁弁２２の開度の制御は、ステップＳ１４で生成された制御信号に基づいて行われる。次いで、電磁弁２２で流量が制御された清浄空気は、ドライヤ１６で、加熱されることなく水分が除去されて乾燥空気となる（ステップＳ１６）。次いで、乾燥空気は、上記ステップＳ３で述べたように、微小粒子含有空気７と混合される。
【００５７】
ここで、ステップＳ１５においてＣＰＵ２８が行う演算について説明する。
試料大気６、乾燥空気８、混合後の空気（制御開始時）、混合後の空気（制御後）について、それぞれの質量流量Ｖ、水分の絶対濃度ｃ、相対湿度ｒｈ、温度ｔ、絶対圧力ｐを表す文字を、以下の表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
図１に示される測定装置１では、ＣＰＵ２８が測定装置１の外部における大気の湿度、温度、および圧力、並びに、混合空気９の温度および圧力に基づいて混合空気９の相対湿度を計算し、混合空気９の湿度制御を行う。ＣＰＵ２８の指示の下、試料大気の流量ｖ１が固定され、乾燥空気８の流量ｖ２が調節されることで、混合空気９の相対湿度は所定値に制御される。そのことを以下に説明する。
【００６０】
試料大気６における水分の絶対濃度は以下の式３で表される。
ｃ１＝ｆ１（ｒｈ１，ｔ１，ｐ１） ・・・（式３）
混合空気９（制御開始時）の質量流量は以下の式４で表される。
ｖ３＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（式４）
混合空気９（制御開始時）における水分の絶対濃度は以下の式５で表される。
ｃ３＝（ｃ１×ｖ１＋ｃ２×ｖ２）／ｖ３ ・・・（式５）
乾燥空気８中の水分量が十分少ないとすれば、
ｃ１＞＞ｃ２で、ｃ１×ｖ１＞＞ｃ２×ｖ２となり、式３は以下の式６に変形することができる。
ｃ３＝（ｃ１×ｖ１）／（ｖ１＋ｖ２） ・・・（式６）
混合空気９（制御開始時）の相対湿度は以下の式７で表される。
ｒｈ３＝ｆ２（ｃ３，ｔ３，ｐ３） ・・・（式７）
式７に、式６で求めたｃ３、および測定したｔ３およびｐ３を代入することにより、混合空気９（制御開始時）の相対湿度ｒｈ３が求まる。よって、ｒｈ３が目的のｒｈ３’となるように流量ｖ２を調節すればよい。
以上が、測定装置１の動作である。
【００６１】
以上説明したように、測定装置１によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、加熱手段を用いることなく、湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子を加熱することなく除湿することができる。これにより、微小粒子に含まれる揮発成分（水分以外のアンモニア等の揮発成分）の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図４は、第２実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置３０では、第１実施形態における大気測定手段１２および混合空気測定手段２９に代えて、それぞれ、大気測定手段３１および混合空気測定手段３２が設けられている。また、第２実施形態では、ＣＰＵ２８で行われる演算が、第１実施形態とは異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００６４】
大気測定手段３１は、分級手段２に吸引される前の大気の温度および圧力を測定する。つまり、測定装置１の外部における大気の温度および圧力を測定し、湿度は測定しない。
【００６５】
混合空気測定手段２９は、混合空気９の相対湿度、温度、および圧力を測定する。
【００６６】
第２実施形態で行われるＣＰＵ２８の演算について、以下に説明する。
【００６７】
図４に示される測定装置３０では、ＣＰＵ２８が測定装置３０の外部における大気の温度および圧力、並びに、混合空気９の相対湿度、温度および圧力に基づいて混合空気９の相対湿度を計算し、混合空気９の湿度制御を行う。ＣＰＵ２８の指示の下、試料大気の流量ｖ１が固定され、乾燥空気８の流量ｖ２が調節されることで、混合空気９の相対湿度は所定値に制御される。そのことを以下に説明する。
【００６８】
混合空気９（制御開始時）の質量流量は以下の式８で表される。
ｖ３＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（式８）
混合空気９（制御開始時）における水分の絶対濃度は以下の式９で表される。
ｃ３＝（ｃ１×ｖ１＋ｃ２×ｖ２）／ｖ３ ・・・（式９）
乾燥空気８中の水分量が十分少ないとすれば、
ｃ１＞＞ｃ２で、ｃ１×ｖ１＞＞ｃ２×ｖ２となり、式９は以下の式１０に変形することができる。
ｃ１＝ｃ３×（ｖ１＋ｃ２）／ｖ１ ・・・（式１０）
試料大気の相対湿度は以下の式１１で表される。
ｒｈ１＝ｆ２（ｃ１，ｔ１，ｐ１） ・・・（式１１）
式１１に、式１０で求めたｃ１、および測定したｔ１およびｐ１を代入することにより、試料大気６の相対湿度ｒｈ１が求まる。
相対湿度ｒｈ１、並びに、測定したｔ３およびｐ３を上記した式３に代入することにより、ｃ１が求まる。その後、第１実施形態と同様に、式４〜７を用いて計算を行うことにより、相対湿度ｒｈ３が求まる。よって、ｒｈ３が目的のｒｈ３’となるように流量ｖ２を調節すればよい。
【００６９】
測定装置３０によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、加熱手段を用いることなく、湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子を加熱することなく除湿することができる。これにより、微小粒子に含まれる水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００７０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図５は、第３実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置３３では、第１実施形態における混合空気測定手段２９に代えて、混合空気測定手段３２が設けられている。また、第３実施形態では、ＣＰＵ２８で行われる演算が、第１実施形態とは異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００７２】
混合空気測定手段３２は、混合空気９の相対湿度、温度、および圧力を測定する。
【００７３】
第３実施形態で行われるＣＰＵ２８の演算について、以下に説明する。
【００７４】
図５に示される測定装置３３では、ＣＰＵ２８が測定装置３３の外部における大気の相対湿度、温度および圧力、並びに、混合空気９の相対湿度、温度および圧力に基づいて、乾燥空気８における水分の絶対濃度を計算し、乾燥空気８の流量を調節して、混合空気９の湿度制御を行う。ＣＰＵ２８の指示の下、試料大気の流量ｖ１が固定され、乾燥空気８の流量ｖ２が調節されることで、混合空気９の相対湿度は所定値に制御される。そのことを以下に説明する。
【００７５】
試料大気６における水分の絶対濃度は以下の式１２で表される。
ｃ１＝ｆ１（ｒｈ１，ｔ１，ｐ１） ・・・（式１２）
混合空気９（制御開始時）における水分の絶対濃度は以下の式１３で表される。
ｃ３＝ｆ１（ｒｈ３，ｔ３，ｐ３）
＝（ｃ１×ｖ１＋ｃ２×ｖ２）／ｖ３ ・・・（式１３）
混合空気９（制御開始時）の質量流量は以下の式１４（式４と同じ）で表される。
ｖ３＝ｖ１＋ｖ２ ・・・（式１４）
混合空気９（制御開始時）の相対湿度は以下の式１５（式６と同じ）で表される。
ｒｈ３＝ｆ２（ｃ３，ｔ３，ｐ３） ・・・（式１５）
式１１を変形してｃ２について求めると、式１６となる。
ｃ２＝（ｃ３×ｖ３−ｃ１×ｖ１）／ｖ２ ・・・（式１６）
式１５のｃ３に式１３を代入し、ｒｈ３が目的のｒｈ３’となるようなｃ２およびｖ２を求め、そのｖ２の値に乾燥空気８の流量を調節すればよい。
【００７６】
測定装置３３によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質を除去した乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、加熱手段を用いることなく、湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子を加熱することなく除湿することができる。これにより、微小粒子に含まれる水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００７７】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図６は、第４実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第３実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
第４実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置３９が第３実施形態と異なる点は、第３実施形態のように重量測定を終えた混合空気９を外部に排気するのではなく、重量測定を終えた混合空気９に再度乾燥処理を施してから混合器１７に戻すようにした点である。詳細を以下に説明する。
【００７９】
第４実施形態では、図６に示されるように、第２のフィルタ３４と、第２の乾燥手段３５と、流量制御手段３６とを備えている。
【００８０】
第２のフィルタ３４は、微小粒子が第１のフィルタ１０上に捕集された後の混合空気９に対して浮遊粒子状物質のさらなる除去を行う。
【００８１】
第２の乾燥手段３５は、微小粒子が第１のフィルタ１０上に捕集された後の混合空気９に対してさらなる除湿を行う。
【００８２】
流量制御手段３６は、混合空気９の湿度が上記所定範囲内になるように、大気測定手段１２で測定された湿度、温度、および圧力、並びに、混合空気測定手段２９で測定された混合空気９の湿度、温度、および圧力に基づいて、微小粒子含有空気７に混ぜ合わせる乾燥空気８の量をフィードバック制御する。図６に示される例では、流量制御手段３６は、ＣＰＵ２８と、流量センサ３８と、電磁弁３７と、流量センサ２３と、電磁弁２４とを含む。流量センサ３８は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を測定する。電磁弁３７は、ドライヤ１６に供給される空気の流量を調節する。混合空気９の一部は、フィルタ処理と乾燥処理を経た後に混合器１７に戻され、残りの空気は、重量測定手段５で微小粒子の重量が測定された後、第３のフィルタ２６を経由して大気中に排出される。
【００８３】
従って、混合器１７に供給される乾燥空気８は、微小粒子が第１のフィルタ１０上に捕集された後の混合空気９に対して第２のフィルタ３４および第２の乾燥手段３５による処理がなされた後の空気である。つまり、重量測定手段５を通過した混合空気９にフィルタ処理と乾燥処理（加熱しない乾燥処理）を施すことにより、混合空気を乾燥空気に変えて再利用する。
【００８４】
測定装置３９によれば、混合空気９を乾燥空気に変えて再利用するので、乾燥に用いられるエネルギーの無駄を省くことができる。
【００８５】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図７は、第５実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第４実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
第５実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置４０が第４実施形態と異なる点は、ドライヤ１６に代えてドライヤ４１が設けられている点と、流量センサ２３がドライヤ４１に接続され、試料捕集用吸引ポンプ２５がドライヤ４１に接続されている点であり、その他の構成は第４実施形態と同様である。重量測定を終えた混合空気９は、ドライヤ４１で再度乾燥処理を施してから混合器１７に戻すようにしている。以下、詳細に説明する。
【００８７】
ドライヤ４１は、内筒体と外筒体とを含む２重筒構造体である。内筒体の一端部はドライヤ用吸引ポンプ１５に接続され、他端部は混合器１７に接続されている。内筒体は、半透膜除湿材で構成されている。このため、内筒体は、その内側の気圧が外側の気圧よりも高い場合、内側を流れる空気の水分を吸収し、吸収した水分を外側へ放出する。半透膜除湿材の種類は特に限定されないが、例えば、パーマピュア社製のナフィオン（登録商標）・チューブを使用することができる。ナフィオン（登録商標）・チューブは、テトラ・フロオロエチレンとパーフルオロ−３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテン−サルフォニック酸の重合体で構成されている。外筒体の一端部の側面には、流量センサ２３が接続され、他端部の側面には、試料捕集用吸引ポンプ２５が接続されている。このような構造とすることにより、内筒体内を流れる相対的に高い圧力の空気から水分が吸収され、その水分は試料捕集用吸引ポンプ２５から排出される。よって、ドライヤ４１は混合空気９から、さらに水分が除去された乾燥空気８を生成することができる。
【００８８】
次に、測定装置４０の動作について、図８のフローチャートを参照しつつ説明する。図８は、測定装置４０に取り込んだ空気の流れと、信号の流れを示す図である。実線の矢印は空気の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示している。
【００８９】
まず、サンプルインレット２７から試料大気が吸引される（ステップＳ１）。次いで、分級手段２は、吸引した試料大気を、微小粒子含有空気７と粗大粒子含有空気（図示せず）とに分級する（ステップＳ２）。次いで、混合器１７は、微小粒子含有空気７に乾燥空気８を混合し、混合空気９を生成する（ステップＳ３、４）。次いで、捕集手段４は、第１のフィルタ１０上に微小粒子を捕集する（ステップＳ５）。次いで、重量測定手段５は、β線吸収法により微小粒子の重量を測定する（ステップＳ６）。次いで、重量の測定を終えた混合空気９は、混合空気測定手段２９により、温度および圧力が測定される（ステップＳ７）。ＣＰＵ２８は、ステップＳ７で測定された温度および圧力、並びに、ステップＳ８で測定された相対湿度、温度、および圧力に基づいて所定の演算を行い、制御信号を生成する（ステップＳ９）。ステップＳ７で温度等の測定を終えた混合空気９は分岐され、一方の空気は第２のフィルタ３４へ導かれ、他方の空気は第３のフィルタ２６に導かれる（ステップＳ１０）。第２のフィルタ３４に導かれた混合空気９は、第２のフィルタ３４で全ての浮遊粒子状物質が除去され、清浄な空気となる（ステップＳ１１）。次いで、清浄な空気は、電磁弁２２で流量が制御され、流量は流量センサ２１で検知される（ステップＳ１２）。清浄な空気はドライヤポンプ１５で吸引され（ステップＳ１３）、ドライヤ４１の内筒体内に導かれる（ステップＳ１４）。ステップＳ１０で第３のフィルタ２６に導かれた混合空気９は、第３のフィルタ２６で全ての浮遊粒子状物質が除去され、清浄な空気となる（ステップＳ１５）。次いで、清浄な空気は、電磁弁２４で流量が制御され、流量は流量センサ２３で検知される（ステップＳ１６）。清浄な空気は、ドライヤ４１の外筒体と内筒体の間に導かれる（ステップＳ１７）。外筒体と内筒体の間に導かれた清浄な空気は、試料捕集用吸引ポンプ２５で吸引され、外部に排出される（ステップＳ１６）。ステップＳ１４、１７において、内筒体内を流れる清浄な空気は、加熱されることなく除湿されて乾燥空気となる。乾燥空気は、上記ステップＳ３で微小粒子含有空気７と混合される。
以上が、測定装置４０の動作である。
【００９０】
測定装置４０によれば、微小粒子含有空気７に、浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気８を混ぜ合わせて混合空気９を生成するので、浮遊粒子状物質を加熱することなく、浮遊粒子状物質の周りの空気の湿度を低減した空気（除湿空気）を生成することができる。従って、微小粒子における水分以外の揮発成分の揮発を抑え（平衡をずらさない）、水分以外の揮発成分の揮発していない微小粒子を重量測定に供することができる。
【００９１】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図９は、第６実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置を示す図である。なお、第５実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
第６実施形態に係る浮遊粒子状物質の測定装置４２が第５実施形態と異なる点は、第１のフィルタ１０上に捕集された微小粒子を保存できるようにした点である。
【００９３】
測定装置４２は、第２の送りリール４３を備えている。第２の送りリール４３は、第１のフィルタ１０における微小粒子が捕集された面に密着するようにカバーテープ４４を供給する。
【００９４】
巻き取りリール２０は、第１のフィルタ１０とカバーテープ４４が微小粒子を挟み込んだ状態で第１のフィルタ１０とカバーテープ４４を一緒に巻き取る。第１のフィルタ１０とカバーテープ４４は、例えば同じ帯幅に形成される。カバーテープ４４の種類は特に限定されないが、微小粒子の成分に変動を与えにくい素材で形成される。
【００９５】
測定装置４２によれば、第１のフィルタ１０とカバーテープ４４が微小粒子を挟み込んだ状態で第１のフィルタ１０とカバーテープ４４を一緒に巻き取ることにより、重量測定後の微小粒子を保存することができる。保存された微小粒子は、組成分析等に供されることができる。
【００９６】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、上記各式を用いた計算により、目的とする相対湿度の混合空気９を得るようにしているが、乾燥空気８の流量ｖ２を試行錯誤的に変化させ、混合空気９の相対湿度が目的とする相対湿度に収束するようにしてもよい。
【００９７】
次に、本発明の効果について、図１０〜１２を参照しつつ説明する。
図１０〜１２は、昼の１２時から次の日の１１時まで大気中の浮遊粒子状物質を測定した時の時系列データを示す図である。
【００９８】
図１０は、フィルタに捕集された粒子状物質の重量の変化を示したものである。本発明に係る湿度制御機能付きの装置で測定を行うと同時に、湿度制御機能のない装置でも並行して比較計測を行った。さらに、サンプラを用いて従来行われてきたの手分析法による測定値と比較した。
【００９９】
図１０を見ると、湿度制御機能付きの装置（Ａ）が最終的に手分析法による重量値（●印）に近く、重量変動も小さいことがわかる。これに対して、湿度制御を行わなかった装置（Ｂ）は、変動が大きく、特に夜間に重量が増大し、明け方から昼にかけて重量がほとんど変化しない傾向が顕見られた。これは、気温が低下して湿度が高くなる夜間に、フィルタに捕集された粒子状物質が大気中の水分を吸収し、逆に、気温が上昇して湿度が低下する昼には、夜間に蓄積した水分を放出するため、重量が大きく変動するものと考えられる。測定時の湿度の変化（図１１参照）を見ても、そのことがよく分かる。
【０１００】
図１２は、外気の湿度とフィルタ付近の湿度を絶対湿度としてプロットしたものであるが、湿度制御により、乾燥空気を混ぜることで湿度が低く保たれていることが分かる。
【０１０１】
以上より、湿度制御を行い、湿度を低く保ちながら測定することで、試料大気の湿度の影響を抑えながら影響粒子状物質を連続的に測定することが、従来の手分析法に代わる自動測定器を開発する上で有効な手段であると考えられる。
【０１０２】
また、本発明に係る測定装置は、大気試料を加熱することなく湿度制御を行うため、水以外の揮発性成分を過度に損失することなく測定ができる装置でもある。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、人の健康に影響の大きい微小浮遊粒子状物質の連続測定装置等として利用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１，３０，３３，３９，４０，４２ 浮遊粒子状物質測定装置
２ 分析手段
３ 乾燥手段
４ 捕集手段
５ 重量測定手段
６ 試料大気
７ 微小粒子含有空気
８ 乾燥空気
９ 混合空気
１０ 第１のフィルタ
１１ 湿度制御手段
１２，３１ 大気測定手段
１３，３６ 流量制御手段
１４，３４ 第２のフィルタ
１５ ドライヤ用吸引ポンプ
１６，４１ ドライヤ
１７ 混合器
１８ テープ送り機構
１９ 第１の送りリール
２０ 巻き取りリール
２１，２３，３８ 流量センサ
２２，２４，３７ 電磁弁
２５ 試料捕集用吸引ポンプ
２６ 第３のフィルタ
２７ サンプルインレット
２８ ＣＰＵ
２９，３２ 混合空気測定手段
３５ 第２の乾燥手段
４３ 第２の送りリール
４４ カバーテープ
４５ 逆円錐状部
４６ 円筒状部
４７，４８，４９ 管路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が前記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち前記微小粒子を捕集して、捕集した前記微小粒子の質量を測定する装置であって、
前記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気から前記粗大粒子を除去して、前記微小粒子を含む微小粒子含有空気を得る分級手段と、
前記微小粒子含有空気に、前記浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気を混合器で混ぜ合わせて混合空気を生成することにより、前記混合空気中の前記微小粒子を非加熱で除湿する乾燥手段と、
前記混合空気を第１のフィルタに導いて、前記微小粒子を当該第１のフィルタ上に捕集する捕集手段と、
前記第１のフィルタ上に捕集された前記微小粒子の重量を測定する重量測定手段と、を備えた浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
前記混合空気の湿度を所定範囲内に制御する湿度制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項３】
前記湿度制御手段は、
前記混合器に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段を含み、
前記大気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、前記混合空気の湿度を前記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
前記湿度制御手段は、
前記分級手段に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段と、
前記混合空気の湿度が前記所定範囲内になるように、前記大気測定手段で測定された湿度および温度に基づいて、前記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる前記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項５】
前記湿度制御手段は、
前記微小粒子が前記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の前記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する除湿空気状態測定手段を含み、
前記除湿空気状態測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、前記混合空気の湿度を前記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項６】
前記湿度制御手段は、
前記微小粒子が前記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の前記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する混合空気測定手段と、
前記混合空気の湿度が前記所定範囲内になるように、前記混合空気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、前記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる前記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項７】
前記微小粒子が前記フィルタ上に捕集された後の前記混合空気に対してさらなる除湿を行う第２の乾燥手段をさらに備え、
前記乾燥空気は、前記微小粒子が前記第１のフィルタ上に捕集された後の前記混合空気に対して前記第２の乾燥手段による処理がなされた後の空気であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項８】
前記重量測定手段は、β線吸収法の重量測定手段であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項９】
前記第１のフィルタはテープ状フィルタであり、
前記浮遊粒子状物質測定装置は、
前記第１のフィルタを所定のタイミングでその長さ方向に送るテープ送り機構をさらに備え、
前記テープ送り機構は、
未使用の前記第１のフィルタを供給する第１の送りリールと、
使用済みの前記第１のフィルタをロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１０】
前記第１のフィルタにおける前記微小粒子が捕集された面に密着するようにカバーテープを供給する第２の送りリールをさらに備え、
前記巻き取りリールは、前記第１のフィルタと前記カバーテープが前記微小粒子を挟み込んだ状態で前記第１のフィルタと前記カバーテープを一緒に巻き取ることを特徴とする請求項９に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１１】
前記捕集手段は、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法と同じ時間帯に前記微小粒子を捕集することを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１２】
捕集した浮遊粒子状物質を保存する浮遊粒子状物質保存装置であって、
前記浮遊粒子状物質を捕集するテープ状フィルタと、
前記テープ状フィルタに捕集された前記浮遊粒子状物質を保護するカバーテープと、
前記テープ状フィルタおよび前記カバーテープをそれぞれ長さ方向に送るテープ送り機構とを備え、
前記テープ送り機構は、
未使用の前記テープ状フィルタを供給する第１の送りリールと、
前記テープ状フィルタにおける前記浮遊粒子状物質が捕集された面に密着するように前記カバーテープを供給する第２の送りリールと、
使用済みの前記テープ状フィルタと前記カバーテープが前記浮遊粒子状物質を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタと当該カバーテープを一緒にロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質保存装置。
【請求項１】
粒径が所定値以下である微小粒子と粒径が前記所定値を超える粗大粒子とからなる、大気中の浮遊粒子状物質のうち前記微小粒子を捕集して、捕集した前記微小粒子の質量を測定する装置であって、
前記浮遊粒子状物質を含む試料大気を吸引し、吸引した試料大気から前記粗大粒子を除去して、前記微小粒子を含む微小粒子含有空気を得る分級手段と、
前記微小粒子含有空気に、前記浮遊粒子状物質が除去され非加熱乾燥処理で生成された乾燥空気を混合器で混ぜ合わせて混合空気を生成することにより、前記混合空気中の前記微小粒子を非加熱で除湿する乾燥手段と、
前記混合空気を第１のフィルタに導いて、前記微小粒子を当該第１のフィルタ上に捕集する捕集手段と、
前記第１のフィルタ上に捕集された前記微小粒子の重量を測定する重量測定手段と、を備えた浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
前記混合空気の湿度を所定範囲内に制御する湿度制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項３】
前記湿度制御手段は、
前記混合器に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段を含み、
前記大気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、前記混合空気の湿度を前記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
前記湿度制御手段は、
前記分級手段に吸引される前の大気の湿度、温度、および圧力を測定する大気測定手段と、
前記混合空気の湿度が前記所定範囲内になるように、前記大気測定手段で測定された湿度および温度に基づいて、前記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる前記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項５】
前記湿度制御手段は、
前記微小粒子が前記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の前記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する除湿空気状態測定手段を含み、
前記除湿空気状態測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、前記混合空気の湿度を前記所定範囲内にフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項６】
前記湿度制御手段は、
前記微小粒子が前記第１のフィルタ上に捕集される直前或いは直後の前記混合空気の湿度、温度、および圧力を測定する混合空気測定手段と、
前記混合空気の湿度が前記所定範囲内になるように、前記混合空気測定手段で測定された湿度、温度、および圧力に基づいて、前記微小粒子含有空気に混ぜ合わせる前記乾燥空気の量をフィードバック制御する流量制御手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項７】
前記微小粒子が前記フィルタ上に捕集された後の前記混合空気に対してさらなる除湿を行う第２の乾燥手段をさらに備え、
前記乾燥空気は、前記微小粒子が前記第１のフィルタ上に捕集された後の前記混合空気に対して前記第２の乾燥手段による処理がなされた後の空気であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項８】
前記重量測定手段は、β線吸収法の重量測定手段であることを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項９】
前記第１のフィルタはテープ状フィルタであり、
前記浮遊粒子状物質測定装置は、
前記第１のフィルタを所定のタイミングでその長さ方向に送るテープ送り機構をさらに備え、
前記テープ送り機構は、
未使用の前記第１のフィルタを供給する第１の送りリールと、
使用済みの前記第１のフィルタをロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１０】
前記第１のフィルタにおける前記微小粒子が捕集された面に密着するようにカバーテープを供給する第２の送りリールをさらに備え、
前記巻き取りリールは、前記第１のフィルタと前記カバーテープが前記微小粒子を挟み込んだ状態で前記第１のフィルタと前記カバーテープを一緒に巻き取ることを特徴とする請求項９に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１１】
前記捕集手段は、フィルタサンプリングと精密天秤による重量測定法と同じ時間帯に前記微小粒子を捕集することを特徴とする請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１２】
捕集した浮遊粒子状物質を保存する浮遊粒子状物質保存装置であって、
前記浮遊粒子状物質を捕集するテープ状フィルタと、
前記テープ状フィルタに捕集された前記浮遊粒子状物質を保護するカバーテープと、
前記テープ状フィルタおよび前記カバーテープをそれぞれ長さ方向に送るテープ送り機構とを備え、
前記テープ送り機構は、
未使用の前記テープ状フィルタを供給する第１の送りリールと、
前記テープ状フィルタにおける前記浮遊粒子状物質が捕集された面に密着するように前記カバーテープを供給する第２の送りリールと、
使用済みの前記テープ状フィルタと前記カバーテープが前記浮遊粒子状物質を挟み込んだ状態で当該テープ状フィルタと当該カバーテープを一緒にロール状に巻回して収容する巻き取りリールとを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質保存装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３１５７（Ｐ２０１１−１３１５７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９０８９（Ｐ２００９−１５９０８９）
【出願日】平成２１年７月３日（２００９．７．３）
【出願人】（５９１０８１３２１）紀本電子工業株式会社 (19)
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３日（２００９．７．３）
【出願人】（５９１０８１３２１）紀本電子工業株式会社 (19)
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