浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いた浮遊粒子状物質測定方法
【課題】 大気中に含まれる硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を、自動的に測定することができる浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いた浮遊粒子状物質測定方法を提供することである。
【解決手段】 浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ１２と、吸引部１３と、抽出部１４と、測定部１６と、記録部１７とを含んで構成される。吸引部１３は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質１１をフィルタ１２に吸着させる。抽出部１４は、フィルタ１２に吸着された粒子状物質１１を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した測定結果を記録する。
【解決手段】 浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ１２と、吸引部１３と、抽出部１４と、測定部１６と、記録部１７とを含んで構成される。吸引部１３は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質１１をフィルタ１２に吸着させる。抽出部１４は、フィルタ１２に吸着された粒子状物質１１を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した測定結果を記録する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質の成分についての測定を行う浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いて粒子状物質の測定を行う浮遊粒子状物質測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の研究から、硫酸イオンが大気中に含まれる浮遊粒子状物質の主成分の一つであり、疫学的に、硝酸イオン、硫酸イオンおよび浮遊粒子状物質の酸性度が、浮遊粒子状物質の毒性を決定付ける要因と考えられている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００３】
従来技術に係る浮遊粒子状物質測定装置として、全浮遊粒子状物質と、微小浮遊粒子状物質とを分級して測定する浮遊粒子状物質測定装置が、本件出願人によって提案されている（たとえば特許文献１参照）。この浮遊粒子状物質測定装置は、浮遊粒子状物質を粗大浮遊粒子状物質と微小浮遊粒子状物質とに分級する分級装置と、全浮遊粒子状物質の量と微小浮遊粒子状物質の量とを演算して自動的に記録する演算記録手段とを含んで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３５７４０４５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】D. W. Dockery, et al., N. Engl. J. Med., 329 , 1753-1759 (1993).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術に係る浮遊粒子状物質測定装置では、大気中における全浮遊粒子状物質、微小浮遊粒子状物質、硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を測定することはできるけれども、大気中に含まれる硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を、自動的に測定することができないという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、大気中に含まれる硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を、自動的に測定することができる浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いた浮遊粒子状物質測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従えば、浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタと、吸引部と、抽出部と、測定部と、記録部とを含んで構成される。フィルタは、大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタである。吸引部は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質をフィルタに捕集させる。抽出部は、フィルタに捕集した粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部は、抽出部で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した測定結果を記録する。
【０００９】
また本発明に従えば、測定部は、溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録する。
【００１０】
また本発明に従えば、測定部は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定する。記録部は、測定部から出力された、酸性度に関する測定結果を、さらに記録する。
【００１１】
また本発明に従えば、フィルタはテープ状に形成され、浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタ供給部をさらに含んで構成される。フィルタ供給部は、テープ状のフィルタを継続的に供給する。
【００１２】
また本発明に従えば、浮遊粒子状物質測定装置は、分級部をさらに含んで構成される。分級部は、吸引部で吸引される空気を、第１空気と第２空気とに分けることによって、吸引部で吸引される空気に含まれる粒子状物質を分級する。第１空気は、粒径が２．５μｍを超える粒子を大きな質量割合で含む。第２空気は、粒径が２．５μｍ以下の粒子を大きな質量割合で含む。分級部によって分級された後の粒子状物質は、フィルタのうち互いに異なる複数の位置に捕集される。
【００１３】
また本発明に従えば、測定部は、β線照射手段と、β線受光測定手段とを有する。β線照射手段は、フィルタのうち粒子状物質が捕集する部分に対してβ線を照射する。β線受光測定部は、β線照射手段によって照射され、フィルタを透過したβ線を受光し、β線量を測定する。測定部は、β線吸収法によってフィルタに捕集した粒子状物質の質量を測定する。
【００１４】
また本発明に従えば、測定部は、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。
【００１５】
また本発明に従えば、測定部は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する。
【００１６】
また本発明に従えば、測定部は、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、溶液のｐＨを測定することによって粒子状物質の酸性度を測定する。
【００１７】
また本発明に従えば、測定部は、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定する。
【００１８】
また本発明に従えば、測定部は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。
【００１９】
また本発明に従えば、測定部は、マススペクトロメトリーによる測定を行い、四重極質量分析計を含む。
【００２０】
また本発明に従えば、測定部は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行う。
【００２１】
また本発明に従えば、測定部はイオンクロマトグラフィによって測定を行い、測定部は、陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うカチオン測定部、および陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うアニオン測定部の少なくともいずれか一方を含む。
【００２２】
また本発明に従えば、浮遊粒子状物質測定方法は、浮遊粒子状物質測定装置を用いる。浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタと、吸引部と、抽出部と、測定部と、記録部とを含む。フィルタは、大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタである。吸引部部は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質をフィルタに捕集させる。抽出部は、フィルタに捕集した粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部は、抽出部で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量、および酸性度を測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した測定結果を記録する。
【００２３】
浮遊粒子状物質測定方法は、硝酸イオン測定工程と、酸性度測定工程と、硫酸イオン測定工程とを含んで構成される。硝酸イオン測定工程では、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法で、溶液のｐＨを測定し、これによって粒子状物質の酸性度を測定する。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、吸引部は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質をフィルタに捕集させる。抽出部は、フィルタに捕集した粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部は、抽出部で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。これによって、大気中の大容量の空気に含まれる粒子状物質の成分を少量の溶液として濃縮して回収することができる。したがって大気中の粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量のうち少なくともいずれか１つを、自動的にかつ高感度に測定することができる。
【００２５】
従来技術では人手によりおよそ２４時間の捕集の後に、測定が行われていたけれども、およそ１時間の捕集の後に測定を行うことができる。したがって、捕集された後に粒子状物質が空気の流れに曝される時間を短縮し、化学的に変質することを予防する。酸性の粒子状物質は長時間捕集を行うとガス状のアンモニアによって中和されるので正確な測定が出来なかったけれども、短時間の捕集により測定が可能となった。また一部の水溶性有機物は揮発性物質を含むので２４時間の捕集では損失してしまうけれども、本発明により飛散および蒸散を抑制して測定を行うことが可能となった。
【００２６】
したがって、精度の高い測定を行うことができる。また記録部が測定結果を記録するので、記録された測定結果を測定後に参照することができる。したがって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【００２７】
また本発明によれば、測定部は、溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録する。これによって、大気中の粒子状物質に含まれる水溶性有機物の量を測定することができる。
【００２８】
また本発明によれば、測定部は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定する。記録部は、測定部から出力された、酸性度に関する測定結果を、さらに記録する。これによって、大気に含まれる酸性物質の量の時間変化および環境への影響の増減を、自動的に測定することができる。したがって、酸性雨など、浮遊粒子状物質が環境に与える影響についての調査および対策の立案に対して貢献することができる。
【００２９】
また本発明によれば、フィルタはテープ状に形成され、浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタ供給部をさらに含んで構成される。フィルタ供給部は、テープ状のフィルタを継続的に供給する。これによって、大気中の粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量のうち少なくともいずれか１つを、継続的に測定することが可能となる。
【００３０】
また本発明によれば、吸引部は、予め定める粒径を超える粒径を大きな質量割合で含む粒子状物質と、予め定める粒径以下の粒子を大きな質量割合で含む粒子状物質とを、フィルタのうち互いに異なる複数の位置に捕集させる。これによって、特に人体に対する影響が大きな粒径の粒子状物質について、その成分を測定することが可能となる。粒子状物質が人体に与える影響と、粒子状物質の粒径との間には相関関係がある。したがって、本発明に係る浮遊粒子状物質測定装置は、予め定める粒径を基準として粒子状物質を分級することができるので、さまざまな粒径の粒子状物質のうち、人体への影響が大きな粒径の粒子状物質に注目し、これに含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量のうち、少なくともいずれか１つを測定することができる。
【００３１】
また本発明によれば、測定部は、β線吸収法によってフィルタに捕集した粒子状物質の質量を測定する。これによって、一定の量の大気中に含まれる粒子状物質の全体量を測定することができる。また一定の量の粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定することができる。したがって、粒子状物質全体の中での硝酸イオンの割合または硫酸イオンの割合を求めることができる。これによって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【００３２】
またβ線吸収法での測定では、フィルタに捕集した粒子状物質を化学的に変質させることなく、また測定によって、フィルタに捕集された粒子状物質を消費することなく、粒子状物質の質量を測定することができるので、フィルタに捕集された粒子状物質の全部を溶媒で抽出し、その成分を溶液として回収することができる。したがって、粒子状物質に関する質量以外の測定において誤差が生じることを防止することができる。
【００３３】
また本発明によれば、測定部は、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数十ナノモル毎立方メートル（数１０ｎｍｏｌ／ｍ３）の規模で含まれる硝酸イオンの量よりも、さらに少ない量で含まれる硝酸イオンの量をも、高い精度で測定することができる。また、たとえば人手によるサンプリングとイオンクロマトグラフィとによって硝酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に、かつ、簡便に硝酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量を測定することができる。
【００３４】
測定を短時間で終了できるので、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００３５】
また本発明によれば、測定部は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数十ナノモル毎立方メートル（数１０ｎｍｏｌ／ｍ３）の規模で含まれる硫酸イオンの量よりも、さらに少ない量で含まれる硫酸イオンの量を、高い精度で測定することができる。また、たとえば人手によるサンプリングとイオンクロマトグラフィによって硫酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に、かつ、簡便に硫酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質に含まれる硫酸イオンの量を測定することができる。
【００３６】
したがって、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００３７】
また本発明によれば、測定部は、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、溶液のｐＨを測定し、酸性度を求める。これによって、硝酸イオンおよび硫酸イオンの少なくともいずれか１つを測定する測定部を利用して、粒子状物質を含む溶液の酸性度を測定することができる。したがって、たとえば人手によるサンプリングとｐＨ電極を利用して酸性度を測定する場合に比べて、サンプリングの途中にガス状アンモニアによる中和反応によって系統的な誤差が生じることを抑制しながら測定することができる。
【００３８】
また本発明によれば、測定部は、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定する。これによって、粒子状物質の捕集にかかった時
間に比べて短時間に、水溶性有機物の量を測定することができる。したがって、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集された粒子状物質に関する抽出および測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に捕集された粒子状物質に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００３９】
また本発明によれば、測定部は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。これによって、浮遊粒子状物質に含まれ、イオン化しやすい物質の測定を行うことができる。イオン化しやすい物質は、浮遊粒子状物質の酸性度に関わる物質である場合が多いので、これらの測定を行うことによって、酸性度に関係する物質の同定に貢献する情報を得ることができる。
【００４０】
また本発明によれば、測定部は、マススペクトロメトリーによる測定を行い、四重極質量分析計を含む。これによって、たとえば飛行時間型（time of flight, 略称「ＴＯＦ」）質量分析計などを用いる場合に比べて、短時間に測定を終了することができる。測定を短時間で終了できるので、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。
【００４１】
捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００４２】
また本発明によれば、測定部は、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行う。エレクトロスプレーイオン化法は、種々のイオン化法、たとえば高速原子衝撃法、電子イオン化法などに比べると、分子に与えるエネルギーを小さく抑えることができるので、分子内の化学結合を切断することが少なく、分子の断片化（fragmentation）を抑制することができる。したがって、親ピークを容易に特定することができる。
【００４３】
また本発明によれば、測定部は、カチオン測定部およびアニオン測定部の少なくともいずれか一方を含む。これによって、たとえば他のクロマトグラフィーにおけるカラムのように、分子を吸着してしまったり、測定対象となる試料に高い揮発性が要求されたりすることがない。したがって、粒子状物質に含まれる種々のイオンを測定することが可能となる。
【００４４】
また本発明によれば、硝酸イオン測定工程において、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法で、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長における吸光度法で、溶液のｐＨを測定し、粒子状物質の酸性度を求める。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。
【００４５】
これによって、硝酸イオン測定工程では、抽出部で回収した後の溶液に試薬を添加することなく、測定することができる。酸性度測定工程では、ｐＨ指示薬を添加するので、硝酸イオン測定工程の後でも測定することができる。硫酸イオン測定工程では、添加する塩化バリウムと硫酸イオンとで溶液を懸濁させるので、酸性度測定工程の後でも、測定を行うことができる。したがって、同一の溶液を用いて、少なくともこれら３種類の測定を行うことができる。また、硝酸イオン測定工程、酸性度測定工程および硫酸イオン測定工程において、紫外−可視分光分析装置を共通して用いることができるので、それぞれ異なる測定装置によって測定を行う場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における分級部１９の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態において測定部１６が、攪拌状態にあるときの測定部１６の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態において測定部１６が、測定状態にあるときの測定部１６の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態において測定部１６が、排液状態にあるときの測定部１６の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定方法の各工程を表すフローチャートである。
【図７】硝酸イオンの吸収スペクトルを表す図である。
【図８】硝酸イオンの濃度と、２２８ｎｍにおける吸光度から２３９ｎｍにおける吸光度を差引いた値との関係を表す図である。
【図９】硝酸イオンに加えて、水溶性有機物が含まれるときの紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。
【図１０】ブロモフェノールブルーが溶解した溶液の、各水素イオン濃度（ｐＨ）における紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。
【図１１】同一の溶液のｐＨを、第１実施形態において測定した測定結果と、ｐＨ電極を用いて測定した測定結果とを表す図である。
【図１２】硫酸バリウムを水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す図である。
【図１３】図１２に示したデータに基づいて求めた検量線を示す図である。
【図１４】本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置および浮遊粒子状物質測定方法によって測定された測定結果を表す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態におけるカチオン測定部１２２における測定結果の一例を表す図である。
【図１７】本発明の第２実施形態におけるアニオン測定部１２４における測定結果の一例を表す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る質量分析計１４４における測定結果の一例を表す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略す場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。またそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。以下の説明は、浮遊粒子状物質測定装置１０、浮遊粒子状物質測定方法についての説明をも含む。
【００４８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。本実施形態において浮遊粒子状物質測定装置１０は、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質１１の測定を行う装置である。同様に、浮遊粒子状物質測定方法は、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質１１の測定を行う方法である。浮遊粒子状物質測定方法は、浮遊粒子状物質測定装置１０を用いて行われる。
【００４９】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ１２と、吸引部１３と、抽出部１４と、測定部１６と、記録部１７とを含んで構成される。フィルタ１２は、大気中に含まれる粒子状物質１１を捕集するためのフィルタである。具体的には、大気中に浮遊する固体状および液体状の粒子状物質１１を付着する。吸引部１３は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質１１をフィルタ１２に吸着させる。抽出部１４は、フィルタ１２に吸着された粒子状物質１１を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した測定結果を記録する。
【００５０】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ供給部１８と、分級部１９とをさらに含んで構成される。フィルタ１２は可撓性を有する材料によってテープ状に形成され、ポリテトラフルオロエチレン、いわゆるテフロン（登録商標）から成る。テフロン（登録商標）は、他の樹脂に比べて薬品に対する耐久性が強く、アセトニトリルなどの溶媒および粒子状物質に含有される有機物質によって、溶解されることはない。他の実施形態においてフィルタ１２は、必ずしもテフロン（登録商標）で形成される必要はなく、たとえばテフロン（登録商標）以外のフッ素系メンブランフィルタで形成されていてもよい。フィルタ１２は、可撓性を有し、耐薬品性を有する樹脂によってテープ状に形成されていれば、足りる。
【００５１】
フィルタ供給部１８は、テープ状のフィルタ１２を継続的に供給する。分級部１９は、吸引部１３で吸引される空気を、第１空気と第２空気とに分けることによって、吸引部１３で吸引される空気に含まれる粒子状物質１１を分級する。第１空気は、粒径が２．５μｍを超える粒子を大きな質量割合で含む。第２空気は、粒径が２．５μｍ以下の粒子を大きな質量割合で含む。分級部１９によって分級された後の粒子状物質１１は、フィルタ１２のうち互いに異なる複数の位置に吸着される。
【００５２】
吸引部１３が大気中の空気を吸引することによって、大気中の空気が通過するフィルタ１２上の領域を「捕集領域」２０と称すると、分級部１９は、捕集領域２０に関して反対側に位置する。本実施形態において分級部１９は、大気中に浮遊する粒子状物質１１を二分して分級するので、捕集領域２０は、フィルタ１２が移動する移動方向Ｘに２つの領域として形成される。たとえば分級部１９が大気中に浮遊する粒子状物質１１をさらに多数に分級する場合には、その分級される数に対応した数の捕集領域２０が形成される。本実施形態において２つの捕集領域２０を、それぞれ「第１捕集領域」２１および「第２捕集領域」２２と称する。
【００５３】
吸引部１３は、エアフィルタ２３ａと、流量センサ２３ｂと、流量調整弁２４ａと、流量制御部２４ｂと、吸引ポンプ２５とを含む。これらのうち流量制御部２４ｂと吸引ポンプ２５とは、１つの浮遊粒子状物質測定装置１０に対して１つ設けられ、エアフィルタ２３ａと流量センサ２３ｂと流量調整弁２４ａとは、それぞれ分級部１９の分級の数によって決定される捕集領域２０の数に対応して設けられる。したがって本実施形態では、エアフィルタ２３ａ、流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａは、それぞれ２つずつ設けられる。分級部１９からの流路管を通過し第１および第２捕集領域２１，２２を通過した空気は、第１および第２捕集領域２１，２２からエアフィルタ２３ａ、流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａを介して吸引ポンプ２５に接続される流路管内を通過し、フィルタ１２から吸引ポンプ２５に向かって移動する。
【００５４】
エアフィルタ２３ａは、通過する空気に含まれる固体状または液体状の物質を除去する。通過する空気に含まれる固体状または液体状の物質は、フィルタ１２によって捕集されるけれども、さらにエアフィルタ２３ａを通過した空気はその後流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａを通過するので、再度固体状または液体状の物質の除去を図ることによって、流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａ内への固体状または液体状の物質の進入を防ぐ。
【００５５】
流量センサ２３ｂは、流路管を介して通過する空気の、単位時間当たりの流量を測定し、測定結果を流量制御部２４ｂに出力する。流量調整弁２４ａは、流路抵抗を可変に形成されるオリフィスを含んで構成され、流量制御部２４ｂによって制御されることによって、オリフィスによる流路抵抗が調整される。流量制御部２４ｂは、たとえばコンピュータなどによって実現され、流量センサ２３ｂからの出力に応じて流量調整弁２４ａを制御することによって、流路管内を通過する空気の、単位時間当たりの流量を、予め定める一定流量に調整する。流量制御部２４ｂは、後に詳述するコンピュータと一体に形成されていてもよい。
【００５６】
吸引ポンプ２５は、たとえば真空ポンプなどによって、実現され、流路管内の空気を吸引する。吸引ポンプ２５としては、１分間に２０Ｌ程度の空気を吸引することができ、また吸引の圧力の変動が少なく、安定した一定の圧力で空気を吸引できるポンプで実現されることが好ましい。
【００５７】
図２は、本発明の第１実施形態における分級部１９の断面図である。分級部１９は、具体的にはバーチャルインパクタ分級器によって実現され、バーチャルインパクタ分級器は、ノズル部２６と、隔壁部２７と、外管部２８を備える。ノズル部２６は、大気中の空気が吸引ポンプによって吸引されることによってフィルタ１２に向かうにつれて内径が細くなる筒状形状に形成され、ノズル部２６のフィルタ１２側の噴出口端部３２を通過した空気およびこの空気中に散在する浮遊粒子状物質は、初速度を与えられてフィルタ１２に向かって移動する。ノズル部２６の内径は、フィルタ１２に向かうにつれて部分的に細くなる部分が形成されていればよく、内径が一様な部分が形成されていてもよい。
【００５８】
隔壁部２７は、筒状形状に形成されるノズル部２６の軸線と同じ軸線を有する筒状の形状に形成される。隔壁部２７は、最もノズル部２６側の先端部として開口部３３を有する。開口部３３の内径は、ノズル部２６のうち最もフィルタ１２側の先端部の内径よりもわずかに大きく設定される。開口部３３は、ノズル部２６に向かって開口しており、ノズル部２６の噴出口端部３２を介して単位時間当たりに噴出される空気の一部が、開口部３３を通過して隔壁部２７の内部に進入する。ノズル部２６の噴出口端部３２および隔壁部２７の開口部３３は、いずれも円筒形に形成される。
【００５９】
外管部２８は、ノズル部２６および隔壁部２７を外囲する形状に形成され、吸引部１３によって吸引される空気が進入するための入口３４と、隔壁部２７の内部を通過した空気が出るための隔壁出口３６と、ノズル部２６から進入し、隔壁部２７よりも外側かつ外管部２８よりも内側を通過した空気が出るための外管出口３８とが形成される。吸引部１３によって吸引される単位時間当たりの流量は一定に設定される。ノズル部２６から噴出される空気のうち、隔壁部２７の開口部３３の内側に進入する空気を「第１空気」と称し、隔壁の開口部３３よりも外側に移動する空気を「第２空気」と称すると、単位時間当たりに移動する第１空気の流量と第２空気の流量との割合は、予め設定される。この割合は、ノズル部２６のうちのフィルタ１２側の噴出口端部３２の内径、隔壁部２７の開口部３３の内径、噴出口端部３２と開口部３３との間隔などによって設定される。
【００６０】
大気中の浮遊粒子状物質には、粒径２．５μｍ程度を境として、これよりも粒径が大きい粗大粒子と、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子とが含まれる。浮遊粒子状物質を粒径によって分析し、各粒径での存在割合を質量割合で表すと、２．５μｍ程度の粒径の粒子状物質１１の質量割合は、２．５μｍよりも大きな粒径の粒子状物質１１および２．５μｍよりも小さな粒径の粒子状物質１１のそれぞれの質量割合よりも小さい。
【００６１】
ノズル部２６から噴出された空気のうち、直進して開口部３３に進入する空気には、粗大粒子の質量割合が多く、ノズル部２６から噴出された空気のうち開口部３３の外側に移動した空気には、微小粒子の質量割合が多い。これによって、ノズル部２６内を通過した粒子状物質１１を、粗大粒子の質量割合が多い粒子状物質１１と微小粒子の質量割合が多い粒子状物質１１とに分級する。粗大粒子の質量割合が多い粒子状物質１１は、第１空気中に散在した状態で、フィルタ１２の２つの捕集領域２０のうちの一方に当たり、捕集される。２つの捕集領域２０のうち第１空気が当たる領域を第１捕集領域２１とすると、散在する粒子状物質１１が除かれた第１空気は、第１捕集領域２１を通過する。第１捕集領域２１には、粒径がおよそ２．５μｍを超え１０μｍ以下の粒子状物質１１の質量割合が多く捕集される。
【００６２】
微小粒子の質量割合が多い粒子状物質１１は、第２空気中に散在した状態で２つの捕集領域２０のうちの他方に当たり、捕集される。第２空気が当たる領域を第２捕集領域２２とすると、散在する粒子状物質１１が除かれた第２空気は、第２捕集領域２２を通過する。粒子状物質１１は、微小であれば微小であるほど、質量に対する表面積の割合が大きく、空気の進行の向きの変化によって、進行の向きが変化しやすい。これによって、分級部１９によって粒子状物質１１が分級される。
【００６３】
本実施形態において、第１捕集領域２１のフィルタ１２を通過する空気の流量は、毎分１．５リットル（litters, 略号「Ｌ」）、第２捕集領域２２のフィルタ１２を通過する空気の流量は、毎分１５．２Ｌで、吸引部１３による吸引によってノズル部２６に進入する空気の流量は、毎分１６．７Ｌである。粒子状物質１１を捕集するために、第１および第２捕集領域２１，２２に空気を通過させるのは、１時間とする。第１および第２捕集領域２１，２２が粒子状物質１１を捕集する位置を「捕集位置」３９と称すると、各捕集領域２０は、捕集が終了した後、捕集位置３９からフィルタ１２の移動方向下流側Ｘ１に移動する。これに伴ってテープ状に形成されるフィルタ１２のうち、移動方向上流側Ｘ２に位置していた部分が捕集位置３９に移動し、次の捕集のための時間の間、たとえば１時間、捕集位置３９に位置する。
【００６４】
測定部１６は、β線照射手段４２と、β線受光測定手段４４とをさらに有し、β線照射手段４２は、フィルタ１２のうち粒子状物質１１が吸着する部分に対してβ線を照射する。β線受光測定手段４４は、β線照射手段４２によって照射され、フィルタ１２を透過したβ線を受光し、β線量を測定する。測定部１６は、β線吸収法によってフィルタ１２に吸着した粒子状物質１１の質量を測定し、粒子状物質１１の質量に関する測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した質量に関する測定結果を記録する。
【００６５】
具体的には第１および第２捕集領域２１，２２のそれぞれに、β線を照射する。β線は、プロメシウム１４７から発生させて、これを第１および第２捕集領域２１，２２に常時照射し続ける。フィルタ１２に粒子状物質１１が付着していないときのβ線の透過量をβ線量基準値として、フィルタ１２を透過したβ線量の測定を続けると、粒子状物質１１が各捕集領域２０に捕集されるにつれて、β線の透過量は減衰する。β線の透過量の、β線量基準値からの減衰量は、捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１の質量に比例する。
【００６６】
これを利用して、捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１の質量を測定することができる。記録部１７は、β線の透過量の減衰量を、たとえば１時間に１回記録してもよいし、常時記録を続けてもよい。常時記録を続ければ、捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１の質量が有意な変化を示す最小の時間単位で、大気中の浮遊粒子状物質の量の経時変化を測定することができる。
【００６７】
本実施形態において測定部１６は、光学的元素状炭素量測定部１５をさらに有する。光学的元素状炭素量測定部１５は、フィルタ１２の捕集領域２０上の光学的元素状炭素（
optical black carbon, 略称「ＯＢＣ」）の量を測定する。ＯＢＣは通常微小粒子に含まれているので、微小粒子の捕集を行う第２捕集領域２２で測定を行う。ＯＢＣの測定は非破壊で行われるので、フィルタ１２に粒子状物質の捕集を行いながら、測定することができ、かつ、β線吸収法により質量を同時に行っても、質量の測定とＯＢＣの測定とを並行して行うことができる。
【００６８】
光学的元素状炭素量測定部１５は、光を照射する光照射手段と、反射光を検出する反射光検出手段とを備える。フィルタ１２に捕集されたＯＢＣが多ければ多いほど、反射光が減衰する。光学的元素状炭素量測定部１５には、光照射手段と反射光検出手段とが一体に設けられており、フィルタ１２上のＯＢＣからの反射光の強度を測定することによって、ＯＢＣの量を測定する。
【００６９】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、さらに遅延部４６を含んで構成される。遅延部４６は、フィルタ１２の供給に関する移動方向Ｘに関して、吸引部１３によって空気のろ過が行われる位置、すなわち捕集位置３９よりも下流側で、かつ溶媒による粒子状物質１１の溶解が行われる位置よりも上流側に位置する。また遅延部４６は、移動方向Ｘに関してフィルタ１２の変位を部分的に遅延させる。
【００７０】
遅延部４６は、３つのロールを含み、３つのロールは、フィルムの移動方向Ｘに異なる位置に並んで配置される。各ロールは、移動方向Ｘに垂直かつテープ状のフィルムに平行に延びる軸線周りに回転自在に配置される。移動方向最も上流側Ｘ２の第１ロール４８と下流側の第２ロール４９とは固定され、第１ロール４８と第２ロール４９との移動方向Ｘ中間に位置する第３ロール５１は、変位駆動手段によって変位可能に設けられる。フィルムに関して、第１ロール４８と第２ロール４９とは同じ側に、かつフィルムの位置の近傍に配置され、第３ロール５１は、フィルムに関して第１および第２ロール４８，４９とは反対側に配置される。
【００７１】
第１ロール４８近傍の位置から第２ロール４９近傍の位置までフィルムが一平面状に配置される状態を、フィルムに関して「自然状態」と称し、自然状態におけるフィルムに垂直な方向を「垂直方向」Ｚと称する。垂直方向Ｚのうち、第３ロール５１の位置する側から第１および第２ロール４８，４９の位置する側に向かう向きを「垂直方向一方」Ｚ１と称し、垂直方向一方Ｚ１とは逆の向きを「垂直方向他方」Ｚ２と称する。
【００７２】
自然状態において第３ロール５１は、第１および第２ロール４８，４９よりも垂直方向他方Ｚ２に離れて位置し、移動方向Ｘに見て、第３ロール５１と第１および第２ロール４８，４９とは、フィルムの厚み以上の距離を隔てて位置する。第３ロール５１は、移動方向Ｘでの第１および第２ロール４８，４９との間の位置で、垂直方向Ｚに、第１および第２ロール４８，４９に接触することなく変位する。自然状態から第３ロール５１は、垂直方向一方Ｚ１に変位可能である。
【００７３】
第３ロール５１が垂直方向一方Ｚ１に変位することによって、フィルムのうち第３ロール５１に接触する部分は、第３ロール５１に押されて垂直方向一方Ｚ１に変位する。この状態を、フィルムに関して「変位状態」と称すると、変位状態では、フィルムは各ロールに接触する部分で曲げられ、第１ロール４８に接触する部分と第２ロール４９に接触する部分との間の部分は、第３ロール５１を迂回して配置される。
【００７４】
フィルムのうち第１ロール４８に垂直方向他方Ｚ２から接触する部分と、第２ロール４９に垂直方向他方Ｚ２から接触する部分との間のフィルムの長さは、自然状態と変位状態とにおいて差異がある。この差異を「設定長さ」と称すると、設定長さは、第１捕集領域２１の中央の位置と、第２捕集領域２２の中央の位置との間の、フィルムの長さに相当する。
【００７５】
遅延部４６によって、移動方向Ｘに関してフィルタ１２の一部の移動を遅延させるときには、まず２つの捕集領域２０における粒子状物質１１の捕集を終了し、第１捕集領域２１よりも移動方向上流側Ｘ２に位置する第２捕集領域２２を、抽出部１４の位置まで移動させる。次に第３ロール５１を垂直方向一方Ｚ１に変位させることによって、フィルムを変位状態とする。このとき、第１ロール４８よりも移動方向上流側Ｘ２に位置するフィルタ１２の部分は、捕集位置３９から移動させることなく、第３ロール５１を変位させる。これによって、第２ロール４９よりも移動方向下流側Ｘ１に位置するテープ状のフィルタ１２の部分は、設定長さだけ移動方向上流側Ｘ２に戻され、抽出部１４には第１捕集領域２１が配置される。
【００７６】
次に第１捕集領域２１に溶媒を接触させ、第１捕集領域２１に捕集された粒子状物質１１を抽出しその成分を溶解させて、溶液として回収する。次に、第３ロール５１を変位させてフィルタ１２を自然状態に戻すことによって、第２ロール４９よりも下流側に設定長さ分のフィルタ１２を移動させる。これによって、抽出部１４には第２捕集領域２２が配置される。第３ロール５１が変位してフィルタ１２が自然状態と変位状態とに切換えられても第１ロール４８よりも上流側のフィルタ１２は移動方向Ｘに移動しないので、第１捕集領域２１の粒子状物質１１と第２捕集領域２２の粒子状物質１１とから、成分を抽出する間、第１ロール４８よりも上流側においては、次の捕集を行うことができる。
【００７７】
抽出部１４では、第１および第２捕集領域２１，２２のそれぞれに３００μＬの溶媒を接触させる。本実施形態では、捕集領域２０に接触してフィルタ１２を洗浄する溶媒は、水であるものとした。ただし他の実施形態において溶媒は、ｐＨを測定可能な範囲で一部に有機溶媒を含むものであってもよい。本実施形態において、捕集領域２０に接触してフィルタ１２を洗浄することで捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１を溶解させた溶液は、測定部１６内の測定セル５４に送られる。測定セル５４内では、溶媒を添加することによって、溶液の全体量を正確に１ｍＬにする。
【００７８】
本実施形態において測定部１６は、溶液に含まれる硝酸イオンの量と、水溶性有機物の量と、酸性度と、硫酸イオンの量とを測定する。具体的には、測定部１６は、硝酸イオンの量を、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって測定し、水溶性有機物の量を、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって測定する。また測定部１６は、さらに溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定し、記録部１７は、測定部１６から出力された酸性度に関する測定結果をさらに記録する。具体的には、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液のｐＨを測定し、粒子状物質の酸性度を求め、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって測定し、硫酸イオンの量を、硫酸バリウム比濁法によって測定する。測定部１６は、これら硝酸イオンの含有量、水溶性有機物の含有量、酸性度および硫酸イオンの含有量についての測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力したこれらの量に関する測定結果を記録する。
【００７９】
測定部１６は、測定セル５４と、底部駆動手段５６と、攪拌手段５７と、紫外−可視光照射手段５８と、分光分析手段６２と、試薬添加手段６３とを含む。測定セル５４は、石英セル６６と、底部６８とを含み、石英セル６６はいわゆる４面セルで、上下方向に軸線を有する角筒状に形成される。底部６８は、石英セル６６に嵌合することによって、石英セル６６の内部空間を塞ぐ。底部６８はパッキンを含んで形成され、底部６８が石英セル６６を塞いだ状態で、石英セル６６と底部６８とは、溶液を保持する。石英セル６６の光路長は６ｍｍに設定され、１ｍＬの溶液を保持した状態で、溶液の深さは３ｃｍに設定される。
【００８０】
石英セル６６の上下方向の長さは、設定される溶液の深さの２倍以上の寸法に設定され、攪拌手段５７は、底部６８が石英セル６６の下端部を塞いだ状態で、底部６８から溶液の深さ以上、上方に配置される。攪拌手段５７は、メカニカルスターラによって実現される。攪拌手段５７は、上下に延びて一部がセル内に配置される攪拌棒６９と、攪拌棒６９の上端部に接続され、攪拌棒６９を回転させる攪拌用モータ７２と、攪拌棒６９の下端部に取付けられた羽根７４を含む。
【００８１】
図３は、本発明の第１実施形態において測定部１６が、攪拌状態にあるときの測定部１６の断面図である。図４は、本発明の第１実施形態において測定部１６が、測定状態にあるときの測定部１６の断面図である。図５は、本発明の第１実施形態において測定部１６が、排液状態にあるときの測定部１６の断面図である。底部駆動手段５６は、リニアモータ７８を含み、底部６８を上下方向に駆動可能で、底部６８を変位させることによって、測定状態と、攪拌状態と、排液状態とを実現する。
【００８２】
測定状態では、底部６８が石英セル６６の下端部を塞いだ状態である。攪拌状態では、底部６８が攪拌棒６９の下端部の羽根７４の、下方近傍に配置され、溶液の液面が、底部６８が攪拌棒６９の下端部の羽根７４よりも上方に位置する。排液状態では、底部６８の石英セル６６に対する嵌合が解除され、底部６８が石英セル６６から下方に離れて配置される。
【００８３】
測定状態では、石英セル６６内の溶液は、紫外−可視光照射手段５８と分光分析手段６２との間に配置される。紫外−可視光照射手段５８と分光分析手段６２とは、ＵＶ−Ｖｉｓ吸収スペクトル測定装置によって実現される。石英セル６６内の溶液は、紫外−可視光照射手段５８から分光分析手段６２までの光路途中に配置され、測定状態において測定部１６は、溶液の可視領域、紫外領域および近赤外領域において、吸光度を測定する。
【００８４】
攪拌状態では、攪拌手段５７の少なくとも羽根７４が溶液に浸され、羽根７４が攪拌用モータ７２によって回転されることによって、攪拌手段５７は溶液を攪拌する。排液状態では、石英セル６６内の溶液は、石英セル６６と底部６８との間隙を通過し、予め定める排液通路７６を介して廃液タンクに排出される。本実施形態において排液通路７６は、透明な部材によって、溶液が排液通路７６を排出される様子は、外方から視認できる。試薬添加手段６３は、試薬が貯留される容器から、予め定める量の試薬を石英セル６６の内部に輸送する輸送管を含む。石英セル６６には、さらに溶媒を貯留する容器８０から、予め定める量の溶媒を石英セル６６の内部に輸送する輸送管が取付けられる。
【００８５】
図６は、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定方法の各工程を表すフローチャートである。浮遊粒子状物質測定方法は、浮遊粒子状物質測定装置１０を用い、浮遊粒子状物質測定装置１０の測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量、および酸性度を測定する。浮遊粒子状物質測定方法は、硝酸イオン測定工程と、酸性度測定工程と、硫酸イオン測定工程とを含んで構成される。
【００８６】
硝酸イオン測定工程では、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長における吸光度法で、溶液のｐＨの値から粒子状物質の酸性度を測定する。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。本実施形態において測定部１６は、水溶性有機物の量をも測定する。浮遊粒子状物質測定方法では、硝酸イオン測定工程において、水溶性有機物の量の測定も行う。
【００８７】
本処理を開始する前に、石英セル６６は洗浄された状態で、底部６８が石英セル６６の下端部に嵌合した測定状態となっている。本処理開始後、ステップａ１の捕集工程に移行し、フィルタ１２を介して大気中の空気を一定流量で吸引する。本実施形態では吸引された空気中の粒子状物質１１は、分級部１９で分級されて２つの捕集領域２０に捕集される。
【００８８】
またステップａ１の捕集工程では、粒子状物質１１の捕集を行うと同時に、β線吸収法による粒子状物質１１の質量の測定と、光学的元素状炭素量測定部１５によるＯＢＣの量の測定とを同時並行で行う。β線照射手段４２とβ線受光測定手段４４とによる粒子状物質１１の質量の測定は、第１および第２捕集領域２１，２２の両方で行い、光学的元素状炭素量測定部１５によるＯＢＣの量の測定は、微小粒子を捕集する第２捕集領域２２で行う。
【００８９】
次にステップａ２の抽出工程に移行し、フィルタ１２の移動と溶媒による浮遊粒子状物質の抽出とを行う。フィルタ１２は、第２捕集領域２２が抽出部１４に位置するまで移動させ、遅延部４６の第３ロール５１を垂直方向一方Ｚ１に変位させることによって、第１捕集領域２１を抽出部１４に位置させる。抽出部１４では溶媒を第１捕集領域２１に接触させて、第１捕集領域２１に捕集された粒子状物質１１を抽出しその成分を溶解させて溶液として回収する。
【００９０】
次にステップａ３の溶媒基準測定工程に移行し、溶媒のみを石英セル６６に投入し、基準となる分光分析を行う。紫外−可視光照射手段５８からの光のうち、溶媒のみが投入された石英セル６６を透過した透過光の各波長における光強度を測定する。この測定結果を基準とし、後の測定の測定結果を相対値として求める。
【００９１】
次にステップａ４の溶媒排出工程に移行し、底部駆動手段５６のリニアモータ７８を駆動して底部６８を下方に下げ、排液状態とすることによって、石英セル６６内の溶媒を排出する。次にステップａ５の溶液投入工程に移行し、底部６８を変位させて測定部１６を測定状態とし、粒子状物質１１が溶解した溶液を、石英セル６６に投入する。次にステップａ６の溶液希釈工程に移行し、溶媒を石英セル６６内に投入する。溶媒が投入されることによって、石英セル６６内の溶液には攪拌が起こる。
【００９２】
次にステップａ７の硝酸イオン測定工程に移行し、予め定める波長で測定することによって、溶液中の硝酸イオンの濃度を測定する。予め定める波長は、２２８ｎｍと２３９ｎｍとする。波長および測定の詳細については後に述べる。本実施形態では、硝酸イオン測定工程において、同時に水溶性有機物の量も測定する。水溶性有機物の量は、所定の波長における吸光度測定を行うことによって測定する。所定の波長は、２５４ｎｍとする。
【００９３】
次にステップａ８の酸性度測定工程に移行し、溶液の攪拌と、石英セル６６内へのｐＨ指示薬の投入と、溶液の吸光度の測定とを行う。溶液の攪拌では、リニアモータ７８で底部６８を変位させ、測定部１６を攪拌状態とし、攪拌用モータ７２で攪拌棒６９を回転させる。これによって羽根７４が溶液内で回転し、溶液が攪拌される。この状態でｐＨ指示薬を投入する。ｐＨ指示薬は、ブロモフェノールブルーとし、添加する量は１０μＬとする。次に底部駆動手段５６を駆動することによって測定部１６を測定状態とし、分光分析を行う。ブロモフェノールブルーは、溶液のｐＨの変化によって紫外−可視吸収スペクトルが変化し、４９５ｎｍの波長において、等吸収点を有する。またいずれのｐＨにおいても、６８０ｎｍ以上の波長領域には、吸収を持たない。測定に利用する波長および測定の詳細については、後に述べる。
【００９４】
次にステップａ９の硫酸イオン測定工程に移行し、溶液の攪拌と、塩化バリウムの添加と、透過光強度の測定とを行う。溶液の攪拌については、ステップａ８の酸性度測定工程における攪拌と同様である。溶液を攪拌しながら、塩化バリウムを添加する。添加する塩化バリウムの量は、溶液内の硫酸イオンの量に対して十分な量で、かつ溶液に溶解可能な量とする。硫酸イオンの濃度測定は、紫外−可視光照射手段５８および分光分析手段６２とを用いて測定し、塩化バリウムを添加する前の透過光強度と、塩化バリウムを添加して攪拌した後の透過光強度とを比較することによって行う。
【００９５】
溶液に硫酸イオンが含有されていると、塩化バリウムを添加すると硫酸バリウムが生成し、水溶液中において懸濁する。本実施形態において石英セル６６中の硫酸イオンの濃度範囲は、およそ１０μｍｏｌ／Ｌ以上１００μｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であり、この濃度範囲において、塩化バリウム添加前後の透過光強度の減少割合は、硫酸イオン濃度に比例する。単位「μｍｏｌ／Ｌ」は、「μＭ」と表記される場合もある。透過光強度の測定を行う波長は、ブロモフェノールブルーが等吸収点を示す４９５ｎｍまたは吸収を持たない６８０ｎｍ以上の領域の波長とする。測定の詳細については、後に述べる。
【００９６】
次にステップａ１０の排液工程に移行し、石英セル６６中の溶液を排出する。これは、溶媒排出工程で溶媒を排出したのと同様に、底部駆動手段５６のリニアモータ７８で底部６８を下方に変位させ、測定装置を排液状態とすることによって行われる。
【００９７】
次にステップａ１１の洗浄工程に移行し、石英セル６６、底部６８および排液通路７６の洗浄を溶媒によって行う。底部駆動手段５６は底部６８を石英セル６６の下端部に嵌合し、測定部１６が測定状態となった状態で、溶媒を石英セル６６中に投入する。その後、底部駆動手段５６は底部６８を攪拌手段５７の下方近傍にまで上昇させ、攪拌棒６９の一部および羽根７４を溶媒に浸す。この状態で攪拌棒６９を回転させて攪拌手段５７の洗浄を行う。その後、底部駆動手段５６は底部６８を石英セル６６の下端部の高さにまで下降させ、さらに石英セル６６との嵌合を解除して、溶媒を排出する。底部６８はそのパッキンによって石英セル６６の内壁に接触した状態で上昇および下降するので、このことによって石英セル６６の内壁を溶媒とパッキンとによって洗浄することができる。
【００９８】
この洗浄工程において、溶媒の投入から排出までを何度か繰返し、石英セル６６および攪拌手段５７の洗浄を終了する。その後、本処理は終了する。図６のフローチャートに示した浮遊粒子状物質測定方法は、１つの捕集領域２０について１０分程度で終了する。本実施形態では捕集領域２０は２つ設けられるので、この処理は２回繰返される。大気中の空気から粒子状物質１１を捕集領域２０に捕集するのは１時間としたので、図６の処理を２回繰返しても捕集にかかる時間よりも短時間に測定を終了することができる。したがって、測定部１６による測定が終了しないために、次に捕集を行った捕集領域２０が、測定の終了まで放置されるという状況を回避することができる。
【００９９】
図６に示したフローチャートに従う処理、フィルタ１２の移動、遅延部４６の駆動、測定部１６の各動作、および測定結果の記録は、たとえば中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含むコンピュータによって制御される。コンピュータの制御動作は、ＣＰＵを含む電子部品と、ＣＰＵに読取り可能な形式で記録され、コンピュータによる制御方法を記録したプログラムなどによって実現される。
【０１００】
図７は、硝酸イオンの吸収スペクトルを表す図である。図７において横軸は吸光度を測定した波長を表しており、縦軸は吸光度を表す。図７中最も上方のスペクトルから第１、第２、第３および第４スペクトル８１，８２，８３，８４と称すると、第１スペクトル８１は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が１４３μＭのときの吸光度を示し、第２スペクトル８２は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が１０７μＭのときの吸光度を示し、第３スペクトル８３は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が７１μＭのときの吸光度を示し、第４スペクトル８４は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が３６μＭのときの吸光度を示す。
【０１０１】
硝酸イオンの吸収スペクトルのピークは、およそ２００ｎｍにあるけれども、紫外−可視光照射手段５８としてキセノンフラッシュランプを使用すると、およそ２２０ｎｍ以下の波長領域の光量が少ない。したがって、測定誤差を小さくするためには、２２０ｎｍよりも長波長の波長領域で吸光度を測定することの方が好ましい。また２４０ｎｍを超える波長領域では、硝酸イオンのモル吸光係数が小さくなることから、吸光度測定による濃度測定が難しくなる。したがって、本実施形態では、２２８ｎｍと２３９ｎｍとの２つの波長において測定を行った。特に２２８ｎｍにおける吸光度から２３９ｎｍにおける吸光度を差引いた値は、硝酸イオンの濃度に対して良好な直線関係を得ることができ、誤差の少ない濃度の指標とすることができる。
【０１０２】
水を溶媒としたときの硝酸イオンの２２８ｎｍにおけるモル吸光係数は、ε＝１０６０ｃｍ−１ｍｏｌ−１Ｌであり、２３９ｎｍにおけるモル吸光係数は、ε＝１３０ｃｍ−１ｍｏｌ−１Ｌである。このように、複数の波長の吸光度から硝酸イオンの含有量を求めることによって、誤差の少ない硝酸イオンの含有量の測定を行うことができる。
【０１０３】
図８は、硝酸イオンの濃度と、２２８ｎｍにおける吸光度から２３９ｎｍにおける吸光度を差引いた値との関係を表す図である。横軸は硝酸イオンの濃度を単位「μＭ」で表し、縦軸は吸光度の差（無次元単位）を表す。これを検量線として用いることによって、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度を、数１０μＭ単位で高精度に測定することができる。
【０１０４】
図９は、水溶性有機物としてシュウ酸の紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。図９において、最も上方かつ右方のスペクトルから順に第１、第２、第３、および第４有機物スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と称すると、第１有機物スペクトルＳ１は、シュウ酸の濃度が１０００μＭの水溶液の吸収スペクトルであり、第２有機物スペクトルＳ２は、シュウ酸の濃度が５００μＭの水溶液の吸収スペクトルでありる。第３有機物スペクトルＳ３は、シュウ酸の濃度が２００μＭの水溶液の吸収スペクトルであり、第４有機物スペクトルＳ４は、シュウ酸の濃度が１００μＭの水溶液の吸収スペクトルである。
【０１０５】
水溶性有機物の可視−紫外吸収スペクトルは、硝酸イオンが吸収を示さない２５４ｎｍに吸収を示し、またいずれの水溶性有機物も６８０ｎｍ以上の波長領域では、吸収を示さない。したがって、２５４ｎｍの吸光度を用い、または２５４ｎｍと６８０ｎｍとにおける吸光度の差を用いることによって、水溶性有機物の含有量を求めることができる。水溶性有機物の吸収は、硝酸イオンの含有量の算出に用いる２２８ｎｍおよび２３９ｎｍにおいても吸収を示すけれども、硝酸イオンが吸収を示すことのない２５４ｎｍにおける吸光度から水溶性有機物の含有量を求めることによって、硝酸イオンの含有量をも正確に求めることができる。
【０１０６】
図１０は、ブロモフェノールブルーが溶解した溶液の、各水素イオン濃度（ｐＨ）における紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。図１０では、石英セル６６中のブロモフェノールブルーの濃度が１．４９μＭである条件化で、各ｐＨにおいて得られる紫外−可視吸収スペクトルを表している。図１０中５９０ｎｍにおいて最も上方のスペクトルから第５、第６、および第７スペクトル８５，８６，８７と称すると、第５スペクトル８５は、塩酸の濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨが０．７である条件におけるスペクトルである。単位「ｍｏｌ／Ｌ」は、「Ｍ」と表されることもある。第６スペクトル８６は、フタル酸水素カリウムの濃度が０．０５Ｍで、ｐＨが４．０１である条件におけるスペクトルである。第７スペクトル８７は、リン酸二水素カリウムを０．０２５Ｍ、リン酸二水素ナトリウムを０．０２５Ｍの濃度で溶解させ、ｐＨが６．８６である条件におけるスペクトルである。
【０１０７】
水を溶媒としたときブロモフェノールブルーは、酸性条件下において４３５ｎｍに極大の吸収を示し、中性〜アルカリ性条件下では５９０ｎｍに極大の吸収を示す。等吸収点４９５ｎｍにおけるモル吸光係数はε＝７０００ｃｍ−１ｍｏｌ−１Ｌであり、この波長における吸光度は、溶液のｐＨに依存しない。溶媒として用いる水には、二酸化炭素（ＣＯ２）がふくまれていない方が溶液のｐＨを正確に測定することができるけれども、溶液のｐＨの値が４．５よりも小さい場合には、溶存二酸化炭素の影響は無視することができる。また温度および攪拌の条件が一定している場合には、溶液のｐＨの値に対する二酸化炭素の影響も一定している。したがって、既知のｐＨに調整される溶液のｐＨを、粒子状物質に対する取扱いと同様の取扱いを行って測定し、基礎データを収集することで、二酸化炭素の影響を算出することができるので、いずれのｐＨが示される溶液に対しても、二酸化炭素の影響を補正することは、可能となる。
【０１０８】
図１１は、同一の溶液のｐＨを、第１実施形態において測定した測定結果と、ｐＨ電極を用いて測定した測定結果とを表す図である。四角でプロットした結果は、本実施形態による測定結果であり、「×」で示される測定結果は、ｐＨ電極を用いて測定した測定結果である。図１１に示されるように、本実施形態において測定したｐＨの測定結果と、ｐＨ電極を用いて測定したｐＨの測定結果とは、よく一致している。本実施形態では、４３５ｎｍと４９５ｎｍとにおける吸光度の差、または５９０ｎｍと４９５ｎｍとにおける吸光度の差を測定することによって、溶液のｐＨを正確に求めることができる。４９５ｎｍの吸光度に代えて、ブロモフェノールブルーが吸収を示さない６８０ｎｍ以上のいずれかの波長における吸光度を用いてもよい。このように、複数の波長の吸光度を利用して溶液のｐＨを測定することによって、誤差の少ないｐＨの測定を行うことができる。さらにこれによって、粒子状物質の酸性度を求めることができる。
【０１０９】
図１２は、硫酸バリウムを水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す図である。図１２中最も上方のスペクトルから第８、第９、第１０、第１１、第１２、および第１３スペクトル８８，８９，９０，９１，９２，９３と称すると、第８スペクトル８８は、仮に水中に全て溶解すれば１００μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第９スペクトル８９は、仮に水中に全て溶解すれば８２μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。
【０１１０】
第１０スペクトル９０は、仮に水中に全て溶解すれば５１μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第１１スペクトル９１は、仮に水中に全て溶解すれば３０μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第１２スペクトル９２は、仮に水中に全て溶解すれば１０μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第１３スペクトル９３は、硫酸バリウムが、水中に分散していないときの透過光強度のスペクトルを表す。
【０１１１】
図１３は、図１２に示したデータに基づいて求めた検量線を示す図である。硫酸イオンの濃度が、およそ１２０μＭ以下という低濃度であるときには、硫酸イオンの濃度を数分以内に測定することは、比濁法以外では、難しいけれども、塩化バリウムを用いて硫酸バリウムを生成させて透過光強度を測定する比濁法では、図１３に示した検量線に基づいて測定することで、高い精度で短時間に測定することができる。
【０１１２】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質が存在する。その中で、特に粒径が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。本明細書本文中では、粒径１０μｍ以下の粒子状物質１１とは限らずに、粒径１０μｍ以上の粒子状物質１１をも含めて「浮遊粒子状物質」とする。
【０１１３】
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，ＣＰと略すことがある）と微小粒子（fine particle，ＦＰと略すことがある）とが存在する。
【０１１４】
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煤塵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粒子と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、揮発性有機化合物（
volatile organic compound, 略称「ＶＯＣ」）等のガス状物質が大気中で粒子状物質１１に変化する二次生成粒子がある。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から、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の重量濃度と死亡率が比例することがわかっている。
【０１１５】
図１４は、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置および浮遊粒子状物質測定方法によって測定された測定結果を表す図である。図１４（ａ）は、微小粒子に含まれる硫酸イオンの量を示し、図１４（ｂ）は、微小粒子に含まれる硝酸イオンの量を示している。図１４（ｃ）は、微小粒子の酸性度を、空気中に含まれる水素イオンの量として示している。図１４（ｄ）は、微小粒子に含まれる水溶性有機物の量を示しており、図１４（ｅ）は、大気中の空気に含まれる粗大粒子の量と微小粒子の量とを示している。図１４（ｅ）において上方に位置するスペクトルを「ＦＰスペクトル」Ｓｆｐと称し、下方に位置するスペクトルを「ＣＰスペクトル」Ｓｃｐと称すると、ＦＰスペクトルＳｆｐは、微小粒子の量を、ＣＰスペクトルＳｃｐは、粗大粒子の量を表している。
【０１１６】
図１４において横軸は日付を表しており、縦軸は空気１ｍ３に含まれる量に換算した値を示している。図１４（ａ）〜（ｃ）では、縦軸の単位は「ｎｍｏｌ／ｍ３」であり、図１４（ｄ）および（ｅ）では、縦軸の単位は、「μｇ／ｍ３」である。本実施形態における浮遊粒子状物質測定装置では、１時間毎の測定も可能であるが、数時間毎の測定も可能であり、また図１４に示すように数日間の連続した自動測定が可能である。
【０１１７】
図１４（ｅ）に示すように、微小粒子と粗大粒子では、微小粒子の量が多く、また人体に対する悪影響としても、微小粒子の方が粗大粒子よりも重要性を有する。図１４（ａ）〜（ｄ）では、微小粒子についての測定結果を示したけれども、粗大粒子に関して同様の測定を行うことも可能である。図１４に示すように、大気中の空気に含まれる浮遊粒子状物質に関して、これら複数種類の測定を自動的にかつ継続的に行うことができ、経時変化についての正確なデータを得ることができる。
【０１１８】
本実施形態によれば、浮遊粒子状物質測定装置１０および浮遊粒子状物質測定方法は、前記のような硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物などの粒子状物質１１を測定することができる。浮遊粒子状物質測定装置１０において吸引部１３は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質１１をフィルタ１２に捕集させる。抽出部１４は、フィルタ１２に捕集した粒子状物質１１を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。これによって、大気中の大容量の空気に含まれる粒子状物質１１の成分を少量の溶液として濃縮して回収することができる。したがって大気中の粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量のうち少なくともいずれか１つを、自動的にかつ高感度に測定することができる。
【０１１９】
測定部１６は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定する。記録部１７は、測定部１６から出力された、酸性度に関する測定結果を、さらに記録する。これによって、大気に含まれる酸性物質の量の時間変化および環境への影響の増減を、自動的に測定することができる。したがって、酸性雨など、浮遊粒子状物質が環境に与える影響についての調査および対策の立案に対して貢献することができる。
【０１２０】
高感度の測定が可能であるので、従来技術ではおよそ２４時間の捕集の後に、測定が行われていたけれども、およそ１時間の捕集の後に測定を行うことができる。したがって、捕集された後に粒子状物質１１が空気の流れに曝される時間を短縮し、化学的に変質することを予防することができる。粒子状物質に含まれる酸性の成分は、大気中の空気に含まれるアンモニアによって中和されるので、粒子状物質の捕集を長時間行うことによって中和される。したがって、長時間の捕集を行う必要があった従来技術では、粒子状物質の酸性度を正確に測定することができなかった。これに対し、本実施形態における浮遊粒子状物質測定装置および浮遊粒子状物質測定方法では、短時間の捕集の後に測定を行うことができるので、正確に粒子状物質の測定を行うことができる。
【０１２１】
また捕集された粒子状物質は、揮発性物質を含む場合があるので、２４時間の捕集では、揮発性を有する物質が損失してしまう。これに対し本実施形態では、捕集時間を従来技術に比べて短縮することができるので、飛散および蒸散を抑制して測定を行うことができる。したがって、精度の高い測定を行うことができる。また記録部１７が測定結果を記録するので、記録された測定結果を測定後に参照することができる。さらにイオンクロマトグラフィ、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）、質量分析装置（ＭＳ）などに比べて、はるかに簡便で安価、かつ安定した測定を可能とする装置を提供することができる。したがって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【０１２２】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録する。これによって、大気中の粒子状物質１１に含まれる水溶性有機物の量を測定することができる。
【０１２３】
また本実施形態によれば、フィルタ１２はテープ状に形成され、浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ供給部１８をさらに含んで構成される。フィルタ供給部１８は、テープ状のフィルタ１２を継続的に供給する。これによって、大気中の粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度のうち少なくともいずれか１つを、継続的に測定することが可能となる。
【０１２４】
また本実施形態によれば、吸引部１３は、予め定める粒径を超える粒径を大きな質量割合で含む粒子状物質１１と、予め定める粒径以下の粒子を大きな質量割合で含む粒子状物質１１とを、フィルタ１２のうち互いに異なる複数の位置に捕集させる。これによって、特に人体に対する影響が大きな粒径の粒子状物質１１について、その成分を測定することが可能となる。粒子状物質１１が人体に与える影響と、粒子状物質１１の粒径との間には相関関係がある。したがって、浮遊粒子状物質測定装置１０は、予め定める粒径を基準として粒子状物質１１を分級することができるので、さまざまな粒径の粒子状物質１１のうち、人体への影響が大きな粒径の粒子状物質１１に注目し、これに含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度のうち、少なくともいずれか１つを測定することができる。
【０１２５】
特に粒径が２．５μｍ以下の微小粒子は、人体への悪影響が大きいとされているので、分級して微小粒子と粗大粒子とにそれぞれ特徴的な成分などの分析を行うことは、疫学調査、大気汚染の原因調査に関して大きく貢献することができる。
【０１２６】
また本実施形態によれば、測定部１６は、β線吸収法によってフィルタ１２に捕集した粒子状物質１１の質量を測定する。これによって、一定の量の大気中に含まれる粒子状物質１１の全体量を測定することができる。また一定の量の粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定することができる。したがって、粒子状物質１１全体の中での硝酸イオンの割合または硫酸イオンの割合を求めることができる。これによって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【０１２７】
またβ線吸収法での測定では、フィルタ１２に捕集した粒子状物質１１を化学的に変質させることなく、また測定によって、フィルタ１２に捕集された粒子状物質１１を消費することなく、粒子状物質１１の質量を測定することができるので、フィルタ１２に捕集された粒子状物質１１の全部を溶媒で抽出し、その成分を溶液として回収することができる。したがって、粒子状物質１１に関する質量以外の測定において誤差が生じることを防止することができる。
【０１２８】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数ナノモル毎立方メートル（ｎｍｏｌ／ｍ３）の規模で含まれる硝酸イオンの量よりもさらに少ない量で含まれる硝酸イオンの量をも、高い精度で測定することができる。また、たとえばイオンクロマトグラフィによって硝酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に硝酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質１１の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量を測定することができる。さらにイオンクロマトグラフィに比べて簡便で安価な装置として提供することができる。
【０１２９】
また本実施形態によれば、測定部１６は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数グラムの規模で含まれる硫酸イオンの量に比べて少ない量で含まれる硫酸イオンの量を、高い精度で測定することができる。また、たとえばイオンクロマトグラフィによって硫酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に硫酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質１１の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質１１に含まれる硫酸イオンの量を測定することができる。
【０１３０】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定する。これによって、粒子状物質１１の捕集にかかった時間に比べて短時間に、水溶性有機物の量を測定することができる。したがって、次の測定のための粒子状物質１１の捕集と、すでに捕集された粒子状物質１１に関する抽出および測定とを並行して行っても、測定部１６の測定終了を待つことなく、次に捕集された粒子状物質１１に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質１１を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質１１が、測定部１６の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質１１の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質１１の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質１１に関する測定を継続的に行うことができる。
【０１３１】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、溶液の酸性度を測定する。これによって、硝酸イオンおよび硫酸イオンの少なくともいずれか１つを測定する測定部１６を利用して、粒子状物質１１を含む溶液の酸性度を測定することができる。したがって、たとえばｐＨ電極を利用して酸性度を測定する場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【０１３２】
また本実施形態によれば、硝酸イオン測定工程において、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法で、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長における吸光度法で、溶液の酸性度を測定する。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。
【０１３３】
これによって、硝酸イオン測定工程では、抽出部１４で回収した後の溶液に試薬を添加することなく、測定することができる。酸性度測定工程では、ｐＨ指示薬を添加するので、硝酸イオン測定工程の後でも測定することができる。硫酸イオン測定工程では、添加する塩化バリウムと硫酸イオンとで溶液を懸濁させるので、酸性度測定工程の後でも、測定を行うことができる。したがって、同一の溶液を用いて、少なくともこれら３種類の測定を行うことができる。また、硝酸イオン測定工程、酸性度測定工程および硫酸イオン測定工程において、紫外−可視分光分析装置を共通して用いることができるので、それぞれ異なる測定装置によって測定を行う場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【０１３４】
また浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ供給部１８と、遅延部４６とをさらに含んで構成される。フィルタ１２は可撓性を有する材料によってテープ状に形成され、フィルタ供給部１８は、テープ状のフィルタ１２を継続的に供給する。遅延部４６は、フィルタ１２の供給に関する移動方向Ｘに関して、吸引部１３によって空気の取入れが行われる位置、すなわち捕集位置３９よりも下流側で、かつ溶媒による粒子状物質１１の抽出が行われる位置よりも上流側に位置する。また遅延部４６は、移動方向Ｘに関してフィルタ１２の変位を部分的に遅延させる。
【０１３５】
これによって、空気の取入れが行われる位置では、フィルタ１２のうち異なる複数の部分に、分級された後の粒子状物質１１をそれぞれ付着させ、フィルタ１２から粒子状物質１１を回収するときには、１つの抽出部１４によって、複数の回数に分けて回収することができる。したがって、粒子状物質１１の回収を、１つの抽出部１４で行うことができ、複数の抽出部１４を設ける場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【０１３６】
本実施形態において浮遊粒子状物質測定装置１０は、質量、硝酸イオンの量、水溶性有機物の量、硫酸イオンの量および酸性度を全て測定可能な装置としたけれども、他の実施形態においては、たとえば、硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度のうちいずれか１つ、またはいずれか２つを測定する構成とすることも可能である。
【０１３７】
（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０は、第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０に類似しており、以下、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点を中心に説明する。測定部１６は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。第２実施形態において測定部１６は、イオンクロマトグラフィによって測定を行う。
【０１３８】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、計量部１１１を含む。計量部１１１は、抽出部１４によって回収された溶液を貯留する。浮遊粒子状物質測定装置１０は、計量部１１１を含む。計量部１１１は、抽出部１４によって回収された溶液を貯留する。抽出部１４によって回収された溶液は、粒子状物質を溶媒で溶解させることで抽出された成分を含み、抽出部１４によって回収された後、エアーポンプによって計量部１１１に圧送される。計量部１１１に送られた溶液は、計量部１１１において溶媒が添加されることよって予め定める溶液量にメスアップされる。
【０１３９】
計量部１１１は、溶液保持部１１２と、レベルセンサ１１４と、バイブレータ１１６と、バルブ１１８ａ、１１８ｂとを含む。溶液保持部１１２は、計量部１１１において溶液を保持する。レベルセンサ１１４は、溶液の全体量が予め定める溶液量に到達したか否かを測定し、バイブレータ１１６は、計量部１１１において増量された溶液に振動を与えることによって、溶液内における濃度の局在化を防ぎ、溶液全体を均一にする。
【０１４０】
バルブ１１８ａおよび１１８ｂは、抽出部１４から計量部１１１に送られる溶液の流路方向に関して、溶液保持部１１２よりもさらに流路方向下流Ｙ２側に配置される。溶液保持部１１２と測定部１６との間には、溶液を送るための流路１２１が形成される。バルブ１１８ａは、溶液の移動の許容または停止を、バルブ１１８ｂは、溶液の移動の移動方向を制御する。溶液保持部１１２に貯留される溶液の全体量は、バルブ１１８ａを閉鎖した状態で、予め定める溶液量にメスアップされ、バルブ１１８ａが開放されることによって、溶液保持部１１２に貯留される溶液は、測定部１６に送られる。第２実施形態においてバルブ１１８ｂは、アニオン測定部１２４に接続される流路方向Ｙ１側の流路と、カチオン測定部１２２に接続される流路方向Ｙ２側の流路とに分岐される。
【０１４１】
第２実施形態において測定部１６は、陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うカチオン測定部１２２と、陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うアニオン測定部１２４との、少なくともいずれか一方を含む。カチオン測定部１２２は、カチオン、すなわち陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行い、アニオン測定部１２４は、アニオン、すなわち陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行う。流路方向はバルブ１１８ｂによって決定され、流路方向Ｙ１側の流路１２１はアニオン測定部１２４に接続され、流路方向Ｙ２側の流路１２１はカチオン測定部１２２に接続される。
【０１４２】
カチオン測定部１２２とアニオン測定部１２４とにおいて充填材および溶離液として使用される材料はそれぞれ異なるけれども、装置構成としては類似する。カチオン測定部１２２およびアニオン測定部１２４のそれぞれを、各イオンクロマトグラフ部と称し、略称としてそれらをそれぞれ「ＩＣ部」（１２６）と称すると、各ＩＣ部１２６は、サンプルループ部１２８と、ポンプ部１３２と、カラム部１３３と、検出部１３４とを含む。カラム部１３３には、各ＩＣ部１２６に応じた充填材が充填され、カラム部１３３を含む流路１２１には、流路方向上流側から流路方向下流側に向けて、予め定める流速で、それぞれのＩＣ部１２６に応じた溶離液が流される。ポンプ部１３２は、溶離液が貯留される容器から溶離液を供給し、溶離液の流れに対して動力を与える。ポンプ部１３２には、ポンプと、ダンパー１３６と、気泡抜き弁１３８が設けられる。ダンパー１３６は、ポンプによる流量の変動を抑え、気泡抜き弁１３８は、流路１２１をポンプ側からカラム部１３３側に向かう溶離液に含まれる気泡を除去する。
【０１４３】
カチオン測定部１２２において充填材は、表面部にスルホン基を有する陽イオン交換樹脂を用いることができる。他の実施形態においては、たとえば表面部にカルボキシル基を化学修飾したスチレン系ゲルによって形成される陽イオン交換樹脂を使用することもできる。第２実施形態においてカチオン測定部１２２における溶離液は、１１ｍｍｏｌ／Ｌの塩酸とした。他の実施形態においては、たとえば１１ｍｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液、または２０ｍｍｏｌ／Ｌのメタンスルホン酸水溶液などを用いることができ、さらに他の実施形態では、硝酸の濃度が２．５ｍｍｏｌ／Ｌで、かつヒスチジンの濃度が０．５ｍｍｏｌ／Ｌの水溶液を用いることができる。カチオン測定部１２２における充填材および溶離液は、前記の充填材および溶離液に限定するものではない。
【０１４４】
アニオン測定部１２４において充填材は、表面部に四級アンモニウムを化学修飾した親水性ポリマーゲルを用いることができる。アニオン測定部１２４における溶離液は、ｐ−ヒドロキシ安息香酸の濃度が８．０ｍｍｏｌ／Ｌ、Ｂｉｓ−Ｔｒｉｓの濃度が３．２ｍｍｏｌ／Ｌ、かつホウ酸の濃度が５０ｍｍｏｌ／Ｌの水溶液を用いることができる。Ｂｉｓ−Ｔｒｉｓは、ビス（２−ヒドロキシエチル）イミノトリス（ヒドロキシメチル）−メタン（bis(2-hydroxyethyl)iminotris(hydroxymethyl)-methane）の略称である。アニオン測定部１２４における充填材および溶離液は、前記の充填材および溶離液に限定するものではない。
【０１４５】
サンプルループ部１２８は、カラム部１３３よりも流路方向上流側に配置され、計測部からカラム部１３３に溶液を案内する部分である。計量部１１１においてメスアップされた溶液は、ＩＣ部への導入時にサンプルループ部１２８に送られ、サンプルループ部１２８において一定量貯留される。余剰となった溶液は、廃棄される。その後カラム部１３３への投入時にポンプ１３２のより溶離液がサンプルループ部１２８に送られ、サンプルループ部１２８に貯留された溶液をカラム部１３３へ押し流す。検出部１３４は、溶液の電気伝導度の変化によって溶質の存在を検出する。他の実施形態において検出部１３４は、溶液の屈折率の変化を測定することによって溶質の存在を検出してもよい。検出部１３４を通過した後の溶液は、廃棄される。
【０１４６】
各ＩＣ部１２６において、種類の異なる陽イオンまたは陰イオンが検出部１３４を通過する時刻は、カラム部１３３を通過することによって差異が生じる。予め定める陽イオンおよび陰イオンを各ＩＣ部１２６に投入し、投入から検出部１３４によって検出されるまでの時間を、予め測定しておき、これらのデータと粒子状物質を抽出した溶液を測定したときのデータとを比較することによって、各ＩＣ部１２６の検出部１３４において検出された陽イオンおよび陰イオンを同定することができる。
【０１４７】
また予め定める濃度の各種の陽イオンおよび陰イオンを各ＩＣ部１２６に投入し、検出部１３４によって検出される出現ピークの大きさを測定して、出現ピークの面積と各イオンの濃度の関係を求めるておくことで、それらのデータと、粒子状物質を抽出した溶液を測定したときのデータとを比較することにより、各ＩＣ部１２６の検出部１３４において検出された陽イオンおよび陰イオンの濃度を特定することができる。各ＩＣ部１２６に対する溶液の投入は、断続的に自動的に行われ、各ＩＣ部１２６の検出部１３４における測定、データの出力および記録部におけるデータの記録も、投入の時期に応じて自動的に行われる。各ＩＣ部１２６において、溶離液を含む溶液の流速は、０．５ｍｌ／ｍｉｎとしたが、これに限定するものではない。出現ピークがいずれも互いに相似形であると近似できる場合には、各イオンの濃度は、出現ピークの高さに対応するものとして測定結果を求めることも可能である。
【０１４８】
図１６は、本発明の第２実施形態におけるカチオン測定部１２２における測定結果の一例を表す図である。図１６において縦軸は、各種の陽イオンの濃度に対応して得られた、溶液の電気伝導度の変化量を出現ピークとして表しており、横軸は、溶出時間を表す。溶出時間は、カチオン測定部１２２に溶液が到達した時刻を基準に測定する。ただし他の実施形態において溶出時間は、陽イオンカラム内での溶出時間が充分に長い、特定の種類の溶質の溶出時刻を基準に測定してもよい。
【０１４９】
図１６において、最も大きい１．３分〜１．５分の溶出時間に対応して現れている第１ピーク１４０ａは、アンモニウムイオン（ＮＨ4+）の出現ピークを表し、１．２分近傍に現れている第２ピーク１４０ｂは、ナトリウムイオン（Ｎａ+）の出現ピークを表している。１．８分〜１．９分近傍に現れている第３ピーク１４０ｃは、カリウムイオン（Ｋ+）の出現ピークを表している。５．１分近傍に現れている第４ピーク１４０ｄは、マグネシウムイオン（Ｍｇ+）の出現ピークを表しており、６．８分近傍に現れている第５ピーク１４０ｅは、カルシウムイオン（Ｃａ+）の出現ピークを表している。
【０１５０】
各イオンの濃度を求める計算においては、まず複数種類の既知の濃度の標準資料に対して同一条件で測定を行い、対応して出現した出現ピークの面積と、各濃度との関係を検量線として求める。次に実際の測定結果として出現した各種イオンの出現ピークの面積が、各種イオンにおいて、いずれの濃度に対応するものか、検量線に基づいて求める。図１６に示した測定結果から、大気中に含まれる各陽イオンの濃度として、Ｎａ＋の濃度は６．０９ｎｍｏｌ／ｍ３、ＮＨ４＋の濃度は７３．４ｎｍｏｌ／ｍ３、Ｋ＋の濃度は８．３６ｎｍｏｌ／ｍ３と求められた。
【０１５１】
図１７は、本発明の第２実施形態におけるアニオン測定部１２４における測定結果の一例を表す図である。図１７において縦軸は、各種の陰イオンの濃度に対応して得られた、溶液の電気伝導度の変化量を出現ピークとして表しており、横軸は、溶出時間を表す。溶出時間は、アニオン測定部１２４に溶液が到達した時刻を基準に測定する。ただし他の実施形態において溶出時間は、陰イオンカラム内での溶出時間が充分に長い、特定の種類の溶質の溶出時刻を基準に測定してもよい。
【０１５２】
図１７において、最も大きい４．５分近傍の溶出時間に対応して現れている第６ピーク１４１ｆは、硫酸イオン（ＳＯ42-）の出現ピークを表し、２．２分近傍に現れている第７ピーク１４１ｇは、塩化物イオン（Ｃｌ-）の出現ピークを表している。３．７分近傍に現れている第８ピーク１４１ｈは、硝酸イオン（ＮＯ3-）の出現ピークを表している。陰イオンの濃度を求めるときにも、陽イオンを求めるときと同様に、各出現ピークの面積と各種イオンの濃度との対応関係を検量線として求め、各種イオンにおいて求めた検量線に基づいて、得られた出現ピークの面積から、濃度を求める。図１７に示した測定結果から、大気中に含まれる各陰イオンの濃度として、Ｃｌ−の濃度は５．４３ｎｍｏｌ／ｍ３、ＮＯ３−の濃度は５３．４ｎｍｏｌ／ｍ３、ＳＯ４２−の濃度は３１２ｎｍｏｌ／ｍ３として求められた。
【０１５３】
第２実施形態によれば、測定部１６は、イオンクロマトグラフィによる測定を行う。これによって、たとえば他のクロマトグラフィーにおけるカラムのように、分子を吸着してしまったり、測定対象となる試料に高い揮発性が要求されたりすることがない。したがって第２実施形態における測定部１６では、粒子状物質１１に含まれる、たとえばＳＯ4-、ＮＯ3-、Ｃｌ-、Ｆ-、Ｎａ+、ＮＨ4+、Ｋ+、Ｍｇ+およびＣａ+などを測定することができる。
【０１５４】
（第３実施形態）
図１８は、本発明の第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０は、第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定に類似しており、以下、第２実施形態に対する第３実施形態の相違点を中心に説明する。測定部１６は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。第３実施形態において測定部１６は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、四重極質量分析計１４２を含む。測定部１６は、マススペクトロメトリーにおいて、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行う。
【０１５５】
マススペクトロメトリーを行う測定装置を「質量分析計」（１４４）と称する。質量分析計１４４は、イオン化部１４６と、分析部１４８とを有する。イオン化部１４６は、質量分析計１４４に送られる溶液に含まれる分子に電荷を与えることによって、分子をイオン化する。分析部１４８は、イオン化された分子の質量を測定する。第３実施形態において、イオン化部１４６は、エレクトロスプレーイオン化（electrospray ionization, 略称「ＥＳＩ」）法を用いて分子をイオン化する。
【０１５６】
ＥＳＩ法は、種々のイオン化法、たとえば高速原子衝撃（fast atom bombardment, 略称「ＦＡＢ」）法、電子イオン化（electron ionization, 略称「ＥＩ」）法などに比べると、分子に与えるエネルギーを小さく抑えることができるので、分子内の化学結合を切断することが少なく、分子の断片化（fragmentation）を抑制することができる。ＥＳＩ法を用いる質量分析計１４４は、「ＥＳＩ−ＭＳ」と称されることがある。
【０１５７】
分析部１４８は、四重極質量分析計１４２によって実現され四重極（quadrupole）によって質量分析を行う。四重極を実現する４つの棒状部材間に高周波の交流電界を形成し、その周波数の設定によって特定の分子量の分子を検出する。周波数を掃引することによって、検出する分子量を変化させ、それぞれの分子量の分子を検出する。これによって、分析部１４８に送られた試料に含まれる各分子量における分子の存在を検出する。四重極質量分析計１４２を用いる質量分析計は、「Ｑ−ＭＳ」と称されることがある。４つの棒状部材を用い、四重極によって質量分析を行うときに、試料の分子が通過する空間は、高真空にする必要はないが一般的に高真空であるほうが感度が向上する。また飛行時間型（
time of flight, 略称「ＴＯＦ」）質量分析計に比べ、質量/電荷の値が小さい物質を測定することに有利であるとされる。
【０１５８】
第３実施形態において、計量部１１１から流路方向下流に延びて形成される流路１２１は、分岐することなく１つの流路１２１のまま測定部１６に接続される。計量部１１１から流路下流側に送られた溶液は、一旦シリンジ１５２に貯留され、シリンジ１５２から予め定める流速でイオン化部１４６に注入される。質量分析計１４４に対してシリンジ１５２によって行われる溶液の注入は、断続的に自動的に行われ、質量分析計１４４における測定、データの出力および記録部におけるデータの記録も、シリンジ１５２による注入の時期に応じて自動的に行われる。第３実施形態においてイオン化部１４６は、ＥＳＩ−ＭＳとしたけれども、他の実施形態において大気圧光イオン化（atomospheric pressure
photoionization, 略称「ＡＰＰＩ」）法によってイオン化する構成とすることも可能である。第３実施形態においてシリンジから注入される溶液の流速は、１０μｌ／ｍｉｎとした。
【０１５９】
イオン化部１４６および分析部１４８による測定が停止しているときには、シリンジ１５２からイオン化部１４６に向けて送られる溶液は、イオン化部１４６に注入されることなく、流路１２１の途中位置から廃棄される。また分析部１４８を通過した後の溶液は、廃棄される。
【０１６０】
図１９は、本発明の第３実施形態に係る質量分析計１４４における測定結果の一例を表す図である。質量分析計１４４に注入される前に、流路１２１を流れる溶液には、同体積のアセトニトリルを混合し、体積比で水とアセトニトリルとが１対１で混合された混合溶媒を用いた。図１９において、ピークが最も大きい１電荷当たりの質量数（以下、これを「ｍ（質量数）／ｚ（電荷）」という）が９６．６のピークは、硫酸イオン（ＨＳＯ4-）のピークである。図１９においてピークの大きさが２番目に大きく、ｍ／ｚが１６６．７のピークは、水溶性有機物のイオンのピークと考えられる。この分子を、仮に「Ｍ」と称する。
【０１６１】
図１９においてピークの大きさが３番目に大きく、ｍ／ｚが２２９．８は、水溶性有機物の分子Ｍに硝酸イオンが付加した「Ｍ＋ＮＯ3-」のピークである。図１９においてピークの大きさが４番目に大きく、ｍ／ｚが３３４．９のピークは、水溶性有機物の分子Ｍの二量体のピークである。図１９においてピークの大きさが５番目に大きく、ｍ／ｚが２６４．８のピークは、水溶性有機物の分子Ｍに硫酸イオンが付加した「Ｍ＋ＨＳＯ4-」のピークである。図１９においては、その他、硝酸イオン（ＮＯ３-）、硫酸ナトリウムのイオン（ＮａＳＯ4-）、シュウ酸イオン（ＨＯＯＣ−ＣＯＯ-）などのピークも確認された。
【０１６２】
第２および第３実施形態によれば、測定部１６は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。これによって、浮遊粒子状物質に含まれ、電荷を有する物質および帯電しやすい物質の測定を行うことができる。イオン化しやすい物質は、浮遊粒子状物質の酸性度に関わる物質である場合が多いので、これらの測定を行うことによって、酸性度に関係する物質の同定に貢献する情報を得ることができる。
【０１６３】
また第３実施形態によれば、測定部１６は、マススペクトロメトリーによる測定を行い、四重極質量分析計１４２を含む。これによって、手動で浮遊粒子状物質の捕集および測定を行う場合と比較して、短時間に捕集および測定を終了することができる。たとえば四重極質量分析計１４２を含む質量分析計１４４による測定は、測定開始から１０分程度で終了するので、１日に２４回、すなわち１時間に１回の捕集および測定を連続して行うことも充分に可能となる。測定を短時間で終了できるので、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部１６の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。有意なデータを得るための測定としては、およそ１０分で終了することができる。
【０１６４】
捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部１６の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。また質量分析計１４４は、四重極質量分析計１４２を含むので、たとえばＴＯＦ質量分析計などに比べて小形の装置として実現することができる。
【０１６５】
また第３実施形態によれば、マススペクトロメトリーにおけるイオン化法を、ＥＳＩ法とした。これによって、たとえばＦＡＢ法、ＥＩ法などによるイオン化法に比べて、マイルドな条件でイオン化することができ、分子が断片化することを防止することができ、親ピークを容易に特定することができる。
【０１６６】
また第３実施形態によれば、ＨＳＯ4-、ＮＯ3-、Ｃｌ-、Ｎａ+、ＮＨ4+、Ｋ+、Ｍｇ+およびＣａ+などを測定することができ、さらに正電荷または負電荷のいずれかにイオン化されやすい水溶性有機物が含まれる場合には、これらを測定することも可能となる。当然のことながら、質量分析計１４４において、正に帯電した分子および負に帯電した分子の両方について、分子量を測定は可能である。
【０１６７】
第１〜第３実施形態において用いた抽出部１４、溶液保持部１１２、バルブ１１８、流路１２１、シリンジ１５２などの、試料となる溶液が接触する部分は、測定終了後、溶媒によって洗浄される。たとえば１時間の連続吸引による捕集の後の測定を、１時間毎に行う場合には、１時間毎の測定が終了する度に、試料となる溶液が接触する部分の洗浄を行う。大気中に含まれる粒子状物質の濃度が低い場合は、連続吸引による捕集の時間を増加させることにより、より多くの粒子状物質をフィルタ上に濃縮することで、低濃度でも測定が可能になる。第３実施形態において計量部１１１よりも流路方向下流Ｙ２側には、質量分析計１４４を配置するものとしたけれども、他の実施形態において計量部１１１よりも流路方向下流Ｙ２側には、たとえば第２実施形態のように流路１２１を分岐して１つまたは２つのＩＣ部１２６と質量分析計１４４とを配置してもよい。
【符号の説明】
【０１６８】
１０ 浮遊粒子状物質測定装置
１１ 粒子状物質
１２ フィルタ
１３ 吸引部
１４ 抽出部
１６ 測定部
１７ 記録部
１８ フィルタ供給部
１９ 分級部
２０ 捕集領域
４２ β線照射手段
４４ β線受光測定手段
４６ 遅延部
１２６ イオンクロマトグラフ部
１４２ 四重極質量分析計
１４４ 質量分析計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質の成分についての測定を行う浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いて粒子状物質の測定を行う浮遊粒子状物質測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の研究から、硫酸イオンが大気中に含まれる浮遊粒子状物質の主成分の一つであり、疫学的に、硝酸イオン、硫酸イオンおよび浮遊粒子状物質の酸性度が、浮遊粒子状物質の毒性を決定付ける要因と考えられている（たとえば非特許文献１参照）。
【０００３】
従来技術に係る浮遊粒子状物質測定装置として、全浮遊粒子状物質と、微小浮遊粒子状物質とを分級して測定する浮遊粒子状物質測定装置が、本件出願人によって提案されている（たとえば特許文献１参照）。この浮遊粒子状物質測定装置は、浮遊粒子状物質を粗大浮遊粒子状物質と微小浮遊粒子状物質とに分級する分級装置と、全浮遊粒子状物質の量と微小浮遊粒子状物質の量とを演算して自動的に記録する演算記録手段とを含んで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３５７４０４５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】D. W. Dockery, et al., N. Engl. J. Med., 329 , 1753-1759 (1993).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術に係る浮遊粒子状物質測定装置では、大気中における全浮遊粒子状物質、微小浮遊粒子状物質、硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を測定することはできるけれども、大気中に含まれる硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を、自動的に測定することができないという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、大気中に含まれる硝酸イオンおよび硫酸イオンの含有量を、自動的に測定することができる浮遊粒子状物質測定装置およびこれを用いた浮遊粒子状物質測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従えば、浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタと、吸引部と、抽出部と、測定部と、記録部とを含んで構成される。フィルタは、大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタである。吸引部は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質をフィルタに捕集させる。抽出部は、フィルタに捕集した粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部は、抽出部で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した測定結果を記録する。
【０００９】
また本発明に従えば、測定部は、溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録する。
【００１０】
また本発明に従えば、測定部は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定する。記録部は、測定部から出力された、酸性度に関する測定結果を、さらに記録する。
【００１１】
また本発明に従えば、フィルタはテープ状に形成され、浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタ供給部をさらに含んで構成される。フィルタ供給部は、テープ状のフィルタを継続的に供給する。
【００１２】
また本発明に従えば、浮遊粒子状物質測定装置は、分級部をさらに含んで構成される。分級部は、吸引部で吸引される空気を、第１空気と第２空気とに分けることによって、吸引部で吸引される空気に含まれる粒子状物質を分級する。第１空気は、粒径が２．５μｍを超える粒子を大きな質量割合で含む。第２空気は、粒径が２．５μｍ以下の粒子を大きな質量割合で含む。分級部によって分級された後の粒子状物質は、フィルタのうち互いに異なる複数の位置に捕集される。
【００１３】
また本発明に従えば、測定部は、β線照射手段と、β線受光測定手段とを有する。β線照射手段は、フィルタのうち粒子状物質が捕集する部分に対してβ線を照射する。β線受光測定部は、β線照射手段によって照射され、フィルタを透過したβ線を受光し、β線量を測定する。測定部は、β線吸収法によってフィルタに捕集した粒子状物質の質量を測定する。
【００１４】
また本発明に従えば、測定部は、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。
【００１５】
また本発明に従えば、測定部は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する。
【００１６】
また本発明に従えば、測定部は、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、溶液のｐＨを測定することによって粒子状物質の酸性度を測定する。
【００１７】
また本発明に従えば、測定部は、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定する。
【００１８】
また本発明に従えば、測定部は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。
【００１９】
また本発明に従えば、測定部は、マススペクトロメトリーによる測定を行い、四重極質量分析計を含む。
【００２０】
また本発明に従えば、測定部は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行う。
【００２１】
また本発明に従えば、測定部はイオンクロマトグラフィによって測定を行い、測定部は、陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うカチオン測定部、および陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うアニオン測定部の少なくともいずれか一方を含む。
【００２２】
また本発明に従えば、浮遊粒子状物質測定方法は、浮遊粒子状物質測定装置を用いる。浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタと、吸引部と、抽出部と、測定部と、記録部とを含む。フィルタは、大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタである。吸引部部は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質をフィルタに捕集させる。抽出部は、フィルタに捕集した粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部は、抽出部で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量、および酸性度を測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した測定結果を記録する。
【００２３】
浮遊粒子状物質測定方法は、硝酸イオン測定工程と、酸性度測定工程と、硫酸イオン測定工程とを含んで構成される。硝酸イオン測定工程では、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法で、溶液のｐＨを測定し、これによって粒子状物質の酸性度を測定する。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、吸引部は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質をフィルタに捕集させる。抽出部は、フィルタに捕集した粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部は、抽出部で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。これによって、大気中の大容量の空気に含まれる粒子状物質の成分を少量の溶液として濃縮して回収することができる。したがって大気中の粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量のうち少なくともいずれか１つを、自動的にかつ高感度に測定することができる。
【００２５】
従来技術では人手によりおよそ２４時間の捕集の後に、測定が行われていたけれども、およそ１時間の捕集の後に測定を行うことができる。したがって、捕集された後に粒子状物質が空気の流れに曝される時間を短縮し、化学的に変質することを予防する。酸性の粒子状物質は長時間捕集を行うとガス状のアンモニアによって中和されるので正確な測定が出来なかったけれども、短時間の捕集により測定が可能となった。また一部の水溶性有機物は揮発性物質を含むので２４時間の捕集では損失してしまうけれども、本発明により飛散および蒸散を抑制して測定を行うことが可能となった。
【００２６】
したがって、精度の高い測定を行うことができる。また記録部が測定結果を記録するので、記録された測定結果を測定後に参照することができる。したがって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【００２７】
また本発明によれば、測定部は、溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力する。記録部は、測定部が出力した水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録する。これによって、大気中の粒子状物質に含まれる水溶性有機物の量を測定することができる。
【００２８】
また本発明によれば、測定部は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定する。記録部は、測定部から出力された、酸性度に関する測定結果を、さらに記録する。これによって、大気に含まれる酸性物質の量の時間変化および環境への影響の増減を、自動的に測定することができる。したがって、酸性雨など、浮遊粒子状物質が環境に与える影響についての調査および対策の立案に対して貢献することができる。
【００２９】
また本発明によれば、フィルタはテープ状に形成され、浮遊粒子状物質測定装置は、フィルタ供給部をさらに含んで構成される。フィルタ供給部は、テープ状のフィルタを継続的に供給する。これによって、大気中の粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量のうち少なくともいずれか１つを、継続的に測定することが可能となる。
【００３０】
また本発明によれば、吸引部は、予め定める粒径を超える粒径を大きな質量割合で含む粒子状物質と、予め定める粒径以下の粒子を大きな質量割合で含む粒子状物質とを、フィルタのうち互いに異なる複数の位置に捕集させる。これによって、特に人体に対する影響が大きな粒径の粒子状物質について、その成分を測定することが可能となる。粒子状物質が人体に与える影響と、粒子状物質の粒径との間には相関関係がある。したがって、本発明に係る浮遊粒子状物質測定装置は、予め定める粒径を基準として粒子状物質を分級することができるので、さまざまな粒径の粒子状物質のうち、人体への影響が大きな粒径の粒子状物質に注目し、これに含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量のうち、少なくともいずれか１つを測定することができる。
【００３１】
また本発明によれば、測定部は、β線吸収法によってフィルタに捕集した粒子状物質の質量を測定する。これによって、一定の量の大気中に含まれる粒子状物質の全体量を測定することができる。また一定の量の粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定することができる。したがって、粒子状物質全体の中での硝酸イオンの割合または硫酸イオンの割合を求めることができる。これによって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【００３２】
またβ線吸収法での測定では、フィルタに捕集した粒子状物質を化学的に変質させることなく、また測定によって、フィルタに捕集された粒子状物質を消費することなく、粒子状物質の質量を測定することができるので、フィルタに捕集された粒子状物質の全部を溶媒で抽出し、その成分を溶液として回収することができる。したがって、粒子状物質に関する質量以外の測定において誤差が生じることを防止することができる。
【００３３】
また本発明によれば、測定部は、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数十ナノモル毎立方メートル（数１０ｎｍｏｌ／ｍ３）の規模で含まれる硝酸イオンの量よりも、さらに少ない量で含まれる硝酸イオンの量をも、高い精度で測定することができる。また、たとえば人手によるサンプリングとイオンクロマトグラフィとによって硝酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に、かつ、簡便に硝酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質に含まれる硝酸イオンの量を測定することができる。
【００３４】
測定を短時間で終了できるので、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００３５】
また本発明によれば、測定部は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数十ナノモル毎立方メートル（数１０ｎｍｏｌ／ｍ３）の規模で含まれる硫酸イオンの量よりも、さらに少ない量で含まれる硫酸イオンの量を、高い精度で測定することができる。また、たとえば人手によるサンプリングとイオンクロマトグラフィによって硫酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に、かつ、簡便に硫酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質に含まれる硫酸イオンの量を測定することができる。
【００３６】
したがって、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００３７】
また本発明によれば、測定部は、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、溶液のｐＨを測定し、酸性度を求める。これによって、硝酸イオンおよび硫酸イオンの少なくともいずれか１つを測定する測定部を利用して、粒子状物質を含む溶液の酸性度を測定することができる。したがって、たとえば人手によるサンプリングとｐＨ電極を利用して酸性度を測定する場合に比べて、サンプリングの途中にガス状アンモニアによる中和反応によって系統的な誤差が生じることを抑制しながら測定することができる。
【００３８】
また本発明によれば、測定部は、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定する。これによって、粒子状物質の捕集にかかった時
間に比べて短時間に、水溶性有機物の量を測定することができる。したがって、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集された粒子状物質に関する抽出および測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に捕集された粒子状物質に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００３９】
また本発明によれば、測定部は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。これによって、浮遊粒子状物質に含まれ、イオン化しやすい物質の測定を行うことができる。イオン化しやすい物質は、浮遊粒子状物質の酸性度に関わる物質である場合が多いので、これらの測定を行うことによって、酸性度に関係する物質の同定に貢献する情報を得ることができる。
【００４０】
また本発明によれば、測定部は、マススペクトロメトリーによる測定を行い、四重極質量分析計を含む。これによって、たとえば飛行時間型（time of flight, 略称「ＴＯＦ」）質量分析計などを用いる場合に比べて、短時間に測定を終了することができる。測定を短時間で終了できるので、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。
【００４１】
捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。
【００４２】
また本発明によれば、測定部は、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行う。エレクトロスプレーイオン化法は、種々のイオン化法、たとえば高速原子衝撃法、電子イオン化法などに比べると、分子に与えるエネルギーを小さく抑えることができるので、分子内の化学結合を切断することが少なく、分子の断片化（fragmentation）を抑制することができる。したがって、親ピークを容易に特定することができる。
【００４３】
また本発明によれば、測定部は、カチオン測定部およびアニオン測定部の少なくともいずれか一方を含む。これによって、たとえば他のクロマトグラフィーにおけるカラムのように、分子を吸着してしまったり、測定対象となる試料に高い揮発性が要求されたりすることがない。したがって、粒子状物質に含まれる種々のイオンを測定することが可能となる。
【００４４】
また本発明によれば、硝酸イオン測定工程において、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法で、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長における吸光度法で、溶液のｐＨを測定し、粒子状物質の酸性度を求める。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。
【００４５】
これによって、硝酸イオン測定工程では、抽出部で回収した後の溶液に試薬を添加することなく、測定することができる。酸性度測定工程では、ｐＨ指示薬を添加するので、硝酸イオン測定工程の後でも測定することができる。硫酸イオン測定工程では、添加する塩化バリウムと硫酸イオンとで溶液を懸濁させるので、酸性度測定工程の後でも、測定を行うことができる。したがって、同一の溶液を用いて、少なくともこれら３種類の測定を行うことができる。また、硝酸イオン測定工程、酸性度測定工程および硫酸イオン測定工程において、紫外−可視分光分析装置を共通して用いることができるので、それぞれ異なる測定装置によって測定を行う場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における分級部１９の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態において測定部１６が、攪拌状態にあるときの測定部１６の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態において測定部１６が、測定状態にあるときの測定部１６の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態において測定部１６が、排液状態にあるときの測定部１６の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定方法の各工程を表すフローチャートである。
【図７】硝酸イオンの吸収スペクトルを表す図である。
【図８】硝酸イオンの濃度と、２２８ｎｍにおける吸光度から２３９ｎｍにおける吸光度を差引いた値との関係を表す図である。
【図９】硝酸イオンに加えて、水溶性有機物が含まれるときの紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。
【図１０】ブロモフェノールブルーが溶解した溶液の、各水素イオン濃度（ｐＨ）における紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。
【図１１】同一の溶液のｐＨを、第１実施形態において測定した測定結果と、ｐＨ電極を用いて測定した測定結果とを表す図である。
【図１２】硫酸バリウムを水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す図である。
【図１３】図１２に示したデータに基づいて求めた検量線を示す図である。
【図１４】本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置および浮遊粒子状物質測定方法によって測定された測定結果を表す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。
【図１６】本発明の第２実施形態におけるカチオン測定部１２２における測定結果の一例を表す図である。
【図１７】本発明の第２実施形態におけるアニオン測定部１２４における測定結果の一例を表す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る質量分析計１４４における測定結果の一例を表す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略す場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。またそれぞれの実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明に係る技術内容は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。以下の説明は、浮遊粒子状物質測定装置１０、浮遊粒子状物質測定方法についての説明をも含む。
【００４８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。本実施形態において浮遊粒子状物質測定装置１０は、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質１１の測定を行う装置である。同様に、浮遊粒子状物質測定方法は、大気中に浮遊する浮遊粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質１１の測定を行う方法である。浮遊粒子状物質測定方法は、浮遊粒子状物質測定装置１０を用いて行われる。
【００４９】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ１２と、吸引部１３と、抽出部１４と、測定部１６と、記録部１７とを含んで構成される。フィルタ１２は、大気中に含まれる粒子状物質１１を捕集するためのフィルタである。具体的には、大気中に浮遊する固体状および液体状の粒子状物質１１を付着する。吸引部１３は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質１１をフィルタ１２に吸着させる。抽出部１４は、フィルタ１２に吸着された粒子状物質１１を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した測定結果を記録する。
【００５０】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ供給部１８と、分級部１９とをさらに含んで構成される。フィルタ１２は可撓性を有する材料によってテープ状に形成され、ポリテトラフルオロエチレン、いわゆるテフロン（登録商標）から成る。テフロン（登録商標）は、他の樹脂に比べて薬品に対する耐久性が強く、アセトニトリルなどの溶媒および粒子状物質に含有される有機物質によって、溶解されることはない。他の実施形態においてフィルタ１２は、必ずしもテフロン（登録商標）で形成される必要はなく、たとえばテフロン（登録商標）以外のフッ素系メンブランフィルタで形成されていてもよい。フィルタ１２は、可撓性を有し、耐薬品性を有する樹脂によってテープ状に形成されていれば、足りる。
【００５１】
フィルタ供給部１８は、テープ状のフィルタ１２を継続的に供給する。分級部１９は、吸引部１３で吸引される空気を、第１空気と第２空気とに分けることによって、吸引部１３で吸引される空気に含まれる粒子状物質１１を分級する。第１空気は、粒径が２．５μｍを超える粒子を大きな質量割合で含む。第２空気は、粒径が２．５μｍ以下の粒子を大きな質量割合で含む。分級部１９によって分級された後の粒子状物質１１は、フィルタ１２のうち互いに異なる複数の位置に吸着される。
【００５２】
吸引部１３が大気中の空気を吸引することによって、大気中の空気が通過するフィルタ１２上の領域を「捕集領域」２０と称すると、分級部１９は、捕集領域２０に関して反対側に位置する。本実施形態において分級部１９は、大気中に浮遊する粒子状物質１１を二分して分級するので、捕集領域２０は、フィルタ１２が移動する移動方向Ｘに２つの領域として形成される。たとえば分級部１９が大気中に浮遊する粒子状物質１１をさらに多数に分級する場合には、その分級される数に対応した数の捕集領域２０が形成される。本実施形態において２つの捕集領域２０を、それぞれ「第１捕集領域」２１および「第２捕集領域」２２と称する。
【００５３】
吸引部１３は、エアフィルタ２３ａと、流量センサ２３ｂと、流量調整弁２４ａと、流量制御部２４ｂと、吸引ポンプ２５とを含む。これらのうち流量制御部２４ｂと吸引ポンプ２５とは、１つの浮遊粒子状物質測定装置１０に対して１つ設けられ、エアフィルタ２３ａと流量センサ２３ｂと流量調整弁２４ａとは、それぞれ分級部１９の分級の数によって決定される捕集領域２０の数に対応して設けられる。したがって本実施形態では、エアフィルタ２３ａ、流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａは、それぞれ２つずつ設けられる。分級部１９からの流路管を通過し第１および第２捕集領域２１，２２を通過した空気は、第１および第２捕集領域２１，２２からエアフィルタ２３ａ、流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａを介して吸引ポンプ２５に接続される流路管内を通過し、フィルタ１２から吸引ポンプ２５に向かって移動する。
【００５４】
エアフィルタ２３ａは、通過する空気に含まれる固体状または液体状の物質を除去する。通過する空気に含まれる固体状または液体状の物質は、フィルタ１２によって捕集されるけれども、さらにエアフィルタ２３ａを通過した空気はその後流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａを通過するので、再度固体状または液体状の物質の除去を図ることによって、流量センサ２３ｂおよび流量調整弁２４ａ内への固体状または液体状の物質の進入を防ぐ。
【００５５】
流量センサ２３ｂは、流路管を介して通過する空気の、単位時間当たりの流量を測定し、測定結果を流量制御部２４ｂに出力する。流量調整弁２４ａは、流路抵抗を可変に形成されるオリフィスを含んで構成され、流量制御部２４ｂによって制御されることによって、オリフィスによる流路抵抗が調整される。流量制御部２４ｂは、たとえばコンピュータなどによって実現され、流量センサ２３ｂからの出力に応じて流量調整弁２４ａを制御することによって、流路管内を通過する空気の、単位時間当たりの流量を、予め定める一定流量に調整する。流量制御部２４ｂは、後に詳述するコンピュータと一体に形成されていてもよい。
【００５６】
吸引ポンプ２５は、たとえば真空ポンプなどによって、実現され、流路管内の空気を吸引する。吸引ポンプ２５としては、１分間に２０Ｌ程度の空気を吸引することができ、また吸引の圧力の変動が少なく、安定した一定の圧力で空気を吸引できるポンプで実現されることが好ましい。
【００５７】
図２は、本発明の第１実施形態における分級部１９の断面図である。分級部１９は、具体的にはバーチャルインパクタ分級器によって実現され、バーチャルインパクタ分級器は、ノズル部２６と、隔壁部２７と、外管部２８を備える。ノズル部２６は、大気中の空気が吸引ポンプによって吸引されることによってフィルタ１２に向かうにつれて内径が細くなる筒状形状に形成され、ノズル部２６のフィルタ１２側の噴出口端部３２を通過した空気およびこの空気中に散在する浮遊粒子状物質は、初速度を与えられてフィルタ１２に向かって移動する。ノズル部２６の内径は、フィルタ１２に向かうにつれて部分的に細くなる部分が形成されていればよく、内径が一様な部分が形成されていてもよい。
【００５８】
隔壁部２７は、筒状形状に形成されるノズル部２６の軸線と同じ軸線を有する筒状の形状に形成される。隔壁部２７は、最もノズル部２６側の先端部として開口部３３を有する。開口部３３の内径は、ノズル部２６のうち最もフィルタ１２側の先端部の内径よりもわずかに大きく設定される。開口部３３は、ノズル部２６に向かって開口しており、ノズル部２６の噴出口端部３２を介して単位時間当たりに噴出される空気の一部が、開口部３３を通過して隔壁部２７の内部に進入する。ノズル部２６の噴出口端部３２および隔壁部２７の開口部３３は、いずれも円筒形に形成される。
【００５９】
外管部２８は、ノズル部２６および隔壁部２７を外囲する形状に形成され、吸引部１３によって吸引される空気が進入するための入口３４と、隔壁部２７の内部を通過した空気が出るための隔壁出口３６と、ノズル部２６から進入し、隔壁部２７よりも外側かつ外管部２８よりも内側を通過した空気が出るための外管出口３８とが形成される。吸引部１３によって吸引される単位時間当たりの流量は一定に設定される。ノズル部２６から噴出される空気のうち、隔壁部２７の開口部３３の内側に進入する空気を「第１空気」と称し、隔壁の開口部３３よりも外側に移動する空気を「第２空気」と称すると、単位時間当たりに移動する第１空気の流量と第２空気の流量との割合は、予め設定される。この割合は、ノズル部２６のうちのフィルタ１２側の噴出口端部３２の内径、隔壁部２７の開口部３３の内径、噴出口端部３２と開口部３３との間隔などによって設定される。
【００６０】
大気中の浮遊粒子状物質には、粒径２．５μｍ程度を境として、これよりも粒径が大きい粗大粒子と、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子とが含まれる。浮遊粒子状物質を粒径によって分析し、各粒径での存在割合を質量割合で表すと、２．５μｍ程度の粒径の粒子状物質１１の質量割合は、２．５μｍよりも大きな粒径の粒子状物質１１および２．５μｍよりも小さな粒径の粒子状物質１１のそれぞれの質量割合よりも小さい。
【００６１】
ノズル部２６から噴出された空気のうち、直進して開口部３３に進入する空気には、粗大粒子の質量割合が多く、ノズル部２６から噴出された空気のうち開口部３３の外側に移動した空気には、微小粒子の質量割合が多い。これによって、ノズル部２６内を通過した粒子状物質１１を、粗大粒子の質量割合が多い粒子状物質１１と微小粒子の質量割合が多い粒子状物質１１とに分級する。粗大粒子の質量割合が多い粒子状物質１１は、第１空気中に散在した状態で、フィルタ１２の２つの捕集領域２０のうちの一方に当たり、捕集される。２つの捕集領域２０のうち第１空気が当たる領域を第１捕集領域２１とすると、散在する粒子状物質１１が除かれた第１空気は、第１捕集領域２１を通過する。第１捕集領域２１には、粒径がおよそ２．５μｍを超え１０μｍ以下の粒子状物質１１の質量割合が多く捕集される。
【００６２】
微小粒子の質量割合が多い粒子状物質１１は、第２空気中に散在した状態で２つの捕集領域２０のうちの他方に当たり、捕集される。第２空気が当たる領域を第２捕集領域２２とすると、散在する粒子状物質１１が除かれた第２空気は、第２捕集領域２２を通過する。粒子状物質１１は、微小であれば微小であるほど、質量に対する表面積の割合が大きく、空気の進行の向きの変化によって、進行の向きが変化しやすい。これによって、分級部１９によって粒子状物質１１が分級される。
【００６３】
本実施形態において、第１捕集領域２１のフィルタ１２を通過する空気の流量は、毎分１．５リットル（litters, 略号「Ｌ」）、第２捕集領域２２のフィルタ１２を通過する空気の流量は、毎分１５．２Ｌで、吸引部１３による吸引によってノズル部２６に進入する空気の流量は、毎分１６．７Ｌである。粒子状物質１１を捕集するために、第１および第２捕集領域２１，２２に空気を通過させるのは、１時間とする。第１および第２捕集領域２１，２２が粒子状物質１１を捕集する位置を「捕集位置」３９と称すると、各捕集領域２０は、捕集が終了した後、捕集位置３９からフィルタ１２の移動方向下流側Ｘ１に移動する。これに伴ってテープ状に形成されるフィルタ１２のうち、移動方向上流側Ｘ２に位置していた部分が捕集位置３９に移動し、次の捕集のための時間の間、たとえば１時間、捕集位置３９に位置する。
【００６４】
測定部１６は、β線照射手段４２と、β線受光測定手段４４とをさらに有し、β線照射手段４２は、フィルタ１２のうち粒子状物質１１が吸着する部分に対してβ線を照射する。β線受光測定手段４４は、β線照射手段４２によって照射され、フィルタ１２を透過したβ線を受光し、β線量を測定する。測定部１６は、β線吸収法によってフィルタ１２に吸着した粒子状物質１１の質量を測定し、粒子状物質１１の質量に関する測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した質量に関する測定結果を記録する。
【００６５】
具体的には第１および第２捕集領域２１，２２のそれぞれに、β線を照射する。β線は、プロメシウム１４７から発生させて、これを第１および第２捕集領域２１，２２に常時照射し続ける。フィルタ１２に粒子状物質１１が付着していないときのβ線の透過量をβ線量基準値として、フィルタ１２を透過したβ線量の測定を続けると、粒子状物質１１が各捕集領域２０に捕集されるにつれて、β線の透過量は減衰する。β線の透過量の、β線量基準値からの減衰量は、捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１の質量に比例する。
【００６６】
これを利用して、捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１の質量を測定することができる。記録部１７は、β線の透過量の減衰量を、たとえば１時間に１回記録してもよいし、常時記録を続けてもよい。常時記録を続ければ、捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１の質量が有意な変化を示す最小の時間単位で、大気中の浮遊粒子状物質の量の経時変化を測定することができる。
【００６７】
本実施形態において測定部１６は、光学的元素状炭素量測定部１５をさらに有する。光学的元素状炭素量測定部１５は、フィルタ１２の捕集領域２０上の光学的元素状炭素（
optical black carbon, 略称「ＯＢＣ」）の量を測定する。ＯＢＣは通常微小粒子に含まれているので、微小粒子の捕集を行う第２捕集領域２２で測定を行う。ＯＢＣの測定は非破壊で行われるので、フィルタ１２に粒子状物質の捕集を行いながら、測定することができ、かつ、β線吸収法により質量を同時に行っても、質量の測定とＯＢＣの測定とを並行して行うことができる。
【００６８】
光学的元素状炭素量測定部１５は、光を照射する光照射手段と、反射光を検出する反射光検出手段とを備える。フィルタ１２に捕集されたＯＢＣが多ければ多いほど、反射光が減衰する。光学的元素状炭素量測定部１５には、光照射手段と反射光検出手段とが一体に設けられており、フィルタ１２上のＯＢＣからの反射光の強度を測定することによって、ＯＢＣの量を測定する。
【００６９】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、さらに遅延部４６を含んで構成される。遅延部４６は、フィルタ１２の供給に関する移動方向Ｘに関して、吸引部１３によって空気のろ過が行われる位置、すなわち捕集位置３９よりも下流側で、かつ溶媒による粒子状物質１１の溶解が行われる位置よりも上流側に位置する。また遅延部４６は、移動方向Ｘに関してフィルタ１２の変位を部分的に遅延させる。
【００７０】
遅延部４６は、３つのロールを含み、３つのロールは、フィルムの移動方向Ｘに異なる位置に並んで配置される。各ロールは、移動方向Ｘに垂直かつテープ状のフィルムに平行に延びる軸線周りに回転自在に配置される。移動方向最も上流側Ｘ２の第１ロール４８と下流側の第２ロール４９とは固定され、第１ロール４８と第２ロール４９との移動方向Ｘ中間に位置する第３ロール５１は、変位駆動手段によって変位可能に設けられる。フィルムに関して、第１ロール４８と第２ロール４９とは同じ側に、かつフィルムの位置の近傍に配置され、第３ロール５１は、フィルムに関して第１および第２ロール４８，４９とは反対側に配置される。
【００７１】
第１ロール４８近傍の位置から第２ロール４９近傍の位置までフィルムが一平面状に配置される状態を、フィルムに関して「自然状態」と称し、自然状態におけるフィルムに垂直な方向を「垂直方向」Ｚと称する。垂直方向Ｚのうち、第３ロール５１の位置する側から第１および第２ロール４８，４９の位置する側に向かう向きを「垂直方向一方」Ｚ１と称し、垂直方向一方Ｚ１とは逆の向きを「垂直方向他方」Ｚ２と称する。
【００７２】
自然状態において第３ロール５１は、第１および第２ロール４８，４９よりも垂直方向他方Ｚ２に離れて位置し、移動方向Ｘに見て、第３ロール５１と第１および第２ロール４８，４９とは、フィルムの厚み以上の距離を隔てて位置する。第３ロール５１は、移動方向Ｘでの第１および第２ロール４８，４９との間の位置で、垂直方向Ｚに、第１および第２ロール４８，４９に接触することなく変位する。自然状態から第３ロール５１は、垂直方向一方Ｚ１に変位可能である。
【００７３】
第３ロール５１が垂直方向一方Ｚ１に変位することによって、フィルムのうち第３ロール５１に接触する部分は、第３ロール５１に押されて垂直方向一方Ｚ１に変位する。この状態を、フィルムに関して「変位状態」と称すると、変位状態では、フィルムは各ロールに接触する部分で曲げられ、第１ロール４８に接触する部分と第２ロール４９に接触する部分との間の部分は、第３ロール５１を迂回して配置される。
【００７４】
フィルムのうち第１ロール４８に垂直方向他方Ｚ２から接触する部分と、第２ロール４９に垂直方向他方Ｚ２から接触する部分との間のフィルムの長さは、自然状態と変位状態とにおいて差異がある。この差異を「設定長さ」と称すると、設定長さは、第１捕集領域２１の中央の位置と、第２捕集領域２２の中央の位置との間の、フィルムの長さに相当する。
【００７５】
遅延部４６によって、移動方向Ｘに関してフィルタ１２の一部の移動を遅延させるときには、まず２つの捕集領域２０における粒子状物質１１の捕集を終了し、第１捕集領域２１よりも移動方向上流側Ｘ２に位置する第２捕集領域２２を、抽出部１４の位置まで移動させる。次に第３ロール５１を垂直方向一方Ｚ１に変位させることによって、フィルムを変位状態とする。このとき、第１ロール４８よりも移動方向上流側Ｘ２に位置するフィルタ１２の部分は、捕集位置３９から移動させることなく、第３ロール５１を変位させる。これによって、第２ロール４９よりも移動方向下流側Ｘ１に位置するテープ状のフィルタ１２の部分は、設定長さだけ移動方向上流側Ｘ２に戻され、抽出部１４には第１捕集領域２１が配置される。
【００７６】
次に第１捕集領域２１に溶媒を接触させ、第１捕集領域２１に捕集された粒子状物質１１を抽出しその成分を溶解させて、溶液として回収する。次に、第３ロール５１を変位させてフィルタ１２を自然状態に戻すことによって、第２ロール４９よりも下流側に設定長さ分のフィルタ１２を移動させる。これによって、抽出部１４には第２捕集領域２２が配置される。第３ロール５１が変位してフィルタ１２が自然状態と変位状態とに切換えられても第１ロール４８よりも上流側のフィルタ１２は移動方向Ｘに移動しないので、第１捕集領域２１の粒子状物質１１と第２捕集領域２２の粒子状物質１１とから、成分を抽出する間、第１ロール４８よりも上流側においては、次の捕集を行うことができる。
【００７７】
抽出部１４では、第１および第２捕集領域２１，２２のそれぞれに３００μＬの溶媒を接触させる。本実施形態では、捕集領域２０に接触してフィルタ１２を洗浄する溶媒は、水であるものとした。ただし他の実施形態において溶媒は、ｐＨを測定可能な範囲で一部に有機溶媒を含むものであってもよい。本実施形態において、捕集領域２０に接触してフィルタ１２を洗浄することで捕集領域２０に捕集された粒子状物質１１を溶解させた溶液は、測定部１６内の測定セル５４に送られる。測定セル５４内では、溶媒を添加することによって、溶液の全体量を正確に１ｍＬにする。
【００７８】
本実施形態において測定部１６は、溶液に含まれる硝酸イオンの量と、水溶性有機物の量と、酸性度と、硫酸イオンの量とを測定する。具体的には、測定部１６は、硝酸イオンの量を、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって測定し、水溶性有機物の量を、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって測定する。また測定部１６は、さらに溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定し、記録部１７は、測定部１６から出力された酸性度に関する測定結果をさらに記録する。具体的には、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液のｐＨを測定し、粒子状物質の酸性度を求め、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって測定し、硫酸イオンの量を、硫酸バリウム比濁法によって測定する。測定部１６は、これら硝酸イオンの含有量、水溶性有機物の含有量、酸性度および硫酸イオンの含有量についての測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力したこれらの量に関する測定結果を記録する。
【００７９】
測定部１６は、測定セル５４と、底部駆動手段５６と、攪拌手段５７と、紫外−可視光照射手段５８と、分光分析手段６２と、試薬添加手段６３とを含む。測定セル５４は、石英セル６６と、底部６８とを含み、石英セル６６はいわゆる４面セルで、上下方向に軸線を有する角筒状に形成される。底部６８は、石英セル６６に嵌合することによって、石英セル６６の内部空間を塞ぐ。底部６８はパッキンを含んで形成され、底部６８が石英セル６６を塞いだ状態で、石英セル６６と底部６８とは、溶液を保持する。石英セル６６の光路長は６ｍｍに設定され、１ｍＬの溶液を保持した状態で、溶液の深さは３ｃｍに設定される。
【００８０】
石英セル６６の上下方向の長さは、設定される溶液の深さの２倍以上の寸法に設定され、攪拌手段５７は、底部６８が石英セル６６の下端部を塞いだ状態で、底部６８から溶液の深さ以上、上方に配置される。攪拌手段５７は、メカニカルスターラによって実現される。攪拌手段５７は、上下に延びて一部がセル内に配置される攪拌棒６９と、攪拌棒６９の上端部に接続され、攪拌棒６９を回転させる攪拌用モータ７２と、攪拌棒６９の下端部に取付けられた羽根７４を含む。
【００８１】
図３は、本発明の第１実施形態において測定部１６が、攪拌状態にあるときの測定部１６の断面図である。図４は、本発明の第１実施形態において測定部１６が、測定状態にあるときの測定部１６の断面図である。図５は、本発明の第１実施形態において測定部１６が、排液状態にあるときの測定部１６の断面図である。底部駆動手段５６は、リニアモータ７８を含み、底部６８を上下方向に駆動可能で、底部６８を変位させることによって、測定状態と、攪拌状態と、排液状態とを実現する。
【００８２】
測定状態では、底部６８が石英セル６６の下端部を塞いだ状態である。攪拌状態では、底部６８が攪拌棒６９の下端部の羽根７４の、下方近傍に配置され、溶液の液面が、底部６８が攪拌棒６９の下端部の羽根７４よりも上方に位置する。排液状態では、底部６８の石英セル６６に対する嵌合が解除され、底部６８が石英セル６６から下方に離れて配置される。
【００８３】
測定状態では、石英セル６６内の溶液は、紫外−可視光照射手段５８と分光分析手段６２との間に配置される。紫外−可視光照射手段５８と分光分析手段６２とは、ＵＶ−Ｖｉｓ吸収スペクトル測定装置によって実現される。石英セル６６内の溶液は、紫外−可視光照射手段５８から分光分析手段６２までの光路途中に配置され、測定状態において測定部１６は、溶液の可視領域、紫外領域および近赤外領域において、吸光度を測定する。
【００８４】
攪拌状態では、攪拌手段５７の少なくとも羽根７４が溶液に浸され、羽根７４が攪拌用モータ７２によって回転されることによって、攪拌手段５７は溶液を攪拌する。排液状態では、石英セル６６内の溶液は、石英セル６６と底部６８との間隙を通過し、予め定める排液通路７６を介して廃液タンクに排出される。本実施形態において排液通路７６は、透明な部材によって、溶液が排液通路７６を排出される様子は、外方から視認できる。試薬添加手段６３は、試薬が貯留される容器から、予め定める量の試薬を石英セル６６の内部に輸送する輸送管を含む。石英セル６６には、さらに溶媒を貯留する容器８０から、予め定める量の溶媒を石英セル６６の内部に輸送する輸送管が取付けられる。
【００８５】
図６は、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定方法の各工程を表すフローチャートである。浮遊粒子状物質測定方法は、浮遊粒子状物質測定装置１０を用い、浮遊粒子状物質測定装置１０の測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量、および酸性度を測定する。浮遊粒子状物質測定方法は、硝酸イオン測定工程と、酸性度測定工程と、硫酸イオン測定工程とを含んで構成される。
【００８６】
硝酸イオン測定工程では、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長における吸光度法で、溶液のｐＨの値から粒子状物質の酸性度を測定する。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。本実施形態において測定部１６は、水溶性有機物の量をも測定する。浮遊粒子状物質測定方法では、硝酸イオン測定工程において、水溶性有機物の量の測定も行う。
【００８７】
本処理を開始する前に、石英セル６６は洗浄された状態で、底部６８が石英セル６６の下端部に嵌合した測定状態となっている。本処理開始後、ステップａ１の捕集工程に移行し、フィルタ１２を介して大気中の空気を一定流量で吸引する。本実施形態では吸引された空気中の粒子状物質１１は、分級部１９で分級されて２つの捕集領域２０に捕集される。
【００８８】
またステップａ１の捕集工程では、粒子状物質１１の捕集を行うと同時に、β線吸収法による粒子状物質１１の質量の測定と、光学的元素状炭素量測定部１５によるＯＢＣの量の測定とを同時並行で行う。β線照射手段４２とβ線受光測定手段４４とによる粒子状物質１１の質量の測定は、第１および第２捕集領域２１，２２の両方で行い、光学的元素状炭素量測定部１５によるＯＢＣの量の測定は、微小粒子を捕集する第２捕集領域２２で行う。
【００８９】
次にステップａ２の抽出工程に移行し、フィルタ１２の移動と溶媒による浮遊粒子状物質の抽出とを行う。フィルタ１２は、第２捕集領域２２が抽出部１４に位置するまで移動させ、遅延部４６の第３ロール５１を垂直方向一方Ｚ１に変位させることによって、第１捕集領域２１を抽出部１４に位置させる。抽出部１４では溶媒を第１捕集領域２１に接触させて、第１捕集領域２１に捕集された粒子状物質１１を抽出しその成分を溶解させて溶液として回収する。
【００９０】
次にステップａ３の溶媒基準測定工程に移行し、溶媒のみを石英セル６６に投入し、基準となる分光分析を行う。紫外−可視光照射手段５８からの光のうち、溶媒のみが投入された石英セル６６を透過した透過光の各波長における光強度を測定する。この測定結果を基準とし、後の測定の測定結果を相対値として求める。
【００９１】
次にステップａ４の溶媒排出工程に移行し、底部駆動手段５６のリニアモータ７８を駆動して底部６８を下方に下げ、排液状態とすることによって、石英セル６６内の溶媒を排出する。次にステップａ５の溶液投入工程に移行し、底部６８を変位させて測定部１６を測定状態とし、粒子状物質１１が溶解した溶液を、石英セル６６に投入する。次にステップａ６の溶液希釈工程に移行し、溶媒を石英セル６６内に投入する。溶媒が投入されることによって、石英セル６６内の溶液には攪拌が起こる。
【００９２】
次にステップａ７の硝酸イオン測定工程に移行し、予め定める波長で測定することによって、溶液中の硝酸イオンの濃度を測定する。予め定める波長は、２２８ｎｍと２３９ｎｍとする。波長および測定の詳細については後に述べる。本実施形態では、硝酸イオン測定工程において、同時に水溶性有機物の量も測定する。水溶性有機物の量は、所定の波長における吸光度測定を行うことによって測定する。所定の波長は、２５４ｎｍとする。
【００９３】
次にステップａ８の酸性度測定工程に移行し、溶液の攪拌と、石英セル６６内へのｐＨ指示薬の投入と、溶液の吸光度の測定とを行う。溶液の攪拌では、リニアモータ７８で底部６８を変位させ、測定部１６を攪拌状態とし、攪拌用モータ７２で攪拌棒６９を回転させる。これによって羽根７４が溶液内で回転し、溶液が攪拌される。この状態でｐＨ指示薬を投入する。ｐＨ指示薬は、ブロモフェノールブルーとし、添加する量は１０μＬとする。次に底部駆動手段５６を駆動することによって測定部１６を測定状態とし、分光分析を行う。ブロモフェノールブルーは、溶液のｐＨの変化によって紫外−可視吸収スペクトルが変化し、４９５ｎｍの波長において、等吸収点を有する。またいずれのｐＨにおいても、６８０ｎｍ以上の波長領域には、吸収を持たない。測定に利用する波長および測定の詳細については、後に述べる。
【００９４】
次にステップａ９の硫酸イオン測定工程に移行し、溶液の攪拌と、塩化バリウムの添加と、透過光強度の測定とを行う。溶液の攪拌については、ステップａ８の酸性度測定工程における攪拌と同様である。溶液を攪拌しながら、塩化バリウムを添加する。添加する塩化バリウムの量は、溶液内の硫酸イオンの量に対して十分な量で、かつ溶液に溶解可能な量とする。硫酸イオンの濃度測定は、紫外−可視光照射手段５８および分光分析手段６２とを用いて測定し、塩化バリウムを添加する前の透過光強度と、塩化バリウムを添加して攪拌した後の透過光強度とを比較することによって行う。
【００９５】
溶液に硫酸イオンが含有されていると、塩化バリウムを添加すると硫酸バリウムが生成し、水溶液中において懸濁する。本実施形態において石英セル６６中の硫酸イオンの濃度範囲は、およそ１０μｍｏｌ／Ｌ以上１００μｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であり、この濃度範囲において、塩化バリウム添加前後の透過光強度の減少割合は、硫酸イオン濃度に比例する。単位「μｍｏｌ／Ｌ」は、「μＭ」と表記される場合もある。透過光強度の測定を行う波長は、ブロモフェノールブルーが等吸収点を示す４９５ｎｍまたは吸収を持たない６８０ｎｍ以上の領域の波長とする。測定の詳細については、後に述べる。
【００９６】
次にステップａ１０の排液工程に移行し、石英セル６６中の溶液を排出する。これは、溶媒排出工程で溶媒を排出したのと同様に、底部駆動手段５６のリニアモータ７８で底部６８を下方に変位させ、測定装置を排液状態とすることによって行われる。
【００９７】
次にステップａ１１の洗浄工程に移行し、石英セル６６、底部６８および排液通路７６の洗浄を溶媒によって行う。底部駆動手段５６は底部６８を石英セル６６の下端部に嵌合し、測定部１６が測定状態となった状態で、溶媒を石英セル６６中に投入する。その後、底部駆動手段５６は底部６８を攪拌手段５７の下方近傍にまで上昇させ、攪拌棒６９の一部および羽根７４を溶媒に浸す。この状態で攪拌棒６９を回転させて攪拌手段５７の洗浄を行う。その後、底部駆動手段５６は底部６８を石英セル６６の下端部の高さにまで下降させ、さらに石英セル６６との嵌合を解除して、溶媒を排出する。底部６８はそのパッキンによって石英セル６６の内壁に接触した状態で上昇および下降するので、このことによって石英セル６６の内壁を溶媒とパッキンとによって洗浄することができる。
【００９８】
この洗浄工程において、溶媒の投入から排出までを何度か繰返し、石英セル６６および攪拌手段５７の洗浄を終了する。その後、本処理は終了する。図６のフローチャートに示した浮遊粒子状物質測定方法は、１つの捕集領域２０について１０分程度で終了する。本実施形態では捕集領域２０は２つ設けられるので、この処理は２回繰返される。大気中の空気から粒子状物質１１を捕集領域２０に捕集するのは１時間としたので、図６の処理を２回繰返しても捕集にかかる時間よりも短時間に測定を終了することができる。したがって、測定部１６による測定が終了しないために、次に捕集を行った捕集領域２０が、測定の終了まで放置されるという状況を回避することができる。
【００９９】
図６に示したフローチャートに従う処理、フィルタ１２の移動、遅延部４６の駆動、測定部１６の各動作、および測定結果の記録は、たとえば中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含むコンピュータによって制御される。コンピュータの制御動作は、ＣＰＵを含む電子部品と、ＣＰＵに読取り可能な形式で記録され、コンピュータによる制御方法を記録したプログラムなどによって実現される。
【０１００】
図７は、硝酸イオンの吸収スペクトルを表す図である。図７において横軸は吸光度を測定した波長を表しており、縦軸は吸光度を表す。図７中最も上方のスペクトルから第１、第２、第３および第４スペクトル８１，８２，８３，８４と称すると、第１スペクトル８１は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が１４３μＭのときの吸光度を示し、第２スペクトル８２は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が１０７μＭのときの吸光度を示し、第３スペクトル８３は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が７１μＭのときの吸光度を示し、第４スペクトル８４は、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度が３６μＭのときの吸光度を示す。
【０１０１】
硝酸イオンの吸収スペクトルのピークは、およそ２００ｎｍにあるけれども、紫外−可視光照射手段５８としてキセノンフラッシュランプを使用すると、およそ２２０ｎｍ以下の波長領域の光量が少ない。したがって、測定誤差を小さくするためには、２２０ｎｍよりも長波長の波長領域で吸光度を測定することの方が好ましい。また２４０ｎｍを超える波長領域では、硝酸イオンのモル吸光係数が小さくなることから、吸光度測定による濃度測定が難しくなる。したがって、本実施形態では、２２８ｎｍと２３９ｎｍとの２つの波長において測定を行った。特に２２８ｎｍにおける吸光度から２３９ｎｍにおける吸光度を差引いた値は、硝酸イオンの濃度に対して良好な直線関係を得ることができ、誤差の少ない濃度の指標とすることができる。
【０１０２】
水を溶媒としたときの硝酸イオンの２２８ｎｍにおけるモル吸光係数は、ε＝１０６０ｃｍ−１ｍｏｌ−１Ｌであり、２３９ｎｍにおけるモル吸光係数は、ε＝１３０ｃｍ−１ｍｏｌ−１Ｌである。このように、複数の波長の吸光度から硝酸イオンの含有量を求めることによって、誤差の少ない硝酸イオンの含有量の測定を行うことができる。
【０１０３】
図８は、硝酸イオンの濃度と、２２８ｎｍにおける吸光度から２３９ｎｍにおける吸光度を差引いた値との関係を表す図である。横軸は硝酸イオンの濃度を単位「μＭ」で表し、縦軸は吸光度の差（無次元単位）を表す。これを検量線として用いることによって、石英セル６６中の硝酸イオンの濃度を、数１０μＭ単位で高精度に測定することができる。
【０１０４】
図９は、水溶性有機物としてシュウ酸の紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。図９において、最も上方かつ右方のスペクトルから順に第１、第２、第３、および第４有機物スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と称すると、第１有機物スペクトルＳ１は、シュウ酸の濃度が１０００μＭの水溶液の吸収スペクトルであり、第２有機物スペクトルＳ２は、シュウ酸の濃度が５００μＭの水溶液の吸収スペクトルでありる。第３有機物スペクトルＳ３は、シュウ酸の濃度が２００μＭの水溶液の吸収スペクトルであり、第４有機物スペクトルＳ４は、シュウ酸の濃度が１００μＭの水溶液の吸収スペクトルである。
【０１０５】
水溶性有機物の可視−紫外吸収スペクトルは、硝酸イオンが吸収を示さない２５４ｎｍに吸収を示し、またいずれの水溶性有機物も６８０ｎｍ以上の波長領域では、吸収を示さない。したがって、２５４ｎｍの吸光度を用い、または２５４ｎｍと６８０ｎｍとにおける吸光度の差を用いることによって、水溶性有機物の含有量を求めることができる。水溶性有機物の吸収は、硝酸イオンの含有量の算出に用いる２２８ｎｍおよび２３９ｎｍにおいても吸収を示すけれども、硝酸イオンが吸収を示すことのない２５４ｎｍにおける吸光度から水溶性有機物の含有量を求めることによって、硝酸イオンの含有量をも正確に求めることができる。
【０１０６】
図１０は、ブロモフェノールブルーが溶解した溶液の、各水素イオン濃度（ｐＨ）における紫外−可視吸収スペクトルを表す図である。図１０では、石英セル６６中のブロモフェノールブルーの濃度が１．４９μＭである条件化で、各ｐＨにおいて得られる紫外−可視吸収スペクトルを表している。図１０中５９０ｎｍにおいて最も上方のスペクトルから第５、第６、および第７スペクトル８５，８６，８７と称すると、第５スペクトル８５は、塩酸の濃度が０．２ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨが０．７である条件におけるスペクトルである。単位「ｍｏｌ／Ｌ」は、「Ｍ」と表されることもある。第６スペクトル８６は、フタル酸水素カリウムの濃度が０．０５Ｍで、ｐＨが４．０１である条件におけるスペクトルである。第７スペクトル８７は、リン酸二水素カリウムを０．０２５Ｍ、リン酸二水素ナトリウムを０．０２５Ｍの濃度で溶解させ、ｐＨが６．８６である条件におけるスペクトルである。
【０１０７】
水を溶媒としたときブロモフェノールブルーは、酸性条件下において４３５ｎｍに極大の吸収を示し、中性〜アルカリ性条件下では５９０ｎｍに極大の吸収を示す。等吸収点４９５ｎｍにおけるモル吸光係数はε＝７０００ｃｍ−１ｍｏｌ−１Ｌであり、この波長における吸光度は、溶液のｐＨに依存しない。溶媒として用いる水には、二酸化炭素（ＣＯ２）がふくまれていない方が溶液のｐＨを正確に測定することができるけれども、溶液のｐＨの値が４．５よりも小さい場合には、溶存二酸化炭素の影響は無視することができる。また温度および攪拌の条件が一定している場合には、溶液のｐＨの値に対する二酸化炭素の影響も一定している。したがって、既知のｐＨに調整される溶液のｐＨを、粒子状物質に対する取扱いと同様の取扱いを行って測定し、基礎データを収集することで、二酸化炭素の影響を算出することができるので、いずれのｐＨが示される溶液に対しても、二酸化炭素の影響を補正することは、可能となる。
【０１０８】
図１１は、同一の溶液のｐＨを、第１実施形態において測定した測定結果と、ｐＨ電極を用いて測定した測定結果とを表す図である。四角でプロットした結果は、本実施形態による測定結果であり、「×」で示される測定結果は、ｐＨ電極を用いて測定した測定結果である。図１１に示されるように、本実施形態において測定したｐＨの測定結果と、ｐＨ電極を用いて測定したｐＨの測定結果とは、よく一致している。本実施形態では、４３５ｎｍと４９５ｎｍとにおける吸光度の差、または５９０ｎｍと４９５ｎｍとにおける吸光度の差を測定することによって、溶液のｐＨを正確に求めることができる。４９５ｎｍの吸光度に代えて、ブロモフェノールブルーが吸収を示さない６８０ｎｍ以上のいずれかの波長における吸光度を用いてもよい。このように、複数の波長の吸光度を利用して溶液のｐＨを測定することによって、誤差の少ないｐＨの測定を行うことができる。さらにこれによって、粒子状物質の酸性度を求めることができる。
【０１０９】
図１２は、硫酸バリウムを水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す図である。図１２中最も上方のスペクトルから第８、第９、第１０、第１１、第１２、および第１３スペクトル８８，８９，９０，９１，９２，９３と称すると、第８スペクトル８８は、仮に水中に全て溶解すれば１００μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第９スペクトル８９は、仮に水中に全て溶解すれば８２μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。
【０１１０】
第１０スペクトル９０は、仮に水中に全て溶解すれば５１μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第１１スペクトル９１は、仮に水中に全て溶解すれば３０μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第１２スペクトル９２は、仮に水中に全て溶解すれば１０μＭとなる量の硫酸バリウムが、水中に分散したときの透過光強度のスペクトルを表す。第１３スペクトル９３は、硫酸バリウムが、水中に分散していないときの透過光強度のスペクトルを表す。
【０１１１】
図１３は、図１２に示したデータに基づいて求めた検量線を示す図である。硫酸イオンの濃度が、およそ１２０μＭ以下という低濃度であるときには、硫酸イオンの濃度を数分以内に測定することは、比濁法以外では、難しいけれども、塩化バリウムを用いて硫酸バリウムを生成させて透過光強度を測定する比濁法では、図１３に示した検量線に基づいて測定することで、高い精度で短時間に測定することができる。
【０１１２】
大気中には、種々の粒径の浮遊粒子状物質が存在する。その中で、特に粒径が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。本明細書本文中では、粒径１０μｍ以下の粒子状物質１１とは限らずに、粒径１０μｍ以上の粒子状物質１１をも含めて「浮遊粒子状物質」とする。
【０１１３】
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，ＣＰと略すことがある）と微小粒子（fine particle，ＦＰと略すことがある）とが存在する。
【０１１４】
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煤塵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粒子と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、揮発性有機化合物（
volatile organic compound, 略称「ＶＯＣ」）等のガス状物質が大気中で粒子状物質１１に変化する二次生成粒子がある。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から、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の重量濃度と死亡率が比例することがわかっている。
【０１１５】
図１４は、本発明の第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置および浮遊粒子状物質測定方法によって測定された測定結果を表す図である。図１４（ａ）は、微小粒子に含まれる硫酸イオンの量を示し、図１４（ｂ）は、微小粒子に含まれる硝酸イオンの量を示している。図１４（ｃ）は、微小粒子の酸性度を、空気中に含まれる水素イオンの量として示している。図１４（ｄ）は、微小粒子に含まれる水溶性有機物の量を示しており、図１４（ｅ）は、大気中の空気に含まれる粗大粒子の量と微小粒子の量とを示している。図１４（ｅ）において上方に位置するスペクトルを「ＦＰスペクトル」Ｓｆｐと称し、下方に位置するスペクトルを「ＣＰスペクトル」Ｓｃｐと称すると、ＦＰスペクトルＳｆｐは、微小粒子の量を、ＣＰスペクトルＳｃｐは、粗大粒子の量を表している。
【０１１６】
図１４において横軸は日付を表しており、縦軸は空気１ｍ３に含まれる量に換算した値を示している。図１４（ａ）〜（ｃ）では、縦軸の単位は「ｎｍｏｌ／ｍ３」であり、図１４（ｄ）および（ｅ）では、縦軸の単位は、「μｇ／ｍ３」である。本実施形態における浮遊粒子状物質測定装置では、１時間毎の測定も可能であるが、数時間毎の測定も可能であり、また図１４に示すように数日間の連続した自動測定が可能である。
【０１１７】
図１４（ｅ）に示すように、微小粒子と粗大粒子では、微小粒子の量が多く、また人体に対する悪影響としても、微小粒子の方が粗大粒子よりも重要性を有する。図１４（ａ）〜（ｄ）では、微小粒子についての測定結果を示したけれども、粗大粒子に関して同様の測定を行うことも可能である。図１４に示すように、大気中の空気に含まれる浮遊粒子状物質に関して、これら複数種類の測定を自動的にかつ継続的に行うことができ、経時変化についての正確なデータを得ることができる。
【０１１８】
本実施形態によれば、浮遊粒子状物質測定装置１０および浮遊粒子状物質測定方法は、前記のような硫黄酸化物、窒素酸化物、揮発性有機化合物などの粒子状物質１１を測定することができる。浮遊粒子状物質測定装置１０において吸引部１３は、大気中の空気を一定流量で吸引することによって、大気中に含まれる粒子状物質１１をフィルタ１２に捕集させる。抽出部１４は、フィルタ１２に捕集した粒子状物質１１を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する。測定部１６は、抽出部１４で回収された溶液に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する。これによって、大気中の大容量の空気に含まれる粒子状物質１１の成分を少量の溶液として濃縮して回収することができる。したがって大気中の粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量、および硫酸イオンの量のうち少なくともいずれか１つを、自動的にかつ高感度に測定することができる。
【０１１９】
測定部１６は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定する。記録部１７は、測定部１６から出力された、酸性度に関する測定結果を、さらに記録する。これによって、大気に含まれる酸性物質の量の時間変化および環境への影響の増減を、自動的に測定することができる。したがって、酸性雨など、浮遊粒子状物質が環境に与える影響についての調査および対策の立案に対して貢献することができる。
【０１２０】
高感度の測定が可能であるので、従来技術ではおよそ２４時間の捕集の後に、測定が行われていたけれども、およそ１時間の捕集の後に測定を行うことができる。したがって、捕集された後に粒子状物質１１が空気の流れに曝される時間を短縮し、化学的に変質することを予防することができる。粒子状物質に含まれる酸性の成分は、大気中の空気に含まれるアンモニアによって中和されるので、粒子状物質の捕集を長時間行うことによって中和される。したがって、長時間の捕集を行う必要があった従来技術では、粒子状物質の酸性度を正確に測定することができなかった。これに対し、本実施形態における浮遊粒子状物質測定装置および浮遊粒子状物質測定方法では、短時間の捕集の後に測定を行うことができるので、正確に粒子状物質の測定を行うことができる。
【０１２１】
また捕集された粒子状物質は、揮発性物質を含む場合があるので、２４時間の捕集では、揮発性を有する物質が損失してしまう。これに対し本実施形態では、捕集時間を従来技術に比べて短縮することができるので、飛散および蒸散を抑制して測定を行うことができる。したがって、精度の高い測定を行うことができる。また記録部１７が測定結果を記録するので、記録された測定結果を測定後に参照することができる。さらにイオンクロマトグラフィ、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）、質量分析装置（ＭＳ）などに比べて、はるかに簡便で安価、かつ安定した測定を可能とする装置を提供することができる。したがって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【０１２２】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力する。記録部１７は、測定部１６が出力した水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録する。これによって、大気中の粒子状物質１１に含まれる水溶性有機物の量を測定することができる。
【０１２３】
また本実施形態によれば、フィルタ１２はテープ状に形成され、浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ供給部１８をさらに含んで構成される。フィルタ供給部１８は、テープ状のフィルタ１２を継続的に供給する。これによって、大気中の粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度のうち少なくともいずれか１つを、継続的に測定することが可能となる。
【０１２４】
また本実施形態によれば、吸引部１３は、予め定める粒径を超える粒径を大きな質量割合で含む粒子状物質１１と、予め定める粒径以下の粒子を大きな質量割合で含む粒子状物質１１とを、フィルタ１２のうち互いに異なる複数の位置に捕集させる。これによって、特に人体に対する影響が大きな粒径の粒子状物質１１について、その成分を測定することが可能となる。粒子状物質１１が人体に与える影響と、粒子状物質１１の粒径との間には相関関係がある。したがって、浮遊粒子状物質測定装置１０は、予め定める粒径を基準として粒子状物質１１を分級することができるので、さまざまな粒径の粒子状物質１１のうち、人体への影響が大きな粒径の粒子状物質１１に注目し、これに含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度のうち、少なくともいずれか１つを測定することができる。
【０１２５】
特に粒径が２．５μｍ以下の微小粒子は、人体への悪影響が大きいとされているので、分級して微小粒子と粗大粒子とにそれぞれ特徴的な成分などの分析を行うことは、疫学調査、大気汚染の原因調査に関して大きく貢献することができる。
【０１２６】
また本実施形態によれば、測定部１６は、β線吸収法によってフィルタ１２に捕集した粒子状物質１１の質量を測定する。これによって、一定の量の大気中に含まれる粒子状物質１１の全体量を測定することができる。また一定の量の粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定することができる。したがって、粒子状物質１１全体の中での硝酸イオンの割合または硫酸イオンの割合を求めることができる。これによって、疫学調査、発生源の調査に貢献し、大気汚染に対する対策の立案に貢献することができる。
【０１２７】
またβ線吸収法での測定では、フィルタ１２に捕集した粒子状物質１１を化学的に変質させることなく、また測定によって、フィルタ１２に捕集された粒子状物質１１を消費することなく、粒子状物質１１の質量を測定することができるので、フィルタ１２に捕集された粒子状物質１１の全部を溶媒で抽出し、その成分を溶液として回収することができる。したがって、粒子状物質１１に関する質量以外の測定において誤差が生じることを防止することができる。
【０１２８】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数ナノモル毎立方メートル（ｎｍｏｌ／ｍ３）の規模で含まれる硝酸イオンの量よりもさらに少ない量で含まれる硝酸イオンの量をも、高い精度で測定することができる。また、たとえばイオンクロマトグラフィによって硝酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に硝酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質１１の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質１１に含まれる硝酸イオンの量を測定することができる。さらにイオンクロマトグラフィに比べて簡便で安価な装置として提供することができる。
【０１２９】
また本実施形態によれば、測定部１６は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する。これによって、たとえば数グラムの規模で含まれる硫酸イオンの量に比べて少ない量で含まれる硫酸イオンの量を、高い精度で測定することができる。また、たとえばイオンクロマトグラフィによって硫酸イオンの量を測定する場合に比べて、短時間に硫酸イオンの量を測定することができる。また粒子状物質１１の捕集にかかった時間に比べて短時間に、捕集された粒子状物質１１に含まれる硫酸イオンの量を測定することができる。
【０１３０】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定する。これによって、粒子状物質１１の捕集にかかった時間に比べて短時間に、水溶性有機物の量を測定することができる。したがって、次の測定のための粒子状物質１１の捕集と、すでに捕集された粒子状物質１１に関する抽出および測定とを並行して行っても、測定部１６の測定終了を待つことなく、次に捕集された粒子状物質１１に関する測定を行うことができる。捕集された後の粒子状物質１１を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質１１が、測定部１６の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質１１の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質１１の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質１１に関する測定を継続的に行うことができる。
【０１３１】
また本実施形態によれば、測定部１６は、溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、溶液の酸性度を測定する。これによって、硝酸イオンおよび硫酸イオンの少なくともいずれか１つを測定する測定部１６を利用して、粒子状物質１１を含む溶液の酸性度を測定することができる。したがって、たとえばｐＨ電極を利用して酸性度を測定する場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【０１３２】
また本実施形態によれば、硝酸イオン測定工程において、溶液の吸光度を予め定める波長における吸光度法で、硝酸イオンの量を測定する。硝酸イオン測定工程の後、酸性度測定工程において、溶液にｐＨ指示薬を添加し、溶液の吸光度を特定の波長における吸光度法で、溶液の酸性度を測定する。酸性度測定工程の後、硫酸イオン測定工程において、硫酸バリウム比濁法で、硫酸イオンの量を測定する。
【０１３３】
これによって、硝酸イオン測定工程では、抽出部１４で回収した後の溶液に試薬を添加することなく、測定することができる。酸性度測定工程では、ｐＨ指示薬を添加するので、硝酸イオン測定工程の後でも測定することができる。硫酸イオン測定工程では、添加する塩化バリウムと硫酸イオンとで溶液を懸濁させるので、酸性度測定工程の後でも、測定を行うことができる。したがって、同一の溶液を用いて、少なくともこれら３種類の測定を行うことができる。また、硝酸イオン測定工程、酸性度測定工程および硫酸イオン測定工程において、紫外−可視分光分析装置を共通して用いることができるので、それぞれ異なる測定装置によって測定を行う場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【０１３４】
また浮遊粒子状物質測定装置１０は、フィルタ供給部１８と、遅延部４６とをさらに含んで構成される。フィルタ１２は可撓性を有する材料によってテープ状に形成され、フィルタ供給部１８は、テープ状のフィルタ１２を継続的に供給する。遅延部４６は、フィルタ１２の供給に関する移動方向Ｘに関して、吸引部１３によって空気の取入れが行われる位置、すなわち捕集位置３９よりも下流側で、かつ溶媒による粒子状物質１１の抽出が行われる位置よりも上流側に位置する。また遅延部４６は、移動方向Ｘに関してフィルタ１２の変位を部分的に遅延させる。
【０１３５】
これによって、空気の取入れが行われる位置では、フィルタ１２のうち異なる複数の部分に、分級された後の粒子状物質１１をそれぞれ付着させ、フィルタ１２から粒子状物質１１を回収するときには、１つの抽出部１４によって、複数の回数に分けて回収することができる。したがって、粒子状物質１１の回収を、１つの抽出部１４で行うことができ、複数の抽出部１４を設ける場合に比べて、装置を簡素化することができる。
【０１３６】
本実施形態において浮遊粒子状物質測定装置１０は、質量、硝酸イオンの量、水溶性有機物の量、硫酸イオンの量および酸性度を全て測定可能な装置としたけれども、他の実施形態においては、たとえば、硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度のうちいずれか１つ、またはいずれか２つを測定する構成とすることも可能である。
【０１３７】
（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０は、第１実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０に類似しており、以下、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点を中心に説明する。測定部１６は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。第２実施形態において測定部１６は、イオンクロマトグラフィによって測定を行う。
【０１３８】
浮遊粒子状物質測定装置１０は、計量部１１１を含む。計量部１１１は、抽出部１４によって回収された溶液を貯留する。浮遊粒子状物質測定装置１０は、計量部１１１を含む。計量部１１１は、抽出部１４によって回収された溶液を貯留する。抽出部１４によって回収された溶液は、粒子状物質を溶媒で溶解させることで抽出された成分を含み、抽出部１４によって回収された後、エアーポンプによって計量部１１１に圧送される。計量部１１１に送られた溶液は、計量部１１１において溶媒が添加されることよって予め定める溶液量にメスアップされる。
【０１３９】
計量部１１１は、溶液保持部１１２と、レベルセンサ１１４と、バイブレータ１１６と、バルブ１１８ａ、１１８ｂとを含む。溶液保持部１１２は、計量部１１１において溶液を保持する。レベルセンサ１１４は、溶液の全体量が予め定める溶液量に到達したか否かを測定し、バイブレータ１１６は、計量部１１１において増量された溶液に振動を与えることによって、溶液内における濃度の局在化を防ぎ、溶液全体を均一にする。
【０１４０】
バルブ１１８ａおよび１１８ｂは、抽出部１４から計量部１１１に送られる溶液の流路方向に関して、溶液保持部１１２よりもさらに流路方向下流Ｙ２側に配置される。溶液保持部１１２と測定部１６との間には、溶液を送るための流路１２１が形成される。バルブ１１８ａは、溶液の移動の許容または停止を、バルブ１１８ｂは、溶液の移動の移動方向を制御する。溶液保持部１１２に貯留される溶液の全体量は、バルブ１１８ａを閉鎖した状態で、予め定める溶液量にメスアップされ、バルブ１１８ａが開放されることによって、溶液保持部１１２に貯留される溶液は、測定部１６に送られる。第２実施形態においてバルブ１１８ｂは、アニオン測定部１２４に接続される流路方向Ｙ１側の流路と、カチオン測定部１２２に接続される流路方向Ｙ２側の流路とに分岐される。
【０１４１】
第２実施形態において測定部１６は、陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うカチオン測定部１２２と、陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うアニオン測定部１２４との、少なくともいずれか一方を含む。カチオン測定部１２２は、カチオン、すなわち陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行い、アニオン測定部１２４は、アニオン、すなわち陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行う。流路方向はバルブ１１８ｂによって決定され、流路方向Ｙ１側の流路１２１はアニオン測定部１２４に接続され、流路方向Ｙ２側の流路１２１はカチオン測定部１２２に接続される。
【０１４２】
カチオン測定部１２２とアニオン測定部１２４とにおいて充填材および溶離液として使用される材料はそれぞれ異なるけれども、装置構成としては類似する。カチオン測定部１２２およびアニオン測定部１２４のそれぞれを、各イオンクロマトグラフ部と称し、略称としてそれらをそれぞれ「ＩＣ部」（１２６）と称すると、各ＩＣ部１２６は、サンプルループ部１２８と、ポンプ部１３２と、カラム部１３３と、検出部１３４とを含む。カラム部１３３には、各ＩＣ部１２６に応じた充填材が充填され、カラム部１３３を含む流路１２１には、流路方向上流側から流路方向下流側に向けて、予め定める流速で、それぞれのＩＣ部１２６に応じた溶離液が流される。ポンプ部１３２は、溶離液が貯留される容器から溶離液を供給し、溶離液の流れに対して動力を与える。ポンプ部１３２には、ポンプと、ダンパー１３６と、気泡抜き弁１３８が設けられる。ダンパー１３６は、ポンプによる流量の変動を抑え、気泡抜き弁１３８は、流路１２１をポンプ側からカラム部１３３側に向かう溶離液に含まれる気泡を除去する。
【０１４３】
カチオン測定部１２２において充填材は、表面部にスルホン基を有する陽イオン交換樹脂を用いることができる。他の実施形態においては、たとえば表面部にカルボキシル基を化学修飾したスチレン系ゲルによって形成される陽イオン交換樹脂を使用することもできる。第２実施形態においてカチオン測定部１２２における溶離液は、１１ｍｍｏｌ／Ｌの塩酸とした。他の実施形態においては、たとえば１１ｍｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液、または２０ｍｍｏｌ／Ｌのメタンスルホン酸水溶液などを用いることができ、さらに他の実施形態では、硝酸の濃度が２．５ｍｍｏｌ／Ｌで、かつヒスチジンの濃度が０．５ｍｍｏｌ／Ｌの水溶液を用いることができる。カチオン測定部１２２における充填材および溶離液は、前記の充填材および溶離液に限定するものではない。
【０１４４】
アニオン測定部１２４において充填材は、表面部に四級アンモニウムを化学修飾した親水性ポリマーゲルを用いることができる。アニオン測定部１２４における溶離液は、ｐ−ヒドロキシ安息香酸の濃度が８．０ｍｍｏｌ／Ｌ、Ｂｉｓ−Ｔｒｉｓの濃度が３．２ｍｍｏｌ／Ｌ、かつホウ酸の濃度が５０ｍｍｏｌ／Ｌの水溶液を用いることができる。Ｂｉｓ−Ｔｒｉｓは、ビス（２−ヒドロキシエチル）イミノトリス（ヒドロキシメチル）−メタン（bis(2-hydroxyethyl)iminotris(hydroxymethyl)-methane）の略称である。アニオン測定部１２４における充填材および溶離液は、前記の充填材および溶離液に限定するものではない。
【０１４５】
サンプルループ部１２８は、カラム部１３３よりも流路方向上流側に配置され、計測部からカラム部１３３に溶液を案内する部分である。計量部１１１においてメスアップされた溶液は、ＩＣ部への導入時にサンプルループ部１２８に送られ、サンプルループ部１２８において一定量貯留される。余剰となった溶液は、廃棄される。その後カラム部１３３への投入時にポンプ１３２のより溶離液がサンプルループ部１２８に送られ、サンプルループ部１２８に貯留された溶液をカラム部１３３へ押し流す。検出部１３４は、溶液の電気伝導度の変化によって溶質の存在を検出する。他の実施形態において検出部１３４は、溶液の屈折率の変化を測定することによって溶質の存在を検出してもよい。検出部１３４を通過した後の溶液は、廃棄される。
【０１４６】
各ＩＣ部１２６において、種類の異なる陽イオンまたは陰イオンが検出部１３４を通過する時刻は、カラム部１３３を通過することによって差異が生じる。予め定める陽イオンおよび陰イオンを各ＩＣ部１２６に投入し、投入から検出部１３４によって検出されるまでの時間を、予め測定しておき、これらのデータと粒子状物質を抽出した溶液を測定したときのデータとを比較することによって、各ＩＣ部１２６の検出部１３４において検出された陽イオンおよび陰イオンを同定することができる。
【０１４７】
また予め定める濃度の各種の陽イオンおよび陰イオンを各ＩＣ部１２６に投入し、検出部１３４によって検出される出現ピークの大きさを測定して、出現ピークの面積と各イオンの濃度の関係を求めるておくことで、それらのデータと、粒子状物質を抽出した溶液を測定したときのデータとを比較することにより、各ＩＣ部１２６の検出部１３４において検出された陽イオンおよび陰イオンの濃度を特定することができる。各ＩＣ部１２６に対する溶液の投入は、断続的に自動的に行われ、各ＩＣ部１２６の検出部１３４における測定、データの出力および記録部におけるデータの記録も、投入の時期に応じて自動的に行われる。各ＩＣ部１２６において、溶離液を含む溶液の流速は、０．５ｍｌ／ｍｉｎとしたが、これに限定するものではない。出現ピークがいずれも互いに相似形であると近似できる場合には、各イオンの濃度は、出現ピークの高さに対応するものとして測定結果を求めることも可能である。
【０１４８】
図１６は、本発明の第２実施形態におけるカチオン測定部１２２における測定結果の一例を表す図である。図１６において縦軸は、各種の陽イオンの濃度に対応して得られた、溶液の電気伝導度の変化量を出現ピークとして表しており、横軸は、溶出時間を表す。溶出時間は、カチオン測定部１２２に溶液が到達した時刻を基準に測定する。ただし他の実施形態において溶出時間は、陽イオンカラム内での溶出時間が充分に長い、特定の種類の溶質の溶出時刻を基準に測定してもよい。
【０１４９】
図１６において、最も大きい１．３分〜１．５分の溶出時間に対応して現れている第１ピーク１４０ａは、アンモニウムイオン（ＮＨ4+）の出現ピークを表し、１．２分近傍に現れている第２ピーク１４０ｂは、ナトリウムイオン（Ｎａ+）の出現ピークを表している。１．８分〜１．９分近傍に現れている第３ピーク１４０ｃは、カリウムイオン（Ｋ+）の出現ピークを表している。５．１分近傍に現れている第４ピーク１４０ｄは、マグネシウムイオン（Ｍｇ+）の出現ピークを表しており、６．８分近傍に現れている第５ピーク１４０ｅは、カルシウムイオン（Ｃａ+）の出現ピークを表している。
【０１５０】
各イオンの濃度を求める計算においては、まず複数種類の既知の濃度の標準資料に対して同一条件で測定を行い、対応して出現した出現ピークの面積と、各濃度との関係を検量線として求める。次に実際の測定結果として出現した各種イオンの出現ピークの面積が、各種イオンにおいて、いずれの濃度に対応するものか、検量線に基づいて求める。図１６に示した測定結果から、大気中に含まれる各陽イオンの濃度として、Ｎａ＋の濃度は６．０９ｎｍｏｌ／ｍ３、ＮＨ４＋の濃度は７３．４ｎｍｏｌ／ｍ３、Ｋ＋の濃度は８．３６ｎｍｏｌ／ｍ３と求められた。
【０１５１】
図１７は、本発明の第２実施形態におけるアニオン測定部１２４における測定結果の一例を表す図である。図１７において縦軸は、各種の陰イオンの濃度に対応して得られた、溶液の電気伝導度の変化量を出現ピークとして表しており、横軸は、溶出時間を表す。溶出時間は、アニオン測定部１２４に溶液が到達した時刻を基準に測定する。ただし他の実施形態において溶出時間は、陰イオンカラム内での溶出時間が充分に長い、特定の種類の溶質の溶出時刻を基準に測定してもよい。
【０１５２】
図１７において、最も大きい４．５分近傍の溶出時間に対応して現れている第６ピーク１４１ｆは、硫酸イオン（ＳＯ42-）の出現ピークを表し、２．２分近傍に現れている第７ピーク１４１ｇは、塩化物イオン（Ｃｌ-）の出現ピークを表している。３．７分近傍に現れている第８ピーク１４１ｈは、硝酸イオン（ＮＯ3-）の出現ピークを表している。陰イオンの濃度を求めるときにも、陽イオンを求めるときと同様に、各出現ピークの面積と各種イオンの濃度との対応関係を検量線として求め、各種イオンにおいて求めた検量線に基づいて、得られた出現ピークの面積から、濃度を求める。図１７に示した測定結果から、大気中に含まれる各陰イオンの濃度として、Ｃｌ−の濃度は５．４３ｎｍｏｌ／ｍ３、ＮＯ３−の濃度は５３．４ｎｍｏｌ／ｍ３、ＳＯ４２−の濃度は３１２ｎｍｏｌ／ｍ３として求められた。
【０１５３】
第２実施形態によれば、測定部１６は、イオンクロマトグラフィによる測定を行う。これによって、たとえば他のクロマトグラフィーにおけるカラムのように、分子を吸着してしまったり、測定対象となる試料に高い揮発性が要求されたりすることがない。したがって第２実施形態における測定部１６では、粒子状物質１１に含まれる、たとえばＳＯ4-、ＮＯ3-、Ｃｌ-、Ｆ-、Ｎａ+、ＮＨ4+、Ｋ+、Ｍｇ+およびＣａ+などを測定することができる。
【０１５４】
（第３実施形態）
図１８は、本発明の第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０の構成を表す図である。第３実施形態に係る浮遊粒子状物質測定装置１０は、第２実施形態に係る浮遊粒子状物質測定に類似しており、以下、第２実施形態に対する第３実施形態の相違点を中心に説明する。測定部１６は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。第３実施形態において測定部１６は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、四重極質量分析計１４２を含む。測定部１６は、マススペクトロメトリーにおいて、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行う。
【０１５５】
マススペクトロメトリーを行う測定装置を「質量分析計」（１４４）と称する。質量分析計１４４は、イオン化部１４６と、分析部１４８とを有する。イオン化部１４６は、質量分析計１４４に送られる溶液に含まれる分子に電荷を与えることによって、分子をイオン化する。分析部１４８は、イオン化された分子の質量を測定する。第３実施形態において、イオン化部１４６は、エレクトロスプレーイオン化（electrospray ionization, 略称「ＥＳＩ」）法を用いて分子をイオン化する。
【０１５６】
ＥＳＩ法は、種々のイオン化法、たとえば高速原子衝撃（fast atom bombardment, 略称「ＦＡＢ」）法、電子イオン化（electron ionization, 略称「ＥＩ」）法などに比べると、分子に与えるエネルギーを小さく抑えることができるので、分子内の化学結合を切断することが少なく、分子の断片化（fragmentation）を抑制することができる。ＥＳＩ法を用いる質量分析計１４４は、「ＥＳＩ−ＭＳ」と称されることがある。
【０１５７】
分析部１４８は、四重極質量分析計１４２によって実現され四重極（quadrupole）によって質量分析を行う。四重極を実現する４つの棒状部材間に高周波の交流電界を形成し、その周波数の設定によって特定の分子量の分子を検出する。周波数を掃引することによって、検出する分子量を変化させ、それぞれの分子量の分子を検出する。これによって、分析部１４８に送られた試料に含まれる各分子量における分子の存在を検出する。四重極質量分析計１４２を用いる質量分析計は、「Ｑ−ＭＳ」と称されることがある。４つの棒状部材を用い、四重極によって質量分析を行うときに、試料の分子が通過する空間は、高真空にする必要はないが一般的に高真空であるほうが感度が向上する。また飛行時間型（
time of flight, 略称「ＴＯＦ」）質量分析計に比べ、質量/電荷の値が小さい物質を測定することに有利であるとされる。
【０１５８】
第３実施形態において、計量部１１１から流路方向下流に延びて形成される流路１２１は、分岐することなく１つの流路１２１のまま測定部１６に接続される。計量部１１１から流路下流側に送られた溶液は、一旦シリンジ１５２に貯留され、シリンジ１５２から予め定める流速でイオン化部１４６に注入される。質量分析計１４４に対してシリンジ１５２によって行われる溶液の注入は、断続的に自動的に行われ、質量分析計１４４における測定、データの出力および記録部におけるデータの記録も、シリンジ１５２による注入の時期に応じて自動的に行われる。第３実施形態においてイオン化部１４６は、ＥＳＩ−ＭＳとしたけれども、他の実施形態において大気圧光イオン化（atomospheric pressure
photoionization, 略称「ＡＰＰＩ」）法によってイオン化する構成とすることも可能である。第３実施形態においてシリンジから注入される溶液の流速は、１０μｌ／ｍｉｎとした。
【０１５９】
イオン化部１４６および分析部１４８による測定が停止しているときには、シリンジ１５２からイオン化部１４６に向けて送られる溶液は、イオン化部１４６に注入されることなく、流路１２１の途中位置から廃棄される。また分析部１４８を通過した後の溶液は、廃棄される。
【０１６０】
図１９は、本発明の第３実施形態に係る質量分析計１４４における測定結果の一例を表す図である。質量分析計１４４に注入される前に、流路１２１を流れる溶液には、同体積のアセトニトリルを混合し、体積比で水とアセトニトリルとが１対１で混合された混合溶媒を用いた。図１９において、ピークが最も大きい１電荷当たりの質量数（以下、これを「ｍ（質量数）／ｚ（電荷）」という）が９６．６のピークは、硫酸イオン（ＨＳＯ4-）のピークである。図１９においてピークの大きさが２番目に大きく、ｍ／ｚが１６６．７のピークは、水溶性有機物のイオンのピークと考えられる。この分子を、仮に「Ｍ」と称する。
【０１６１】
図１９においてピークの大きさが３番目に大きく、ｍ／ｚが２２９．８は、水溶性有機物の分子Ｍに硝酸イオンが付加した「Ｍ＋ＮＯ3-」のピークである。図１９においてピークの大きさが４番目に大きく、ｍ／ｚが３３４．９のピークは、水溶性有機物の分子Ｍの二量体のピークである。図１９においてピークの大きさが５番目に大きく、ｍ／ｚが２６４．８のピークは、水溶性有機物の分子Ｍに硫酸イオンが付加した「Ｍ＋ＨＳＯ4-」のピークである。図１９においては、その他、硝酸イオン（ＮＯ３-）、硫酸ナトリウムのイオン（ＮａＳＯ4-）、シュウ酸イオン（ＨＯＯＣ−ＣＯＯ-）などのピークも確認された。
【０１６２】
第２および第３実施形態によれば、測定部１６は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行う。これによって、浮遊粒子状物質に含まれ、電荷を有する物質および帯電しやすい物質の測定を行うことができる。イオン化しやすい物質は、浮遊粒子状物質の酸性度に関わる物質である場合が多いので、これらの測定を行うことによって、酸性度に関係する物質の同定に貢献する情報を得ることができる。
【０１６３】
また第３実施形態によれば、測定部１６は、マススペクトロメトリーによる測定を行い、四重極質量分析計１４２を含む。これによって、手動で浮遊粒子状物質の捕集および測定を行う場合と比較して、短時間に捕集および測定を終了することができる。たとえば四重極質量分析計１４２を含む質量分析計１４４による測定は、測定開始から１０分程度で終了するので、１日に２４回、すなわち１時間に１回の捕集および測定を連続して行うことも充分に可能となる。測定を短時間で終了できるので、次の測定のための粒子状物質の捕集と、すでに捕集および抽出された粒子状物質に関する測定とを並行して行っても、測定部１６の測定終了を待つことなく、次に抽出された粒子状物質に関する測定を行うことができる。有意なデータを得るための測定としては、およそ１０分で終了することができる。
【０１６４】
捕集された後の粒子状物質を捕集直後に抽出および測定することが可能となるので、捕集された粒子状物質が、測定部１６の測定終了を待つまでの時間に、測定結果に系統的誤差が含まれてしまう可能性を可及的に小さくすることができる。また、粒子状物質の捕集を終了した直後に、次の測定のための粒子状物質の捕集を開始することができるので、大気中に含まれる粒子状物質に関する測定を継続的に行うことができる。また質量分析計１４４は、四重極質量分析計１４２を含むので、たとえばＴＯＦ質量分析計などに比べて小形の装置として実現することができる。
【０１６５】
また第３実施形態によれば、マススペクトロメトリーにおけるイオン化法を、ＥＳＩ法とした。これによって、たとえばＦＡＢ法、ＥＩ法などによるイオン化法に比べて、マイルドな条件でイオン化することができ、分子が断片化することを防止することができ、親ピークを容易に特定することができる。
【０１６６】
また第３実施形態によれば、ＨＳＯ4-、ＮＯ3-、Ｃｌ-、Ｎａ+、ＮＨ4+、Ｋ+、Ｍｇ+およびＣａ+などを測定することができ、さらに正電荷または負電荷のいずれかにイオン化されやすい水溶性有機物が含まれる場合には、これらを測定することも可能となる。当然のことながら、質量分析計１４４において、正に帯電した分子および負に帯電した分子の両方について、分子量を測定は可能である。
【０１６７】
第１〜第３実施形態において用いた抽出部１４、溶液保持部１１２、バルブ１１８、流路１２１、シリンジ１５２などの、試料となる溶液が接触する部分は、測定終了後、溶媒によって洗浄される。たとえば１時間の連続吸引による捕集の後の測定を、１時間毎に行う場合には、１時間毎の測定が終了する度に、試料となる溶液が接触する部分の洗浄を行う。大気中に含まれる粒子状物質の濃度が低い場合は、連続吸引による捕集の時間を増加させることにより、より多くの粒子状物質をフィルタ上に濃縮することで、低濃度でも測定が可能になる。第３実施形態において計量部１１１よりも流路方向下流Ｙ２側には、質量分析計１４４を配置するものとしたけれども、他の実施形態において計量部１１１よりも流路方向下流Ｙ２側には、たとえば第２実施形態のように流路１２１を分岐して１つまたは２つのＩＣ部１２６と質量分析計１４４とを配置してもよい。
【符号の説明】
【０１６８】
１０ 浮遊粒子状物質測定装置
１１ 粒子状物質
１２ フィルタ
１３ 吸引部
１４ 抽出部
１６ 測定部
１７ 記録部
１８ フィルタ供給部
１９ 分級部
２０ 捕集領域
４２ β線照射手段
４４ β線受光測定手段
４６ 遅延部
１２６ イオンクロマトグラフ部
１４２ 四重極質量分析計
１４４ 質量分析計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタと、
大気中の空気を一定流量で吸引することによって大気中に含まれる粒子状物質を前記フィルタに捕集させる吸引部と、
前記フィルタに捕集された粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する抽出部と、
前記抽出部で回収された前記溶液に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する測定部と、
前記測定部が出力した前記測定結果を記録する記録部とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力し、
前記記録部は、前記測定部が出力した前記水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録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３】
前記測定部は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定し、
前記記録部は、前記測定部から出力された、前記酸性度に関する測定結果を、さらに記録することを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
前記フィルタはテープ状に形成され、
テープ状の前記フィルタを継続的に供給するフィルタ供給部をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項５】
前記吸引部で吸引される空気を、粒径が２．５μｍを超える粒子を大きな質量割合で含む第１空気と、粒径が２．５μｍ以下の粒子を大きな質量割合で含む第２空気とに分けることによって、前記吸引部で吸引される空気に含まれる粒子状物質を分級する分級部をさらに含み、
前記分級部によって分級された後の粒子状物質は、前記フィルタのうち互いに異なる複数の位置に捕集されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項６】
前記測定部は、
前記フィルタのうち前記粒子状物質が捕集される部分に対してβ線を照射するβ線照射手段と、
前記β線照射手段によって照射され前記フィルタを透過したβ線を受光し、β線量を測定するβ線受光測定手段とを有し、
β線吸収法によって前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の質量を測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項７】
前記測定部は、前記溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定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８】
前記測定部は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定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９】
前記測定部は、前記溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、前記溶液のｐＨから粒子状物質の酸性度を測定することを特徴とする請求項３に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１０】
前記測定部は、前記溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定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１１】
前記測定部は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１２】
前記測定部は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、四重極質量分析計を含むことを特徴とする請求項１１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１３】
前記測定部は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行うことを特徴とする請求項１２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１４】
前記測定部はイオンクロマトグラフィよって測定を行い、測定部は、陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うカチオン測定部、および陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うアニオン測定部の少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１５】
大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタと、
大気中の空気を一定流量で吸引することによって大気中に含まれる粒子状物質を前記フィルタに捕集させる吸引部と、
前記フィルタに捕集された粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する抽出部と、
前記抽出部で回収された前記溶液に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度を測定し、測定結果を出力する測定部と、
前記測定部が出力した前記測定結果を記録する記録部とを含む浮遊粒子状物質測定装置を用い、
前記溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する硝酸イオン測定工程と、
前記硝酸イオン測定工程の後、前記溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、前記溶液のｐＨを測定することにより粒子状物質の酸性度を測定する酸性度測定工程と、
前記酸性度測定工程の後、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する硫酸イオン測定工程とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質測定方法。
【請求項１】
大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタと、
大気中の空気を一定流量で吸引することによって大気中に含まれる粒子状物質を前記フィルタに捕集させる吸引部と、
前記フィルタに捕集された粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する抽出部と、
前記抽出部で回収された前記溶液に含まれる硝酸イオンの量および硫酸イオンの量の少なくともいずれか１つを測定し、測定結果を出力する測定部と、
前記測定部が出力した前記測定結果を記録する記録部とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記溶液に含まれる水溶性有機物の量をさらに測定し、測定結果を出力し、
前記記録部は、前記測定部が出力した前記水溶性有機物の量に関する測定結果をさらに記録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３】
前記測定部は、さらに前記溶液のｐＨを測定することによって、大気中に含まれる粒子状物質の酸性度を測定し、
前記記録部は、前記測定部から出力された、前記酸性度に関する測定結果を、さらに記録することを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
前記フィルタはテープ状に形成され、
テープ状の前記フィルタを継続的に供給するフィルタ供給部をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項５】
前記吸引部で吸引される空気を、粒径が２．５μｍを超える粒子を大きな質量割合で含む第１空気と、粒径が２．５μｍ以下の粒子を大きな質量割合で含む第２空気とに分けることによって、前記吸引部で吸引される空気に含まれる粒子状物質を分級する分級部をさらに含み、
前記分級部によって分級された後の粒子状物質は、前記フィルタのうち互いに異なる複数の位置に捕集されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項６】
前記測定部は、
前記フィルタのうち前記粒子状物質が捕集される部分に対してβ線を照射するβ線照射手段と、
前記β線照射手段によって照射され前記フィルタを透過したβ線を受光し、β線量を測定するβ線受光測定手段とを有し、
β線吸収法によって前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の質量を測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項７】
前記測定部は、前記溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定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８】
前記測定部は、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定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９】
前記測定部は、前記溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、前記溶液のｐＨから粒子状物質の酸性度を測定することを特徴とする請求項３に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１０】
前記測定部は、前記溶液の吸光度を所定の波長において測定する吸光度法によって、水溶性有機物の量を測定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１１】
前記測定部は、イオンクロマトグラフィおよびマススペクトロメトリーのうちいずれか一方によって測定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１２】
前記測定部は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、四重極質量分析計を含むことを特徴とする請求項１１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１３】
前記測定部は、マススペクトロメトリーによって測定を行い、エレクトロスプレーイオン化法によってイオン化を行うことを特徴とする請求項１２に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１４】
前記測定部はイオンクロマトグラフィよって測定を行い、測定部は、陽イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うカチオン測定部、および陰イオンを検出してイオンクロマトグラフィを行うアニオン測定部の少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１１に記載の浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１５】
大気中に含まれる粒子状物質を捕集するためのフィルタと、
大気中の空気を一定流量で吸引することによって大気中に含まれる粒子状物質を前記フィルタに捕集させる吸引部と、
前記フィルタに捕集された粒子状物質を溶媒で溶解させることでその成分を抽出し、溶液として回収する抽出部と、
前記抽出部で回収された前記溶液に含まれる硝酸イオンの量、硫酸イオンの量および酸性度を測定し、測定結果を出力する測定部と、
前記測定部が出力した前記測定結果を記録する記録部とを含む浮遊粒子状物質測定装置を用い、
前記溶液の吸光度を予め定める波長において測定する吸光度法によって、硝酸イオンの量を測定する硝酸イオン測定工程と、
前記硝酸イオン測定工程の後、前記溶液にｐＨ指示薬を添加した後、溶液の吸光度を特定の波長において測定する吸光度法によって、前記溶液のｐＨを測定することにより粒子状物質の酸性度を測定する酸性度測定工程と、
前記酸性度測定工程の後、硫酸バリウム比濁法によって硫酸イオンの量を測定する硫酸イオン測定工程とを含むことを特徴とする浮遊粒子状物質測定方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−９６７４６（Ｐ２０１０−９６７４６Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６３９２（Ｐ２００９−１５６３９２）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（５９１０８１３２１）紀本電子工業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（５９１０８１３２１）紀本電子工業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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