浮遊粒子状物質測定装置
【課題】
相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現する浮遊粒子状物質測定装置を提供する。
【解決手段】
湿度センサ５０により検出ユニット２０内の試料大気ガスの湿度を測定し、ヒータユニット３２による試料大気ガスの加温、または、冷却ユニット３３による試料大気ガスの冷却を必要時に行って試料大気ガスの湿度を一定となるように制御し、相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現するような浮遊粒子状物質測定装置とした。
相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現する浮遊粒子状物質測定装置を提供する。
【解決手段】
湿度センサ５０により検出ユニット２０内の試料大気ガスの湿度を測定し、ヒータユニット３２による試料大気ガスの加温、または、冷却ユニット３３による試料大気ガスの冷却を必要時に行って試料大気ガスの湿度を一定となるように制御し、相対湿度の変動による影響を排除して測定精度の向上を実現するような浮遊粒子状物質測定装置とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の浮遊粒子状物質濃度を測定する浮遊粒子状物質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter）とは、大気中に浮遊する粒子状物質のうち、直径が１０μｍ（１μｍ＝千分の１ｍｍ）以下の固体及び液体粒子などである。この浮遊粒子状物質は、煤煙発生施設や自動車からの排出粒子などの人為的発生源によるものや土壌や花粉などの自然的発生源によって発生されるものであり、さらに大気中で物理的・化学的作用を受けている。その主要な成分としては、重金属元素（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等）、無機酸の塩類（ＳＯ４２−、ＮＯ３−）、炭素系化合物等が含まれている。ちなみに浮遊粒子状物質はエアロゾルと呼ばれることもある。
なお、国内においては、１０μｍ以上の粒子を１００％カットと定義して「ＳＰＭ」としているが、海外においては、１０μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットと定義して「ＰＭ１０」と呼んでいる。
【０００３】
このような浮遊粒子状物質については、肺や呼吸器に沈着するなど呼吸器へ影響を及ぼす大気汚染等の原因とされていることから、環境基準（人の健康を保護する上で維持することが望ましい基準）が設定されており、浮遊粒子状物質濃度が１時間値の１日平均値で０．１０ｍｇ／ｍ３以下であり、かつ、１時間値で０．２０ｍｇ／ｍ３以下であることと定められている。
【０００４】
また、近年では、浮遊粒子状物質のうち、粒子径が１０μｍ以下のもの（以下、１０μｍ以上の粒子を１００％カットしたものを「ＳＰＭ」、１０μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットしたものを「ＰＭ１０」という）に代えて、粒子径が２．５μｍ以下のもの（以下、２．５μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットしたものを「ＰＭ２．５」という）が測定対象として重視されつつある。
【０００５】
さて、これら大気中のＳＰＭまたはＰＭ１０またはＰＭ２．５という浮遊粒子状物質の計測手段として、浮遊粒子状物質を濾紙上に捕集し、β線吸収方式等を用いてその質量濃度を測定する浮遊粒子状物質測定装置が従来より周知である。
この浮遊粒子状物質測定装置によれば、浮遊粒子状物質の捕集及び濃度の測定といった一連の測定動作を全自動化することが可能である。
【０００６】
このような浮遊粒子状物質測定装置の従来技術について図を参照しつつ説明する。
図４は従来技術の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）の要部説明図である。浮遊粒子状物質測定装置１０００の測定部は、図４で示すように、検出ユニット１０１、β線源１０２、半導体検出器１０３、巻取リール２０１、濾紙２０２、キャプスタン２０３、送りリール２０４、モータ２０５、分粒器（ＰＭ１０用）３０１、配管３０２、配管３０３、ポンプ３０４を備えている。
【０００７】
この浮遊粒子状物質測定装置による測定処理について説明する。
ポンプ３０４の吸引により分粒器３０１、配管３０２，検出ユニット１０１、配管３０３、ポンプ３０４の経路で試料大気が流れ、浮遊粒子状物質を含む試料大気が検出ユニット１０１に導入される。検出ユニット１０１内には濾紙２０２が配置されており、濾紙２０２が浮遊粒子状物質を捕集する。捕集後の試料大気は、配管３０３、ポンプ３０４を経て排気される。
【０００８】
上記浮遊粒子状物質に対し、β線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度が測定される。このβ線吸収方式による濃度測定について説明する。
測定原理であるが、浮遊粒子状物質が未捕集状態である最新の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉｏと、浮遊粒子状物質を捕集した状態の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉと、浮遊粒子状物質の単位質量当りのβ線吸収断面積ｋと、濾紙２０２の単位捕集面積当りの粒子の質量ｍと、全捕集面積Ｓと、積算吸引流量Ｖとを用いて、浮遊粒子状物質濃度Ｍは、次式のようになる。
【０００９】
［数１］
Ｍ＝（ｍ／Ｖ）＝（Ｓ／ｋＶ）ｌｎ（Ｉ０／Ｉ）
【００１０】
これらＳ，ｋ，Ｖを予めメモリ部（図示せず）に登録しておき、β線強度Ｉｏ，β線強度Ｉを検出して浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出する。
【００１１】
ＣＰＵボード（図示せず）の濃度演算手段は、まず未捕集状態である最新の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉｏを表す検出信号を入力してメモリ部に記憶する。続いて、所定期間にわたり浮遊粒子状物質を捕集した濾紙２０２を通過するβ線強度Ｉを表す検出信号を入力する。このとき、検出ユニット１０１では、捕集された浮遊粒子状物質に対してβ線源１０２からβ線が放射されると、β線の一部は濾紙２０２上の浮遊粒子状物質に吸収され、吸収されなかったβ線が半導体検出器１０３に入力される。半導体検出器１０３はβ線強度に比例する検出信号を出力する。このβ線強度Ｉを表す検出信号を濃度演算手段が入力してメモリ部に記憶する。濃度演算手段は、メモリ部からＳ，ｋ，Ｖ，Ｉｏ，Ｉを読み出して上記数式１による演算を行って、浮遊粒子状物質濃度Ｍ（ｍｇ/ｍ３）を算出している。
【００１２】
そして、計測終了後にモータ２０５がＣＰＵボードの駆動手段により駆動されて、巻取リール２０１・キャプスタン２０３が回転し、送りリール２０４から濾紙２０２が繰り出されて新しい部分がセットされるとともに、巻取リール２０１が濾紙２０２の使用済み部分を収容する。
浮遊粒子状物質測定装置１０００の概略はこのようなものである。
【００１３】
さて、上記浮遊粒子状物質測定装置では、計測精度が湿度により影響されることが知られている。湿度が高い大気から収集した試料大気を用いると、水分や水分を含む浮遊粒子状物質なども濾紙２０２に捕集される。この水分はβ線を遮蔽する機能を有している。
このため、浮遊粒子状物質によるβ線の吸収以外にも水分がβ線を透過させないこととなってβ線強度が減少し、湿度が高い場合には実際よりも浮遊粒子状物質濃度が高く測定されるおそれがある。そこで、従来技術では一般的に試料大気の湿度を所定値以下に抑えることで湿度の影響を取り除いている。
【００１４】
例えば、外国論文に係る非特許文献１では浮遊粒子状物質の測定では試料大気をヒータにより３０℃まで加温することで、湿度を６０％以下に減らすことが記載されている。
また、特許文献１には、浮遊粒子状物質測定装置に類似した構成を有するダスト放射線モニタが記載され、湿度の影響を取り除くためにヒータにより加温する点が記載されている。なお、特許文献１では測定精度を向上する目的ではなく、濾紙の送りを円滑にするために濾紙を乾燥させている。
【００１５】
更に、特許文献２には、野菜等を保存する低温高湿度の雰囲気を形成するための低温高湿度検出装置及び制御装置が記載されている。
この低温高湿度検出装置は、空気を予め所定温度だけ加熱して相対湿度を検出し、加熱により低くなる相対湿度分を予め定めておき、この相対湿度の中から検出した相対湿度に対応するものを求めて検出した相対湿度に加算することにより、検出した相対湿度を補正して加熱前の雰囲気における空気の相対湿度を求めるものである。
また、低温高湿度制御装置は、上述の補正した相対湿度と設定湿度とを比較して得た制御信号により、加湿器を運転または停止して雰囲気中の相対湿度を設定湿度に制御するものである。
【００１６】
【非特許文献１】Albert Chung et al. "Comparison of Real-Time Instruments Used To Monitor Airborne Particulate Matter", Journal of the Air & Waste Management Association，January 2001, Volume 51, Number 1，p109−p120
【特許文献１】特開平７−２４４１６３号公報（段落番号００１７，図１）
【特許文献２】特許第３１４５２０１号公報（請求項１，請求項２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
浮遊粒子状物質測定では標準測定法として手分析法が規定されており、この手分析での濾紙秤量前のコンディショニング条件は国内で湿度５０％となっている。そこで、浮遊粒子状物質測定装置でも、濾紙２０２を湿度５０％のコンディショニング条件で計測することが望ましい
しかしながら、従来技術の浮遊粒子状物質測定装置では、相対湿度を所定値以下（例えば相対湿度６０％以下）にして浮遊粒子状物質濃度Ｍの測定を行っており、例えば、相対湿度３０％，５０％という場合であっても測定が可能であった。例えば、手分析のコンディショニング条件である湿度５０％よりも試料大気の湿度が低い場合（例えば３０％の場合）には、検出ユニット１０１内の湿度も低くなるため、捕集粒子の水分吸着率が異なり、手分析による浮遊粒子状物質濃度Ｍと異なるという問題があった。浮遊粒子状物質測定装置でも手分析と同程度の浮遊粒子状物質濃度Ｍを得ることができれば、高精度に自動測定することが可能になるので、その改善が要請されていた。
【００１８】
そこで、β線吸収方式の分析値と手分析値とを一致させるため、試料大気の相対湿度を手分析値でのコンディショニング条件である５０％で測定すれば測定精度の向上が見込めるが、現状のβ線吸収方式による浮遊粒子状物質測定では、相対湿度の変動による影響を排除した上で測定することは困難であった。
また、特許文献１に記載されたダストモニタは、濾紙を乾燥させる目的であって相対湿度を著しく低くするものであり、相対湿度が５０％よりも低くなって浮遊粒子状物質濃度が手分析値より少なく測定されるという問題があった。
【００１９】
更に、特許文献２に記載された低温高湿度検出装置では、空気を予め加熱する加熱手段や、加熱により低下する相対湿度分を検出相対湿度に加算して補正する補正手段が必須であるため、装置の構成が複雑になるという問題があり、低温高湿度制御装置においても、上記加熱手段、補正手段に加えて加湿器を制御する制御手段が必要である。
【００２０】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、相対湿度の変動による影響を排除し、手分析法と比べて遜色ない測定精度が得られるようにした、構成が簡単な浮遊粒子状物質測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、試料大気の湿度を調整する湿度調整手段と、検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する濃度算出手段と、湿度計測手段からの湿度信号に基づいて試料大気が設定湿度となるように湿度調整手段を駆動する駆動手段と、を備え、濃度算出手段が、設定湿度の試料大気から浮遊粒子状物質濃度を測定することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る浮遊粒子状物質測定装置は、請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度調整手段は、試料大気を加温または冷却することにより湿度を調整する手段であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項３に係る浮遊粒子状物質測定装置は、粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出するとともに、湿度計測手段からの湿度信号に基づいて設定湿度における浮遊粒子状物質濃度となるように、算出した浮遊粒子状物質濃度を補正する濃度演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る浮遊粒子状物質測定装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度を計測する湿度計測手段は、検出手段に一体的に配置され、β線強度の検出箇所における試料大気の湿度を計測する手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上のような本発明によれば、相対湿度の変動による影響を湿度調整手段の動作または演算による補正処理によって排除し、標準測定法である手分析法と同等の測定精度を達成することができる。このため、浮遊粒子状物質濃度を高精度かつ自動的、連続的に測定する測定装置の実現が可能になる。
また、装置の構成が複雑化することもなく、比較的低コストにて提供することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
続いて本発明を実施するための最良の形態の浮遊粒子状物質測定装置について図を参照しつつ説明する。
図１は本形態の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１の構成図、図２は相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を説明する特性図である。なお、従来技術と構成が一部重複するが、新たな符号を付すとともに再度説明する。
浮遊粒子状物質測定装置１は、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７、検出ユニット２０、β線源２１、半導体検出器２２、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、分粒器（ＰＭ１０用）２６、ポンプ２７、ＭＦＣ検出器２８、配管２９，３０，３１、ヒータユニット３２、冷却ユニット３３、濾紙４０、湿度センサ５０、モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えている。
これらは、大別すると試料大気採取手段、捕集手段、検出手段、湿度計測手段、湿度調整手段、濃度算出手段、駆動手段となる。以下、各手段について説明する。
【００２７】
まず、試料大気採取手段について説明する。試料大気採取手段は、粒子径が所定粒径以下（ＳＰＭで１０μｍ（１０μｍ以上で１００％カット）、ＰＭ１０で１０μｍ（１０μｍまたはそれ以上で５０％カット）、ＰＭ２．５で２．５μｍ（２．５μｍまたはそれ以上で５０％カット））である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する手段である。例えば本形態のように、分粒器２６、配管２９、検出ユニット２０、濾紙４０、配管３０、ポンプ２７、配管３１、ＭＦＣ検出器２８を備える。ポンプ２７が吸引動作を行うと、試料大気が分粒器２６→配管２９→検出ユニット２０→濾紙４０→配管３０→ポンプ２７→配管３１→ＭＦＣ検出器２８と通流して外部へ排気される。
なお、検出ユニット２０は、略直方体形状の上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂで形成され、上部ブロック２０ａには配管２９と接続される流路が設けられ、下部ブロック２０ｂには上側の流路と対向するように下側の流路が設けられている。この上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとの間に濾紙４０が配置される。
【００２８】
上述した流路系において、ポンプ２７の下流側にＭＦＣ（Mass Flow Calculator(またはController)）検出器２８が配置され、通流する試料大気ガスの流量を正確に計測して流量信号が出力される。その流量信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。更に、ポンプ２７をバイパスする流路にはバルブが設けられ、このバルブには流量安定用のモータＭ３が接続されており、ＣＰＵボード１１からの駆動信号によりモータＭ３を駆動してバルブを開閉制御する。このような構成により流量を一定量とし、先の数式１における積算吸引流量Ｖを正確にする。これにより分粒器２６は、試料大気を一定流量で吸引することとなる。
【００２９】
分粒器（ＰＭ１０用）２６は、例えば試料大気中の粗大粒子の慣性衝突を用いてＰＭ１０の分粒を行なうインパクタ方式分粒器であり、試料大気から粗大粒子を取り除き、粒子径が１０μｍ以下（５０％カット）の浮遊粒子を透過させた試料大気を得る。
また、ＰＭ２．５（粒径２．５μｍの浮遊粒子）については、後段にサイクロン方式の分粒器またはインパクタ方式分粒器を設置して、２．５μｍ以下の微粒子を選択的に分粒しても良い。これらは測定対象に応じて適宜選択される。
【００３０】
上述したような浮遊粒子状物質を含む試料大気は、捕集手段を通過する。
捕集手段は、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する手段である。例えば本形態のように送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、濾紙４０、モータＭ１、モータＭ２を備える。モータＭ１、モータＭ２の駆動信号はパワーＩ／Ｏボード１５を介してＣＰＵボード１１から出力されている。
テープ状の濾紙４０は、未使用の濾紙４０を供給する送りリール２３と、使用済みの濾紙４０をロール状に巻回して収容する巻取リール２５と、により送り可能になされており、検出ユニット２０内に一定長さが供給される。
モータＭ１は検出ユニット２０ａの下部ブロック２０ｂを上下動させ、検出ユニット２０内に搬送された浮遊粒子状物質捕集用の濾紙４０を上下から挟み込むための開閉動作用モータ、モータＭ２は濾紙４０の送り用モータである。この濾紙４０は、モータＭ１により検出ユニット２０が開かれた状態で、モータＭ２により巻取リール２５及びキャプスタン２４を回転駆動することにより、一定周期（例えば１時間おき）経過後に濾紙４０の未使用部分が送りリール２３、キャプスタン２４を経て検出ユニット２０内へ送られるとともに、同じ長さだけ巻取リール２５に収容される。
【００３１】
検出手段は、捕集手段で捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する手段である。例えば本形態のように、β線源２１、半導体検出器２２を備える。半導体検出器２２の出力信号はアンプボード１６内のアンプにより増幅され、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。
検出ユニット２０の上部ブロック２０ａにはβ線源２１が、下部ブロック２０ｂにはβ線源２１と対向するように半導体検出器２２が設けられており、先に説明した流路とβ線放射方向が交差するように配置される。この上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとの間を濾紙４０が通過する。検出手段の検出原理は先に説明した従来技術と同様にβ線吸収方式を採用しており、重複する説明を省略する。
【００３２】
湿度計測手段は、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する手段であり、検出手段に一体的に配置され、β線強度の検出箇所の湿度を計測する手段である。例えば本形態のように、湿度センサ５０である。この湿度センサ５０は、検出ユニット２０のうち半導体検出器２２の近傍に配置される。これにより試料大気の検出時の湿度を一定にして、計測精度を高めている。湿度センサ５０の出力信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。
【００３３】
濃度算出手段は検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する手段であり、また、駆動手段は湿度信号に基づいて目標湿度となるように湿度調整手段を駆動するための駆動信号を出力する手段である。例えば本形態のように、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７を備え、濃度算出手段および駆動手段を共通構成とする。なお、濃度算出・駆動動作については後述する。
【００３４】
湿度調整手段は、駆動信号に基づいて試料大気の湿度を調整する手段である。例えば本形態のように、試料大気を加温するヒータユニット３２、試料大気を冷却する冷却ユニット３３を備える。ヒータユニット３２、冷却ユニット３３の駆動信号はＣＰＵボード１１から出力され、パワーＩ／Ｏボード１５により電力増幅される。
【００３５】
続いて、本形態における湿度調整について図を参照しつつ説明する。図２の特性図は、β線吸収法による検出ユニット（セル）２０内の相対湿度（ＲＨ）に対するβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を表しており、手分析でのコンディショニング条件である相対湿度５０％において、β線吸収方式による浮遊粒子状物質濃度Ｍと、手分析による浮遊粒子状物質濃度Ｍとが一致する。そこで、検出ユニット２０内のコンディショニング条件を相対湿度５０％に維持することで、手分析と同じ値が求められることとなり計測精度を高められる。
【００３６】
次に、湿度調整を行う各部の動作について説明する。
ポンプ２７の動作により試料大気を分粒器２６・配管２９を経て検出ユニット２０へ導入し、濾紙４０の表面で浮遊粒子状物質を捕集しているものとする。このような状況下で試料大気に対して湿度調節動作を行っている。湿度センサ５０は、検出ユニット２０内の試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力している。ＣＰＵボード１１では図示しないメモリ部に設定湿度５０％が記憶されている。
【００３７】
湿度センサ５０から出力される湿度信号により、相対湿度が５０％より高いとＣＰＵボード１１は湿度調整手段を駆動する駆動手段としてのパワーＩ／Ｏボード１５を介して湿度調整手段であるヒータユニット３２を加温駆動する。すると試料大気が加温されて温度上昇することにより相対湿度が低くなっていき、試料大気の相対湿度が５０％となるように維持される。
一方、湿度センサ５０から出力される湿度信号により、相対湿度が５０％より低いとＣＰＵボードは湿度調整手段を駆動する駆動手段としてのパワーＩ／Ｏボード１５を介して湿度調整手段である冷却ユニット３３を冷却駆動する。すると試料大気が冷却されて温度降下することにより相対湿度が高くなっていき、試料大気の相対湿度が５０％となるように維持される。
これらの試料大気の加温・冷却は、必要時のみ行うこととなる。
【００３８】
なお、手分析値と一致させるために設定湿度を５０％としているが、湿度は５０％に限定する趣旨ではなく異ならせても良い。例えば、海外では上記した手分析のコンディショニング条件が３０％〜４０％であるため、必要に応じて設定湿度３０％〜４０％としても良い。これら設定湿度は事情に応じて適宜変更することができる。
【００３９】
次に、上記浮遊粒子状物質測定装置により相対湿度を一定に維持した状態において大気中の浮遊粒子状物質濃度を連続測定する動作について説明する。
オペレータが操作パネル１２を操作すると、測定を開始する操作信号がＣＰＵボード１１へ入力される。ＣＰＵボード１１は各部へ制御信号を出力する。このとき既に検出ユニット２０には濾紙４０の未捕集部分が載置され、上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとにより強固に挟持されるともに、β線が漏出しないように密封されるものとする。
まず、ベータ線源２１によりβ線を照射する。そして、半導体検出器２２からの検出信号が、ＣＰＵボード１１のメモリ部に一時的に記憶される。一番最初に記憶された検出信号は、β線強度Ｉ０となる。
【００４０】
続いて、Ｉ／Ｏボード１４を介してポンプ２７へ駆動信号を出力する。大気中から試料大気が吸引され、試料大気の採取が開始される。この場合、上記したようにＭＦＣ検出部２８からの流量信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されており、所定設定流量を維持するような駆動信号を、Ｉ／Ｏボード１４を介してモータＭ３へ送信する。このため、モータＭ３によりバルブが開閉制御されて流量が所定設定流量となるように調節される。
【００４１】
ポンプ２７が所定時間作動して予め決められた流量の試料大気が吸引されると、ＣＰＵボード１１がポンプ２７の稼働を停止し、試料大気の採集は停止される。次に、ベータ線源２１によりβ線を再度照射する。そして、半導体検出器２２からの検出信号が、ＣＰＵボード１１のメモリに一時的に記憶され、この検出信号がβ線強度Ｉとなる。
次いで、メモリに登録されたβ線強度Ｉ０ 、β線強度Ｉに加え、前記定数Ｓ，ｋ，Ｖを読み出し、数式１に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出する。この浮遊粒子状物質濃度ＭをＣＰＵボード１１が記録計１３に記録する。
【００４２】
記録終了後、濾紙４０を移動させる。まず、ＣＰＵボード１１はＩ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５を介してモータＭ１を駆動し、検出ユニット２０の下部ブロック２０ｂを降下させて濾紙４０を移動可能な状態とする。続いて、ＣＰＵボード１１はＩ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５を介してモータＭ２を駆動して濾紙４０を送り、未使用部分を検出ユニット２０に配置する。そして、下部ブロック２０ｂが上昇して最初の状態に戻り、以後、同様の動作を繰り返して自動的に浮遊粒子状物質測定を行うものである。
【００４３】
以上、本形態の浮遊粒子状物質測定装置１について説明した。
なお、先に説明した設定湿度は予めＣＰＵボード１１のメモリ部に設定登録されているものとして説明したが、例えば、操作パネル１２を介してＣＰＵボード１１のメモリ部に新たに登録できるようにしても良い。
また、浮遊粒子状物質濃度Ｍを記録計１３に記録するものとして説明したが、さらにＩ／Ｏボード１４に接続された表示部（図示しない）を搭載し、浮遊粒子状物質濃度Ｍを表示させても良い。
【００４４】
続いて、本発明の他の形態について説明する。図３は本形態の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１’の構成図である。なお、先に説明した形態と構成が一部重複するため、相違点のみ重点的に説明する。
浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１’は、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７、検出ユニット２０、β線源２１、半導体検出器２２、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、分粒器（ＰＭ１０用）２６、ポンプ２７、ＭＦＣ検出器２８、配管２９，３０，３１、濾紙４０、湿度センサ５０、モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えている。先に説明した図１の形態におけるヒータユニット３２、冷却ユニット３３がなく、簡略化された形態である。
これらは、試料大気採取手段、捕集手段、検出手段、湿度計測手段、濃度算出手段、を備える。以下、各手段について説明する。
【００４５】
まず、試料大気採取手段は、試料大気を採取する手段であり、分粒器２６、配管２９、検出ユニット２０、濾紙４０、配管３０、ポンプ２７、配管３１、ＭＦＣ検出器２８とを備え、先の説明と同様に動作する。
捕集手段は、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する手段であり、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、濾紙４０、モータＭ１、モータＭ２を備え、先の説明と同様に動作する。
【００４６】
湿度計測手段は、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する手段であり、例えば湿度センサ５０により構成されていて先の説明と同様に動作する。
濃度算出手段は検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出するとともに、湿度信号に基づいて設定湿度における浮遊粒子状物質濃度となるように演算処理によって補正を行う手段である。例えば本形態のように、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７を備える。
【００４７】
続いて湿度補正機能について説明する。先の図２で示したように、検出ユニット２０内の相対湿度とβ線吸収方式値／手分析値との関係を数式で表すと、以下のようになる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
ここでＦＲＭは手分析相当値、ａは傾き、ＲＨは測定された検出ユニット内の湿度、ｂは切片、Ｍはβ線吸収方式により求めた濃度である。本形態では、測定により求めたβ線吸収方式値の浮遊粒子状物質濃度Ｍを、上記数式２を用いて、相対湿度５０％相当である手分析値による浮遊粒子状物質濃度ＦＲＭに補正するものである。このような補正により、相対湿度の影響を排除して手分析と同等の浮遊粒子状物質濃度を求め、計測精度を高めている。
なお、上記ａ，ｂは図２のグラフから例えば最小自乗法等により算出されるものであり、本形態ではａ＝０．０２３，ｂ＝０．１８７２という値となった。なお、当然ながら、これら値は実際の装置では設計変更等の各種要因により変化するが、その場合でも実験的に算出できることはいうまでもない。実験により相対湿度と、浮遊粒子状物質濃度のβ線吸収方式値／手分析値とを算出していき、最小自乗法等により係数ａ，ｂを割り出せば良い。
【００５０】
次に、各部の動作について説明する。
まず、前述した方法によりβ線強度Ｉ０，β線強度Ｉ，ｍ，Ｓ，Ｖを取得する。そして、ＣＰＵボード１１は前記数式１に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出し、この浮遊粒子状物質濃度Ｍを先に掲げた数式２により手分析相当値の浮遊粒子状物質濃度ＦＲＭに補正する。そしてＣＰＵボード１１は、この浮遊粒子状物質濃度ＦＲＭを記録計１３により記録させる。その他の動作は、先に説明した浮遊粒子状物質測定装置１がヒータユニット３２や冷却ユニット３３を用いて湿度調整する点を除けば、浮遊粒子状物質測定装置１と同様である。
【００５１】
以上、本発明の浮遊粒子状物質測定装置について説明した。
これらの浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１，１’によれば、相対湿度の影響を排除し、β線吸収方式で測定する浮遊粒子状物質濃度を標準測定法による手分析値と一致させることができる。
また、本発明においては、従来の浮遊粒子状物質測定装置に湿度センサやヒータユニット、冷却ユニットを付加し、その制御プログラムを追加したり、数式２による補正演算用の簡単なプログラムを追加するだけで実現可能であり、比較的低コストにて提供することが可能である。
なお、前記湿度計測手段としての湿度センサ５０に代えて、検出ユニット２０内に温度センサを設置して検出ユニット２０内の温度を計測することにより、そこから検出ユニット２０内のその温度での飽和水蒸気圧を計算により求め、更に試料大気を採取する手段としての分粒器２６近傍に温度センサ及び湿度センサを設置して試料大気自体の温度、相対湿度を計測するとそこから試料大気自体のその温度での水蒸気圧がわかり、そこから更に試料大気自体の飽和水蒸気圧を計算することにより、前記試料大気自体の飽和水蒸気圧と前記検出ユニット２０内の飽和水蒸気圧との比から検出ユニット２０内の相対湿度を求めることができる。この相対湿度の値を湿度信号として出力することによって本発明を実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施するための最良の形態の浮遊粒子状物質測定装置の構成図である。
【図２】相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を説明する特性図である。
【図３】本発明の実施形態を示す概略的な全体構成図である。
【図４】従来技術の浮遊粒子状物質測定装置の要部説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’：浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）
１１：ＣＰＵボード
１２：操作パネル
１３：記録計
１４：Ｉ／Ｏボード
１５：パワーＩ／Ｏボード
１６：アンプボード
１７：外部入出力端子
２０：検出ユニット
２１：β線源
２２：半導体検出器
２３：送りリール
２４：キャプスタン
２５：巻取リール
２６：分粒器（ＰＭ１０用）
２７：ポンプ
２８：ＭＦＣ検出器
２９：配管
３０：配管
３１：配管
３２：ヒータユニット
３３：冷却ユニット
４０：濾紙
５０：湿度センサ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の浮遊粒子状物質濃度を測定する浮遊粒子状物質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮遊粒子状物質（ＳＰＭ：Suspended Particulate Matter）とは、大気中に浮遊する粒子状物質のうち、直径が１０μｍ（１μｍ＝千分の１ｍｍ）以下の固体及び液体粒子などである。この浮遊粒子状物質は、煤煙発生施設や自動車からの排出粒子などの人為的発生源によるものや土壌や花粉などの自然的発生源によって発生されるものであり、さらに大気中で物理的・化学的作用を受けている。その主要な成分としては、重金属元素（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等）、無機酸の塩類（ＳＯ４２−、ＮＯ３−）、炭素系化合物等が含まれている。ちなみに浮遊粒子状物質はエアロゾルと呼ばれることもある。
なお、国内においては、１０μｍ以上の粒子を１００％カットと定義して「ＳＰＭ」としているが、海外においては、１０μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットと定義して「ＰＭ１０」と呼んでいる。
【０００３】
このような浮遊粒子状物質については、肺や呼吸器に沈着するなど呼吸器へ影響を及ぼす大気汚染等の原因とされていることから、環境基準（人の健康を保護する上で維持することが望ましい基準）が設定されており、浮遊粒子状物質濃度が１時間値の１日平均値で０．１０ｍｇ／ｍ３以下であり、かつ、１時間値で０．２０ｍｇ／ｍ３以下であることと定められている。
【０００４】
また、近年では、浮遊粒子状物質のうち、粒子径が１０μｍ以下のもの（以下、１０μｍ以上の粒子を１００％カットしたものを「ＳＰＭ」、１０μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットしたものを「ＰＭ１０」という）に代えて、粒子径が２．５μｍ以下のもの（以下、２．５μｍまたはそれ以上の粒子を５０％カットしたものを「ＰＭ２．５」という）が測定対象として重視されつつある。
【０００５】
さて、これら大気中のＳＰＭまたはＰＭ１０またはＰＭ２．５という浮遊粒子状物質の計測手段として、浮遊粒子状物質を濾紙上に捕集し、β線吸収方式等を用いてその質量濃度を測定する浮遊粒子状物質測定装置が従来より周知である。
この浮遊粒子状物質測定装置によれば、浮遊粒子状物質の捕集及び濃度の測定といった一連の測定動作を全自動化することが可能である。
【０００６】
このような浮遊粒子状物質測定装置の従来技術について図を参照しつつ説明する。
図４は従来技術の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）の要部説明図である。浮遊粒子状物質測定装置１０００の測定部は、図４で示すように、検出ユニット１０１、β線源１０２、半導体検出器１０３、巻取リール２０１、濾紙２０２、キャプスタン２０３、送りリール２０４、モータ２０５、分粒器（ＰＭ１０用）３０１、配管３０２、配管３０３、ポンプ３０４を備えている。
【０００７】
この浮遊粒子状物質測定装置による測定処理について説明する。
ポンプ３０４の吸引により分粒器３０１、配管３０２，検出ユニット１０１、配管３０３、ポンプ３０４の経路で試料大気が流れ、浮遊粒子状物質を含む試料大気が検出ユニット１０１に導入される。検出ユニット１０１内には濾紙２０２が配置されており、濾紙２０２が浮遊粒子状物質を捕集する。捕集後の試料大気は、配管３０３、ポンプ３０４を経て排気される。
【０００８】
上記浮遊粒子状物質に対し、β線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度が測定される。このβ線吸収方式による濃度測定について説明する。
測定原理であるが、浮遊粒子状物質が未捕集状態である最新の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉｏと、浮遊粒子状物質を捕集した状態の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉと、浮遊粒子状物質の単位質量当りのβ線吸収断面積ｋと、濾紙２０２の単位捕集面積当りの粒子の質量ｍと、全捕集面積Ｓと、積算吸引流量Ｖとを用いて、浮遊粒子状物質濃度Ｍは、次式のようになる。
【０００９】
［数１］
Ｍ＝（ｍ／Ｖ）＝（Ｓ／ｋＶ）ｌｎ（Ｉ０／Ｉ）
【００１０】
これらＳ，ｋ，Ｖを予めメモリ部（図示せず）に登録しておき、β線強度Ｉｏ，β線強度Ｉを検出して浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出する。
【００１１】
ＣＰＵボード（図示せず）の濃度演算手段は、まず未捕集状態である最新の濾紙２０２を通過させた場合のβ線強度Ｉｏを表す検出信号を入力してメモリ部に記憶する。続いて、所定期間にわたり浮遊粒子状物質を捕集した濾紙２０２を通過するβ線強度Ｉを表す検出信号を入力する。このとき、検出ユニット１０１では、捕集された浮遊粒子状物質に対してβ線源１０２からβ線が放射されると、β線の一部は濾紙２０２上の浮遊粒子状物質に吸収され、吸収されなかったβ線が半導体検出器１０３に入力される。半導体検出器１０３はβ線強度に比例する検出信号を出力する。このβ線強度Ｉを表す検出信号を濃度演算手段が入力してメモリ部に記憶する。濃度演算手段は、メモリ部からＳ，ｋ，Ｖ，Ｉｏ，Ｉを読み出して上記数式１による演算を行って、浮遊粒子状物質濃度Ｍ（ｍｇ/ｍ３）を算出している。
【００１２】
そして、計測終了後にモータ２０５がＣＰＵボードの駆動手段により駆動されて、巻取リール２０１・キャプスタン２０３が回転し、送りリール２０４から濾紙２０２が繰り出されて新しい部分がセットされるとともに、巻取リール２０１が濾紙２０２の使用済み部分を収容する。
浮遊粒子状物質測定装置１０００の概略はこのようなものである。
【００１３】
さて、上記浮遊粒子状物質測定装置では、計測精度が湿度により影響されることが知られている。湿度が高い大気から収集した試料大気を用いると、水分や水分を含む浮遊粒子状物質なども濾紙２０２に捕集される。この水分はβ線を遮蔽する機能を有している。
このため、浮遊粒子状物質によるβ線の吸収以外にも水分がβ線を透過させないこととなってβ線強度が減少し、湿度が高い場合には実際よりも浮遊粒子状物質濃度が高く測定されるおそれがある。そこで、従来技術では一般的に試料大気の湿度を所定値以下に抑えることで湿度の影響を取り除いている。
【００１４】
例えば、外国論文に係る非特許文献１では浮遊粒子状物質の測定では試料大気をヒータにより３０℃まで加温することで、湿度を６０％以下に減らすことが記載されている。
また、特許文献１には、浮遊粒子状物質測定装置に類似した構成を有するダスト放射線モニタが記載され、湿度の影響を取り除くためにヒータにより加温する点が記載されている。なお、特許文献１では測定精度を向上する目的ではなく、濾紙の送りを円滑にするために濾紙を乾燥させている。
【００１５】
更に、特許文献２には、野菜等を保存する低温高湿度の雰囲気を形成するための低温高湿度検出装置及び制御装置が記載されている。
この低温高湿度検出装置は、空気を予め所定温度だけ加熱して相対湿度を検出し、加熱により低くなる相対湿度分を予め定めておき、この相対湿度の中から検出した相対湿度に対応するものを求めて検出した相対湿度に加算することにより、検出した相対湿度を補正して加熱前の雰囲気における空気の相対湿度を求めるものである。
また、低温高湿度制御装置は、上述の補正した相対湿度と設定湿度とを比較して得た制御信号により、加湿器を運転または停止して雰囲気中の相対湿度を設定湿度に制御するものである。
【００１６】
【非特許文献１】Albert Chung et al. "Comparison of Real-Time Instruments Used To Monitor Airborne Particulate Matter", Journal of the Air & Waste Management Association，January 2001, Volume 51, Number 1，p109−p120
【特許文献１】特開平７−２４４１６３号公報（段落番号００１７，図１）
【特許文献２】特許第３１４５２０１号公報（請求項１，請求項２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
浮遊粒子状物質測定では標準測定法として手分析法が規定されており、この手分析での濾紙秤量前のコンディショニング条件は国内で湿度５０％となっている。そこで、浮遊粒子状物質測定装置でも、濾紙２０２を湿度５０％のコンディショニング条件で計測することが望ましい
しかしながら、従来技術の浮遊粒子状物質測定装置では、相対湿度を所定値以下（例えば相対湿度６０％以下）にして浮遊粒子状物質濃度Ｍの測定を行っており、例えば、相対湿度３０％，５０％という場合であっても測定が可能であった。例えば、手分析のコンディショニング条件である湿度５０％よりも試料大気の湿度が低い場合（例えば３０％の場合）には、検出ユニット１０１内の湿度も低くなるため、捕集粒子の水分吸着率が異なり、手分析による浮遊粒子状物質濃度Ｍと異なるという問題があった。浮遊粒子状物質測定装置でも手分析と同程度の浮遊粒子状物質濃度Ｍを得ることができれば、高精度に自動測定することが可能になるので、その改善が要請されていた。
【００１８】
そこで、β線吸収方式の分析値と手分析値とを一致させるため、試料大気の相対湿度を手分析値でのコンディショニング条件である５０％で測定すれば測定精度の向上が見込めるが、現状のβ線吸収方式による浮遊粒子状物質測定では、相対湿度の変動による影響を排除した上で測定することは困難であった。
また、特許文献１に記載されたダストモニタは、濾紙を乾燥させる目的であって相対湿度を著しく低くするものであり、相対湿度が５０％よりも低くなって浮遊粒子状物質濃度が手分析値より少なく測定されるという問題があった。
【００１９】
更に、特許文献２に記載された低温高湿度検出装置では、空気を予め加熱する加熱手段や、加熱により低下する相対湿度分を検出相対湿度に加算して補正する補正手段が必須であるため、装置の構成が複雑になるという問題があり、低温高湿度制御装置においても、上記加熱手段、補正手段に加えて加湿器を制御する制御手段が必要である。
【００２０】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、相対湿度の変動による影響を排除し、手分析法と比べて遜色ない測定精度が得られるようにした、構成が簡単な浮遊粒子状物質測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る浮遊粒子状物質測定装置は、
粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、試料大気の湿度を調整する湿度調整手段と、検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する濃度算出手段と、湿度計測手段からの湿度信号に基づいて試料大気が設定湿度となるように湿度調整手段を駆動する駆動手段と、を備え、濃度算出手段が、設定湿度の試料大気から浮遊粒子状物質濃度を測定することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る浮遊粒子状物質測定装置は、請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度調整手段は、試料大気を加温または冷却することにより湿度を調整する手段であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項３に係る浮遊粒子状物質測定装置は、粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出するとともに、湿度計測手段からの湿度信号に基づいて設定湿度における浮遊粒子状物質濃度となるように、算出した浮遊粒子状物質濃度を補正する濃度演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る浮遊粒子状物質測定装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度を計測する湿度計測手段は、検出手段に一体的に配置され、β線強度の検出箇所における試料大気の湿度を計測する手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上のような本発明によれば、相対湿度の変動による影響を湿度調整手段の動作または演算による補正処理によって排除し、標準測定法である手分析法と同等の測定精度を達成することができる。このため、浮遊粒子状物質濃度を高精度かつ自動的、連続的に測定する測定装置の実現が可能になる。
また、装置の構成が複雑化することもなく、比較的低コストにて提供することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
続いて本発明を実施するための最良の形態の浮遊粒子状物質測定装置について図を参照しつつ説明する。
図１は本形態の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１の構成図、図２は相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を説明する特性図である。なお、従来技術と構成が一部重複するが、新たな符号を付すとともに再度説明する。
浮遊粒子状物質測定装置１は、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７、検出ユニット２０、β線源２１、半導体検出器２２、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、分粒器（ＰＭ１０用）２６、ポンプ２７、ＭＦＣ検出器２８、配管２９，３０，３１、ヒータユニット３２、冷却ユニット３３、濾紙４０、湿度センサ５０、モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えている。
これらは、大別すると試料大気採取手段、捕集手段、検出手段、湿度計測手段、湿度調整手段、濃度算出手段、駆動手段となる。以下、各手段について説明する。
【００２７】
まず、試料大気採取手段について説明する。試料大気採取手段は、粒子径が所定粒径以下（ＳＰＭで１０μｍ（１０μｍ以上で１００％カット）、ＰＭ１０で１０μｍ（１０μｍまたはそれ以上で５０％カット）、ＰＭ２．５で２．５μｍ（２．５μｍまたはそれ以上で５０％カット））である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する手段である。例えば本形態のように、分粒器２６、配管２９、検出ユニット２０、濾紙４０、配管３０、ポンプ２７、配管３１、ＭＦＣ検出器２８を備える。ポンプ２７が吸引動作を行うと、試料大気が分粒器２６→配管２９→検出ユニット２０→濾紙４０→配管３０→ポンプ２７→配管３１→ＭＦＣ検出器２８と通流して外部へ排気される。
なお、検出ユニット２０は、略直方体形状の上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂで形成され、上部ブロック２０ａには配管２９と接続される流路が設けられ、下部ブロック２０ｂには上側の流路と対向するように下側の流路が設けられている。この上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとの間に濾紙４０が配置される。
【００２８】
上述した流路系において、ポンプ２７の下流側にＭＦＣ（Mass Flow Calculator(またはController)）検出器２８が配置され、通流する試料大気ガスの流量を正確に計測して流量信号が出力される。その流量信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。更に、ポンプ２７をバイパスする流路にはバルブが設けられ、このバルブには流量安定用のモータＭ３が接続されており、ＣＰＵボード１１からの駆動信号によりモータＭ３を駆動してバルブを開閉制御する。このような構成により流量を一定量とし、先の数式１における積算吸引流量Ｖを正確にする。これにより分粒器２６は、試料大気を一定流量で吸引することとなる。
【００２９】
分粒器（ＰＭ１０用）２６は、例えば試料大気中の粗大粒子の慣性衝突を用いてＰＭ１０の分粒を行なうインパクタ方式分粒器であり、試料大気から粗大粒子を取り除き、粒子径が１０μｍ以下（５０％カット）の浮遊粒子を透過させた試料大気を得る。
また、ＰＭ２．５（粒径２．５μｍの浮遊粒子）については、後段にサイクロン方式の分粒器またはインパクタ方式分粒器を設置して、２．５μｍ以下の微粒子を選択的に分粒しても良い。これらは測定対象に応じて適宜選択される。
【００３０】
上述したような浮遊粒子状物質を含む試料大気は、捕集手段を通過する。
捕集手段は、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する手段である。例えば本形態のように送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、濾紙４０、モータＭ１、モータＭ２を備える。モータＭ１、モータＭ２の駆動信号はパワーＩ／Ｏボード１５を介してＣＰＵボード１１から出力されている。
テープ状の濾紙４０は、未使用の濾紙４０を供給する送りリール２３と、使用済みの濾紙４０をロール状に巻回して収容する巻取リール２５と、により送り可能になされており、検出ユニット２０内に一定長さが供給される。
モータＭ１は検出ユニット２０ａの下部ブロック２０ｂを上下動させ、検出ユニット２０内に搬送された浮遊粒子状物質捕集用の濾紙４０を上下から挟み込むための開閉動作用モータ、モータＭ２は濾紙４０の送り用モータである。この濾紙４０は、モータＭ１により検出ユニット２０が開かれた状態で、モータＭ２により巻取リール２５及びキャプスタン２４を回転駆動することにより、一定周期（例えば１時間おき）経過後に濾紙４０の未使用部分が送りリール２３、キャプスタン２４を経て検出ユニット２０内へ送られるとともに、同じ長さだけ巻取リール２５に収容される。
【００３１】
検出手段は、捕集手段で捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する手段である。例えば本形態のように、β線源２１、半導体検出器２２を備える。半導体検出器２２の出力信号はアンプボード１６内のアンプにより増幅され、Ｉ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。
検出ユニット２０の上部ブロック２０ａにはβ線源２１が、下部ブロック２０ｂにはβ線源２１と対向するように半導体検出器２２が設けられており、先に説明した流路とβ線放射方向が交差するように配置される。この上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとの間を濾紙４０が通過する。検出手段の検出原理は先に説明した従来技術と同様にβ線吸収方式を採用しており、重複する説明を省略する。
【００３２】
湿度計測手段は、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する手段であり、検出手段に一体的に配置され、β線強度の検出箇所の湿度を計測する手段である。例えば本形態のように、湿度センサ５０である。この湿度センサ５０は、検出ユニット２０のうち半導体検出器２２の近傍に配置される。これにより試料大気の検出時の湿度を一定にして、計測精度を高めている。湿度センサ５０の出力信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されている。
【００３３】
濃度算出手段は検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する手段であり、また、駆動手段は湿度信号に基づいて目標湿度となるように湿度調整手段を駆動するための駆動信号を出力する手段である。例えば本形態のように、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７を備え、濃度算出手段および駆動手段を共通構成とする。なお、濃度算出・駆動動作については後述する。
【００３４】
湿度調整手段は、駆動信号に基づいて試料大気の湿度を調整する手段である。例えば本形態のように、試料大気を加温するヒータユニット３２、試料大気を冷却する冷却ユニット３３を備える。ヒータユニット３２、冷却ユニット３３の駆動信号はＣＰＵボード１１から出力され、パワーＩ／Ｏボード１５により電力増幅される。
【００３５】
続いて、本形態における湿度調整について図を参照しつつ説明する。図２の特性図は、β線吸収法による検出ユニット（セル）２０内の相対湿度（ＲＨ）に対するβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を表しており、手分析でのコンディショニング条件である相対湿度５０％において、β線吸収方式による浮遊粒子状物質濃度Ｍと、手分析による浮遊粒子状物質濃度Ｍとが一致する。そこで、検出ユニット２０内のコンディショニング条件を相対湿度５０％に維持することで、手分析と同じ値が求められることとなり計測精度を高められる。
【００３６】
次に、湿度調整を行う各部の動作について説明する。
ポンプ２７の動作により試料大気を分粒器２６・配管２９を経て検出ユニット２０へ導入し、濾紙４０の表面で浮遊粒子状物質を捕集しているものとする。このような状況下で試料大気に対して湿度調節動作を行っている。湿度センサ５０は、検出ユニット２０内の試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力している。ＣＰＵボード１１では図示しないメモリ部に設定湿度５０％が記憶されている。
【００３７】
湿度センサ５０から出力される湿度信号により、相対湿度が５０％より高いとＣＰＵボード１１は湿度調整手段を駆動する駆動手段としてのパワーＩ／Ｏボード１５を介して湿度調整手段であるヒータユニット３２を加温駆動する。すると試料大気が加温されて温度上昇することにより相対湿度が低くなっていき、試料大気の相対湿度が５０％となるように維持される。
一方、湿度センサ５０から出力される湿度信号により、相対湿度が５０％より低いとＣＰＵボードは湿度調整手段を駆動する駆動手段としてのパワーＩ／Ｏボード１５を介して湿度調整手段である冷却ユニット３３を冷却駆動する。すると試料大気が冷却されて温度降下することにより相対湿度が高くなっていき、試料大気の相対湿度が５０％となるように維持される。
これらの試料大気の加温・冷却は、必要時のみ行うこととなる。
【００３８】
なお、手分析値と一致させるために設定湿度を５０％としているが、湿度は５０％に限定する趣旨ではなく異ならせても良い。例えば、海外では上記した手分析のコンディショニング条件が３０％〜４０％であるため、必要に応じて設定湿度３０％〜４０％としても良い。これら設定湿度は事情に応じて適宜変更することができる。
【００３９】
次に、上記浮遊粒子状物質測定装置により相対湿度を一定に維持した状態において大気中の浮遊粒子状物質濃度を連続測定する動作について説明する。
オペレータが操作パネル１２を操作すると、測定を開始する操作信号がＣＰＵボード１１へ入力される。ＣＰＵボード１１は各部へ制御信号を出力する。このとき既に検出ユニット２０には濾紙４０の未捕集部分が載置され、上部ブロック２０ａと下部ブロック２０ｂとにより強固に挟持されるともに、β線が漏出しないように密封されるものとする。
まず、ベータ線源２１によりβ線を照射する。そして、半導体検出器２２からの検出信号が、ＣＰＵボード１１のメモリ部に一時的に記憶される。一番最初に記憶された検出信号は、β線強度Ｉ０となる。
【００４０】
続いて、Ｉ／Ｏボード１４を介してポンプ２７へ駆動信号を出力する。大気中から試料大気が吸引され、試料大気の採取が開始される。この場合、上記したようにＭＦＣ検出部２８からの流量信号はＩ／Ｏボード１４を介してＣＰＵボード１１に入力されており、所定設定流量を維持するような駆動信号を、Ｉ／Ｏボード１４を介してモータＭ３へ送信する。このため、モータＭ３によりバルブが開閉制御されて流量が所定設定流量となるように調節される。
【００４１】
ポンプ２７が所定時間作動して予め決められた流量の試料大気が吸引されると、ＣＰＵボード１１がポンプ２７の稼働を停止し、試料大気の採集は停止される。次に、ベータ線源２１によりβ線を再度照射する。そして、半導体検出器２２からの検出信号が、ＣＰＵボード１１のメモリに一時的に記憶され、この検出信号がβ線強度Ｉとなる。
次いで、メモリに登録されたβ線強度Ｉ０ 、β線強度Ｉに加え、前記定数Ｓ，ｋ，Ｖを読み出し、数式１に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出する。この浮遊粒子状物質濃度ＭをＣＰＵボード１１が記録計１３に記録する。
【００４２】
記録終了後、濾紙４０を移動させる。まず、ＣＰＵボード１１はＩ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５を介してモータＭ１を駆動し、検出ユニット２０の下部ブロック２０ｂを降下させて濾紙４０を移動可能な状態とする。続いて、ＣＰＵボード１１はＩ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５を介してモータＭ２を駆動して濾紙４０を送り、未使用部分を検出ユニット２０に配置する。そして、下部ブロック２０ｂが上昇して最初の状態に戻り、以後、同様の動作を繰り返して自動的に浮遊粒子状物質測定を行うものである。
【００４３】
以上、本形態の浮遊粒子状物質測定装置１について説明した。
なお、先に説明した設定湿度は予めＣＰＵボード１１のメモリ部に設定登録されているものとして説明したが、例えば、操作パネル１２を介してＣＰＵボード１１のメモリ部に新たに登録できるようにしても良い。
また、浮遊粒子状物質濃度Ｍを記録計１３に記録するものとして説明したが、さらにＩ／Ｏボード１４に接続された表示部（図示しない）を搭載し、浮遊粒子状物質濃度Ｍを表示させても良い。
【００４４】
続いて、本発明の他の形態について説明する。図３は本形態の浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１’の構成図である。なお、先に説明した形態と構成が一部重複するため、相違点のみ重点的に説明する。
浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１’は、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７、検出ユニット２０、β線源２１、半導体検出器２２、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、分粒器（ＰＭ１０用）２６、ポンプ２７、ＭＦＣ検出器２８、配管２９，３０，３１、濾紙４０、湿度センサ５０、モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えている。先に説明した図１の形態におけるヒータユニット３２、冷却ユニット３３がなく、簡略化された形態である。
これらは、試料大気採取手段、捕集手段、検出手段、湿度計測手段、濃度算出手段、を備える。以下、各手段について説明する。
【００４５】
まず、試料大気採取手段は、試料大気を採取する手段であり、分粒器２６、配管２９、検出ユニット２０、濾紙４０、配管３０、ポンプ２７、配管３１、ＭＦＣ検出器２８とを備え、先の説明と同様に動作する。
捕集手段は、試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する手段であり、送りリール２３、キャプスタン２４、巻取リール２５、濾紙４０、モータＭ１、モータＭ２を備え、先の説明と同様に動作する。
【００４６】
湿度計測手段は、試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する手段であり、例えば湿度センサ５０により構成されていて先の説明と同様に動作する。
濃度算出手段は検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出するとともに、湿度信号に基づいて設定湿度における浮遊粒子状物質濃度となるように演算処理によって補正を行う手段である。例えば本形態のように、ＣＰＵボード１１、操作パネル１２、記録計１３、Ｉ／Ｏボード１４、パワーＩ／Ｏボード１５、アンプボード１６、外部入出力端子１７を備える。
【００４７】
続いて湿度補正機能について説明する。先の図２で示したように、検出ユニット２０内の相対湿度とβ線吸収方式値／手分析値との関係を数式で表すと、以下のようになる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
ここでＦＲＭは手分析相当値、ａは傾き、ＲＨは測定された検出ユニット内の湿度、ｂは切片、Ｍはβ線吸収方式により求めた濃度である。本形態では、測定により求めたβ線吸収方式値の浮遊粒子状物質濃度Ｍを、上記数式２を用いて、相対湿度５０％相当である手分析値による浮遊粒子状物質濃度ＦＲＭに補正するものである。このような補正により、相対湿度の影響を排除して手分析と同等の浮遊粒子状物質濃度を求め、計測精度を高めている。
なお、上記ａ，ｂは図２のグラフから例えば最小自乗法等により算出されるものであり、本形態ではａ＝０．０２３，ｂ＝０．１８７２という値となった。なお、当然ながら、これら値は実際の装置では設計変更等の各種要因により変化するが、その場合でも実験的に算出できることはいうまでもない。実験により相対湿度と、浮遊粒子状物質濃度のβ線吸収方式値／手分析値とを算出していき、最小自乗法等により係数ａ，ｂを割り出せば良い。
【００５０】
次に、各部の動作について説明する。
まず、前述した方法によりβ線強度Ｉ０，β線強度Ｉ，ｍ，Ｓ，Ｖを取得する。そして、ＣＰＵボード１１は前記数式１に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度Ｍを算出し、この浮遊粒子状物質濃度Ｍを先に掲げた数式２により手分析相当値の浮遊粒子状物質濃度ＦＲＭに補正する。そしてＣＰＵボード１１は、この浮遊粒子状物質濃度ＦＲＭを記録計１３により記録させる。その他の動作は、先に説明した浮遊粒子状物質測定装置１がヒータユニット３２や冷却ユニット３３を用いて湿度調整する点を除けば、浮遊粒子状物質測定装置１と同様である。
【００５１】
以上、本発明の浮遊粒子状物質測定装置について説明した。
これらの浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）１，１’によれば、相対湿度の影響を排除し、β線吸収方式で測定する浮遊粒子状物質濃度を標準測定法による手分析値と一致させることができる。
また、本発明においては、従来の浮遊粒子状物質測定装置に湿度センサやヒータユニット、冷却ユニットを付加し、その制御プログラムを追加したり、数式２による補正演算用の簡単なプログラムを追加するだけで実現可能であり、比較的低コストにて提供することが可能である。
なお、前記湿度計測手段としての湿度センサ５０に代えて、検出ユニット２０内に温度センサを設置して検出ユニット２０内の温度を計測することにより、そこから検出ユニット２０内のその温度での飽和水蒸気圧を計算により求め、更に試料大気を採取する手段としての分粒器２６近傍に温度センサ及び湿度センサを設置して試料大気自体の温度、相対湿度を計測するとそこから試料大気自体のその温度での水蒸気圧がわかり、そこから更に試料大気自体の飽和水蒸気圧を計算することにより、前記試料大気自体の飽和水蒸気圧と前記検出ユニット２０内の飽和水蒸気圧との比から検出ユニット２０内の相対湿度を求めることができる。この相対湿度の値を湿度信号として出力することによって本発明を実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施するための最良の形態の浮遊粒子状物質測定装置の構成図である。
【図２】相対湿度によるβ線吸収方式分析値と手分析値との誤差を説明する特性図である。
【図３】本発明の実施形態を示す概略的な全体構成図である。
【図４】従来技術の浮遊粒子状物質測定装置の要部説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’：浮遊粒子状物質測定装置（ＰＭ１０の例）
１１：ＣＰＵボード
１２：操作パネル
１３：記録計
１４：Ｉ／Ｏボード
１５：パワーＩ／Ｏボード
１６：アンプボード
１７：外部入出力端子
２０：検出ユニット
２１：β線源
２２：半導体検出器
２３：送りリール
２４：キャプスタン
２５：巻取リール
２６：分粒器（ＰＭ１０用）
２７：ポンプ
２８：ＭＦＣ検出器
２９：配管
３０：配管
３１：配管
３２：ヒータユニット
３３：冷却ユニット
４０：濾紙
５０：湿度センサ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、
試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、
試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、
試料大気の湿度を調整する湿度調整手段と、
検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する濃度算出手段と、
湿度計測手段からの湿度信号に基づいて試料大気が設定湿度となるように湿度調整手段を駆動する駆動手段と、
を備え、
濃度算出手段が、設定湿度の試料大気から浮遊粒子状物質濃度を測定することを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度調整手段は、試料大気を加温または冷却することにより湿度を調整する手段であることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項３】
粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、
試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、
試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、
検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出するとともに、湿度計測手段からの湿度信号に基づいて設定湿度における浮遊粒子状物質濃度となるように、算出した浮遊粒子状物質濃度を補正する濃度算出手段と、
を備えたことを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度計測手段は、検出手段に一体的に配置され、β線強度の検出箇所における試料大気の湿度を計測する手段であることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項１】
粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、
試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、
試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、
試料大気の湿度を調整する湿度調整手段と、
検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出する濃度算出手段と、
湿度計測手段からの湿度信号に基づいて試料大気が設定湿度となるように湿度調整手段を駆動する駆動手段と、
を備え、
濃度算出手段が、設定湿度の試料大気から浮遊粒子状物質濃度を測定することを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度調整手段は、試料大気を加温または冷却することにより湿度を調整する手段であることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項３】
粒子径が所定粒径以下である浮遊粒子状物質を含む試料大気を採取する試料大気採取手段と、
試料大気から浮遊粒子状物質を連続的に捕集する捕集手段と、
捕集手段により捕集された浮遊粒子状物質にβ線を照射し、透過したβ線強度についての検出信号を出力する検出手段と、
試料大気の湿度を計測して湿度信号を出力する湿度計測手段と、
検出手段からの検出信号に基づいてβ線吸収方式により浮遊粒子状物質濃度を算出するとともに、湿度計測手段からの湿度信号に基づいて設定湿度における浮遊粒子状物質濃度となるように、算出した浮遊粒子状物質濃度を補正する濃度算出手段と、
を備えたことを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の浮遊粒子状物質測定装置において、
前記湿度計測手段は、検出手段に一体的に配置され、β線強度の検出箇所における試料大気の湿度を計測する手段であることを特徴とする浮遊粒子状物質測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３０９０（Ｐ２００６−３０９０Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７６５０８（Ｐ２００４−１７６５０８）
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（０００２１９４５１）東亜ディーケーケー株式会社 (204)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（０００２１９４５１）東亜ディーケーケー株式会社 (204)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]