專利名稱：微粒組成分析方法及微粒組成分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如適于對(duì)在空氣中漂浮的微粒(氣溶膠)的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度等進(jìn)行定量的微粒組成分析方法及微粒組成分析裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái),人們?cè)絹?lái)越關(guān)注大氣環(huán)境對(duì)健康的影響,例如設(shè)定了與大氣微粒濃度相關(guān)的新的環(huán)境基準(zhǔn)等。例如，柴油機(jī)排氣微粒因會(huì)沉淀于肺泡等的氣道里等而會(huì)損害健康。 微粒的粒子大小是對(duì)健康危險(xiǎn)性重要的因素，粒子的大小越小，則從人的呼吸器即口、鼻、 氣管經(jīng)由支氣管到達(dá)肺泡而損害健康的危險(xiǎn)就越大。因此，也已知有基于空氣動(dòng)力學(xué)直徑為2. 5μπι以下的粒子(PM2. 5)的大氣中濃度的基準(zhǔn)等。另外，在無(wú)塵室、制造環(huán)境、醫(yī)療環(huán)境等要求更高的大氣環(huán)境的清潔性的特殊環(huán)境中，需要靈敏度更高的大氣微粒濃度的測(cè)量方法。
為了避免健康受影 響的危險(xiǎn)和降低利用無(wú)塵室、制造環(huán)境、醫(yī)療環(huán)境等特殊大氣環(huán)境的產(chǎn)品、服務(wù)的品質(zhì)劣化的危險(xiǎn)，監(jiān)視由大氣微粒引起的污染濃度的狀況是重要的，此夕卜，獲得大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度的信息對(duì)于確定發(fā)生原因以改善大氣環(huán)境的目的是重要的。
目前，作為測(cè)量大氣微粒的化學(xué)組成的方法，廣泛地使用過(guò)濾器捕集、離線化學(xué)分析法。上述方法是在吸引大氣而在過(guò)濾器中捕集微粒并將該微粒移送至分析室等之后，通過(guò)溶液提取或熱處理等進(jìn)行化學(xué)分析。然而，在該方法中，為了分析平均的大氣環(huán)境濃度級(jí)另IJ，大致需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天的捕集時(shí)間。揮發(fā)性較高的成分有時(shí)會(huì)在捕集、移送時(shí)蒸發(fā)，另夕卜，氣相成分也會(huì)在捕集中吸附而干涉，因此，定量性存在問題。另外，由于是離線分析，因此，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)地取得數(shù)據(jù)需要大量的勞動(dòng)。
因此，期望開發(fā)在線測(cè)量大氣微粒的化學(xué)組成、特性等的方法。作為能應(yīng)用于上述在線測(cè)量的裝置、方法，例如，在下述專利文獻(xiàn)I中記載有以下方法將粒子導(dǎo)入高真空室， 并朝飛行的粒子照射激光以使構(gòu)成成分離子化，從而對(duì)該構(gòu)成成分進(jìn)行質(zhì)量分析。另外， 在下述專利文獻(xiàn)2、下述非專利文獻(xiàn)1、2中，記載有以下方法將在生成氣體中的微粒的粒子束的粒子束生成器(空氣動(dòng)力學(xué)透鏡)中生成的粒子束導(dǎo)入高真空室，使粒子與表面配置有鑰箔的銅基板、加熱后的鎢等碰撞，以對(duì)粒子進(jìn)行加熱來(lái)使其汽化、離子化并進(jìn)行質(zhì)量分析。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:美國(guó)專利第4，383，171號(hào)說(shuō)明書
專利文獻(xiàn)2 :美國(guó)專利第6，040, 574號(hào)說(shuō)明書
非專利文獻(xiàn)
非專利文獻(xiàn)1:HERBERT J. TOBIAS 及另外 8 人，“Chemical Analysis of Diesel Engine Nanoparticles Using a Nano-DMA/Thermal Desorption Particle BeamMass Spectrometer (使用納米動(dòng)態(tài)機(jī)械分析/熱解吸粒子束質(zhì)譜儀的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)毫微粒的化學(xué)分析)”，2001 年，ENVIRONMENTALSCIENCE&TECHNOLOGY (環(huán)境科學(xué)和技術(shù))，35[11]，ρ·2233-2243
非專利文獻(xiàn)2 : John Τ· Jayne 及另外 7 人，“Development of an Aerosol Mass Spectrometer for Size and Composition Analysis of Submicron Particles (用于亞微粒的尺寸和成分分析的氣溶膠質(zhì)譜儀的開發(fā))”，2000年，Aerosol Science and Technology (氣溶膠科學(xué)和技術(shù)),33, p. 49-70發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
然而，上述專利文獻(xiàn)I所記載的方法因具有使飛行的粒子的構(gòu)成成分離子化所需的強(qiáng)度的激光所照射到的微粒只是整體的極小一部分、粒子的物性不同對(duì)離子化效率帶來(lái)很大影響等而僅適用于定性分析，不能適用于定量分析。另外，在上述專利文獻(xiàn)2、非專利文獻(xiàn)1、2所記載的方法中，導(dǎo)入真空的微粒的粒子束具有每秒數(shù)十至數(shù)百米的速度，例如，當(dāng)由一部分無(wú)機(jī)鹽、煙灰、一部分有機(jī)物等構(gòu)成的微粒與 用于加熱汽化的基板等碰撞時(shí)，其大部分或全部都會(huì)彈回而不能實(shí)現(xiàn)加熱汽化等，因此，對(duì)于上述微粒僅適用于定性分析，而不適用于定量分析。
因此，本發(fā)明的目的在于提供能在線定量地分析大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度的微粒組成分析方法及微粒組成分析裝置。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
本發(fā)明人為解決上述技術(shù)問題而進(jìn)行了積極研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的捕捉體，能從在粒子束生成器(空氣動(dòng)力學(xué)透鏡)中生成的大氣微粒的粒子束中將該微粒有效地濃縮在較狹小的空間區(qū)域中以加以捕捉，此外，能通過(guò)朝捕捉到的微粒照射能量線以有效地生成用于分析的脫離成分，并將該脫離成分導(dǎo)入分析部分，從而完成了本發(fā)明。
S卩，本發(fā)明的微粒組成分析方法的特征是，在使氣體試樣中的微粒的粒子束聚焦， 并將該粒子束照射到捕捉體的狹小的區(qū)域而捕捉到上述微粒之后，對(duì)上述狹小的區(qū)域集中照射能量線來(lái)使由上述捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分，從而來(lái)對(duì)上述脫離成分進(jìn)行分析，其中上述捕捉體具有用于將剩余的氣相成分去除并捕捉上述粒子束中的微粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
根據(jù)本發(fā)明的微粒組成分析方法，由于使氣體試樣中的微粒的粒子束聚焦，此外， 還使氣體試樣中的微粒的粒子束照射到將剩余的氣相成分去除并具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的捕捉體以捕捉該微粒，因此，能將大氣微粒有效地濃縮在較狹小的空間區(qū)域中以加以捕捉。此夕卜，由于對(duì)捕捉體照射能量線來(lái)使由捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大氣微粒，從而能在短時(shí)間內(nèi)生成高濃度的脫離成分并對(duì)該脫離成分進(jìn)行分析。藉此，能在線定量地分析大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度。另一方面，當(dāng)將能量線照射到捕捉體時(shí)，由捕捉體捕捉到的大氣微粒在短時(shí)間內(nèi)脫離，捕捉體處于能捕捉下個(gè)微粒的狀態(tài)，因此，也能以較高的時(shí)間分辨率(數(shù)分鐘 一小時(shí))對(duì)平均的大氣環(huán)境濃度級(jí)別進(jìn)行在線測(cè)量。
此外，通過(guò)根據(jù)構(gòu)成上述微粒的成分的能量吸收特性來(lái)選擇并控制上述能量線， 能對(duì)應(yīng)于各種各樣的化學(xué)組成的微粒。
另外，當(dāng)利用捕捉體捕捉上述微粒時(shí)，將上述捕捉體的溫度控制成能夠降低由上 述捕捉體捕捉到的微粒中的揮發(fā)性較高的成分蒸發(fā)的溫度，由此，能捕捉、分析揮發(fā)性較高 的成分。
此外，通過(guò)使用催化劑將上述脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)，并對(duì)轉(zhuǎn)換得到的上述物 質(zhì)進(jìn)行分析，例如，使從有機(jī)物加熱脫離的多種碳化合物全部氧化以轉(zhuǎn)換為二氧化碳，能集 約且有效地對(duì)該有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)。
在本發(fā)明的微粒組成分析方法中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由具有催化劑 作用的貴金屬構(gòu)成。藉此，上述捕捉體不僅具有可高效地捕捉大氣微粒的捕捉作用，并且也 具有將上述脫離成分轉(zhuǎn)換為分析用形態(tài)的催化劑作用。
在本發(fā)明的微粒組成分析方法中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體采用以下結(jié)構(gòu) 在被上述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 體相連的被上述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲每障堵时壬鲜龅谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的 第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。藉此，能使用上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到曾經(jīng)進(jìn)入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部的 微粒，能使用上述第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到穿過(guò)上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的微粒，此外，還能使用 上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到穿過(guò)上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體且被上述第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體彈回的微 粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大氣微粒。
在本發(fā)明的微粒組成分析方法中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體在被上述粒子 束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，在與該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被上述粒子束照 射的相反面?zhèn)扰渲脹]有空隙的板體。藉此，能使用上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到曾經(jīng)穿過(guò)網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)體且被上述板體彈回的微粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大氣微粒。
另一方面，本發(fā)明的微粒組成分析裝置的特征是，包括減壓室，該減壓室內(nèi)被減 壓，以在該減壓室內(nèi)生成規(guī)定的氣流；粒子束生成器，該粒子束生成器的一端配置于上述減 壓室外，另一端配置于上述減壓室內(nèi)，上述粒子束生成器通過(guò)上述減壓室的減壓吸入外部 氣體以將上述外部氣體中的微粒的粒子束照射到上述減壓室內(nèi)；捕捉體，該捕捉體配置于 上述減壓室內(nèi)的被上述粒子束照射的位置，并具有用于捕捉上述粒子束中的微粒的網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)體；能量線供給器，該能量線供給器對(duì)上述捕捉體照射能量線，來(lái)使由上述捕捉體捕捉到 的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分；捕捉體保持容器，該捕捉體保持容器設(shè)有上述粒 子束的入射口和供上述能量線射入的光學(xué)窗，并在內(nèi)部配置有上述捕捉體，上述捕捉體保 持容器配置成使去除了剩余的氣相成分后的上述粒子束從上述入射口照射到上述捕捉體； 導(dǎo)管，該導(dǎo)管與上述捕捉體保持容器連接；以及分析器，該分析器經(jīng)由上述導(dǎo)管接收上述捕 捉體保持容器內(nèi)的上述脫離成分，并對(duì)上述脫離成分進(jìn)行分析。
根據(jù)本發(fā)明的微粒組成分析裝置，利用上述粒子束生成器形成氣體中的微粒濃縮 成束狀的粒子束，并使該粒子束照射到將剩余的氣相成分去除且具有上述捕捉體保持容器 內(nèi)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的上述捕捉體以保持微粒。因此，能將大氣微粒有效地濃縮在較狹小的空 間區(qū)域中以加以捕捉。此外，由于利用上述能量線供給器對(duì)捕捉體照射能量線來(lái)使由捕捉 體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大氣 微粒，從而能在短時(shí)間內(nèi)生成高濃度的脫離成分。此外，能一邊防止生成的脫離成分從上述捕捉體保持容器擴(kuò)散，一邊利用上述導(dǎo)管將生成的脫離成分有效地引導(dǎo)至上述分析器，并 對(duì)該脫離成分進(jìn)行分析。藉此，能在線定量地分析大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度。另 一方面，當(dāng)將能量線照射到捕捉體時(shí)，由捕捉體捕捉到的大氣微粒在短時(shí)間內(nèi)脫離，捕捉體 處于能捕捉下個(gè)微粒的狀態(tài)，因此，也能以較高的時(shí)間分辨率(數(shù)分鐘 一小時(shí))對(duì)平均的 大氣環(huán)境濃度級(jí)別進(jìn)行在線測(cè)量。
另外，在上述減壓室中設(shè)有第一間壁，該第一間壁將配置有上述粒子束生成器的 第一空間和配置有上述捕捉體保持容器的第二空間分隔開，在上述第一間壁上設(shè)有上述粒 子束的通過(guò)口，并將上述粒子束的通過(guò)口和上述捕捉體保持容器的上述粒子束入射口分別 設(shè)為分離器結(jié)構(gòu)，從而能將上述第一空間和上述第二空間減壓，以使上述第二空間的氣壓 比上述第一空間的氣壓低，因此，在將粒子束有效地從第一空間導(dǎo)入第二空間，并在第一空 間和第二空間之間設(shè)置壓力差以保持第一空間的減壓狀態(tài)的基礎(chǔ)上，能去除剩余的空氣。 此外，能去除剩余的氣相成分而使粒子束射入捕捉體保持容器。
另外，在捕捉體上設(shè)置溫度控制元件，當(dāng)利用捕捉體捕捉上述微粒時(shí)，將捕捉體的 溫度控制成能夠降低由捕捉體捕捉到的微粒中的揮發(fā)性較高的成分蒸發(fā)的溫度，由此，能 捕捉、分析揮發(fā)性較高的成分。
此外，由于在上述導(dǎo)管的空間內(nèi)部設(shè)有將上述脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)的催化 齊U，因此，能在脫離成分被引導(dǎo)至分析器的一系列過(guò)程中將脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)，并對(duì) 轉(zhuǎn)換得到的物質(zhì)進(jìn)行分析，例如，能使從有機(jī)物加熱脫離的多種碳化合物全部氧化以轉(zhuǎn)換 為二氧化碳，從而集約且有效地對(duì)該有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)。
另外，在上述減壓室中設(shè)有第二間壁，該第二間壁將配置有上述捕捉體保持容器 的第二空間和配置有上述分析器的第三空間分隔開，從而能將上述第二空間和上述第三空 間減壓，以使上述第三空間的氣壓比上述第二空間的氣壓低，并且使上述導(dǎo)管貫穿上述第 二間壁，以能將上述捕捉體保持容器內(nèi)的上述脫離成分引導(dǎo)至上述分析器，從而能由第二 空間側(cè)朝第三空間側(cè)產(chǎn)生緩慢的氣流，以將因能量線的照射而產(chǎn)生的脫離成分有效地引導(dǎo) 至分析器。
此外，由于在上述導(dǎo)管中設(shè)置流路控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)利用上述分析器分析上述脫離成 分時(shí)，利用上述流路控制機(jī)構(gòu)遮蔽或減小上述導(dǎo)管的流路空間，以將上述第三空間減壓成 真空，因此，能進(jìn)行分析部必須是真空的質(zhì)量分析。另外，當(dāng)分析揮發(fā)性較高的物質(zhì)等時(shí)，能 使捕捉部分處于大氣壓，并能使分析部分處于真空。
此外，通過(guò)使上述導(dǎo)管分支為多個(gè)，能將上述捕捉體保持容器內(nèi)的上述脫離成分 引導(dǎo)至多個(gè)上述分析器。
在本發(fā)明的微粒組成分析裝置中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由具有催化劑 作用的貴金屬構(gòu)成。藉此，上述捕捉體不僅具有可高效地捕捉大氣微粒的捕捉作用，并且也 具有將上述脫離成分轉(zhuǎn)換為分析用形態(tài)的催化劑作用。
在本發(fā)明的微粒組成分析裝置中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體采用以下結(jié)構(gòu) 在被上述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 體相連的被上述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲每障堵时壬鲜龅谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的 第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。藉此，能使用上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到曾經(jīng)進(jìn)入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部的 微粒，能使用上述第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到穿過(guò)上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的微粒，此外，還能使用上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到穿過(guò)上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體且被上述第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體彈回的微 粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大氣微粒。
在本發(fā)明的微粒組成分析裝置中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體在被上述粒子 束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，在與該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被上述粒子束照 射的相反面?zhèn)扰渲脹]有空隙的板體。藉此，能使用上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到曾經(jīng)穿過(guò)網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)體且被上述板體彈回的微粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大氣微粒。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的微粒組成分析方法，由于使氣體試樣中的微粒的粒子束聚焦，此外， 還使氣體試樣中的微粒的粒子束照射到將剩余的氣相成分去除并具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的捕捉 體以捕捉該微粒，因此，能將大氣微粒有效地濃縮在較狹小的空間區(qū)域中以加以捕捉。此 夕卜，由于對(duì)捕捉體照射能量線來(lái)使由捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成 分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大氣微粒，從而能在短時(shí)間內(nèi)生成高濃度的脫離成分 并對(duì)該脫離成分進(jìn)行分析。藉此，能在線定量地分析大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度。此 夕卜，另一方面，當(dāng)將能量線照射到捕捉體時(shí)，由捕捉體捕捉到的大氣微粒在短時(shí)間內(nèi)脫離， 捕捉體處于能捕捉下個(gè)微粒的狀態(tài)，因此，也能以較高的時(shí)間分辨率(數(shù)分鐘 一小時(shí))對(duì) 平均的大氣環(huán)境濃度級(jí)別進(jìn)行在線測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的微粒組成分析裝置，利用上述粒子束生成器形成氣體中的微粒濃縮 成束狀的粒子束，并使該粒子束照射到將剩余的氣相成分去除且具有上述捕捉體保持容器 內(nèi)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的上述捕捉體以保持微粒。因此，能將大氣微粒有效地濃縮在較狹小的空 間區(qū)域中以加以捕捉。此外，由于利用上述能量線供給器對(duì)捕捉體照射能量線來(lái)使由捕捉 體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大氣 微粒，從而能在短時(shí)間內(nèi)生成高濃度的脫離成分。此外，能一邊防止生成的脫離成分從上述 捕捉體保持容器擴(kuò)散，一邊利用上述導(dǎo)管將生成的脫離成分引導(dǎo)至上述分析器，并對(duì)該脫 離成分進(jìn)行分析。藉此，能在線定量地分析大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度。此外，另一 方面，當(dāng)將能量線照射到捕捉體時(shí)，由捕捉體捕捉到的大氣微粒在短時(shí)間內(nèi)脫離，捕捉體處 于能捕捉下個(gè)微粒的狀態(tài)，因此，也能以較高的時(shí)間分辨率(數(shù)分鐘 一小時(shí))對(duì)平均的大 氣環(huán)境濃度級(jí)別進(jìn)行在線測(cè)量。


圖1是本發(fā)明的微粒組成分析方法的概念圖。
圖2是表示空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的一例的示意圖。
圖3 (A)是表示捕捉體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的一例的示意圖，圖3 (B)是表示以與該網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)體相連的方式配置了沒有空隙的板體的形態(tài)的示意圖。
圖4是表示構(gòu)成捕捉體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板的一例的立體圖，圖4 (A)是 從上部側(cè)觀察到的立體圖，圖4 (B)是從下部側(cè)觀察到的立體圖。
圖5 (A)是網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板的網(wǎng)的局部放大圖，圖5 (B)是圖4 (A)中圖示出的A — A’線的網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板的剖視圖。
圖6是層疊多個(gè)網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板以形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的微細(xì)加工成形體的說(shuō)明圖。
圖7是表示捕捉體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的另一例的示意圖，圖7 (A)是從粒子束照射方向觀察到的示意圖，圖7 (B)是從捕捉體的截面方向觀察到的示意圖。
圖8是表示捕捉體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的又一例的示意圖，圖8 (A)是從粒子束照射方 向觀察到的示意圖，圖8 (B)是從捕捉體的截面方向觀察到的示意圖。
圖9是表示本發(fā)明的微粒組成分析裝置的一實(shí)施方式的圖。
圖10 (A)是捕捉體的放大圖，圖10 (B)是捕捉體保持容器的放大圖。
圖11是表示本發(fā)明中使用的捕捉體保持容器及與該捕捉體保持容器連接的導(dǎo)管 的另一例的圖。
圖12是表示本發(fā)明中使用的捕捉體保持容器及與該捕捉體保持容器連接的導(dǎo)管 的又一例的圖。
圖13是表示質(zhì)量峰值m/z64的離子信號(hào)的歷時(shí)變化的圖。
圖14是相對(duì)于硫酸銨粒子表不微粒積分質(zhì)量與尚子信號(hào)的時(shí)間積分量之間的正 相關(guān)性的圖。
圖15是表示生成包含被油(油酸)覆蓋的單分散的硝酸鉀粒子的氣溶膠的工序的 流程圖。
圖16是相對(duì)于硝酸鉀粒子表不微粒積分質(zhì)量與尚子信號(hào)的時(shí)間積分量之間的正 相關(guān)性的圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中示出了本發(fā)明的微粒組成分析方法的概念圖。
如圖1所示，在本發(fā)明的微粒組成分析方法中，在粒子束生成部分使氣體試樣中 的微粒的粒子束聚焦，并將該粒子束照射到粒子捕捉部分的狹小的區(qū)域而使該粒子捕捉部 分捕捉該微粒，其中，上述粒子捕捉部分將剩余的氣相成分去除并具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。此處， “狹小的區(qū)域”是指小到照射后述能量線時(shí)能對(duì)捕捉到的微粒高效率地施加能量的程度的 區(qū)域。較為理想的是，是指由供微粒射入的捕捉體的被照射面形成的粒子束的截面圓狀的 投影圖像的直徑為Imm 3mm左右的區(qū)域。
另外，將在能量線供給部分生成的能量線朝具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的粒子捕捉部分集中 照射，并利用該能量線的能量使由粒子捕捉部分捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)，以生成脫 離成分。此處，“集中照射”是指集中到照射能量線時(shí)能將其能量高效率地施加至所捕捉到 的微粒的程度來(lái)進(jìn)行照射。較為理想的是，是指照射由供能量線射入的捕捉體的被照射面 形成的能量線的截面圓狀的投影圖像的直徑為O.1mm 5mm左右的能量線。此時(shí)，也能照 射能量線以對(duì)捕捉到上述微粒的狹小的區(qū)域進(jìn)行掃描。
另外，將使由粒子捕捉部分捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)而生成的脫離成分引 導(dǎo)至組成分析部分，并在組成分析部分中對(duì)該脫離成分進(jìn)行分析。在此，“脫離成分”是指從 捕捉體脫離而處于能移動(dòng)至組成分析部分的狀態(tài)的成分。具體而言，是因微粒的構(gòu)成成分 的氧化而生成的CO2、H2O, NO2、SO2等。
在本發(fā)明的微粒組成分析方法中，可根據(jù)構(gòu)成微粒的成分的能量吸收特性來(lái)選 擇、控制上述能量線。具體而言，當(dāng)構(gòu)成微粒的成分為硫酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)物等時(shí)，照射紅 外激光，當(dāng)構(gòu)成微粒的成分是煙灰、金屬等時(shí)，照射可見或紅外激光。藉此，能對(duì)應(yīng)于各種各 樣的化學(xué)組成的微粒。
在本發(fā)明中，氣體試樣中的微粒的粒子束是指利用由固體或液體構(gòu)成的微粒的空氣動(dòng)力學(xué)特性從微粒處于漂浮狀態(tài)的氣體試樣(氣溶膠)以各微粒在氣體試樣中具有相同的飛行、移動(dòng)特性的方式將微粒隔離濃縮為束狀而成的微粒的粒子束。這樣的粒子束能通過(guò)使用空氣動(dòng)力學(xué)透鏡(aerodynamic lens)這樣的具有節(jié)流孔、噴嘴或它們的組合等設(shè)備的粒子束生成器，例如將該粒子束生成器的一端配置于減壓室外，將其另一端配置于減壓室內(nèi)，并利用減壓室的減壓吸入外部氣體而生成。
在圖2中示出了空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的機(jī)構(gòu)的示意圖。該空氣動(dòng)力學(xué)透鏡I具有在管狀的外殼20的內(nèi)部連接多級(jí)節(jié)流孔21a 21d的結(jié)構(gòu)，在其一端的側(cè)面設(shè)有供氣體試樣流入的試樣入口 22，在另一端的側(cè)面設(shè)有將生成的微粒的粒子束排出的試樣出口 23。在該圖中，試樣入口 22配置于外部氣體中，試樣出口 23處于配置于減壓氣氛中的狀態(tài)。因該壓力差而使氣體試樣從外部氣體側(cè)經(jīng)由試樣入口 22流入，當(dāng)氣體試樣流過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)透鏡時(shí)， 其介質(zhì)即氣體一邊擴(kuò)散一邊移動(dòng)，因此，可利用節(jié)流孔21阻礙直線移動(dòng)，與此相對(duì)，由固定或液體構(gòu)成的微粒的直線傳播性比氣體分子的直線傳播性高，因此，穿過(guò)第一級(jí)節(jié)流孔21a 的微粒的移動(dòng)并不會(huì)被第兩級(jí)以后的節(jié)流孔21b 21d大幅地阻礙，能使各微粒聚焦成束狀，并能通過(guò)試樣出口 23朝減壓氣氛側(cè)排出微粒的粒子束。另外，在該空氣動(dòng)力學(xué)透鏡I 中，在試樣出口 23設(shè)有噴嘴24，以將生成的微粒的粒子束進(jìn)一步聚焦來(lái)使其加速。
能生成上述束狀的粒子束的微粒的大小取決于空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)和壓力，通常是空氣動(dòng)力學(xué)直徑為3 μ m左右以下的微粒，但本申請(qǐng)發(fā)明的微粒組成分析方法所適用的范圍并非必須要限定于上述微粒的大小。另外，氣體試樣中的微粒的粒子束的生成方法也不限定于利用空氣動(dòng)力學(xué)透鏡的方法。
在本發(fā)明中，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的捕捉體是用于捕捉上述粒子束中的微粒的捕捉體。在圖3 (A)中示出了表示本發(fā)明所使用的捕捉體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的一例的示意圖。如圖 3 (A)所示，在結(jié)構(gòu)方面，能將該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40看作是通過(guò)層疊多個(gè)網(wǎng)層40a 40d而在整體上形成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的。此外，當(dāng)將上述微粒的粒子束照射到捕捉體時(shí)，各個(gè)微粒以固有的概率穿過(guò)網(wǎng)層的空隙直至到達(dá)某一深度為止(假設(shè)從圖中的紙面外側(cè)照射微粒的粒子束 2)，并與位于該深度的網(wǎng)層碰撞，一部分被捕捉，其余部分減速并彈回。彈回的粒子與位于紙面外側(cè)的網(wǎng)層進(jìn)一步碰撞，一部分被捕捉，其余部分減速 并彈回。然后，反復(fù)同樣的作用， 彈回的粒子不久就失去速度，并被上述捕捉體捕捉到。
在圖3 (B)中示出了在圖3 (A)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體中被微粒的粒子束照射的相反面?zhèn)纫耘c該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的方式配置了沒有空隙的板體43的形態(tài)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體45。根據(jù)該形態(tài)，能使用上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉曾經(jīng)穿過(guò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體且被板體彈回的微粒。
作為上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的材質(zhì)，較為理想的是即便反復(fù)照射使微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分的能量線，其結(jié)構(gòu)也不會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)變化的材質(zhì)。藉此，經(jīng)得住多次使用， 在對(duì)花費(fèi)一定時(shí)間而采集、堆積的微粒進(jìn)行完分析之后，還能對(duì)花費(fèi)下個(gè)一定時(shí)間而采集、 堆積的微粒進(jìn)行分析，并且也能連續(xù)地進(jìn)行上述分析。作為上述材質(zhì)，可列舉出鉬、金、鈀、 銠、銥及它們的合金等。另外，這些材質(zhì)也可通過(guò)將薄膜形成在用于骨架、框架、構(gòu)架等的構(gòu)件的表面等而配置于上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的表面，其中，上述骨架、框架、構(gòu)架用于成形上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
作為這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，能利用由金屬、合金或它們的化合物的纖維形成的無(wú)紡布所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體。例如，能使用市場(chǎng)上銷售的鉬無(wú)紡布“鉬片材”(田中貴金屬公司制，平均空隙率大約24%，厚度為O.1mm左右)等。
另外，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體也可使用由層疊多片通過(guò)微細(xì)加工形成的網(wǎng)狀片材而形成的微細(xì)加工成形體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體。例如可通過(guò)硅、金屬等的微細(xì)加工來(lái)獲得上述微細(xì)加工成形體。
在圖4 圖6中示出了由微細(xì)加工成形體構(gòu)成的捕捉體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的一例。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體是通過(guò)粘合多片網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板而層疊形成的，該網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板是通過(guò)光刻對(duì)SOI基板進(jìn)行加工而獲得的。
在圖4 (A)中示出了從上部側(cè)觀察網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100的立體圖。另外，在圖4 (B)中示出了從下部側(cè)觀察網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100的立體圖。網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100由形成格子狀開口部的網(wǎng) 101和對(duì)該網(wǎng)的外周進(jìn)行支承的支承框體102構(gòu)成。其大小典型的是縱橫長(zhǎng)度為5 8mm 的正方形，該網(wǎng)101的區(qū)域?yàn)棣? 8mm左右，支承框體102的厚度為100 300 μ m左右。
圖5 (A)中示出了網(wǎng)的局部放大圖。如圖5 (A)所示，在網(wǎng)中通過(guò)微細(xì)加工而形成有格子狀的開口部。該格子尺寸典型的是如下框?qū)挾葹镮 IOym左右，孔開口為10 100 μ m左右。
圖5 (B)示出了圖4 (A)中圖示出的A — A’線的網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100的剖視圖。如與圖4 (B) 一起所示的那樣，在網(wǎng)101的下部通過(guò)微細(xì)加工形成有由網(wǎng)101和對(duì)網(wǎng)的外周進(jìn)行支承的支承框體102圍住且被挖空成圓柱狀的空間。此處，網(wǎng)101的厚度典型的是為 10 100 μ m左右，支承框體102的厚度如上所述為100 300 μ m左右。
圖6中示出了微細(xì)加工成形體200。能例如通過(guò)在上述網(wǎng)101的硅材質(zhì)的部分預(yù)先實(shí)施鉬、金、鈀、銠、銥及它們的合金等的薄膜形成等，并粘合上述支承框體102的硅材質(zhì)的部分，來(lái)獲得這種微細(xì)加工成形體200。在圖6中，微細(xì)加工成形體200是通過(guò)粘合多片 (100a IOOe這五片)網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100而形成的。作為粘合方法，例如能以300°C 500°C 對(duì)低熔點(diǎn)玻璃進(jìn)行加熱以使其熔解來(lái)通過(guò)該低熔點(diǎn)玻璃進(jìn)行粘接。另外，也可通過(guò)利用玻璃基板的陽(yáng)極接合來(lái)進(jìn)行粘合。另外，也可以在網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100的上述支承框體102的硅材質(zhì)的部分實(shí)施鉬、金、鈀、銠、銥及它們的合金等的薄膜形成等，并通過(guò)該薄膜層來(lái)進(jìn)行接合。此外，在網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100的材質(zhì)為金屬的情況下，也可以不使用其它粘接用的材料而直接進(jìn)行接合。或者，在該結(jié)構(gòu)允許情況下，也可僅僅使網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100簡(jiǎn)單地重疊。
當(dāng)由一層上述網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100來(lái)形成微細(xì)加工成形體200時(shí)，或者當(dāng)?shù)湫偷卣澈隙?十層網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100、優(yōu)選的是粘合三 六層網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板100加以層疊來(lái)形成微細(xì)加工成形體200時(shí)，能獲得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率為80 99%左右的微細(xì)加工成形體。另外， 由此處的微細(xì)加工成形體200構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成其網(wǎng)的部分隔著形成于其下部且被挖空成圓柱狀的空間層疊多層。因此，其空隙率是指從微粒的射入方向觀察時(shí)網(wǎng)的部分到達(dá)里側(cè)為止所占有的單位體積的空隙率，是不包括圓柱狀空洞及支承框體的空隙率。
微細(xì)加工成形體200的網(wǎng)的孔開口圖案典型的是為四邊形的格子圖案，但形狀和間距并未被特別限制，也可以采用圓形、橢圓形、多邊形等形狀，或采用多個(gè)形狀的組合。也可列舉出蜂窩結(jié)構(gòu)等。另外，形狀、間距或它們的相位也可按每一層疊的層偏移或不同。
在本發(fā)明中，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體較為理想的是采用以下結(jié)構(gòu)在被上述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，在被上述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲每障堵时鹊谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
在圖7中示出了如上所述那樣構(gòu)成的另一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的一例。圖7 (A)是從粒子束照射方向觀察到的示意圖，圖7 (B)是從捕捉體的截面方向觀察到的示意圖。
該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40在被粒子束照射的正面?zhèn)扰渲糜锌障堵瘦^大的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41。另外，在被粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲糜锌障堵时鹊谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體42。作為第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41，能使用由以下微細(xì)加工成形體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體通過(guò)上述微細(xì)加工成形而獲得，并且其大小是縱橫長(zhǎng)度為3 8mm的正方形，格子尺寸如下 框?qū)挾葹镮 10μ m左右,孔開口為10 100μ m左右,格子的厚度為10 100 μ m左右，隔板厚度為100 300 μ m左右，層數(shù)為一 十層左右。如上所述，這種微細(xì)加工成形體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率為80 99%左右。另外，作為第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體42，能使用上述鉬無(wú)紡布“鉬片材”(田中貴金屬公司制，平均空隙率大約24%，厚度為O.1mm左右)等。
根據(jù)該實(shí)施方式，第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41的空隙率較大，因此，上述粒子束中的微粒在捕捉體的表面彈回的概率較小，容易到達(dá)第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41的內(nèi)部或第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體 42。此外，由于微粒被第一或第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到，或者即使微粒從第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體42 彈回，其也可與構(gòu)成第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41的任意格子層(圖7 (B)中為41a、41b或41c)碰撞， 使速度降低而被捕捉到，因此，能在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40的空隙中可靠地捕捉到微粒。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，較為理想的是，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體在被上述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被上述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲脹]有空隙的板體。
在圖8中示出了如上所述那樣構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的一例。圖8 (A)是從粒子束照射方向觀察到的示意圖，圖8 (B)是從捕捉體的截面方向觀察到的示意圖。
該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體45在被粒子束照射的正面?zhèn)扰渲糜袌D7中說(shuō)明的空隙率較大的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41。另外，在被粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲糜袥]有空隙的板體43，以代替圖 7中說(shuō)明的第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體42。作為該板體43，只要是能反射微粒的材質(zhì)即可，具體而言， 能使用鉬、金、鈀、銠、銥及它們的合金等。另外，其表面具有能引起微粒的漫反射的凹凸是較為理想的。
根據(jù)該實(shí)施方式，第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41的空隙率較大，因此，上述粒子束中的微粒在捕捉體的表面彈回的概率較小，容易到達(dá)第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41的內(nèi)部或板體43。此外，由于微粒被第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體捕捉到，或者微粒從板體43彈回而與構(gòu)成第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41的任意格子層(圖8 (B)中為41a、41b或41c)碰撞，使速度降低而被捕捉到，因此，也能在由第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體41及板體43形成的空隙中可靠地捕捉到微粒。
作為上述捕捉體的另一實(shí)施方式，也可以包括以下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體用于從微粒的粒子束中捕捉微粒，并具有配置于粒子束的照射面?zhèn)鹊牡谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體和相對(duì)于粒子束的照射面配置于背面?zhèn)鹊牡诙W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體或沒有空隙的板體，該第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由規(guī)定空隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，該第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由空隙率比第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。
在該情況下，上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體和上述第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體也可由空隙率從粒子束的照射面?zhèn)瘸趁鎮(zhèn)戎饾u地、或分級(jí)地、或呈夾著空洞的層狀變小的一體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。此外，上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體和上述第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體也可分別由空隙率逐漸地、或分級(jí)地、或呈夾著空洞的層狀變化的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。
另外，較為理想的是，上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率為80 99%左右。
另外，較為理想的是，上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體是通過(guò)層疊多層網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板而構(gòu)成的， 該網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板由具有格子狀的開口部的網(wǎng)和對(duì)該網(wǎng)的外周進(jìn)行支承的支承框體形成。網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板的層數(shù)典型的是為二 十層，為三 六層是較為理想的。另外，層疊間隔部分的空洞和支承框體的體積并未包含在空隙率中。
在該情況下，較為理想的是，各網(wǎng)基板單體的將網(wǎng)投影到與從被粒子束照射的一側(cè)觀察的規(guī)定的第一方向(例如在基板為平坦?fàn)畹那闆r下是與基板垂直的方向)垂直的面時(shí)所獲得的面積空隙率為80 99%左右。此外，較為理想的是，將網(wǎng)投影到與從第一方向分開規(guī)定角度的第二方向(例如45度左右)正交的面時(shí)所獲得的面積空隙率比上述面積空隙率小。為了實(shí)現(xiàn)它，較為理想的是將具有上述格子狀開口部的網(wǎng)的格子框設(shè)定為例如從該格子框的平面方面觀察到的線寬度為I 10 μ m，從格子框的側(cè)面方向觀察到的高度為 10 100 μ m,該格子框的孔徑寬度為10 100 μ m。此外,較為理想的是,將上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的上述網(wǎng)的層疊間隔設(shè)為100 300 μ m。
通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，在上述第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體中，從被粒子束照射的一側(cè)觀察到的面積空隙率較大，因此，微粒在捕捉體的表面彈回的概率較小，微粒容易到達(dá)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部。此外，進(jìn)入內(nèi)部后的微粒子彈回時(shí)，其會(huì)以具有角度的方式彈回，因此，該微粒會(huì)在上述格子框的側(cè)面的部分被捕捉到，或進(jìn)一步彈回而與其它部分碰撞，使速度降低而被捕捉至IJ。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大氣微粒。
此外，由于層疊多片上述網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板而構(gòu)成的上述網(wǎng)結(jié)構(gòu)體的空隙率和層疊間隔較大，因此，為生成微粒的脫離成分而照射的能量線也容易到達(dá)內(nèi)部，能將能量線的能量高效地傳遞至捕捉到微粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的整體。在例如能量線為激 光的情況下，通過(guò)利用框體的反射、折射等或掃描照射方向等，能高效地傳遞能量線的能量。
在本發(fā)明中，當(dāng)照射上述微粒的粒子束時(shí)，也可將上述捕捉體的溫度控制成能夠降低由上述捕捉體捕捉到的微粒中的揮發(fā)性較高的成分蒸發(fā)的溫度。能通過(guò)由具有熱傳導(dǎo)性的銅等材質(zhì)構(gòu)成與捕捉體接觸而進(jìn)行支承的捕捉體支承部(后述)、并在該捕捉體支承部埋入熱電偶溫度計(jì)、珀?duì)柼鋮s元件來(lái)進(jìn)行溫度控制。藉此，能捕捉、分析揮發(fā)性較高的成分。
例如，在將揮發(fā)性較高的硝酸鹽、一部分有機(jī)物(碳?xì)浠衔锏?作為被測(cè)定對(duì)象的情況下，通過(guò)將捕捉體的溫度冷卻至一 20 0°C的范圍，能幾乎避免蒸發(fā)。
在本發(fā)明中，能量線只要能使由上述捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成適于微粒的組成分析的脫離成分即可，并沒有特別限制，但較為理想的是由例如紅外激光的供給器、可見激光的供給器、紫外激光的供給器、X射線的供給器及離子束的供給器供給的能量線。由此，能利用激光、X射線、離子束使能量集中在狹小的區(qū)域，以有效地生成上述微粒的脫離成分，
在本發(fā)明中，上述能量線能根據(jù)預(yù)先作為檢測(cè)目的的成分的能量吸收特性選擇出種類、波長(zhǎng)、強(qiáng)度等，藉此，也能同時(shí)定量分析多個(gè)成分。
生成上述脫離成分后的捕捉體處于微粒從捕捉體中脫離而能采集、堆積下個(gè)微粒來(lái)加以捕捉的狀態(tài)。因此，如上所述，在對(duì)花費(fèi)一定時(shí)間而采集、堆積的微粒進(jìn)行完分析之 后，還能對(duì)花費(fèi)下個(gè)一定時(shí)間而采集、堆積的微粒進(jìn)行分析。另外，也能連續(xù)地進(jìn)行分析。此 時(shí)，與進(jìn)行微粒的離子束的照射、分析的操作模式不同，也可設(shè)置以下操作模式還將生成 脫離成分的第一能量線照射到捕捉體，并將殘留于捕捉體的成分加熱至高溫，以進(jìn)一步完 全地使捕捉體凈化。另外，為了實(shí)現(xiàn)該凈化，也可照射第二能量線，該第二能量線與為生成 微粒的脫離成分而使用的能量線不同，將殘留于捕捉體的成分加熱至高溫以進(jìn)一步完全地 使捕捉體凈化。
在本發(fā)明中，對(duì)分析上述脫離成分的元件沒有特別限制，能恰當(dāng)?shù)剡x擇通常的本 領(lǐng)域技術(shù)人員所能使用的分析元件來(lái)加以使用。特別地，為了進(jìn)行在線測(cè)量，較為理想的是 采用具有在瞬時(shí)或以較高的時(shí)間分辨率對(duì)與上述脫離成分的分子種類相對(duì)應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行 檢測(cè)的機(jī)構(gòu)的元件。例如，能優(yōu)選地例示出質(zhì)量分析、光譜分析等。另外，也可通過(guò)它們的 組合來(lái)進(jìn)行分析。
在本發(fā)明中，也能使用催化劑將上述脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)，并對(duì)轉(zhuǎn)換得到的 物質(zhì)進(jìn)行分析。作為催化劑的材質(zhì)，可列舉出鉬、金、鈀、銠、銥及它們的化合物或合金等。
可通過(guò)在與捕捉體保持容器連接的導(dǎo)管(后述)的流路內(nèi)部載置催化劑，并在將上 述脫離成分引導(dǎo)至分析部分的期間使脫離成分與催化劑接觸，來(lái)利用催化劑將脫離成分轉(zhuǎn) 換為其它物質(zhì)。
另外，也可由具有催化劑作用的貴金屬構(gòu)成上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。由此，上述捕捉體不 僅具有可高效地捕捉大氣微粒的捕捉作用，并且也具有將上述脫離成分轉(zhuǎn)換為分析用形態(tài) 的催化劑作用。作為上述貴金屬，除了上述鉬無(wú)紡布的鉬之外，還可列舉出金、鈀、銠、銥及 它們的合金等。另外，這些材質(zhì)也可通過(guò)將薄膜形成在用于骨架、框架、構(gòu)架等的構(gòu)件的表 面等而配置于上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的表面，其中，上述骨架、框架、構(gòu)架用于成形上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 體。
接著，參照?qǐng)D9，對(duì)本發(fā)明的微粒組成分析裝置的一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
在該微粒組成分析裝置50中，減壓室I la、I lb、I Ic被第一間壁12、第二間壁13分 隔開，從而構(gòu)成在整體上劃分為三個(gè)室的結(jié)構(gòu)的減壓室11。減壓室lla、llb、llc分別被排 氣裝置14a、14b、14c減壓。此外，在將減壓室Ila與Ilb分隔開的第一間壁12上形成有構(gòu) 成后述分離器3的連通口，在將減壓室Ilb與Ilc分隔開的第二間壁13的后述導(dǎo)管8的部 分形成有連通口。該減壓室11能形成該減壓室內(nèi)相對(duì)于外部氣氛被減壓的狀態(tài)，并且，能 通過(guò)調(diào)節(jié)各排氣裝置14a 14c對(duì)各減壓室Ila Ilc的減壓的程度來(lái)生成規(guī)定的氣流， 該減壓室lla、llb、llc分別提供氣壓不同的第一空間、第二空間、第三空間。
另外，上述圖2中說(shuō)明的生成氣體中的微粒的粒子束的粒子束生成器即空氣動(dòng)力 學(xué)透鏡I被配置成以不影響減壓的方式貫穿減壓室Ila的與外部氣氛接觸的側(cè)壁，其一端 的試樣入口 22配置于減壓室11的室外，其另一端的試樣出口 23配置于減壓室I Ia的室內(nèi)。
配置于上述減壓室I Ia的室內(nèi)的試樣出口 23朝向形成于減壓室I Ia與減壓室I Ib 之間的第一間壁12的連通口，以使生成的微粒的粒子束2通過(guò)該連通口而到達(dá)減壓室Ilb 的室內(nèi)。另外，利用排氣裝置14a、14b及第一間壁12進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使減壓室Ilb所提供的 第二空間的氣壓比減壓室Ila所提供的第一空間的氣壓低。因此，產(chǎn)生從減壓室Ila朝減 壓室Ilb的氣流，有助于微粒的粒子束2從減壓室Ila側(cè)朝減壓室Ilb側(cè)飛行。
另外，形成在減壓室Ila與減壓室Ilb之間的間壁上的連通口是朝向微粒的粒子 束2的入射方向構(gòu)成為開口較細(xì)的分離器3，可有效地將粒子束2從減壓室Ila導(dǎo)入減壓室 11b，并去除剩余的氣相成分。另外，通過(guò)使該分離器3的開口前端較細(xì)，從而有助于維持減 壓室Ila所提供的第一空間的氣壓與減壓室Ilb所提供的第二空間的氣壓之間的壓力差。
接著，參照?qǐng)D10，對(duì)捕捉體及捕捉體保持容器進(jìn)行說(shuō)明。
圖10 (A)中示出了捕捉體的放大圖。在該例子中，捕捉體7由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40和 對(duì)該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40進(jìn)行支承的捕捉體支承部7a構(gòu)成，在該捕捉體支承部7a的一側(cè)面形成 有斜向傾斜的支承面，并在該支承面上載置有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40。藉此，通過(guò)對(duì)上述微粒的粒子 束2射入上述捕捉體7的角度和來(lái)自上述能量線供給器5的激光5a射入上述捕捉體7的 角度這兩個(gè)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，能優(yōu)化基于上述捕捉體7的微粒的捕捉效率和基于上述能量線 的微粒的脫離成分的生成效率這兩個(gè)效率。
另外，在該實(shí)施方式中，包括對(duì)上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體40的溫度進(jìn)行控制的溫度控制機(jī) 構(gòu)。即，捕捉體支承部7a由熱傳導(dǎo)性較高的金屬、例如銅形成，并埋入有熱電偶溫度傳感器 15及珀?duì)柼鋮s元件16。此外，當(dāng)利用捕捉體捕捉微粒時(shí)，可將捕捉體的溫度降低到能夠 降低由捕捉體捕捉到的微粒中的揮發(fā)性較高的成分蒸發(fā)的溫度。另外，當(dāng)照射能量線時(shí)，中 止冷卻以使溫度上升。藉此，便于捕捉、分析揮發(fā)性較高的成分。
圖10 (B)中示出了捕捉體保持容器的放大圖。捕捉體保持容器17 —體地保持著 上述捕捉體7。此外，在該實(shí)施方式中，在捕捉體保持各器17中，形成有朝向微粒的粒子束 2的射入方向構(gòu)成為開口較細(xì)的分離器部4，此外，還一體形成有用于將微粒的脫離成分供 給至分析器10的導(dǎo)管8。另外，在捕捉體保持容器17的一側(cè)壁設(shè)有光學(xué)窗6b。
在圖9所不的實(shí)施方式中，在上述減壓室Ilb的室內(nèi)，上述圖10中說(shuō)明的捕捉體7 保持于對(duì)該捕捉體進(jìn)行保持的捕捉體保持容器17，并配置于被從上述空氣動(dòng)力學(xué)透鏡I的 試樣出口 23排出的微粒的粒子束2照射的位置，因此，構(gòu)成上述微粒的粒子束2的微粒被 捕捉體7捕捉到。此時(shí)，可利用捕捉體保持容器17的分離器部4朝捕捉體保持容器內(nèi)的捕 捉體有效地導(dǎo)入粒子束2，并與上述分離器3相同地去除剩余的氣相成分。
另外，在上述減壓室11的外部配置有激光供給器5，以作為能量線供給器。其激光 5a穿過(guò)形成于上述減壓室Ilb的與外部氣氛接觸的側(cè)壁的光學(xué)窗6a和形成于上述捕捉體 保持容器17的一側(cè)壁的光學(xué)窗6b而照射到上述捕捉體7，并能通過(guò)該激光5a的照射使由 上述捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分。
如上所述，在各減壓室Ila Ilc的室內(nèi)，能通過(guò)各排氣裝置14a 14c的控制來(lái) 生成規(guī)定的氣流。在圖9所示的實(shí)施方式中，利用排氣裝置14b、14c及第二間壁13進(jìn)行調(diào) 節(jié)，以使減壓室Ilc所提供的第三空間的氣壓比減壓室Ilb所提供的第二空間的氣壓低。因 此，產(chǎn)生從減壓室Ilb朝減壓室Ilc的氣流，藉此，因上述激光5a的照射而產(chǎn)生的脫離成分 可被引導(dǎo)至組成分析部分。
此時(shí)，上述捕捉體保持容器17也起到了防止因上述激光5a的照射而產(chǎn)生的脫離 成分?jǐn)U散至減壓室Ilb的室內(nèi)的效果。即，如上所述，捕捉體保持容器17的靠減壓室Ilc 一側(cè)的端部延伸，以一體地形成將脫離成分朝減壓室Ilc引導(dǎo)的導(dǎo)管8。此外，該導(dǎo)管8貫 穿將減壓室Ilb與減壓室Ilc分隔開的第二間壁13，其端部配置于上述減壓室Ilc的室內(nèi)。 另外，其端部呈前端較細(xì)的形狀，有助于維持減壓室Ilb所提供的第二空間的氣壓與減壓室Ilc所提供的第三空間的氣壓之間的壓力差。藉此，能將因上述能量線的照射而產(chǎn)生的 脫離成分以不擴(kuò)散至減壓室Ilb的室內(nèi)的方式有效地引導(dǎo)至組成分析部分。
在圖9所示的實(shí)施方式中，在上述減壓室Ilc的室內(nèi)設(shè)置有質(zhì)譜儀10。在該質(zhì)譜 儀10的試樣導(dǎo)入部設(shè)有離子化區(qū)域9，此外，還在接近該離子化區(qū)域9的位置配置有上述導(dǎo) 管8的出口。藉此，因上述能量線的照射而產(chǎn)生的脫離成分穿過(guò)上述導(dǎo)管8而從其出口移 動(dòng)至離子化區(qū)域9，被離子化并用于在質(zhì)譜儀10中的分析。
在圖11、圖12中，示出了本發(fā)明使用的捕捉體保持容器17及與該捕捉體保持容器 17連接的導(dǎo)管8的另一例。
在圖11中，在導(dǎo)管8的空間內(nèi)部載置有將微粒的脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)的催化 劑18。在該例中，催化劑18是具有能供微粒的脫離成分穿過(guò)的孔的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在微粒的 脫離成分被引導(dǎo)至分析部分的期間，使脫離成分與催化劑接觸。作為催化劑，能使用具有例 如氧化催化作用的鉬催化劑。在該情況下，較為理想的是，將催化劑加熱至100 400°C左 右，以提高催化劑的氧化催化作用。當(dāng)使用氧化催化劑時(shí)，例如，能使從有機(jī)物加熱脫離的 多種碳化合物全部氧化，以將其碳集中為二氧化碳，因此，能有效地對(duì)氣體試樣中的有機(jī)物 的濃度進(jìn)行定量。
在圖12 (A)中，在導(dǎo)管8上設(shè)有流路控制機(jī)構(gòu)。即，導(dǎo)管8被分支為兩個(gè)導(dǎo)管8a 和8b，藉此，能將微粒的脫離成分引導(dǎo)至多個(gè)上述分析器。另外，在圖12 (B)中，還在被分 支的部分設(shè)有閥19，能遮蔽或減小導(dǎo)管8的流路空間。在該情況下，也可根據(jù)需要將閥19 設(shè)為以不同的比率朝與導(dǎo)管8a、8b分別連接的分析器引導(dǎo)脫離成分的結(jié)構(gòu)。另外，如圖12 (C)那樣，也能在分支的導(dǎo)管8a、8b上獨(dú)立地設(shè)置兩個(gè)閥19a、1%。此外，也能在分支的導(dǎo) 管8a和/或?qū)Ч躍b中載置上述催化劑18。
另外，例如，在使用質(zhì)譜儀作為分析器的情況下，要求在真空的環(huán)境下進(jìn)行其分 析。在圖9所示的實(shí)施方式中，導(dǎo)管8的前端呈前端細(xì)形狀，其開口是直徑3_左右的針孔， 因此，藉此，有助于將減壓室Ilc所提供的第三空間保持成真空。在其它實(shí)施方式中，當(dāng)利 用該分析器對(duì)脫離成分進(jìn)行分析時(shí)，也能利用上述閥19等遮蔽或減小導(dǎo)管8的流路空間， 以將上述第三空間減壓成真空。
(實(shí)施例)
列舉以下實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明，但這些實(shí)施例并不限定本發(fā)明的 范圍。
<試驗(yàn)例I > (硫酸鹽氣溶膠的測(cè)量)
制作具有圖9所示的微粒組成分析裝置50的結(jié)構(gòu)的微粒組成分析裝置，并對(duì)氣體 中的硫酸銨粒子的質(zhì)量濃度進(jìn)行定量分析。包含單分散的硫酸銨粒子的氣溶膠是通過(guò)將 硫酸銨水溶液噴霧、干燥以生成多分散粒子、并使多分散粒子穿過(guò)微分電遷移率分級(jí)裝置 (DMA differential mobility analyzer)而生成的。
對(duì)微粒組成分析裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使減壓室lla、llb、llc的室內(nèi)分別為10_3 10_2[Torr]、10_5 10_4[Torr]、10_7 10_6[Torr]，并使導(dǎo)入空氣動(dòng)力學(xué)透鏡I的氣體的流量 為80 90[cc/min]。在預(yù)備性地導(dǎo)入載氣的空氣之后，切換三通閥，以開始包含上述硫酸 銨粒子的氣溶膠的導(dǎo)入，并在十分鐘后，再次切換三通閥而切換至載氣的空氣，以中止氣溶 膠的導(dǎo)入。然后，使激光供給器5工作以朝捕捉體7照射兩分鐘激光，并用質(zhì)譜儀10測(cè)量脫離成分。使包含上述硫酸銨粒子的氣溶膠的導(dǎo)入從開始時(shí)起持續(xù)動(dòng)作。作為質(zhì)量峰值， 對(duì)硫酸鹽的主要質(zhì)量峰值即m/z48 (SO的信號(hào))和m/z64 (SO2的信號(hào))進(jìn)行了測(cè)定。
圖13中示出了質(zhì)量峰值m/z64的測(cè)定結(jié)果。其結(jié)果是，在激光剛照射之后( 五秒)，信號(hào)達(dá)到峰值，然后，信號(hào)大致聚焦直至激光照射后三十秒為止。因此，很清楚能通過(guò)激光照射瞬時(shí)生成來(lái)自捕捉體7的脫離成分，并也能以較高的時(shí)間分辨率完成其分析。另夕卜，雖然未圖示出質(zhì)量峰值m/z48的結(jié)果，但處于與質(zhì)量峰值m/z64的結(jié)果大致成比例的關(guān)系，因而能獲得相同的結(jié)果。
<試驗(yàn)例2 > (測(cè)量的直線性、定量性)
通過(guò)將導(dǎo)入裝置的氣溶膠的硫酸銨粒子的質(zhì)量濃度改變?yōu)?6、37、52、61、93、137、 199 μ g /m3，來(lái)進(jìn)行與試驗(yàn)例I相同的試驗(yàn)。在圖14中示出了離子信號(hào)的時(shí)間積分量(m/ z48與m/z64之和)與導(dǎo)入裝置的微粒質(zhì)量的積分量之間的關(guān)系。
其結(jié)果是，微粒積分質(zhì)量與離子信號(hào)的時(shí)間積分量具有正相關(guān)性，在進(jìn)行完試驗(yàn)的微粒的質(zhì)量范圍中，認(rèn)為在兩者的相關(guān)性中存在較佳的直線性。因此，很清楚能定量地進(jìn)行分析。
<試驗(yàn)例3 > (硝酸鹽氣溶膠的測(cè)量及微粒的捕捉效率的研究)
對(duì)捕捉體的離子捕捉效率進(jìn)行了研究。與試驗(yàn)例I相同，進(jìn)行了包含硝酸鉀離子的氣溶膠的測(cè)量。
另外，為了測(cè)量捕捉效率，需要把握導(dǎo)入裝置并照射到捕捉體的微粒100%被測(cè)量出的狀態(tài)。因此，生成被油(油酸)覆蓋的硝酸鉀粒子并進(jìn)行測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)上述把握。即，由現(xiàn)有的研究可知，干燥的硝酸鉀、硫酸銨等固體粒子高速與面碰撞時(shí)，大部分都會(huì)彈回，但油等液體粒子或被液體一定程度覆蓋住的固體粒子幾乎全都不會(huì)彈回。即，若對(duì)后者進(jìn)行測(cè)量，則可看作導(dǎo)入裝置并照射到捕捉體的微粒100%被測(cè)量出。
因此，在圖15所示的流程圖中，通過(guò)測(cè)定出相對(duì)于干燥的硝酸鉀粒子的信號(hào)強(qiáng)度和相對(duì)于覆蓋的粒子的信號(hào)強(qiáng)度(在任意情況下均以單位質(zhì)量的硝酸鉀為基準(zhǔn)的信號(hào)強(qiáng)度)并進(jìn)行比較，從而求出了干燥的硝酸鉀粒子的捕捉效率。更具體而言，在粒子產(chǎn)生裝置中，在將硝酸鉀水溶液噴霧、使其通過(guò)干燥管進(jìn)行干燥以生成多分散粒子之后，通過(guò)第一分級(jí)裝置(DMAl)來(lái)獲得包含單分散的硝酸鉀粒子的氣溶膠。另外，該氣溶膠經(jīng)由切換閥通過(guò)分支流路流過(guò)油皮膜管而被油(油酸)覆蓋，此外，還通過(guò)第二分級(jí)裝置(DMA2)以獲得包含被油(油酸)覆蓋的單分散的硝酸鉀粒子的氣溶膠。利用切換閥控制各氣溶膠的流路以將氣溶膠導(dǎo)入微粒組成分析裝置，并對(duì)各氣溶膠進(jìn)行測(cè)量。質(zhì)量峰值測(cè)量出m/z30 (NO的信號(hào)) 和m/z46 (勵(lì)2的信號(hào))。
其結(jié)果是，如圖16所示，表示相對(duì)于干燥的硝酸鉀粒子的微粒積分質(zhì)量與離子信號(hào)的時(shí)間積分量之間的相關(guān)關(guān)系的回歸直線(圖中A所指示的直線)和表示相對(duì)于被油(油酸)覆蓋的硝酸鉀粒子的微粒積分質(zhì)量與離子信號(hào)的時(shí)間積分量之間的相關(guān)關(guān)系的回歸直線(圖中B所指示的直線)均被認(rèn)可良好的測(cè)量的直線性，兩者在它們的外插線上大致重合。 藉此，可確認(rèn)干燥的硝酸鉀粒子的捕捉效率接近100%，并且可清楚地看出與朝鎢、鑰等照射微粒的粒子束來(lái)加以測(cè)定的現(xiàn)有方法相比顯著提高了捕集效率。
符號(hào)說(shuō)明
I 空氣動(dòng)力學(xué)透鏡
2 微粒的粒子束
3 分離器
4 分離器部
5 激光供給器
5a 激光
6a、6b 光學(xué)窗
7 捕捉體
7a捕捉體支承部
8、8a、8b 導(dǎo)管
9 離子化區(qū)域
10質(zhì)譜儀
IlaUlbUlc 減壓室
12第一間壁
13第二間壁
14a、14b、14c 排氣裝置
15熱電偶溫度傳感器
16珀?duì)柼鋮s元件
17捕捉體保持容器
18催化劑
19、19a、19b 閥
20 外殼
21a、21b、21c、21d 節(jié)流孔
22試樣入口
23試樣出口
24 噴嘴
40、45網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體
40a、40b、40c、40d 網(wǎng)層
41第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體
41a、41b、41c 格子層
42第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體
43沒有空隙的板體
50微粒組成分析裝置
100、100a、100b、100c、IOOcU IOOe 網(wǎng)結(jié)構(gòu)基板
101 網(wǎng)
102支承框體
200微細(xì)加工成形體
權(quán)利要求
1.一種微粒組成分析方法，其特征在于，在使氣體試樣中的微粒的粒子束聚焦，并將該粒子束照射到捕捉體的狹小的區(qū)域而使所述捕捉體捕捉到所述微粒之后，對(duì)所述狹小的區(qū)域集中照射能量線來(lái)使由所述捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分，從而來(lái)對(duì)所述脫離成分進(jìn)行分析，其中所述捕捉體具有用于將剩余的氣相成分去除并捕捉所述粒子束中的微粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
2.如權(quán)利要求1所述的微粒組成分析方法，其特征在于，根據(jù)構(gòu)成所述微粒的成分的能量吸收特性來(lái)選擇并控制所述能量線。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微粒組成分析方法，其特征在于，所述狹小的區(qū)域的直徑為Imm 3mm。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析方法，其特征在于，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由具有催化劑作用的貴金屬構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析方法，其特征在于，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體采用以下結(jié)構(gòu)在被所述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被所述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲每障堵时人龅谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析方法，其特征在于，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體采用以下結(jié)構(gòu)在被所述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被所述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲脹]有空隙的板體。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析方法，其特征在于，當(dāng)利用捕捉體捕捉所述微粒時(shí)，將所述捕捉體的溫度控制成能夠降低由所述捕捉體捕捉到的微粒中的揮發(fā)性較高的成分蒸發(fā)的溫度。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析方法，其特征在于，使用催化劑將所述脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)，并對(duì)轉(zhuǎn)換得到的所述物質(zhì)進(jìn)行分析。
9.一種微粒組成分析裝置，其特征在于，包括減壓室，該減壓室內(nèi)被減壓，以在該減壓室內(nèi)生成規(guī)定的氣流；粒子束生成器，該粒子束生成器的一端配置于所述減壓室外，另一端配置于所述減壓室內(nèi)，所述粒子束生成器通過(guò)所述減壓室的減壓吸入外部氣體以將所述外部氣體中的微粒的粒子束照射到所述減壓室內(nèi)；捕捉體，該捕捉體配置于所述減壓室內(nèi)的被所述粒子束照射的位置，并具有用于捕捉所述粒子束中的微粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體；能量線供給器，該能量線供給器對(duì)所述捕捉體照射能量線，來(lái)使由所述捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分；捕捉體保持容器，該捕捉體保持容器設(shè)有所述粒子束的入射口和供所述能量線射入的光學(xué)窗，并在內(nèi)部配置有所述捕捉體，所述捕捉體保持容器配置成使去除了剩余的氣相成分后的所述粒子束從所述入射口照射到所述捕捉體；導(dǎo)管，該導(dǎo)管與所述捕捉體保持容器連接；以及分析器，該分析器經(jīng)由所述導(dǎo)管接收所述捕捉體保持容器內(nèi)的所述脫離成分，并對(duì)所述脫離成分進(jìn)行分析。
10.如權(quán)利要求9所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，在所述減壓室中設(shè)有第一間壁，該第一間壁將配置有所述粒子束生成器的第一空間和配置有所述捕捉體保持容器的第二空間分隔開，在所述第一間壁上設(shè)有所述粒子束的通過(guò)口，并將所述粒子束的通過(guò)口和所述捕捉體保持容器的所述粒子束入射口分別設(shè)為分離器結(jié)構(gòu)，從而能將所述第一空間和所述第二空間減壓，以使所述第二空間的氣壓比所述第一空間的氣壓低。
11.如權(quán)利要求9或10所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體由具有催化劑作用的貴金屬構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體采用以下結(jié)構(gòu)在被所述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該第一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被所述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲每障堵时人龅谝痪W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的空隙率小的第二網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。
13.如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體采用以下結(jié)構(gòu)在被所述粒子束照射的正面?zhèn)扰渲靡?guī)定空隙率的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，并在與該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體相連的被所述粒子束照射的相反面?zhèn)扰渲脹]有空隙的板體。
14.如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，在所述捕捉體上設(shè)有溫度控制元件，當(dāng)利用捕捉體捕捉所述微粒時(shí)，能將所述捕捉體的溫度控制成能夠降低由所述捕捉體捕捉到的微粒中的揮發(fā)性較高的成分蒸發(fā)的溫度。
15.如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，在所述導(dǎo)管的空間內(nèi)部設(shè)有將所述脫離成分轉(zhuǎn)換為其它物質(zhì)的催化劑。
16.如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，在所述減壓室中設(shè)有第二間壁，該第二間壁將配置有所述捕捉體保持容器的第二空間和配置有所述分析器的第三空間分隔開，從而能將所述第二空間和所述第三空間減壓，以使所述第三空間的氣壓比所述第二空間的氣壓低，并且使所述導(dǎo)管貫穿所述第二間壁，以能將所述捕捉體保持容器內(nèi)的所述脫離成分引導(dǎo)至所述分析器。
17.如權(quán)利要求16所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，在所述導(dǎo)管中設(shè)置流路控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)利用所述分析器分析所述脫離成分時(shí)，能利用所述流路控制機(jī)構(gòu)阻斷或減小所述導(dǎo)管的流路空間，以將所述第三空間減壓成真空。
18.如權(quán)利要求9至17中任一項(xiàng)所述的微粒組成分析裝置，其特征在于，通過(guò)使所述導(dǎo)管分支為多個(gè)，能將所述捕捉體保持容器內(nèi)的所述脫離成分引導(dǎo)至多個(gè)所述分析器。
全文摘要
本發(fā)明提供能在線定量地分析大氣微粒的各化學(xué)組成的質(zhì)量濃度的微粒組成分析方法及微粒組成分析裝置。該微粒組成分析方法在使氣體試樣中的微粒的粒子束聚焦，并將該粒子束照射到捕捉體的狹小的區(qū)域而捕捉到所述微粒之后，對(duì)所述狹小的區(qū)域集中照射能量線來(lái)使由所述捕捉體捕捉到的微粒汽化、升華或反應(yīng)以生成脫離成分，從而來(lái)對(duì)所述脫離成分進(jìn)行分析，其中所述捕捉體具有用于將剩余的氣相成分去除并捕捉所述粒子束中的微粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體。另外，為了進(jìn)行該微粒組成分析方法還構(gòu)成微粒組成分析裝置(50)，其至少包括減壓室(11a～11c)；微粒的粒子束生成器(1)；具有用于捕捉微粒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的捕捉體(7)；能量線供給器(5)；捕捉體保持容器(17)；與所述捕捉體保持容器連接的導(dǎo)管(8)；以及用于分析微粒的脫離成分的分析器(10)。
文檔編號(hào)G01N27/62GK103026199SQ201080065448
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者竹川暢之, 中村貴之, 鮫島友紀(jì), 武居正彥, 平山紀(jì)友 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人 東京大學(xué), 富士電機(jī)株式會(huì)社