本申請為下述申請的分案申請，

原申請的申請日(國際申請日)：2013-06-04，

原申請的申請?zhí)枺?01380029887.0(國際申請?zhí)杙ct/jp2013/065503)，

原申請的發(fā)明名稱：微粒分級測定裝置、粒子濃度分布均勻的試樣制作裝置、以及納米粒子膜成膜裝置。

本發(fā)明涉及適合使用于汽車廢氣中的納米微粒濃度的監(jiān)測、大樓衛(wèi)生管理、勞動安全衛(wèi)生等的微粒測定裝置，特別是涉及根據(jù)粒徑分級測定微粒的微粒分級測定裝置、粒子濃度分布均勻的試樣制作裝置、及納米粒子膜成膜裝置。

背景技術：

作為數(shù)納米到數(shù)十納米以上的微小粒徑的微粒數(shù)的計數(shù)裝置，已知有以微粒為核，使其周圍凝聚水、丁醇等工作流體蒸汽，以增大微粒直徑，然后對該微粒照射光線，檢測其特定散射角的散射光脈沖數(shù)，以測定微粒數(shù)濃度的cpc(condensingparticlecounter：凝聚核粒子計數(shù)器)。

另一方面，對于粒徑在從300納米以上到數(shù)微米范圍內(nèi)的粒徑大的微粒，已知有對其照射光線，檢測其特定散射角的散射光脈沖數(shù)、散射光強度或透射光強度，以測定微粒直徑和微粒數(shù)濃度的光學粒子計數(shù)器以及粉塵計。這些裝置的測定對象微粒的直徑互不相同。

又，作為具備對納米級粒徑的微粒進行微粒尺寸分級的分級機構的測定裝置，已知有微分型電遷移率分析儀(dma)或積分型電遷移率分析儀。分級機構采用從分級部側(cè)壁面導入試樣氣體，同樣從分級部側(cè)壁面吸出包含分離為所希望的粒徑的微粒的氣體的機構(參照專利文獻1～5、參照非專利文獻1、2)。

對納米材料利用tem(透射型電子顯微鏡)、sem(掃描型電子顯微鏡)、afm(原子力顯微鏡)等進行的形狀觀察、利用每一粒徑的gc－ms(氣相色譜-質(zhì)譜分析計)、及icp－ms(感應耦合等離子體質(zhì)譜儀)等進行的定性定量分析，對于其毒性評價或排出源的確定是重要的。為了制作這樣的分析用的試樣，作為將氣溶膠(aerosol)收集于捕集板的裝置之一，采用沖擊器(impacter)。沖擊器是利用噴嘴噴出的氣溶膠的慣性沖擊將氣溶膠采集于捕集板的裝置，捕集的氣溶膠的粒徑利用為了從噴嘴噴出而吸引的空氣的流量和噴嘴的直徑來進行調(diào)整。

但是，沖擊器由于噴嘴前后發(fā)生的壓力損失的影響，在試樣粒子上施加了壓應力。在這個過程中，低沸點成分的粒子發(fā)生蒸發(fā)。而且，將從微小口徑的噴嘴高速噴出的粒子捕集于沖擊板的這種方法中，噴嘴正面捕集的粒子濃度高，越是遠離噴嘴正面粒子濃度越下降是不可避免的。而且，大粒徑粒子被捕集于噴嘴正面的狹窄的范圍內(nèi)，微小的粒子分散于相對較大的范圍的，與粒子直徑相關的分布也是不可避免的。

形成數(shù)納米到十數(shù)納米的納米粒子構成的納米粒子膜，將其作為低折射率膜使用于ic曝光光源用的投影透鏡的技術正在實用化。這樣的納米粒子膜，從防止投影圖像的畸變這一點考慮，膜的均勻性是重要的。

研究要應用于燃料電池或2次電池的納米尺寸的催化劑，是在高分子電解質(zhì)膜中添加納米尺寸的催化劑粒子的催化劑。納米尺寸的催化劑可以期待通過將催化劑粒子做成納米尺寸以提高催化劑效率。為了用納米尺寸的催化劑提高總利用效率，有必要使催化劑粒子均勻分散。要求成膜方法在這樣的納米尺寸的催化劑的制作過程中，在向電解質(zhì)膜添加催化劑時，催化劑粒子的動能和熱等不會給電解質(zhì)膜造成損壞。向來使用的旋轉(zhuǎn)涂布法等濕式法不能夠消除粒子的不均勻分布，蒸鍍、濺射等干式法不能避免對膜造成損壞。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻1:美國專利申請公開第2005/0162173號

專利文獻2:美國專利第6230572號

專利文獻3:美國專利第6828794號

專利文獻4:美國專利第6230572號

專利文獻5:美國專利第6787763號

非專利文獻

非專利文獻1：chen,d-r,d.y.h.pui,d.hummes,h.fissan,f.r.quant,andg.j.sem,[1998],"designandevaluationofananometeraerosoldifferentialmobilityanalyzer(nano-dma),journalofaerosolscience29/5:497-509.

非專利文獻2：fissan,h.j.,c.helsper,andh.j.thielen[1983],"determinationofparticlesizedistributionbymeansofanelectrostaticclassifier."journalofaerosolscience,14:354.

非專利文獻3：粉體工學會誌，vol.22,no.4,pp.231-244(1985)

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

利用dma進行的分級中，對鞘氣流垂直施加電場，借助于此，利用引起的靜電吸引力，帶電微粒橫越鞘氣流，向?qū)χ秒姌O移動的過程中，受到來自鞘氣流的與粒徑相關的阻力，以對微粒進行分級。由于需要鞘氣流，裝置的結(jié)構與控制必然復雜化，價格也貴。

又，其粒徑分辨率由鞘氣流量與試樣流量的商決定，因此即使是為增加信號量想要增加試樣流量，試樣流量的增加也有限度。

而且，其使用的廉價微粒數(shù)計數(shù)器、即法拉第杯電流計，如果不是從帶電的捕集微粒得到的電流值為數(shù)10fa以上的微粒濃度，就不能夠進行可靠的測定。因此，低微粒濃度的測定使用昂貴的凝聚核粒子計數(shù)器。

另一測定裝置光學式粒子計數(shù)器價格比dma便宜，但是不能夠?qū)?00納米以下粒徑的微粒進行測定。

本發(fā)明的第1個目的在于，能夠不像dma那樣利用鞘流，利用特定的測定電極檢測電遷移率范圍明確的帶電粒子。

納米材料的形狀觀察和定性定量分析用的試樣，或其特定粒徑的粒子偏于一處，或在取樣過程中粒子的特定成分蒸發(fā)，或取樣過程中粒子被破壞，形狀發(fā)生變化等，一旦取樣中發(fā)生取樣不均勻或變質(zhì)，分析結(jié)果就不能夠反映現(xiàn)實。而且，哪個電遷移率(這是粒徑的函數(shù))的粒子相對于原來的濃度以什么樣的關系取樣，即電遷移率與濃度分布的關系能夠定量把握，對于從觀察結(jié)果或分析結(jié)果推定原來的狀態(tài)是不可或缺的。

本發(fā)明的第2個目的在于，提供粒子濃度分布均勻，而且與存在于原來的空間的粒子濃度的關系在定量上清楚的試樣的制作裝置。

本發(fā)明的第3個目的在于，提供適合作為低折射率膜和納米尺寸的催化劑使用的均勻分散的納米粒子膜、以及適合不對燃料電池用高分子電解質(zhì)膜造成損壞地添加催化劑的納米粒子膜成膜裝置。

解決課題用的手段

為了實現(xiàn)第1個目的，本發(fā)明的微粒分級測定裝置具備能夠使流經(jīng)內(nèi)部的試樣氣體形成層流的平行的流路。該流路的出口側(cè)或入口側(cè)，最好是出口側(cè)配置送風機構，該送風機構以從該流路的入口吸入試樣氣體，并且以吸入的試樣氣體在流路內(nèi)形成層流流動的條件被驅(qū)動。在該流路的入口側(cè)配置帶電器，帶電器包含放電電極、放射線源、x射線管等使試樣氣體帶電的結(jié)構，使試樣氣體中的微粒帶電。

該流路的相對的一對面的一個面上，在帶電器的下游配置有1個或多個吸引側(cè)電極。這些吸引側(cè)電極沿著流路方向配置于離流路入口互不相同的距離的位置上，各吸引側(cè)電極在流路方向上具有規(guī)定的電極寬度，且在電氣上相互分離。在該流路的相對的一對面的另一面上配置有分級電極。分級電極與吸引側(cè)電極相對配置，在分級電極與吸引側(cè)電極之間發(fā)生將流經(jīng)流路的試樣氣體中的帶電微粒吸附于吸引側(cè)電極一側(cè)的電場。

吸引側(cè)電極的至少一個作為測定電極使用。測定電極上連接有各檢流電路，檢流電路檢測到達測定電極的微粒所具有的電荷量。

檢流電路連接于運算部。運算部根據(jù)檢流電路檢測出的電荷量計算到達測定電極的帶電微粒的分級的微粒量。

本發(fā)明的一實施形態(tài)中，吸引側(cè)電極包含2個以上的測定電極。測定電極上連接有各檢流電路，不同粒徑范圍的帶電微粒達到各測定電極，達到各測定電極的帶電微粒的電荷量由各檢流電路檢測出。

流路剖面積從入口到出口為一定值的情況下，如果使第n個和第n+1個測定電極的流動方向上的寬度相等，而且在與其正交的方向上的電極寬度也相等，則電極面積相等，在這種情況下，測定的帶電微粒的粒徑分布的大粒徑側(cè)的尾高相同。由于電極寬度不同造成電極面積不同的情況下，利用電極面積比將兩個電極的測定值補正為相同面積下的值，即將一電極的測定值乘以電極面積比，也能夠使粒徑分布的大粒徑側(cè)的尾高相同。

檢流電路與運算部之間，還可以具備取第n個與第n+1個兩個測定電極的各自的檢流電路的測定信號的差分的差分電路。借助于此，可以使到達兩個測定電極的大粒徑側(cè)帶電微粒相抵消，可以在更有限的粒徑范圍測定到達第n個測定電極的帶電微粒。在這種情況下，對第n個與第n+1個兩個測定電極分別測定的帶電微粒的粒徑分布的大粒徑側(cè)的尾高被調(diào)整為相同的情況下，能夠正確地將到達兩個測定電極的帶電微粒相抵消。差分、以及利用電極面積比進行的使大粒徑側(cè)的尾高相同的調(diào)整可以利用電路實施，也可以利用軟件進行的運算實施。

本發(fā)明的另一實施形態(tài)中，吸引側(cè)電極包含配置于最上游側(cè)的陷阱電極和配置于其下游側(cè)的1個或多個測定電極。到達測定電極的是分別包含規(guī)定的粒徑的粒徑范圍的帶電微粒，到達陷阱電極的是比這些粒徑范圍小的微粒和比這些粒徑范圍大的帶電微粒。關于比這些粒徑范圍大的帶電微粒，由于重力沉降的影響大，到達陷阱電極，或到達陷阱電極之前到達流路的底面，從而被從試樣氣體流中去除。

對帶電器的放電電極施加電壓的充電電源可采用能夠改變施加電壓的電源。在這種情況下，可利用充電電源改變放電電極產(chǎn)生的電場強度，以改變到達相同的測定電極的帶電微粒的分級粒徑范圍。

設置多個測定電極的形態(tài)的情況下，通過改變測定電極的位置、電極寬度、以及測定電極數(shù)中的至少1項，能夠改變相同的測定電極測定的分級粒徑范圍。

只設置一個測定電極的形態(tài)的情況下，通過改變測定電極的位置及電極寬度中的至少一項，能夠改變相同的測定電極測定的分級粒徑范圍。

可以在送風機構上設置流量調(diào)整閥等流量調(diào)整機構。通過對該流量調(diào)整機構進行調(diào)節(jié)，改變試樣氣體流量，能夠改變到達相同測定電極的帶電微粒的分級粒徑范圍。

為了在分級電極與吸引側(cè)電極之間發(fā)生將帶電微粒吸附在吸引側(cè)電極一側(cè)的電場，對分級電極施加分級電壓的分級電源可以采用能夠改變分級電壓的大小的電源。在這種情況下，通過改變分級電壓，能夠改變到達相同的測定電極的帶電微粒的分級粒徑范圍。又可以沿著流路將分級電極分割為多個，施加不同的電場強度，改變測定的電遷移率的分級寬度。例如，也可以對入口側(cè)的分級電極，賦予低電場，電遷移率大的粒子用細小的電遷移率寬度采取，對出口側(cè)的分級電極賦予高電場，電遷移率小的粒子用大電遷移率寬度采取。

為了實現(xiàn)第2目的，本發(fā)明的試樣制作裝置具備：能夠使流經(jīng)內(nèi)部的試樣氣體形成層流的平行的流路；從所述流路的入口吸入試樣氣體，并且以吸入的試樣氣體在所述流路內(nèi)形成層流流動的條件被驅(qū)動的送風機構；配置于所述流路的入口側(cè)，使試樣氣體中的微粒帶電的帶電器；吸引側(cè)電極，其在所述流路的相對的一對面的一個面上，在所述帶電器的下游沿著流路方向配置，所述吸引側(cè)電極的表面構成取樣用的捕集基板的載置面；以及分級電極，其在所述一對面的另一個面上，與所述吸引側(cè)電極相對配置，在所述分級電極與所述吸引側(cè)電極之間發(fā)生將流經(jīng)所述流路的試樣氣體中的帶電粒子吸附于所述吸引側(cè)電極一側(cè)、并捕集于所述取樣用的捕集基板的電場。

取樣用的捕集基板，是捕集試樣氣體中的帶電粒子，制作tem、sem、gc/me、icp/ms等化學分析和形狀觀察等用的試樣用的基板，例如鋁箔、硅基板、藍寶石基板、tem網(wǎng)格、sem試樣臺等。

為了實現(xiàn)第3目的，本發(fā)明的納米粒子膜成膜裝置具備：能夠使流經(jīng)內(nèi)部的試樣氣體形成層流的平行的流路；從所述流路的入口吸入試樣氣體，并且以吸入的試樣氣體在所述流路內(nèi)形成層流流動的條件被驅(qū)動的送風機構；配置于所述流路的入口側(cè)，使試樣氣體中的微粒帶電的帶電器；吸引側(cè)電極，其在所述流路的相對的一對面的一個面上，在所述帶電器的下游沿著流路方向配置，所述吸引側(cè)電極的表面構成納米粒子膜成膜基板的載置面；以及分級電極，其在所述一對面中的另一面上，與所述吸引側(cè)電極相對配置，在所述分級電極與所述吸引側(cè)電極之間，發(fā)生將流經(jīng)所述流路的試樣氣體中的帶電粒子吸附于所述吸引側(cè)電極側(cè)、并堆積于所述納米粒子膜成膜基板的電場。

納米粒子膜成膜基板，是使試樣氣體中的帶電粒子堆積，形成納米粒子膜用的玻璃基板、形成納米尺寸的催化劑用的高分子電解質(zhì)膜形成的基板等。

本發(fā)明的試樣制作裝置及納米粒子膜成膜裝置中的流路、送風機構、帶電器、吸引側(cè)電極及分級電極，可以采取與本發(fā)明的微粒分級測定裝置的這些構件相同的構成。但是，在試樣制作裝置及納米粒子膜成膜裝置中，不測定帶電微粒分級得到的微粒的量，因此不以吸引側(cè)電極為測定電極，不需要檢流電路和計算帶電微粒分級得到的微粒量的運算部。

取樣用捕集基板和納米粒子膜成膜基板載置于吸引側(cè)電極的表面，而且使其不妨礙層流，也不擾動電場。作為不妨礙層流，而且不擾動電場的載置方法，可以采用在吸引電極上設置凹部，在該凹部配置基板，以使基板不突出于流路中，或?qū)⑽姌O設計的厚度設為減薄了基板的厚度的量，或使吸引電極比流路低基板厚度的尺寸，以基板覆蓋整個吸引電極，以防止基板突出于流路，避免妨礙層流的結(jié)構。

發(fā)明效果

本發(fā)明的微粒分級測定裝置將含帶電微粒的試樣氣體形成為層流導入分級區(qū)域，根據(jù)粒徑將帶電微粒分級，利用具有規(guī)定的電極寬度的測定電極進行檢測，因此利用特定的測定電極檢測出的帶電微粒的測定粒徑范圍明確，而且能夠?qū)崿F(xiàn)能測定該范圍內(nèi)的微粒數(shù)的效果。

而且，本發(fā)明的微粒分級測定裝置除送風機構外不具有可動部，形成簡單而堅固的結(jié)構，因此具有廉價、可攜帶而且牢固的特性。

而且，本發(fā)明的微粒分級測定裝置中，由于像dma那樣不使用鞘流，試樣流量沒有限制，能夠加大試樣流量，因此檢測器使用電流計的情況下，檢測靈敏度能夠達到10個/cc。

本發(fā)明的納米粒子膜成膜裝置中，施加于粒子的外力只有電場的庫侖力和流體的阻力，與蒸鍍和濺射等相比，粒子的動能低，對基板的損壞小。作為納米粒子的分級取樣裝置，與用沖擊器等的空氣力學分級方法相比，不受粒子受沖擊時的沖擊變形、減壓時揮發(fā)成分的蒸發(fā)的影響，能夠保持原來的狀態(tài)。而且，根據(jù)下述(16)式，對取樣點的單位時間、周圍地區(qū)的粒子濃度、原來的空間存在的粒子濃度的關系有定量的了解，根據(jù)tem、sem、afm觀察的結(jié)果，能夠計算出原來的粒徑分布。

根據(jù)本發(fā)明的納米粒子膜成膜裝置，對均勻分散的納米粒子膜、燃料電池用的高分子電解質(zhì)膜不會造成損壞，能夠得到添加了催化劑的納米粒子膜。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明一實施例的大概立體圖。

圖2是表示在一實施例中利用單極充電方式帶電的微粒的粒徑與電遷移率的關系的實驗值利用文獻值補充的曲線圖。

圖3是表示形成層流的試樣氣體進入分級電場時的帶電微粒的移動軌跡的概念圖。

圖4是表示一實施例中施加的電場強度與離開入口的距離不同的位置上配置的電極檢測出的電流密度的關系的曲線圖。

圖5是表示該實施例中施加一定的電場強度的條件下的導入粒子數(shù)濃度與檢測信號的關系的曲線圖。

圖6是表示在一實施例中利用單極充電方式帶電的微粒的粒徑與電遷移率(粒子濃度)的關系、以及粒徑與每1000個/cc的該粒徑的粒子的檢測電流值(靈敏度)的實驗值用文獻值補充的曲線圖。

圖7是表示一實施例中測定電極的差分信號提供的粒徑范圍的曲線圖。

圖8是表示一實施例中2級電極型裝置的測定電極捕捉到的帶電微粒的粒徑與每一電極的捕捉率的關系、以及第1電極與第2電極的差分信號提供的粒徑范圍的曲線圖。

圖9是表示一實施例中8級電極型裝置的測定電極捕捉到的帶電微粒的粒徑與每一電極的捕捉率的關系的曲線圖。

圖10是表示該同8級電極型裝置的測定電極間的差分信號提供的粒徑范圍的曲線圖。

圖11a是表示使用于一實施例的運算部的第1例的曲線圖。

圖11b是表示使用于一實施例的運算部的第2例的曲線圖。

圖12是表示本發(fā)明另一實施例的大概立體圖。

圖13是表示借助于該實施例的單極充電方式帶電的微粒的粒徑與電遷移率的關系的實驗值用文獻值補充的曲線圖。

圖14是表示在該實施例的分級部的試樣氣體的風速分布(a)、以及帶電微粒的移動軌跡(a以外)的曲線圖。

圖15是表示該實施例的帶電微粒的粒徑與測定電極的捕捉率的曲線圖。

圖16是表示圖18～圖20所示的實施例中利用單極充電方式帶電的微粒的粒徑與平均價數(shù)的關系、以及各粒徑的粒子濃度為1000個/cc時的每單位時間的測定電極單位面積捕捉的粒子密度的關系的實驗值用文獻值補充的曲線圖。

圖17是利用基準粒度分布測定裝置對本發(fā)明裝置進行定價時的概念圖。

圖18是又一實施例的系統(tǒng)圖。

圖19a是該實施例的大概平面剖面圖。

圖19b是該實施例的大概正面剖面圖。

圖20是沿著該實施例的流路的剖面圖。

圖21是表示試樣制作裝置及納米粒子膜成膜裝置的實施例的吸引側(cè)電極近旁的剖面圖。

具體實施方式

圖1大概表示本發(fā)明的微粒分級測定裝置的一實施例。流路10在入口12和出口14具有開口，流動方向和流路寬度方向都形成剖面為長方形的扁平形狀。其流路尺寸、形狀沒有特別限定，例如是縱向(高度)4mm、橫向(流路寬度)250mm、深度(流路長度)450mm的扁平的長方體。

在流路10的出口14側(cè)，配置作為吸引試樣用的送風機構的風扇15。使風扇15旋轉(zhuǎn)的馬達16由驅(qū)動電路17驅(qū)動。在風扇15的試樣氣體吸入側(cè)設置作為流量調(diào)整閥18的手動的蝶閥，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)整閥18可以改變試樣氣體流量。風扇15在流路10的整個寬度上均勻吸氣，從流路10的入口12吸入試樣氣體。風扇15以能夠使吸入的試樣氣體在流路10內(nèi)形成層流的流動條件驅(qū)動。形成層流的條件是雷諾數(shù)大概在2000以下。

在流路10的出口側(cè)，在風扇15的下游設置對流經(jīng)流路的試樣氣體流量進行測定的流量計19。流量計19也可以配置于流路10的入口側(cè)與出口側(cè)中的任一位置，但是由于試樣氣體中的粒子也附著于流量計19，這一實施例和下述圖12的實施例最好是配置于出口側(cè)。

在流路10的入口附近，配置使試樣氣體中的微粒帶電的帶電器。在這個實施例中，帶電器形成能夠采取單極充電方式的結(jié)構。帶電器由夾著流路10安裝于一側(cè)的線狀的放電電極20和與這些放電電極20相對，配置于流路10的另一側(cè)的對置電極22構成。放電電極20上連接充電電源21，使放電電極20與對置電極22之間能夠發(fā)生放電。放電電極20的形狀不限于線狀，也可以是與對置電極22垂直安裝的1枚或多枚針，與對置電極22之間能夠產(chǎn)生放電即可。

流路10的寬幅對置的一對底面(實施例中為天花板面與底面)相互平行，具有相同的寬度。作為其一方的底面即下底面上，沿著流路方向在離入口12不同距離的位置上配置多個吸引側(cè)電極24、26。吸引側(cè)電極24、26沿著流路方向分別具有規(guī)定的電極寬度，相互在電氣上分離。吸引側(cè)電極24、26中包含測定電極24－1、～24－n(也有測定電極24－1、～24－n的符號簡單表示為「24」的情況。檢流電路28也相同)和陷阱電極26。為了檢測到達測定電極的微粒具有的電荷量，在各測定電極24－1、～24－n上，連接各檢流電路28－1、～28－n。測定電極24－1、～24－n也可以相互靠近配置，也可以像圖示的實施例那樣在測定電極間留出間隙配置。陷阱電極26上不連接檢流電路，但是想要測定極微小粒徑的情況下，也可以在這里連接檢流電路。相鄰的吸引側(cè)電極間夾著絕緣構件，或隔著空氣層，電極間相互電氣分離。這些絕緣構件只要能夠使電極間實現(xiàn)電氣分離即可，因此不必加厚，例如0.5mm左右即可，但是當然該厚度取決于絕緣構件的體積電阻率。

流路10的寬幅對置的一對底面中的另一底面即天花板面上，與吸引側(cè)電極24、26相對地配置分級電極30。分級電極30在其與吸引側(cè)電極24、26之間發(fā)生將流經(jīng)流路10的試樣氣體中的帶電微粒吸附于吸引側(cè)電極一側(cè)的電場。

最好使分級電極30的面積與吸引側(cè)電極24、26的總面積大致相等，空間上也正面相對，從而使得該電場與流經(jīng)流路10的試樣氣體的流動方向垂直或大致垂直。因此，吸引側(cè)電極24、26相互電氣分離，但是相鄰的吸引側(cè)電極24、26的間隙以小為宜。吸引側(cè)電極24、26可以只用測定到達的帶電微粒的電荷量的測定電極24構成，但是也可以像這一實施例這樣，包含雖然帶電微粒到達但是不作為測定電極使用的陷阱電極26。在包含陷阱電極26的情況下，為了使與流經(jīng)流路10的試樣氣體的流動方向垂直或大約垂直的電場起作用，對陷阱電極26也賦予與測定電極24相同的電位。在這里，相同的電位包含接地電位。

在這一實施例中，在測定電極24中最接近流路入口的第1測定電極24－1的入口側(cè)配置1個陷阱電極26，該陷阱電極26的入口側(cè)的前端位置與分級電極30的入口側(cè)的前端位置定位于流路方向(圖3中的y方向)的相同的位置，該位置成為分級區(qū)域的基點(圖3中的y＝0的位置)。在以后的說明中，測定電極24的位置與寬度的確定以離該分級區(qū)域的基點的距離表示。分級電極30與吸引側(cè)電極24、26之間構成分級區(qū)域。從流路的入口到分級區(qū)域的基點的距離被稱為助跑距離。在助跑距離中，帶電微粒尚未到達分級區(qū)域，因此未受分級電場的影響，跟隨試樣氣體流移動。

在這一實施例中，測定電極24－1、～24－n與陷阱電極26相同電位，與分級電極30之間形成與流經(jīng)流路的試樣氣體流垂直或大致垂直的電場。分級電極30上連接施加分級電壓用的分級電源32，由分級電源32施加電壓，在分級電極30與吸引側(cè)電極24、26之間形成將試樣氣體中的帶電微粒向吸引側(cè)電極一側(cè)吸引的方向的電場。分級電源32以如下方式對分級電極30施加電壓，例如，吸引側(cè)電極24、26為接地電位時，帶電微粒具有負電荷的情況下，使分級電極30的電壓為負電壓，反之，帶電微粒具有正電荷的情況下，使分級電極30的電壓為正電壓。

例如，使對置電極22處于接地電位，使放電電極20處于正側(cè)，進行單極放電時，試樣氣體中的微粒為正單極帶電，因此吸引側(cè)電極的測定電極24－1、～24－n與陷阱電極26處于接地電位，使分級電極30為正側(cè)。

在這一實施例中，在使帶電器工作，使分級電場起作用的狀態(tài)下使風扇16工作時，將試樣氣體從流路10的入口引入，試樣氣體中包含的微粒因帶電器的放電而帶電。在分級電極30與吸引側(cè)電極24、26之間施加著分級電場，因此帶電的微粒沿著試樣氣體流被送到分級電場中。在帶電器作用下帶電的微粒在試樣氣體流的方向上移動，直到分級電場存在的地方，一旦到達分級電場，在分級電場作用下，開始向吸引側(cè)電極24、26的方向移動。

在這里，微粒的粒徑與其在電場中的移動速度的關系，設定以擴散帶電為主的帶電條件時，微粒的電荷量大致與其粒徑成正比。將帶電的微粒置于電場中時，小微粒電荷量小，但受空氣的阻力也小，因此很快就在靜電力吸引下在電場中移動。另一方面，粒徑大時，更受空氣阻力的支配，因此在電場中移動的速度低。但是，雖然粒徑進一步增大時受到的空氣阻力也增大，但是電荷量也增大，因此靜電力的效果也大，其結(jié)果是，某一粒徑以上的微粒在電場中移動的速度不變。圖2表示粒徑與在電場中移動的容易程度(電遷移率)的關系。圖2的數(shù)據(jù)是以文獻值為基礎的模擬補充的實測值。不限于圖2，從圖6到圖10所示的數(shù)據(jù)也是用一實施例的裝置使其帶電的情況下的數(shù)據(jù)。

帶電的微粒在分級部的電場中，一邊順著試樣氣體流流向排氣側(cè)，一邊向吸引側(cè)電極移動。小微粒更多被入口附近的吸引側(cè)電極捕捉。但是，在靠近吸引側(cè)電極的位置、即流路的下底面?zhèn)鹊奈恢茫晃氲拇笪⒘Ｒ脖蝗肟诟浇奈齻?cè)電極所捕捉。吸引側(cè)電極中，到達測定電極24－1、～24－n的微粒的電荷被各測定電極24－1、～24－n上連接的檢流電路28－1、～28－n檢測出。但是，到達測定電極的帶電微粒的檢測不限于檢流電路28－1、～28－n進行的檢測，作為另一實施例，也可以用例如晶體振子進行的重量測定等其他檢測方法。

在這里，示出每一粒徑的帶電微粒到達測定電極的比例(捕捉率)的計算方法。其計算模式如下所示。

流路10的試樣氣體，以在電極間(分級電極30與吸引側(cè)電極24、26之間)形成層流的條件流動。這時的速度分布由(1)式表示。

v＝f(x)(1)

在這里，v為試樣氣體流速，x為以流路的下底面為基準時的電極間方向的距離。

沿著流路10，分級電場開始作用的點為基點，以向流路出口方向的方向為y方向時，如圖3所示，該層流中的微粒對y方向以速度v移動，借助于分級電場向吸引側(cè)電極一側(cè)以速度vx移動。速度vx表示為電遷移率zp與分級電場的電場強度e之積，可用(2)式表示。

vx＝zpe(2)

電遷移率zp如下所述，電場強度e用分級電極與吸引側(cè)電極之間施加的分級電壓v與電極間距離d表示為

e＝v/d(3)

在這里，在分級電場開始作用的基點(y＝0)，x方向的任意位置x0上的具有電遷移率zp的帶電微粒到達吸引側(cè)電極的時間tx0如下所示。

tx0＝x0/vx

＝x0d/zpv(4)

該帶電微粒到達吸引側(cè)電極時的y方向的移動距離l0可如下所示表示。

在這里，電遷移率zp表示為

zp＝necc/3πμdp(6)。

n為電荷數(shù)；e為基本電荷；cc為cunningham修正系數(shù)；π為圓周率；μ為粘滯系數(shù)；dp為粒子直徑。粘滯系數(shù)μ與cunningham修正系數(shù)cc由下面的(7)～(10)式表示。

在這里，μγ為基準粘滯系數(shù)；tγμ為粘滯系數(shù)基準溫度(絕對溫度)；sμ為粘滯系數(shù)基準薩瑟蘭數(shù)(sutherland數(shù))；t為溫度(絕對溫度)；kn為克努森數(shù)(knudsennumber)；αc、βc、γc為常數(shù)；λ為平均自由程；λγ為基準平均自由程；pγλ為平均自由程基準壓力；p為壓力；tγλは平均自由程基準溫度(絕對溫度)、sλ為平均自由程基準薩瑟蘭數(shù)。

根據(jù)以上的說明，電遷移率zp是帶電微粒的粒徑dp的函數(shù)，因此可以求得在分級電場開始作用的基點(y＝0)，x方向的任意位置x0上的各種粒徑的帶電微粒到達吸引側(cè)電極時的y方向的移動距離l0。

假定某一粒徑dp的粒子在分級部入口的濃度分布可以無視，從最接近吸引側(cè)電極的位置、x＝0吸入的粒子的移動距離l為

l＝lmin＝0(11)。

另一方面，從離吸引側(cè)電極最遠的位置、x＝d(d為電極間距離)吸入的粒子的移動距離l為

在這里，試樣氣體流量記為q，流路10的入口的開口寬度記為w時，存在下述關系，即

因此

lmax＝qd/wzpv(14)。

從lmin到lo間的吸引側(cè)電極捕捉的每單位時間、單位面積的粒子濃度q(個/m²/sec)為

。在這里，基于(5)式和(12)式進行整理，整理后得到下式，即

q＝(czpv)/d(16)

與電極間方向x的位置xo無關，在0＜xo＜d間、即粒子的移動距離lmin到lmax間均勻分布。在這里，c是吸入裝置中的電遷移率zp的粒子濃度(個/m³)。

實際測定表示(16)式成立。將粒徑23納米、價數(shù)為1的粒子、即電遷移率為一定的單分散粒子導入表1的諸參數(shù)的裝置，從0v到400v改變電壓的情況下各測定電極檢測出的電流密度示于圖4。圖4中的數(shù)值是用與分級區(qū)域的基點的距離(單位：米)來表示測定電極的入口側(cè)位置與出口側(cè)位置的數(shù)值。例如，0.01m－0.0458m表示該測定電極的入口側(cè)的位置在離分級區(qū)域的基點0.01m的地方，出口側(cè)的位置在離分級區(qū)域的基點0.0458m的地方，其間就是沿著流路方向的電極寬度。根據(jù)圖4的結(jié)果，在離分級部入口不同距離的位置上設置的電極檢測出的電流密度在施加的電場強度的某個范圍內(nèi)沿著相同的直線上升。在這里，電流密度用每單位測定電極面積，每單位入口粒子濃度的值表示。而且也可以了解到，如(13)式所示，伴隨電場強度的上升，粒子的到達距離減小。

而且，用表1的諸參數(shù)的測定裝置，使電壓為400v，導入粒徑23納米、價數(shù)為1的粒子。使導入的粒子數(shù)濃度改變時用第1測定電極(最接近入口的測定電極0.01m－0.0458m)測定檢測信號。其結(jié)果示于圖5。檢測信號相對于粒子數(shù)濃度成線性關系。進行2次測定，顯示出充分的重現(xiàn)性。

吸引側(cè)電極的風向方向上的長度為l’(m)時，測得的電流值為

i＝czpvnel’/d

lmin到lmax間設置相同長度的吸引側(cè)電極時，關于粒徑dp能夠得到相同量的測定信號。又，信號量與電極的長度成正比，因此以該比也能夠排除電極長度不均勻的影響。在這里，e是基本電荷(c)。

在一實施例中，表示借助于單極充電方式帶電的微粒的粒徑與電遷移率(粒子濃度)的關系以及粒徑與該粒徑的粒子每1000個/cc的檢測電流值(靈敏度)的關系的實驗值用文獻值補充的曲線圖示于圖6。

從下述圖18到圖20的實施例的構成中，測定條件及裝置諸參數(shù)如表1所示設定，使其帶電，形成圖2的粒徑―電遷移率關系時的第2測定電極24－2與第1測定電極24－1間的差分信號、第3電極24－3與第2電極24－2間的差分信號、第4電極24－4與第3電極24－3間的差分信號、第5電極24－5與第4電極24－4間的差分信號、第6電極24－6與第5電極24－5間的差分信號給出的粒徑范圍示于圖7。還有，表及圖中「e+x」表示「10^+x」，「e－x」表示「10^-x」。

[表1]

在圖1的結(jié)構中，如表2所示設定測定條件及裝置諸參數(shù)，使其帶電實現(xiàn)圖2的粒徑―電遷移率關系時到達第1測定電極24－1與第2測定電極24－2的比例(捕捉率)、以及第1測定電極24－1與第2測定電極24－2間的差分信號給出的粒徑范圍示于圖8。

[表2]

所謂時間常數(shù)是指測定周期，所謂時間常數(shù)為1秒意味著輸出與每1秒鐘捕集的粒子數(shù)相應的信號。時間常數(shù)對最小檢測粒子濃度有影響。想要每0.1秒輸出信號時，信號量為1/10，使時間常數(shù)過大時不能夠追隨迅速變化的現(xiàn)象。

圖8對每一粒徑表示對該2級電極型裝置求得的每一粒徑的，第1測定電極24－1捕捉到的比例(捕捉率)a、第2測定電極24－2捕捉到的比例(捕捉率)b及從第1測定電極24－1的捕捉率減去第2測定電極24－2的捕捉率得到的差分信號c。取捕捉率的差分時，第一測定電極單獨進行的情況下，大粒徑側(cè)粒子的影響不能夠排除，但是通過取差分信號，能夠只取出特定粒徑范圍的信號。

同樣，在圖1的結(jié)構中，對8級電極型裝置，利用表3的測定條件及裝置諸參數(shù)加以規(guī)定，對使其帶電，實現(xiàn)圖2的粒徑―電遷移率關系時的實施例，各測定電極捕捉的每一粒徑的捕捉率示于圖9。

[表3]

基于圖9的結(jié)果，第n、第n+1電極的差分信號表示的每一粒徑的捕捉率示于圖10。圖10的曲線實施了歸一化處理，使得電極間的差分的粒徑分布的峰值相等。

差分得到的粒徑分布的意義如下所述。差分前，大粒徑粒子沒完沒了地來到各電極，由于差分化，能夠只對某一決定的粒徑范圍的粒子進行計數(shù)。而且由于差分化，振動、溫度、輻射等噪聲被消除，能夠得到高信噪比的測定信號。

歸一化的意義如下所述。越是粒徑大的粒子，理論上和實際上都是各電極捕捉的粒子數(shù)與每單位時間導入的粒子數(shù)之比越小。所謂歸一化，是導入的粒子數(shù)的濃度為1時，該電極捕捉的粒子數(shù)的減少在邏輯上用軟件處理進行修正。

回到圖1的實施例，各測定電極上連接的檢流電路28－1、28－2，如圖11a、圖11b所示，連接于運算部54，根據(jù)帶電微粒具有的電荷量進行規(guī)定的運算處理。根據(jù)實施形態(tài)，像圖11a那樣，從檢流電路28－1、28－2經(jīng)差分電路60連接于運算部54。在這里，測定電極作為2個說明，但是也有實施形態(tài)是1個測定電極的，在這種情況下，不像圖11b那樣設置差分電路。又有實施形態(tài)其測定電極有3個以上，在那樣的情況下，差分電路60設置于想要求差分的每一測定電極間。

運算部54可利用對這種微粒分級測定裝置的動作進行控制用的專用計算機或外部的通用計算機、例如個人電腦實現(xiàn)。運算部54上連接顯示測定結(jié)果的液晶顯示裝置等顯示部55a和取得記錄用的打印機等記錄部55b。

下面對使用于圖1的實施例的運算部加以說明，運算部54計算出到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的微粒數(shù)、總表面積、總重量、或它們的濃度值，作為到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的分級的微粒量。

例如為了計算出到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的粒子濃度，作為到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的分級的微粒量，運算部54具備粒子濃度變換運算單元。為此，運算部54保持著表示每一測定電極24－1、24－2的電荷量與微粒數(shù)的關系的粒子數(shù)校準數(shù)據(jù)，對于測定電極24－1、24－2，根據(jù)檢流電路28－1、28－2檢測出的電荷量，基于粒子數(shù)校準數(shù)據(jù)計算出到達各測定電極24－1、24－2的帶電微粒的粒子數(shù)。

粒子數(shù)校準數(shù)據(jù)是預先求得的，保持于作為運算部54的計算機中。對于測定對象來說，典型的粒徑分布常常是一定的。

粒子數(shù)校準數(shù)據(jù)，可以借助于能夠?qū)y定對象進行正確的粒子數(shù)計數(shù)的裝置，例如dma與cpc的組合、與實施例的微粒分級測定裝置並行運行求得。例如，圖17表示用標準計量儀器(dma)測定的某一大氣的每一粒徑的個數(shù)濃度分布的例子。同時相同的試樣也吸入本裝置。對標準計量儀器在某一運行條件下的每一粒徑劃分來累計標準計量儀器的測定結(jié)果，將累計結(jié)果與與其相當?shù)碾姌O的差分信號一起示于表4。測定前吸入清凈的空氣，調(diào)整0點，使得在吸入粒子數(shù)0個/cc測定電流為0a，因此，

變換計數(shù)＝基準粒子數(shù)/測定電流

能夠求得變換計數(shù)。以后，將該值與測定電流值相乘得到的就是測定粒子數(shù)濃度。

[表4]

為了計算出到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的總表面積作為到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的分級的微粒量，運算部54具備表面積變換運算單元。表面積變換運算單元保持有表示每一測定電極24－1、24－2的電荷量與總表面的關系的總表面積校準數(shù)據(jù)，對于測定電極24－1、24－2，根據(jù)檢流電路28－1、28－2檢測出的電荷量，基于總表面積校準數(shù)據(jù)，計算分別到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的總表面積。

總表面積校準數(shù)據(jù)也預先求得，保持于作為運算部54的計算機中?？偙砻娣e校準數(shù)據(jù)通過能夠測定正確的表面積的裝置，例如sem(掃描型電子顯微鏡)、tem(透射式電子顯微鏡)或afm(原子力顯微鏡)與實施例的微粒分級測定裝置并行運行能夠求得。例如，一邊將試樣吸入本裝置一邊利用靜電捕集器等捕集同樣的試樣，利用sem、tem、afm對其進行觀察，利用粒徑解析軟件對其圖像進行解析，求出捕集的粒子的粒徑及其個數(shù)濃度。然后利用與上述粒子數(shù)濃度的情況相同的方法求變換計數(shù)。

為了計算出到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的總重量作為到達測定電極24－1、24－2的帶電微粒的分級的微粒量，運算部54具備重量濃度變換運算單元。重量濃度變換運算單元保持有表示每一測定電極24－1、24－2的電荷量與總重量的關系的總重量校準數(shù)據(jù)，對于測定電極24－1、24－2，根據(jù)利用檢流電路28－1、28－2檢測出的電荷量，基于總重量校準數(shù)據(jù)計算到達各測定電極24－1、24－2的帶電微粒的總重量。

總重量校準數(shù)據(jù)也預先求出，保持于作為運算部54的計算機?？傊亓啃蕯?shù)據(jù)可通過對正確重量濃度進行計數(shù)的裝置，例如teom(振動元件式微量天平)或電氣低壓沖擊器與實施例的微粒分級測定裝置并行運行求得。

表5表示標準計量儀器(teom)測定的某大氣的每一粒徑的重量濃度分布的例子。這是同時將相同的試樣也吸入本裝置，對本裝置的每一粒徑劃分來累計基準計量儀器的測定結(jié)果，將其與相當?shù)碾姌O的差分信號一起表示的情況。測定前吸入清凈的空氣，進行0點調(diào)整，使吸入粒子數(shù)0個/cc時，測定電流為0a，因此能夠求得

變換計數(shù)＝基準重量濃度/測定電流

的變換計數(shù)。以后，將該值與測定電流值相乘得到的積就是測定重量濃度。

[表5]

在流路10的入口側(cè)(或出口側(cè))設置測定試樣氣體流量的流量計19，因此運算部54具備將計算出的微粒數(shù)、總表面積或總重量除以流量計19測得的試樣氣體流量，計算出各濃度值的濃度值計算部58。

而且運算部54具備像用dma進行的那樣實施去除多價帶電的影響的數(shù)據(jù)處理的逆運算部62－1、62－2，能夠利用dma、cpc等其他測定裝置不定價地求粒子數(shù)濃度。

流路在本實施例中形成與流路的流動方向垂直的方向的剖面形狀為橫方向扁平的形狀，但是也可以使流路的剖面形狀為實施例的流路形狀旋轉(zhuǎn)90度的縱方向扁平的形狀。而且不限于實施例所示剖面為方形的情況，也可以是圓形，也可以是吸引側(cè)電極(測定電極與陷阱電極)與分級電極形成雙重圓筒狀地相對配置的結(jié)構。

帶電器的放電電極不限于針狀電極，也可以是線狀電極與相對側(cè)平板電極的組合、兩個線狀電極的相互組合、多個這些組合的配合、還有使該多個電極的極性相對于流路上下鋸齒狀不同地配置的組合、與流路垂直地配置一組或多組線狀電極，與其相對，將一組或多組平板電極相對于流路水平或垂直配置的組合等。

一旦使帶電器中的放電電極上施加的電壓、放電電極與對置電極的距離、放電電極數(shù)、或放電電極的配置密度改變，就能夠使圖2所示的曲線的斜率改變。借助于此，即使是相同的測定電極，也能夠改變捕捉的粒徑范圍。

通過改變測定電極的位置、電極寬度或枚數(shù)，即使是相同的測定電極，也能夠改變捕捉的粒徑范圍。

通過改變分級電壓或試樣氣體流速，即使是相同的測定電極，也能夠改變捕捉的粒徑范圍。

又，如果將測定電極的電極寬度做得小，與距分級電場的基點相同距離的地方配置的電極寬幅測定電極相比，能夠提高粒徑分辨率。

圖12大概表示本發(fā)明的微粒分級測定裝置的另一實施例。與圖1的實施例的微粒分級測定裝置的不同點只是與分級電極30相對的，作為吸引側(cè)電極的測定電極24a和陷阱電極26a，其他結(jié)構是相同的。與圖1的實施例的構成部分相同的部分標以相同的符號，其說明省略。

與分級電極30相對的吸引側(cè)電極，由1個測定電極24a、以及相對于流路的試樣氣體的流動方向配置于測定電極24a上游側(cè)、即流路10的入口側(cè)的陷阱電極26a構成。與圖1的實施例一樣，分級電極30的流路入口側(cè)的前端位置與陷阱電極26a的流路入口側(cè)的前端位置被定位于離流路入口相同距離的位置上，其前端位置成為分級區(qū)域的基點，從流路入口到分級區(qū)域的基點的距離是助跑距離。

測定電極24a與陷阱電極26a等電位，測定電極24a上連接檢流電路28a，陷阱電極26a上沒有連接檢流電路，這一點也與圖1的實施例一樣。

從流路入口導入的試樣氣體中含有的微粒借助于放電電極20a的放電而帶電。分級電極30與陷阱電極26a、測定電極24a間被施加分級用的電場，帶電的微粒被沿著試樣氣體流送往該分級電場中。

圖13表示本實施例的帶電微粒的粒徑與電場中移動的容易程度(電遷移率)的關系。這是實驗值利用非專利文獻3補充的結(jié)果。在這里，作為規(guī)定的粒徑，大致以400納米的粒徑為界，粒徑比400納米小的微粒借助于單極擴散充電方式帶電，粒徑比400納米大的微粒借助于單極電場充電方式帶電。

即使是微粒分級測定裝置，也是帶電的微粒在分級部的電場中一邊順著試樣氣體流流向排氣側(cè)，一邊向陷阱電極26a及測定電極24a移動。非常小的微粒與非常大的微粒被入口側(cè)的陷阱電極26a捕捉，只有特定粒徑范圍的微粒到達測定電極24a，其電荷被測定電極24a上連接的檢流電路28a檢測出。

圖12的結(jié)構中，測定條件及裝置諸參數(shù)如表6所示設定，使其帶電形成圖13的粒徑―電遷移率關系時到達第1測定電極24－1的粒徑范圍示于圖14。圖14表示某幾種粒徑的粒子在分級部內(nèi)的軌跡。

如圖13所示，可知在該帶電狀態(tài)下，(1)9納米的粒子與16500納米的粒子具有相同的電遷移率，又，(2)23納米與4200納米的粒子具有相同的電遷移率，而且，(3)400納米的粒子具有最小的電遷移率。

在圖14表示為dpmax的軌跡中，表示其粒徑的粒子全部被吸入水平距離比其小的區(qū)域。表示為dp50的軌跡，意味著從其與鉛直距離0的線相交的水平方向距離到水平方向距離0的區(qū)域每單位時間捕集的粒子數(shù)為從入口每單位時間吸入的粒子數(shù)的50％(即表示為dp50的軌跡，從其與鉛直距離0的線相交的水平方向距離到dpmax的軌跡與鉛直距離0的線相交的水平方向距離的區(qū)域中，每單位時間捕集的粒子數(shù)為從入口每單位時間被吸入的粒子數(shù)的50％。)。

根據(jù)(1)，9納米的粒子與16500納米的粒子存在于相同的區(qū)域，而且，在圖14的例子中，在該區(qū)域配置與測定無關的陷阱電極，以將具有比其高的電遷移率的粒子捕捉于陷阱電極中加以排除。也就是說，表示圖13的電遷移率檢測上限。表示圖13的電遷移率檢測上限的小粒徑側(cè)粒徑為9納米，這就是圖13的檢測下限粒徑，表示電遷移率檢測上限的大粒徑側(cè)粒徑為16500納米。也就是說，在這個實施例中，用一枚測定電極只能夠檢測出粒徑范圍從9到16500納米范圍的粒子。電極需要的長度是能夠捕捉電遷移率最小的(3)的400納米的粒子的長度。也就是說，只要有圖14的dpmax400的軌跡與鉛直距離0的線相交的水平方向距離為止的長度即可。23納米與4200納米的粒子其50％被檢測出。

圖15是表示該實施例的帶電微粒的粒徑與測定電極24a的捕捉率的關系曲線圖。

圖16是表示圖18～圖20所示的實施例中的借助于單極充電方式帶電的微粒的粒徑與平均價數(shù)的關系、以及各粒徑的粒子濃度為1000個/cc時的每單位時間的測定電極單位面積捕捉的粒子密度的關系的實驗值用文獻值補充的曲線圖。

[表6]

連接于測定電極24a的檢流電路28a也連接于圖11a或圖11b所示的運算部54，根據(jù)帶電微粒具有的電荷量進行規(guī)定的運算處理。在圖12的實施例中，測定電極為1個，因此檢流電路也是1個。圖11a或圖11中，如果將檢流電路28－1記為檢流電路28a，刪除另一檢流電路28－2，差分電路60或差分運算單元也刪除，則成為這一實施例的制御部54。運算部54在這一實施例中也可以借助于控制微粒分級測定裝置的動作用的專用計算機，或外部的通用計算機，例如個人電腦實現(xiàn)。

在這一實施例中也是運算部54計算到達測定電極24a的帶電微粒的微粒數(shù)、總表面積、總重量、或其濃度值，作為到達測定電極24a的帶電微粒的分級的微粒的量。因此，運算部54具備粒子數(shù)濃度變換運算單元、重量濃度變換運算單元及表面積變換運算單元。各部的功能如對圖1的實施例基于圖11a及圖11b進行的說明所述，由于粒子數(shù)濃度變換運算單元、重量濃度變換運算單元及表面積變換運算單元，運算部54保持的校準數(shù)據(jù)也可以用基于圖11a及圖11b說明的方法求得。

在這一實施例中，流路也可以與圖1的實施例說明的一樣變形。

一旦使帶電器中的放電電極上施加的電壓、放電電極與對置電極的距離、放電電極數(shù)、或放電電極的配置密度改變，就能夠改變圖13所示的曲線的極小值的位置、描畫出v字型的曲線的狹角。借助于此，能夠改變測定電極捕捉的粒徑范圍。

通過改變測定電極的位置或電極寬度，也能夠改變測定電極捕捉的粒徑范圍。

通過改變分級電壓或試樣氣體流速也能夠改變測定電極捕捉的粒徑范圍。

圖18～圖20表示微粒分級測定裝置的再一實施例的具體結(jié)構。圖20表示沿流路的剖面圖。

流路10形成扁平立方體形狀，在其入口12和出口14，為了分別使試樣氣體流為平行流，配置有整流流阻11a、11b。整流流阻11a、11b設定為使試樣在流路寬度方向均勻分散的流路流阻。與流路相連的試樣導入口13a和排出口13b，氣流的截面積比流路10小，但是由于整流流阻11a、11b的關系，流路10的試樣氣體流形成在流路寬度上均勻的平行流。

與流路10的出口14連接的排出口13b上，連接有作為送風機構的鼓風機40，在鼓風機40的上游配置有風量傳感器42。設置調(diào)節(jié)器44，以便能夠?qū)⒘鹘?jīng)流路10的試樣氣體流量調(diào)節(jié)為一定量，調(diào)節(jié)器44能夠?qū)娘L機40的送風量進行調(diào)節(jié)，將其調(diào)節(jié)為風量傳感器42檢測出的檢測風量為能夠使試樣氣體形成層流的預定的一定量。

在流路10的入口附近，配置使試樣氣體中的微粒帶電的帶電器。帶電器在這個實施例中，由流路10的天花板面?zhèn)壬系南蛄髀?0的寬度方向伸展的導線構成的放電電極20、與在流路10的下底面?zhèn)扰c放電電極20平行配置的對置電極22構成。放電電極20與對置電極22在圖18、圖19b及圖20形成在與紙面垂直的方向上延伸的形狀。放電電極20配置于從流路10后退的位置，放電電極20與對置電極22之間的間隔為7mm，但這只是一個例子，該距離因充電電壓和想要的離子濃度而改變。

在流路10的下底面上，沿著流路方向在離入口12不同距離的位置上，從上流側(cè)依序配置陷阱電極26及6枚測定電極24－1～24－6。測定電極24－1、～24－6相互靠近配置，相鄰的測定電極間保持間隙配置。陷阱電極26及各測定電極24－1～24－6上，相對于流路方向在中央位置焊接有飾釘46。飾釘46對于陷阱電極26及測定電極24－1～24－6沿著流路寬度方向各設置3個。各飾釘25被嵌入該測定裝置的基底基板48上開的孔，成為陷阱電極26及測定電極24－1～24－6的流路方向的定位。

測定電極24－1～24－6的飾釘46中，配置于流路寬度方向中央的飾釘兼作取出檢測出的電流用的端子，這些飾釘46連接于各檢流電路28－1～28－6。檢流電路28－1～28－6具備放大電路(放大器)。檢流電路28－1～28－6在這里設置于全部測定電極，但是也可以只連接于要檢測電流值的測定電極。陷阱電極26的飾釘46上沒有連接檢流電路，而是將檢流電路接地。與陷阱電極26及各測定電極24－1～24－6相對，在流路10的天花板面上配置1個分級電極30。陷阱電極26及各測定電極24－1～24－6與分級電極30，其流路10的入口側(cè)與出口側(cè)的位置一致。

在流路10的入口側(cè)，帶電器與陷阱電極26之間還配置壓力傳感器50，流經(jīng)流路10的試樣氣體的壓力也能夠檢測。壓力傳感器50用于檢測流經(jīng)流路10的試樣氣體流的異常。

為了對各部提供工作需要的直流電源，設置ac/dc電源52，從ac/dc電源52通過各開關對各部提供電源。

為取入檢流電路和各種傳感器來的檢測信號加以記錄，同時為分級進行計算，設置cpu54a。cpu54a是實現(xiàn)圖11所示的運算部54的構件。ac/dc適配器56用于對cpu54a提供電源。

這一實施例中試樣氣體的分級動作也與圖1的實施例相同，因此動作說明省略。

在這一實施例中，測定電極24－1～24－6的位置由基底基板29的孔和測定電極24－1～24－6上的飾釘25的安裝位置決定。例如，基底基板48的孔的位置被固定時，測定電極24－1～24－6上的飾釘25的安裝位置改為偏離流路方向的中央位置的地方，這樣能夠改變測定電極24－1～24－6在流路方向上的位置。

在本實施例中，測定電極配置6枚，但是如果例如使電極寬度加倍，在1枚電極上安裝2列6個飾釘(スタッド)46，則電極枚數(shù)可改為3枚。

又，對從第1枚到第6枚測定電極的各檢測信號，第1枚與第2枚測定電極的檢測信號、第3枚與第4枚測定電極的檢測信號、第5枚與第6枚測定電極的檢測信號分別利用硬件，或利用軟件將其相加，得到與電極枚數(shù)為3枚時相同的結(jié)果。

圖12的實施例，作為其具體結(jié)構，也可以采用與圖20所示相同的電極結(jié)構。在這種情況下，陷阱電極26a上也安裝飾釘46，使嵌入該飾釘46的基底基板的孔為在流路方向上延伸的長孔，通過與流路方向的寬度不同的陷阱電極交換，能夠改變陷阱電極的位置與寬度。

試樣制作裝置的實施例、以及納米粒子膜成膜裝置的實施例，具有就微粒分級測定裝置說明過的以上實施例的流路、送風機構、帶電器、吸引側(cè)電極及分級電極，吸引側(cè)電極24－1、24－2、…24－n、24a沒有作為測定電極的功能，其表面載置取樣用捕集基板或納米粒子膜成膜基板。不需要微粒分級測定裝置的實施例中的檢流電路和計算帶電微粒的分級的微粒量的運算部。

吸引側(cè)電極為了在載置取樣用捕集基板或納米粒子膜成膜基板時不妨礙層流，而且不擾亂電場，形成例如圖21所示的結(jié)構。

在圖21的實施例中，吸引電極24配置為低于流路10的高度，比流路10低平板狀的基板70(取樣用捕集基板或納米粒子膜成膜基板)的厚度大小?；?0覆蓋著整個吸引電極24配置。因此，基板70的表面具有與流路10的底面相同的高度，基板70不向流路10突出，不會妨礙流路10中的層流。

作為基板70不向流路10突出的結(jié)構，可以是在吸引電極24上形成基板70的厚度尺寸的凹部，在該凹部配置基板70的結(jié)構，或使吸引電極24的厚度減薄了基板70的厚度尺寸，在吸引電極24上配置基板70的結(jié)構。不管哪一種結(jié)構，都是吸引電極24上配置的基板70的表面與流路10的底面形成相同高度，因此不妨礙流路10的層流。

符號說明

10流路

12流路入口

14流路出口

16風扇

18流量調(diào)整閥

19流量計

20放電電極

21充電電源

22對置電極

24－1、24－2、…24－n、24a測定電極

26陷阱電極

28－1、28－2、28a檢流電路

30分級電極

32分級電源

54運算部

60差分電路

70基板。