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专利名称：收集黄沙颗粒的方法及其装置和测定方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到收集在大气中浮游黄沙颗粒的方法及其装置，和对利用该方法收集的黄沙颗粒进行的测定方法及装置。
背景技术：
中国大陆内地沙漠的沙子由强风吹起，被上空的偏西北风带着飘洋过海作为黄沙来到日本。黄沙颗粒的直径随着地域的不同而不同。据称，在距离黄沙产生地近的中国大陆，黄沙颗粒的直径是20～30μm。而在距离黄沙产生地远的日本，黄沙颗粒的直径是4～5μm。
为了调查大气中的黄沙颗粒的形状，或鉴别其中含有的化学物质，利用过滤器收集大气中的黄沙颗粒，并利用显微镜观察，或进行化学分析。
另外，作为测定黄沙颗粒粒度分布的装置，现有技术采用的是把基于多级碰撞(カスケ-ドイソパクタ)方式的装置实用化。该基于多级碰撞方式的测定装置是利用通过流体冲撞收集板后急速改变其流动方向使颗粒从流体中分离的碰撞方法。把使50％收集效率的颗粒直径顺序变化的碰撞器串连成多级，在各级中的50％收集效率的颗粒直径作为各个级的代表直径，根据各个级中收集量的测定结果，求出流体中的粒度的分布。
但是，利用显微镜观察在大气中浮游的黄沙颗粒，或利用必须提供各种化学分析仪器的过滤器的收集方法，特别是飘到日本的黄沙颗粒由于细小到4～5μm的程度，单独提取每个颗粒是极其困难的。另外，由于在利用显微镜观察时，观察附着在过滤器上的状态的黄沙颗粒，所以因背景的过滤器像的影响，而使颗粒的像不鲜明。其结果是存在难于观察黄沙颗粒的问题。还有，即使把收集到的黄沙颗粒提供给各种分析仪器，由于从过滤器上单独提取黄沙颗粒是困难的，所以有必要利用仪器以附着在过滤器的状态进行分析。在这种场合下，存在有如下的问题，例如在荧光X射线分析装置等中，只对颗粒照射X射线是困难的，实质上的分析是不可能的，或难于进行前期处理等。
另外，利用基于现有的多级碰撞器方式的现有的测定装置，在测定黄沙颗粒的粒度分布的情况下，其原理上，由于颗粒直径的分辨率(分解能)由收集板的数量决定，所以不期望利用高分散性测定粒度分布。

发明内容
本发明的目的是提供一种非常容易收集黄沙颗粒的方法和装置，利用该方法和装置，可有效率地收集存在大气中的黄沙颗粒，并且利用显微镜观察收集的黄沙颗粒，或提供给各种分析仪器；以及提供一种黄沙颗粒的测定方法和装置，其利用上述的收集方法和装置，能够对收集的黄沙颗粒的粒度分布和颗粒浓度在高分散性的基础上进行测定。
为了达到上述的目的，本发明的黄沙颗粒的收集方法是收集含于大气中的黄沙颗粒的方法，其特征在于，利用泵把大气吸入到容器内的同时，利用在所述容器内设置的放电电极产生单极离子，使含于大气中的黄沙颗粒的浮游颗粒带电，在所述容器内将所述带电颗粒收集在相对所述放电电极施加电位差的集尘电极上。
在本发明的收集黄沙颗粒的方法中，在内部设置放电电极和集尘电极的容器内吸入大气，由于利用从放电电极产生的单极离子使大气中的黄沙颗粒带电来收集在集尘电极的表面上，所以可以容易单独提取收集的黄沙颗粒，能够容易地提供给各种分析仪器，利用显微镜观察也容易。
另一方面，本发明的黄沙颗粒的测定方法的特征在于在维持利用上述收集黄沙颗粒的方法收集的颗粒的分散状态的状态下，测定照射激光得到的衍射·散射光的空间强度分布，根据其测定的结果求出只在含有黄沙颗粒的颗粒直径范围的粒度分布和颗粒浓度。
在本发明的黄沙颗粒的测定方法中，对在上述集尘电极上收集的黄沙颗粒，通过利用激光衍射·散射式的粒度分布测定方法求得粒度分布，可以在高分散性的基础上测定黄沙颗粒的粒度分布和颗粒浓度。
即，在激光衍射·散射式的粒度分布测定方法中，一般，对分散状态被测定颗粒群照射激光，测定所得到的衍射·散射光的空间强度分布，利用该强度分布以米(ミ-)的散射理论或夫琅和费的衍射理论为准则，根据衍射·散射光的空间强度分布的测定结果，通过基于米的散射理论以及夫琅和费的衍射理论进行计算，求出被测定颗粒群的粒度分布。如果利用该激光衍射·散射式的粒度分布测定，则通过把用于使被测定颗粒群分散的媒体中的浓度在适当范围内，则能够用高分散性求出在广的颗粒直径范围的粒度分布。
但是，即使是对大气中的黄沙颗粒直接照射激光以测定衍射·散射光，由于大气中黄沙颗粒的浓度过低的关系，也不能得到用于求出粒度分布的充分的衍射·散射光。
因此，在本发明中，把大气吸入到容器内，使在容器中的含有黄沙颗粒的颗粒带电，并收集在收集电极上，在使适合激光衍射·散射式的粒度分布测定的浓度范围的基础上分散该收集的颗粒，照射激光以测定衍射·散射光的空间强度分布。因此，能在与通常的激光衍射·散射式的粒度分布测定相同的广的颗粒直径范围内，在高分散性的基础上，测定吸引到容器内的大气中存在的颗粒的粒度分布。然后，在测定点的黄沙颗粒的颗粒直径范围，由于通过预先调查等进行判断，所以只要测定其颗粒直径范围的粒度分布，其构成粒度分布的颗粒成为主导的黄沙颗粒，因此其测定结果就能大致正确表示大气中浮游的黄沙颗粒的粒度分布。
另外，在其粒度分布测定中，通过对所使用的激光衍射·散射式的粒度分布测定装置，利用浓度已知的颗粒预先进行标定，由于吸引到容器内的大气的量从泵的流量和其驱动的时间容易分离出来，所以能够求出大气中黄沙颗粒的浓度。


图1是本发明实施例的构成图，是把收集装置10和用于测定利用该收集装置10收集的黄沙颗粒的粒度分布及颗粒浓度的激光衍射·散射式粒度分布测定装置20合并在一起表示的图；图2是表示能够利用在本发明收集装置10中的集尘电极4的其它构成例的模式的剖面图；图3是表示利用图2的集尘电极4时的激光衍射·散射式粒度分布测定装置的主要部分构成例的图。
具体实施例方式
下面，边参照附图边说明本发明的实施例。
图1是本发明实施例的构成图。是把收集装置10和用于测定利用该收集装置10收集的黄沙颗粒的粒度分布及颗粒浓度的激光衍射·散射式粒度分布测定装置20合并在一起表示的图。
收集装置10是由收集容器1和泵2、以及在收集容器1中设置的放电电极3和集尘电极4为主体构成的。在具有自由开闭的盖1a的收集容器1上，形成有大气流入口1b、向着泵(收集用压缩机)2的吸引口的输送口1c。在盖1a关闭的状态下，通过驱动泵2，通过流入口1b把大气吸入到收集容器1内。在收集容器1内，在其上部设置放电电极3。在其下方与放电电极3相对地设置集尘电极4。在放电电极3上利用高压电源5施加高压电源，使放电电源3附近的空气电离，产生单极离子。
另一方面，集尘电极4连接到接地电位上。单极离子利用该集尘电极4和放电电极3的电位差向集尘电极4移动。单极离子在移动过程中，与收集容器1内的在大气中含有的黄沙等的浮游颗粒P接触，使其带电。含有带电黄沙的浮游离子P利用放电电极3和集尘电极4的电位差，向集尘电极4移动，被集尘电极4的表面收集。
作为集尘电极4如果利用带有平滑平面的金属等的导体，或在透明的玻璃和塑料等的表面涂覆上透明电极作为集尘电极4，则能够容易一个个地提取收集的黄沙颗粒等的颗粒P。因此，在显微镜观察的情况下，能够得到简单鲜明样品的像。另外，即使提供给各种分析仪器进行分析的情况下，样品和前期处理也非常容易。
在测定收集的黄沙颗粒的粒度分布的情况下，在集尘电极4上收集的所有的颗粒P提供给由激光衍射·散射式粒度分布测定装置20进行测定。图1所示的实施例是表示进行湿式测定情况下的实施例。在湿式测定情况下，分散槽21内装有例如蒸馏水、有机溶剂、或者在其上添加界面活性剂等的分散剂的液体构成的媒液L，把在集尘电极4上收集的颗粒P投入媒液L中进行分散。
分散槽21在设置搅拌机21a和超声波振子21b的同时，在其底部连通到循环用配管21c的一端。该循环用配管21c通过循环用泵21d连通到流量盒22(フロ-セル)的入口。还有，该循环用配管21c开口在分散槽21的上方，并直接连通到该流量盒22的出口。另外，在分散槽21的底部设置有用于排出内容物的排出阀21e。
在把颗粒P投入到分散槽21内的媒液L中的情况下，通过驱动搅拌机21a和超声波振子21b，在使颗粒P均匀分散在媒液L中的同时，去除在媒液L中含有的气泡。媒液L和在其中被分散的颗粒P通过循环用泵21d的驱动，经过循环用配管21c流到流量盒22后，返回分散槽21内。
激光衍射·散射式粒度分布测定装置20的测定部以上述流量盒22、对流量盒22进行激光照射的照射光学系统23、和测定从照射光学系统23的激光衍射·散射光的空间强度分布的测定光学系统24为主体构成。
照射光学系统23是由激光源23a、集光透镜23b、空间滤波器23c、准直透镜23d构成。从激光源23a输出的激光作为平行光束照射到流量盒22。照射到该流量盒22的激光通过在其内部流动的媒液L中的颗粒P而受到衍射·散射。该衍射·散射光的空间强度分布由测定光学系统24测定。
测定光学系统24的构成包括在照射光学系统23的光轴上隔着流量盒22设置的集光透镜24a和环形检测器24b、在其外侧设置的前方广角散射光传感器群24C、在流量盒22的侧方和后方(照射光学系统23一侧)设置的侧方/后方散射光传感器群24d。环形检测器24b被设置为同心的具有相互不同的半径的环状、或1/2环状、或1/4环状的受光面的光传感器的光传感器阵列。能够检测由集光透镜24a集光的前方规定角度以内的衍射·散射光的空间强度分布。因此，利用由这些传感器群构成的测定光学系统24，在从前方微小角度到后方的广大的范围，对被流量盒22内的媒液L中分散的颗粒P所衍射·散射光的强度分布进行测定。
由上述测定光学系统24产生的各衍射·散射角度的光强度检测信号被分别通过具放大器和A-D转换器的数据取样电路25放大后数字化，作为衍射·散射光的空间强度分布的数据被计算机读取。
在计算机26中，利用衍射·散射光的空间强度分布，通过在衍射·散射式粒度分布测定中公知的基于米的散射理论和夫琅和费的衍射理论的演算方法，计算出作为激光衍射·散射的原因颗粒的流量盒22内的颗粒P的粒度分布。
此时，为了计算黄沙颗粒的粒度分布，预先利用例如显微镜观察等调查黄沙颗粒的直径范围，在计算机26中设定该颗粒直径范围。在计算机26中，根据该设定，从在集尘电极4上收集的大气中的所有的颗粒P的粒度分布之中，只挑选出黄沙颗粒的颗粒直径范围的粒度分布，归一化该颗粒直径范围的分布数据，在显示器(未图示)上显示大气中黄沙颗粒的粒度分布，或利用打印机(未图示)打印出来。
另外，在测定之前，利用单位体积中含有的个数已知的标准颗粒，测定散射光的绝对强度进行标定。因此，颗粒P的衍射·散射光的绝对强度，和送入收集容器1的大气的总量，即，从泵2的流量和驱动时间能够得到单位体积中含有的颗粒直径与个数的关系。从该计算的结果和上述含有黄沙颗粒的颗粒直径的范围，能够计算单位体积的大气所含有的黄沙颗粒的浓度。
所以，通过每隔一定时间重复进行上述的测定，能够连续监视大气中的黄沙颗粒的状况，例如黄沙颗粒的浓度在超过预先设定浓度情况下，还能通过发出警报报告该情况。
另外，在上述实施例中，表示的是使在收集电极4上收集的颗粒P在媒液L中分散以进行粒度分布的测定的实施例。在本发明中，除利用这样的湿式测定的激光衍射·散射式粒度分布测定以外，也可以采用不使用媒液的干式测定的激光衍射·散射式粒度分布测定。
在采用干式测定的情况下，如在图2中其模式的剖面图所示，利用在玻璃和塑料等的透明板4a的表面上涂敷透明电极膜4b部分作为集尘电极4。由于这样的构成，对收集颗粒P的集尘电极4直接照射激光，能够测定其衍射·散射光的空间强度分布，能够使该测定作业容易。
这种情况的激光衍射·散射式粒度分布测定装置的主要部分的构成实施例表示在图3中。该构成具有如下特征代替图1所示的流量盒22，配置有表面收集颗粒P的透明板4a和透明电极4b构成的集尘电极4。由于不使用媒液L所以也不需要分散槽21。另外，测定光学系统以下的构成与图1完全相同。利用这样的干式测定，集尘电极4上的颗粒P限定在适宜的浓度(单位面积的颗粒P的存在量)，与上述的湿式测定同样，能够正确测定由颗粒P产生的激光的衍射·散射光的空间强度分布，能够具有与上述的实施例同样的效果。
另外，利用该透明板4a和透明电极4b构成的集尘电极4，该集尘电极4在收集的状态下就能够进行黄沙颗粒的显微镜观察。
如上所述，如果利用本发明的收集黄沙颗粒的方法，则能够有效率地收集在大气中浮游的黄沙颗粒，并且由于对一个个黄沙颗粒的提取简单，而能够容易提供给显微镜观察和各种分析仪器的分析。
另外，如果利用本发明的黄沙颗粒的测定方法，则能够在高分散性基础上测定黄沙颗粒的粒度分布。以及，可以正确测定大气中黄沙颗粒的浓度，也能够监视黄沙颗粒的浓度变化和根据其结果发布警报。
权利要求
1.一种收集含于大气中的黄沙颗粒的方法，其特征在于包括利用泵把包括含有黄沙颗粒的浮游颗粒的大气吸入到容器内的步骤，通过用在所述容器内设置的放电电极产生单极离子使含有黄沙颗粒的浮游颗粒带电的步骤，将所述带电浮游颗粒收集在设置在所述容器内的和相对所述放电电极施加有电位差的集尘电极上的步骤。
2.如权利要求1所述的收集黄沙颗粒的方法，其特征在于所述集尘电极具有透明板和在该透明板的表面涂敷的透明电极膜，所述收集步骤将所述带电的浮游颗粒收集在所述透明电极膜上。
3.一种测定含于大气中的黄沙颗粒的方法，其特征在于，包括在使通过权利要求1或2所述的方法收集的浮游颗粒维持在分散状态的状态下，测定将激光照射在处在所述分散状态的浮游颗粒上所得到的衍射光和散射光的空间强度分布的步骤，根据所述空间强度的测定结果，求出只在含有黄沙颗粒的颗粒直径范围的粒度分布和颗粒浓度的步骤。
4.如权利要求3所述的测定方法，其特征在于具有使所述收集的所述浮游颗粒分散在液体中的步骤。
5.如权利要求3所述的测定方法，其特征在于在测定所述空间强度分布步骤中向所述集尘电极的透明板上照射激光。
6.一种收集含于大气中的黄沙颗粒的装置，其特征在于包括收容包括含有黄沙颗粒的浮游颗粒的大气的容器，设置在所述容器内通过产生单极离子使含有所述黄沙颗粒的浮游颗粒带电的放电电极，设置在所述容器内并相对所述放电电极具有电位差借此收集所述带电浮游颗粒的集尘电极。
7.如权利要求6所述的收集黄沙颗粒的装置，其特征在于，所述集尘电极具有透明板和在该透明板的表面上涂敷的透明电极膜。
8.一种测定含于大气中的黄沙颗粒的装置，其特征在于包括对利用权利要求6或7所述的装置收集的维持在分散状态的浮游颗粒照射激光的照射单元，测定从所述浮游颗粒得到衍射光和散射光的空间强度分布的测定单元，根据所述空间强度的测定结果，计算出只在含有黄沙颗粒的颗粒直径范围的粒度分布和颗粒浓度。
9.如权利要求8所述的测定装置，其特征在于，具有在其中放入液体的分散槽，使所述收集的所述浮游颗粒在液体中分散。
10.如权利要求8所述的测定装置，其特征在于，所述照射单元向所述集尘电极的透明板上照射激光。
全文摘要
一种收集含于大气中的黄沙颗粒的方法及装置和其测定方法及装置，利用泵吸引大气到收集容器内，利用由在其内部设置的放电电极产生的单极离子，使含有含于大气中的黄沙颗粒的颗粒带电，收集在相对放电电极施加电位差的集尘电极4上，容易对收集的颗粒一个个地提取。把收集的颗粒作为测定对象，利用激光衍射·散射式粒度分布测定装置，通过求出只在预先设定的黄沙颗粒的颗粒直径范围的粒度分布和颗粒浓度，可以在高分散的基础上测定大气中的黄沙颗粒的粒度分布，并且，还可以测定大气中黄沙颗粒浓度。
文档编号G01N33/24GK1475790SQ0314752
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月9日 优先权日2002年7月18日
发明者十时慎一郎 申请人:株式会社岛津制作所