JP2008020408A - Number concentration standard gas generator and method for producing number concentration standard gas - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、特定の粒径のみのナノ粒子が既知の個数濃度で存在する気体、いわゆる個数濃度標準気体を生成する個数濃度標準気体の生成装置及び個数濃度標準気体の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】100nm以下の特定の粒径のみの標準ナノ粒子Pが既知の個数濃度で含有される液体Wを噴霧手段1により噴霧して、前記標準ナノ粒子Pを一つのみ含有する若しくは含有しない状態で気体中に浮遊する液滴Dを発生させた後、発生した液滴Dのうちから特定の粒径の液滴dのみを選別手段2により選別し、該選別された特定の粒径の液滴dの個数を計数手段3により計数した上で該液滴dを乾燥手段4により乾燥させることにより、浮遊状態の前記標準ナノ粒子Pが所定の個数濃度で存在する気体Gを製造することを特徴とする。
【選択図】図1The present invention provides a gas in which nanoparticles having a specific particle size are present at a known number concentration, a number concentration standard gas generating device for generating a so-called number concentration standard gas, and a method for producing the number concentration standard gas. The task is to do.
A liquid W containing standard nanoparticles P having a specific particle size of 100 nm or less in a known number concentration is sprayed by a spraying means 1 to contain or contain only one of the standard nanoparticles P. After the droplets D floating in the gas are generated in a non-conducting state, only the droplets d having a specific particle size are selected from the generated droplets D by the selecting means 2, and the selected specific particle size is selected. After the number of droplets d is counted by the counting means 3, the droplets d are dried by the drying means 4, thereby producing a gas G in which the standard nanoparticles P in a floating state are present at a predetermined number concentration. It is characterized by that.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ナノ粒子の個数濃度計測を正確に行うべく、粒子計測装置のキャリブレーション(検定)を行うのに必要となる個数濃度標準気体の生成装置、及び、個数濃度標準気体の製造方法に関する。 The present invention relates to a number concentration standard gas generating apparatus and a method for producing a number concentration standard gas necessary for performing calibration (verification) of a particle measuring device in order to accurately measure the number concentration of nanoparticles. .
従来から、ディーゼル車などの排気ガス中に含まれる粒子状物質が健康に害を及ぼすことが大きな社会問題として認識されている。このため、今日に至るまで様々な取り組みがなされており、クリーンなエンジンやディーゼル車に取り付けられるフィルターの開発や種々の法的規制などが行われてきた結果、すすなどと呼ばれる視認可能な程度の比較的粒径の大きい粒子状物質(具体的には、数百nm程度)を除去することにおいて一定の効果を挙げてきた。 Conventionally, it has been recognized as a major social problem that particulate matter contained in exhaust gas from diesel vehicles and the like is harmful to health. For this reason, various efforts have been made to date, and as a result of the development of clean engines and filters attached to diesel vehicles and various legal regulations, so-called soot etc. are visible. A certain effect has been achieved in removing particulate matter having a relatively large particle size (specifically, about several hundred nm).
これらの粒子状物質に関する研究においては、粒子の計測手法として、レーザー光散乱等を利用した光学的な手法のほか、粒子の電気移動度に基づくSMPS(Scanning Mobility Particle Sizer)、DMS(Differential Mobility Spectrometer)若しくはDMA(Differential Mobility Analyzer)等の手法や、粒子の慣性衝突を利用したELPI(Electrical Low Pressure Impactor)等の手法が用いられてきた。これらの各種手法は、上述のような比較的粒径の大きい粒子状物質の計測を正確に行うことができるものとして確立されている。 In research on these particulate materials, in addition to optical methods using laser light scattering, etc., SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer) and DMS (Differential Mobility Spectrometer) are used as particle measurement methods. ) Or DMA (Differential Mobility Analyzer), and ELPI (Electrical Low Pressure Impactor) using particle inertial collision has been used. These various methods have been established as being capable of accurately measuring particulate matter having a relatively large particle size as described above.
ところで、最近の研究においては、上記のような比較的粒径の大きい粒子状物質も然ることながら、より小さくて視認できない程度(例えば、100nm以下)の粒径の粒子も人体に多大な悪影響を及ぼすことが判明してきている。ここで、図3は、排気ガス中に含まれる粒子状物質に対して特定の粒径の粒子が占める割合を粒径ごとの分布で表わしたものであるが、質量をベースにした場合(いわゆる質量濃度、図3中の破線)には、大きな割合を占めるのは粒径が数百nm程度の比較的大きい粒子である一方、個数をベースにした場合(いわゆる個数濃度、図3中の実線)には、粒径が100nm以下の粒子が占める割合が大きいことが分かる(非特許文献1 第6頁、Figure3参照)。
By the way, in recent research, the above-mentioned particulate matter having a relatively large particle size is also used, but particles having a particle size that is smaller and invisible (for example, 100 nm or less) have a great adverse effect on the human body. It has become clear. Here, FIG. 3 shows the ratio of particles having a specific particle size to the particulate matter contained in the exhaust gas as a distribution for each particle size. The mass concentration (broken line in FIG. 3) occupies a large proportion of relatively large particles having a particle size of about several hundred nanometers, while the number based (so-called number concentration, solid line in FIG. 3). ) Shows that the proportion of particles having a particle size of 100 nm or less is large (see Non-Patent
このため、最近では、粒子状物質の計測においては、質量濃度とともに個数濃度が重要な計測事項となって来ている。ここで、上記SMPSや、DMS若しくはDMA、ELPI等の計測手法は、質量濃度だけでなく個数濃度を計測することが可能なものもあるため、従来から個数濃度の計測においてもそのまま用いられている。ただし、上記レーザー光散乱等を利用した光学的な手法は、散乱光強度が粒径の6乗に比例するものであり、粒径が小さくなるにつれて散乱光強度も急激に小さくなるため、検知できる粒径の限界が100nm程度であり、粒径が100nm以下の粒子の計測には特に適さない。 For this reason, recently, in the measurement of particulate matter, the number concentration as well as the mass concentration has become an important measurement item. Here, the measurement methods such as SMPS, DMS, DMA, ELPI and the like can measure not only the mass concentration but also the number concentration, so that they are conventionally used as they are in the number concentration measurement. . However, the optical method using laser light scattering or the like can be detected because the scattered light intensity is proportional to the sixth power of the particle diameter, and the scattered light intensity rapidly decreases as the particle diameter decreases. The limit of the particle size is about 100 nm, which is not particularly suitable for measuring particles having a particle size of 100 nm or less.
しかしながら、上記SMPSや、DMS若しくはDMA、ELPI等の計測手法であっても、粒径が100nm以下の超微小粒子は、その小ささ故に、上述したような現在利用可能な計測手法では正確な計測が困難であるということが問題となっている。また、このことは、粒径が100nm以下の粒子を発生させないクリーンエンジンの開発を促進したり、そのような粒子の排出を規制したりすることの障害となっている。 However, even with the measurement methods such as SMPS, DMS, DMA, ELPI, etc., ultra-fine particles having a particle size of 100 nm or less are accurate because of their small size. The problem is that measurement is difficult. In addition, this is an obstacle to promoting the development of a clean engine that does not generate particles having a particle size of 100 nm or less or restricting the discharge of such particles.
具体的に説明すると、非特許文献2にあるように、欧州の自動車技術標準国際フォーラムにおける粒子計測プログラム(PMP ; Particle Measurement Programme)による種々の粒子計測手法若しくは装置の比較実験において、例えば粒径が約60nmのナノ粒子を計測したところ、図4に示すように、粒子計測手法若しくは装置間で個数濃度が桁違いのばらつきをみせることが判明した。図4の縦軸は個数濃度であり、横軸に沿って各計測装置の結果が並べられている。この詳細については、上記非特許文献2の第126〜127頁、Figure92,93にも開示されている。
More specifically, as described in Non-Patent
そして、現状では、いずれの粒子計測手法若しくは装置であれば正確な計測を行うことが可能であるのかさえも判断することが出来ないという状況である。 In the present situation, it is impossible to determine which particle measurement method or apparatus can perform accurate measurement.
かかる状況を解決するためには、粒径の小さい粒子を計測するのにいずれの計測手法若しくは計測装置が適しているのかを評価する必要があり、このためには、第一義的に、特定の粒径のみのナノ粒子が既知の個数濃度で存在する気体(いわゆる、個数濃度標準気体)が必要となる。ここで、特定の粒径のみのナノ粒子が既知の個数濃度で液体中に存在する状態のものを製造する手法は既に確立されており、一般に「標準粒子」と呼ばれるものとして販売され入手可能である。 In order to solve such a situation, it is necessary to evaluate which measurement method or measurement apparatus is suitable for measuring particles having a small particle diameter. A gas (so-called number concentration standard gas) in which nanoparticles having a particle size of only a certain number concentration exist is required. Here, a method for producing a nanoparticle having a specific particle size in a liquid at a known number concentration has already been established, and is generally sold and available as a so-called “standard particle”. is there.
しかしながら、上記のような個数濃度標準気体といったものを製造する手法は未だ開発されておらず、このために、粒子計測装置のキャリブレーション(検定)を行うことが不可能となっている。 However, a method for producing such a number concentration standard gas as described above has not yet been developed, and for this reason, it is impossible to perform calibration of the particle measuring apparatus.
そこで、本発明は、特定の粒径のみのナノ粒子が既知の個数濃度で存在する気体、いわゆる個数濃度標準気体を生成する個数濃度標準気体の生成装置及び個数濃度標準気体の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a gas having a known number concentration of nanoparticles having a specific particle size, a number concentration standard gas generating apparatus for generating a so-called number concentration standard gas, and a method for producing the number concentration standard gas. For the purpose.
本発明に係る個数濃度標準気体の生成装置は、100nm以下の特定の粒径のみの標準ナノ粒子が既知の個数濃度で含有される液体を噴霧して、前記標準ナノ粒子を一つのみ含有する若しくは含有しない状態で気体中に浮遊する液滴を発生させる噴霧手段と、発生した液滴のうちから特定の粒径の液滴のみを選別する選別手段と、該選別手段によって選別された液滴を乾燥させる乾燥手段と、該乾燥手段に導入される液滴の個数を計数する計数手段とを備え、浮遊状態の前記標準ナノ粒子が所定の個数濃度で存在する気体を生成することを特徴とする。 The number concentration standard gas generating device according to the present invention sprays a liquid containing standard nanoparticles having a specific particle size of 100 nm or less in a known number concentration, and contains only one of the standard nanoparticles. Alternatively, spraying means for generating droplets floating in the gas without containing, sorting means for selecting only droplets having a specific particle size from the generated droplets, and droplets selected by the sorting means A drying means for drying the liquid and a counting means for counting the number of droplets introduced into the drying means, wherein the standard nanoparticles in the suspended state generate a gas having a predetermined number concentration. To do.
また、本発明に係る個数濃度標準気体の製造方法は、100nm以下の特定の粒径のみの標準ナノ粒子が既知の個数濃度で含有される液体を噴霧して、前記標準ナノ粒子を一つのみ含有する若しくは含有しない状態で気体中に浮遊する液滴を発生させた後、発生した液滴のうちから特定の粒径の液滴のみを選別し、該選別された特定の粒径の液滴の個数を計数した上で該液滴を乾燥させることにより、浮遊状態の前記標準ナノ粒子が所定の個数濃度で存在する気体を製造することを特徴とする。 In addition, the method for producing a number concentration standard gas according to the present invention includes spraying a liquid containing standard nanoparticles having a specific particle size of 100 nm or less in a known number concentration, so that only one standard nanoparticle is obtained. After generating droplets floating in the gas with or without being contained, only the droplets with a specific particle size are selected from the generated droplets, and the selected droplets with a specific particle size The gas is counted and the droplets are dried to produce a gas in which the standard nanoparticles in a floating state are present in a predetermined number concentration.
上記構成からなる個数濃度標準気体の生成装置及び個数濃度標準気体の製造方法によれば、ナノ粒子が液滴の中に存在する状態として、既に確立された粒子の計測手法を用いることができる大きさの粒径とすることにより、信頼に足るレベルでの計測を行うことが困難なナノ粒子の数量を正確に把握することが可能となる。 According to the number concentration standard gas generating apparatus and the number concentration standard gas manufacturing method configured as described above, it is possible to use an already established particle measurement method as a state in which nanoparticles are present in a droplet. By setting the particle size to a certain size, it is possible to accurately grasp the number of nanoparticles that are difficult to measure at a reliable level.
即ち、上記においては、噴霧された液滴のうち比較的大きい特定の粒径(例えば、100nmより大きい粒径)の液滴のみが選別され、かかる液滴の個数が既に確立された計測手法を用いて正確に計測される。従って、かかる選別された液滴を集めれば、該液滴の粒径及び個数から集められた液滴の合計体積に相当する量が分かり、標準ナノ粒子の個数濃度が既知であることから、集められた標準ナノ粒子の個数が分かる。そして、液滴の液体を乾燥させれば、該液滴に含まれていた標準ナノ粒子が気体中に浮遊する状態となる。このとき、標準ナノ粒子を一つのみ含有する液滴からは、一つの標準ナノ粒子が気相中に放出され、標準ナノ粒子を含有しない液滴は、蒸発して消滅する。 That is, in the above, a measurement method in which only droplets having a relatively large specific particle size (for example, a particle size larger than 100 nm) are selected from the sprayed droplets and the number of such droplets has already been established. Used to measure accurately. Therefore, if such selected droplets are collected, the amount corresponding to the total volume of the collected droplets can be determined from the particle size and number of the droplets, and the number concentration of standard nanoparticles is known. The number of standard nanoparticles obtained is known. And if the liquid of a droplet is dried, it will be in the state where the standard nanoparticle contained in this droplet floats in gas. At this time, from a droplet containing only one standard nanoparticle, one standard nanoparticle is released into the gas phase, and a droplet not containing the standard nanoparticle evaporates and disappears.
ところで、液滴中に標準ナノ粒子を複数個含有しないようにしているのは、複数の標準ナノ粒子が当初は独立して液滴中に存在していても、乾燥の際に該複数の標準ナノ粒子が固着してしまい、元の標準ナノ粒子とは粒径の異なる単一の粒子となってしまうからである。なお、前記標準ナノ粒子を一つのみ含有する若しくは含有しない状態の液滴を得るには、標準ナノ粒子が所定の個数濃度で含有される市販の液体などを水等で十分に(例えば、1千倍〜1万倍)希釈すればよいことが経験的に判明している。 By the way, the reason why a plurality of standard nanoparticles are not contained in the droplet is that the plurality of standard nanoparticles are initially present in the droplet even when the plurality of standard nanoparticles are present independently in the droplet. This is because the nanoparticles are fixed and become a single particle having a different particle size from the original standard nanoparticles. In order to obtain droplets containing only one standard nanoparticle or not containing one standard nanoparticle, a commercially available liquid containing standard nanoparticles in a predetermined number concentration is sufficient with water or the like (for example, 1 It has been empirically found that it is necessary to dilute (1,000 to 10,000 times).
以上のように、本発明によれば、特定の粒径のみのナノ粒子が既知の個数濃度で存在する気体、いわゆる個数濃度標準気体を得ることができる。そして、かかる個数濃度標準気体を用いれば、粒子計測装置のキャリブレーションを行うことができるので、延いては、超微小粒子を発生させないクリーンエンジンの開発や、超微小粒子の排出規制を有効に行うことが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a gas in which nanoparticles having a specific particle size are present at a known number concentration, so-called number concentration standard gas. And by using this number concentration standard gas, it is possible to calibrate the particle measuring device, and as a result, development of a clean engine that does not generate ultrafine particles and regulation of emission of ultrafine particles are effective. Can be performed.
以下に、本発明に係る個数濃度標準気体の生成装置及び個数濃度標準気体の製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Embodiments of a number concentration standard gas generating device and a number concentration standard gas manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態に係る個数濃度標準気体の生成装置は、図1に示すように、100nm以下の特定の粒径のみの標準ナノ粒子Pが既知の個数濃度で含有される液体(以下、標準液体)Wを噴霧して、前記標準ナノ粒子Pを一つのみ含有する若しくは含有しない状態で気体中に浮遊する液滴D,D…を発生させる噴霧手段1と、発生した液滴D,D…のうちから特定の粒径の液滴dのみを選別する選別手段2と、該選別手段2によって選別された液滴d,d…を乾燥させる乾燥手段4と、該乾燥手段4に導入される液滴d,d…の個数を計数する計数手段3とを備え、浮遊状態の前記標準ナノ粒子P,P…が所定の個数濃度で存在する気体Gを生成させる個数濃度標準気体の生成装置である。 As shown in FIG. 1, the number concentration standard gas generating apparatus according to this embodiment is a liquid containing standard nanoparticles P having a specific particle size of 100 nm or less only in a known number concentration (hereinafter, standard liquid). The spray means 1 for spraying W to generate droplets D, D... Floating in the gas with or without only one standard nanoparticle P, and the generated droplets D, D. Sorting means 2 for sorting only droplets d having a specific particle diameter, drying means 4 for drying the droplets d, d... Sorted by the sorting means 2, and liquid introduced into the drying means 4 A number concentration standard gas generating device that includes a counting means 3 for counting the number of droplets d, d..., And generates a gas G in which the standard nanoparticles P, P. .
かかる全体構成を有する個数濃度標準気体の生成装置には、低温領域Lと高温領域Hとからなる二つの温度領域に区別され、前記噴霧手段1、選別手段2、計数手段3までが低温領域Lとされるとともに、前記乾燥手段4が高温領域Hとされる。前記低温領域Lは、標準ナノ粒子P,P…の溶媒である液体の蒸発が抑制される飽和状態を作り出すべく低温(例えば、常温)に設定され、前記高温領域Hは、液体の蒸発を促進すべく高温に設定される。 The number concentration standard gas generating apparatus having such an overall configuration is divided into two temperature regions consisting of a low temperature region L and a high temperature region H, and the spraying means 1, the sorting means 2 and the counting means 3 up to the low temperature region L. In addition, the drying means 4 is set to a high temperature region H. The low temperature region L is set to a low temperature (for example, normal temperature) to create a saturated state in which the evaporation of the liquid that is the solvent of the standard nanoparticles P, P... Is suppressed, and the high temperature region H promotes the evaporation of the liquid. Set as high as possible.
本個数濃度標準気体の生成装置を用いるに際しては、まず、特定の粒径のみ(即ち、粒径分布が単分散)の標準ナノ粒子P,P…が既知の個数濃度で含有される標準液体Wを用意する。標準ナノ粒子P,P…の粒径としては、最終的に得られる個数濃度標準気体G中に浮遊状態で存在することとなる標準ナノ粒子P,P…の粒径と同一の値のものを選択すればよい。具体的には、例えば水等の溶媒15ml中に粒径20nmのポリスチレンラテックス粒子が3千個/mlの個数濃度で含有されたコロイド状の液体(以下、原液)を入手し、この原液を千倍〜1万倍の水で希釈することにより、個数濃度が例えば0.3〜3個/ml程度の標準液体Wを用意する。なお、標準ナノ粒子Pとしては、ポリスチレンラテックス粒子以外にも、直径1nmのC60フラーレン分子や、1〜数nmの世代ごとに一定のサイズを有するデンドリマー分子や、5nmのダイアモンド粒子などが考えられる。 When using this number concentration standard gas generating apparatus, first, a standard liquid W containing standard nanoparticles P, P... Only with a specific particle size (that is, particle size distribution is monodisperse) at a known number concentration. Prepare. The particle size of the standard nanoparticles P, P ... is the same as the particle size of the standard nanoparticles P, P ..., which will be present in a suspended state in the finally obtained number concentration standard gas G. Just choose. Specifically, for example, a colloidal liquid (hereinafter referred to as a stock solution) containing polystyrene latex particles having a particle size of 20 nm at a number concentration of 3,000 / ml in 15 ml of a solvent such as water is obtained. By diluting with double to 10,000 times of water, a standard liquid W having a number concentration of, for example, about 0.3 to 3 / ml is prepared. As standard nanoparticles P, in addition to polystyrene latex particles, C 60 fullerene molecules having a diameter of 1 nm, dendrimer molecules having a fixed size for each generation of 1 to several nm, diamond particles of 5 nm, and the like are conceivable. .
次に、標準液体Wを噴霧する噴霧手段1について説明する。噴霧手段1は、例えばネブライザーやエレクトロスプレーと呼ばれる装置であり、粒径が約20〜1000nm程度の範囲で分布する多分散の液滴D,D…が噴霧され、エアロゾルが作り出される。また、噴霧手段1は、噴霧される液滴D,D…を後段に配置される選別手段2まで好適に運ぶことができるように、液滴D,D…を包むシースガス(若しくはキャリアガス)S1を供給可能なものが用いられる。シースガスS1としては、例えば窒素等の反応性の低い気体が用いられ、また、シースガスS1は、液滴Dの蒸発を抑制するために低温(例えば、常温)とされる。 Next, the spraying means 1 for spraying the standard liquid W will be described. The spraying means 1 is a device called a nebulizer or an electrospray, for example, and sprays polydisperse droplets D, D... Having a particle size distributed in a range of about 20 to 1000 nm to produce an aerosol. Further, the spraying means 1 can appropriately transport the sprayed droplets D, D... To the sorting means 2 disposed at the subsequent stage, and sheath gas (or carrier gas) S1 that wraps the droplets D, D. The one that can supply is used. As the sheath gas S1, for example, a low-reactivity gas such as nitrogen is used, and the sheath gas S1 is set to a low temperature (for example, normal temperature) in order to suppress the evaporation of the droplets D.
前記選別手段2は、いわゆるDMA装置であり、前記噴霧手段1によって噴霧された多分散の液滴D,D…の分級を行い、特定の粒径の液滴d,d…のみを選別する。具体的には、選別手段2で選別する液滴Dの粒径は、後述する計数手段3の性能に対応させて、300nmに設定される。
The sorting means 2 is a so-called DMA device, which classifies the polydisperse droplets D, D... Sprayed by the spray means 1 and sorts only the droplets d, d. Specifically, the particle size of the droplets D sorted by the
選別手段2としてのDMA装置について詳しく説明すると、DMA装置は帯電粒子の電気移動度の粒径依存性を利用した静電分級器であり、図2に示すように二重円筒(内筒21及び外筒22)を備える。内筒21には、分級の対象となる液滴D,D…をキャリアガスCとともに内筒21と外筒22との間の空間に導入する導入孔23が形成され、外筒22には、分級された液滴d,d…を通過させるスリット24が形成される。また、内筒21と外筒22との間の空間にはシースガスS2が層流の状態で流されるとともに、内筒21には電圧が印加される。
The DMA device as the sorting means 2 will be described in detail. The DMA device is an electrostatic classifier that utilizes the particle size dependence of the electric mobility of charged particles. As shown in FIG. An outer cylinder 22) is provided. The
かかる構成のDMA装置によれば、液滴D,D…がシースガスS2から受ける抵抗力と、帯電した液滴D,D…に作用するクーロン力とのつりあいにより、特定の粒径を有する液滴d,d…のみが前記導入孔23から下流側のスリット24に到達することとなる。そして、該スリット24に到達した(即ち、選別された)液滴d,d…は、外部に排出されるようになっている。また、前記内筒21に印加される電圧及びシースガスS2の流量は、調節可能に構成される。なお、前記液滴D,D…は、放射線等によって、分級が行われる前に帯電させられる。
According to the DMA device having such a configuration, a droplet having a specific particle size is obtained by balancing the resistance force received by the droplets D, D... From the sheath gas S2 and the Coulomb force acting on the charged droplets D, D. Only d, d... reach the downstream slit 24 from the
ところで、シースガスS2の流量が液滴を含むキャリアガスCの流量に対して少ないと、分子拡散により、本来スリット24に到達するはずのない粒径の液滴Dが到達し得ることとなる。このため、前記シースガスS2の流量は、キャリアガスCの流量の5倍以上に設定されることが好ましい。
By the way, when the flow rate of the sheath gas S2 is smaller than the flow rate of the carrier gas C containing droplets, the droplet D having a particle size that cannot originally reach the
図1に戻り、前記選別手段2によって選別されて排出されてくる液滴d,d…は、次に、後段の計数手段3によってその個数が計数される。即ち、計数手段3は、前記選別手段2と乾燥手段4との間に配置される。該計数手段3は、例えば、レーザー光散乱等を利用したパーティクルカウンターと呼ばれる計数装置であり、該計数装置を順次通過する液滴dに対してレーザー光Op1を照射し、該液滴dによって散乱される散乱光Op2をセンサ31によって順次検出することにより、個数計測を行う。また、このパーティクルカウンターは、100nm程度の粒子であれば正確な計数が可能である。
Returning to FIG. 1, the number of droplets d, d... Sorted and discharged by the sorting means 2 is then counted by the subsequent counting means 3. That is, the counting means 3 is disposed between the sorting means 2 and the drying means 4. The counting means 3 is, for example, a counting device called a particle counter using laser light scattering or the like, and irradiates the laser beam Op1 to the droplets d that sequentially pass through the counting device and scatters by the droplets d. By sequentially detecting the scattered light Op2 to be detected by the
前記計数手段3の後段には、乾燥手段4が配置される。該乾燥手段4は、液滴dを乾燥させる加熱炉であり、液滴dに熱を作用させることで液滴dを構成する液体を蒸発させ、液滴dの中に含有されていた標準ナノ粒子Pを放出させる。 A drying means 4 is arranged at the subsequent stage of the counting means 3. The drying means 4 is a heating furnace that dries the droplet d, and heats the droplet d to evaporate the liquid constituting the droplet d, so that the standard nano-particle contained in the droplet d is contained. Particles P are released.
具体的には、加熱炉は筒状の本体を有し、該本体の基端部中央部から前記液滴d,d…が噴出されるとともに、基端部の周囲からシースガスS3が供給される。前記本体の長手方向中間部には、液滴を加熱するヒーター41が前記本体を包むように設けられ、前記本体の先端部から乾燥の施された気体Gが吐出される。ここで、前記シースガスS3としては、例えば窒素等の反応性の低い気体が用いられ、また、上述のように高温状態を維持すべく、シースガスS3は50℃程度の高温とされる。
Specifically, the heating furnace has a cylindrical main body, and the droplets d, d... Are ejected from the central part of the base end of the main body, and the sheath gas S3 is supplied from the periphery of the base end. . A
さらに、前記本体は、前記液滴d及び/又は該液滴dから放出される標準ナノ粒子Pが内壁に付着するのを防止して気体中に浮遊する状態を実現すべく電圧が印加され、前記本体の内壁は反発電極として機能する。具体的には、前記液滴d及び/又は該液滴dから放出される標準ナノ粒子Pは、液滴dが前記選別手段2で選別される際に帯電した状態となっており、前記本体には該帯電した液滴dと同じ極性の電圧が印加されるため、前記液滴d及び/又は該液滴dから放出される標準ナノ粒子Pは前記内壁に対して反発する。 Further, the main body is applied with a voltage to prevent the droplet d and / or standard nanoparticles P emitted from the droplet d from adhering to the inner wall to realize a state of floating in the gas, The inner wall of the main body functions as a repelling electrode. Specifically, the droplet d and / or the standard nanoparticle P released from the droplet d is in a charged state when the droplet d is sorted by the sorting means 2, and the main body Since a voltage having the same polarity as that of the charged droplet d is applied to the droplet d, the droplet d and / or the standard nanoparticle P emitted from the droplet d repels the inner wall.
ところで、個数濃度標準気体の生成装置は、液滴が浮遊状態のまま搬送され、個数濃度標準気体Gが生成されるため、搬送中に凝集したり物体に付着してしまうおそれがある。このため、上記各構成要素(特に、選別手段2、計数手段3、乾燥手段4)は互いに近接して配置され、構成要素間を搬送される液滴の損失が少なく抑えられるように配慮される。 By the way, since the number concentration standard gas G is generated while the droplets are transported in a floating state and the number concentration standard gas G is generated, there is a possibility that the number concentration standard gas generation device may aggregate or adhere to the object. For this reason, each said component (especially the selection means 2, the counting means 3, the drying means 4) is arrange | positioned mutually close, and it is considered so that the loss of the droplet conveyed between components may be suppressed little. .
次に、上記構成からなる個数濃度標準気体の生成装置によって、浮遊状態の標準ナノ粒子Pが所定の個数濃度で存在する個数濃度標準気体Gが生成される原理及び方法について説明する。なお、便宜上、原液として、水15ml中に粒径20nmの標準ナノ粒子Pが3×103個/mlの個数濃度で含有された原液を用いる場合を例に説明する。 Next, the principle and method of generating the number concentration standard gas G in which the suspended standard nanoparticles P are present at a predetermined number concentration by the number concentration standard gas generating apparatus having the above-described configuration will be described. For convenience, the case where a stock solution in which standard nanoparticles P having a particle diameter of 20 nm are contained at a number concentration of 3 × 10 3 particles / ml in 15 ml of water will be described as an example.
まず、上記原液を水によって希釈し、標準ナノ粒子Pの個数濃度が3個/mlの標準液体Wを作る。次に、この標準液体Wを前記噴霧手段1によって噴霧して、粒径が約20〜1000nm程度の液滴D,D…を発生させる。ここで、前記標準液体Wは、十分に希釈されているため、液滴D,D…の中に前記標準ナノ粒子Pが一つのみ含有される若しくは一つも含有されない状態が確実に実現される。また、前記液滴Dは、体積の大部分若しくは全てが液体によって占められており、気体中に浮遊する液滴の形状は、理想的な球状となっている。このようにして噴霧された液滴D,D…は、次に、選別手段2としてのDMA装置に導入されて分級が行われ、粒径300nmの液滴d,d…のみが選別される。 First, the stock solution is diluted with water to prepare a standard liquid W in which the number concentration of standard nanoparticles P is 3 / ml. Next, the standard liquid W is sprayed by the spraying means 1 to generate droplets D, D... Having a particle size of about 20 to 1000 nm. Here, since the standard liquid W is sufficiently diluted, a state in which only one standard nanoparticle P or none is contained in the droplets D, D. . In addition, most or all of the volume of the droplet D is occupied by the liquid, and the shape of the droplet floating in the gas is an ideal spherical shape. The droplets D, D... Sprayed in this way are then introduced into the DMA device as the sorting means 2 and classified, and only the droplets d, d.
そして、選別された液滴d,d…は、乾燥手段4としての加熱炉に導入される。その際、液滴d,d…は、計数手段3としてのパーティクルカウンターによってその個数が計測され、計測された液滴d,d…の全量が加熱炉に導入される。ここで、液滴dは理想的な球形状となっているため、粒径から液滴一つの体積が正確に算出される。従って、かかる粒径が一定の液滴d,d…を全て加熱炉に導入すれば、該液滴dの粒径及び個数から、導入された液滴dの合計体積に相当する量が分かり、一方で標準液体W中に含有される標準ナノ粒子Pの個数濃度が既知であることから、導入された標準ナノ粒子Pの個数が分かる。そして、液滴dの液体を乾燥させれば、該液滴dに含まれていた標準ナノ粒子Pが気体中に浮遊する状態となる。このとき、標準ナノ粒子Pを一つのみ含有する液滴dからは、一つの標準ナノ粒子Pが気体中に放出され、標準ナノ粒子Pを含有しない液滴dは、蒸発して消滅する。 Then, the selected droplets d, d... Are introduced into a heating furnace as the drying means 4. At that time, the number of droplets d, d... Is measured by a particle counter as the counting means 3, and the total amount of the measured droplets d, d. Here, since the droplet d has an ideal spherical shape, the volume of one droplet is accurately calculated from the particle diameter. Therefore, if all of the droplets d, d... Having a constant particle size are introduced into the heating furnace, the amount corresponding to the total volume of the introduced droplets d can be determined from the particle size and number of the droplets d. On the other hand, since the number concentration of standard nanoparticles P contained in the standard liquid W is known, the number of introduced standard nanoparticles P can be known. And if the liquid of the droplet d is dried, the standard nanoparticle P contained in the droplet d will be in a state of floating in the gas. At this time, one standard nanoparticle P is released from the droplet d containing only one standard nanoparticle P into the gas, and the droplet d not containing the standard nanoparticle P evaporates and disappears.
このような原理に基づき、標準液体Wの噴霧、液滴dの選別、計測、乾燥が順次連続的に行われ、個数濃度標準気体の生成装置からは、個数濃度標準気体Gが連続的に吐出されることとなる。具体的には、標準液体Wの噴霧量を調節することにより、個数濃度が1×104個/cm3の標準ナノ粒子Pを含有する個数濃度標準気体Gが生成される。なお、目的とする個数濃度の個数濃度標準気体Gを得るには、原液の希釈率や標準液体Wの噴霧量、乾燥手段4のシースガスS3の供給量等を調整すればよく、目的とする粒径の標準ナノ粒子Pを含む個数濃度標準気体Gを得るには、目的とする粒径の標準ナノ粒子Pを含む原液を用いればよい。 Based on this principle, the spraying of the standard liquid W, the selection, measurement, and drying of the droplets d are successively performed, and the number concentration standard gas G is continuously discharged from the number concentration standard gas generator. Will be. Specifically, by adjusting the spray amount of the standard liquid W, a number concentration standard gas G containing standard nanoparticles P having a number concentration of 1 × 10 4 particles / cm 3 is generated. In order to obtain the number concentration standard gas G having the target number concentration, the dilution ratio of the stock solution, the spray amount of the standard liquid W, the supply amount of the sheath gas S3 of the drying means 4 and the like can be adjusted. In order to obtain the number concentration standard gas G including the standard nanoparticles P having a diameter, a stock solution including the standard nanoparticles P having a target particle diameter may be used.
ところで、かかる個数濃度標準気体Gが実際に標準ナノ粒子Pを目的とする個数濃度分含有しているかを確認する方法としては、該個数濃度標準気体Gをフィルター等で濾し、該フィルターに捕集された標準ナノ粒子Pを顕微鏡等を用いて計数する等の方法が考えられる。 By the way, as a method for confirming whether or not the number concentration standard gas G actually contains the standard nanoparticles P for the target number concentration, the number concentration standard gas G is filtered with a filter or the like and collected in the filter. A method is conceivable in which the standard nanoparticles P are counted using a microscope or the like.
以上のように、本実施形態に係る個数濃度標準気体の生成装置及び個数濃度標準気体の製造方法によれば、特定の粒径のみの標準ナノ粒子Pが既知の個数濃度で存在する気体、いわゆる個数濃度標準気体Gを得ることができる。そして、かかる個数濃度標準気体Gを用いれば、粒子計測装置のキャリブレーションを行うことができるので、延いては、超微小粒子を発生させないクリーンエンジンの開発や、超微小粒子の排出規制を有効に行うことが可能となる。 As described above, according to the number concentration standard gas generating apparatus and the number concentration standard gas manufacturing method according to the present embodiment, a gas in which standard nanoparticles P having only a specific particle diameter exist at a known number concentration, so-called A number concentration standard gas G can be obtained. And by using this number concentration standard gas G, it is possible to calibrate the particle measuring device, and as a result, development of a clean engine that does not generate ultrafine particles and regulation of emission of ultrafine particles. It becomes possible to carry out effectively.
なお、本実施形態に係る個数濃度標準気体の生成装置は、個数濃度標準気体Gを製造するための専用の装置であってもよく、粒子計測装置に一体的に組み込まれ、その粒子計測装置のキャリブレーションを定期的に行うことができるものであってもよい。 Note that the number concentration standard gas generating device according to the present embodiment may be a dedicated device for producing the number concentration standard gas G, and is integrally incorporated in the particle measuring device, It may be one that can be calibrated periodically.
なお、本発明に係る個数濃度標準気体の生成装置及び個数濃度標準気体の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The number concentration standard gas generating apparatus and the number concentration standard gas manufacturing method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. .
例えば、上記実施形態においては、選別手段によって選別される液滴の粒径を300nmとして説明したが、かかる数値に限定されるものではなく、計数手段によって計数可能な粒径であればよい。即ち、正確な計数を行うことができるものとして確立された手法を利用することができる程度の粒径であればよく、選別される液滴の粒径は、例えば100nm程度に設定されるものであってもよい。このように、本発明において任意に設定されるべき数値は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて変更可能である。 For example, in the above-described embodiment, the particle size of the droplets selected by the selection unit has been described as 300 nm. However, the particle size is not limited to such a value, and may be any particle size that can be counted by the counting unit. In other words, it is sufficient that the particle size is such that an established method can be used for accurate counting, and the particle size of the selected droplet is set to about 100 nm, for example. There may be. Thus, the numerical values to be arbitrarily set in the present invention are not limited to those of the above-described embodiment, and can be changed as necessary.
また、上記実施形態においては、標準ナノ粒子は、粒径分布が理論上単分散である20nmの粒径のみのものとして説明したが、実際にはある程度の幅が許容され、例えば粒径20nmであれば±1nm程度の誤差を有し、粒径50nmであれば±2nm程度の誤差を有するものであってよい。また、選別手段によって選別される液滴の粒径は300nmであるとして説明したが、実際にはある程度の幅が許容されることはもちろんである。 In the above embodiment, the standard nanoparticles have been described as having only a 20 nm particle size whose theoretical particle size distribution is monodisperse. However, in practice, a certain amount of width is allowed, for example, a particle size of 20 nm. If there is an error, the error may be about ± 1 nm, and if the particle size is 50 nm, the error may be about ± 2 nm. In addition, although it has been described that the particle size of the droplets selected by the selection unit is 300 nm, it is a matter of course that a certain width is allowed.
1…噴霧手段、2…選別手段、3…計数手段、4…乾燥手段、21…内筒、22…外筒、23…導入孔、24…スリット、31…センサ、41…ヒーター、C…キャリアガス、D…液滴、d…液滴、G…個数濃度標準気体、H…高温領域、L…低温領域、Op1…レーザー光、Op2…散乱光、P…標準ナノ粒子、S1…シースガス、S2…シースガス、S3…シースガス、W…標準液体
DESCRIPTION OF
Claims (2)
発生した液滴のうちから特定の粒径の液滴のみを選別する選別手段と、
該選別手段によって選別された液滴を乾燥させる乾燥手段と、
該乾燥手段に導入される液滴の個数を計数する計数手段とを備え、
浮遊状態の前記標準ナノ粒子が所定の個数濃度で存在する気体を生成することを特徴とする個数濃度標準気体の生成装置。 By spraying a liquid containing standard nanoparticles having a specific particle size of 100 nm or less in a known number concentration, droplets floating in a gas with or without only one of the standard nanoparticles Spraying means to be generated;
Sorting means for sorting only droplets having a specific particle size from among the generated droplets;
Drying means for drying the droplets sorted by the sorting means;
Counting means for counting the number of droplets introduced into the drying means,
An apparatus for generating a number concentration standard gas, wherein the standard nanoparticles in a floating state generate a gas having a predetermined number concentration.
発生した液滴のうちから特定の粒径の液滴のみを選別し、
該選別された特定の粒径の液滴の個数を計数した上で該液滴を乾燥させることにより、
浮遊状態の前記標準ナノ粒子が所定の個数濃度で存在する気体を製造することを特徴とする個数濃度標準気体の製造方法。 By spraying a liquid containing standard nanoparticles having a specific particle size of 100 nm or less in a known number concentration, droplets floating in a gas with or without only one of the standard nanoparticles After generating
Select only droplets of a specific particle size from the generated droplets,
By counting the number of droplets of the selected specific particle size and drying the droplets,
A method for producing a number concentration standard gas, comprising producing a gas in which the standard nanoparticles in a floating state are present at a predetermined number concentration.
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