本發(fā)明涉及一種微粒子組成分析裝置。

背景技術(shù)：

大氣中的粒子狀物質(zhì)(氣霧)對健康的影響越來越受到關(guān)注，因而開發(fā)了對其成分、濃度等進(jìn)行分析的裝置。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：美國專利第6040574號說明書

專利文獻(xiàn)2：國際公開第2011/114587

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

雖然希望對作為測定對象的氣體試料中包含的微粒子的組成和濃度進(jìn)行測定，但存在由于分析裝置的例如捕捉微粒子的捕捉體上吸附的氣體試料以外的物質(zhì)的影響而無法準(zhǔn)確測定的問題。特別是由于裝置開始運(yùn)行時測定條件的變更、測定環(huán)境的變化等因素，每個測定時刻下該物質(zhì)的影響量會有變化，從而導(dǎo)致問題產(chǎn)生。

解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案

本發(fā)明的實(shí)施方式1的微粒子組成成分分析裝置對氣體試料中包含的微粒子的組成進(jìn)行分析，包括：氣體分析器；以及將試料氣體和比較氣體依次導(dǎo)入氣體分析器的控制部，該試料氣體是由于對氣體試料照射激光而生成的微粒子而產(chǎn)生的。

微粒子組成分析裝置可以包括運(yùn)算部，該運(yùn)算部對由氣體分析器分析后的、試料氣體與比較氣體各自包含的特定成分的差分量進(jìn)行運(yùn)算。

比較氣體可以是對經(jīng)過凈化處理的處理空氣照射激光而產(chǎn)生的氣體。此時，微粒子組成分析裝置也可以包括空氣生成部，該空氣生成部利用過濾器對氣體試料進(jìn)行凈化處理來產(chǎn)生處理空氣。

控制部依次切換氣體試料和處理空氣來提供給激光的照射部。此時，控制部可以將對氣體試料以脈沖方式照射激光而產(chǎn)生的試料氣體、和對處理空氣以脈沖方式照射激光而產(chǎn)生的比較氣體導(dǎo)入到氣體分析器中?；蛘?，控制部可以將對氣體試料連續(xù)照射激光而產(chǎn)生的試料氣體、和對處理空氣連續(xù)照射激光而產(chǎn)生的比較氣體交替重復(fù)地導(dǎo)入到氣體分析器中。

在將試料氣體和比較氣體交替重復(fù)地導(dǎo)入氣體分析器的情況下，控制部可以以預(yù)先確定的周期將試料氣體和比較氣體交替地導(dǎo)入到氣體分析器中?；蛘?，控制部可以在基于來自氣體分析器的輸出結(jié)果而調(diào)整后的時刻將試料氣體和比較氣體交替導(dǎo)入到氣體分析器中。此時，控制部可以在氣體試料和處理空氣的切換所對應(yīng)的期間內(nèi)中斷激光的照射。

比較氣體可以不是基于處理空氣的氣體，而是在不對微粒子照射激光的期間內(nèi)存在于激光的照射部附近的氣體。

控制部也可以將對氣體試料照射激光而產(chǎn)生的試料氣體、和不照射激光而存在于照射部附近的比較氣體交替重復(fù)地導(dǎo)入到氣體分析器中。此時，控制部可以以預(yù)先確定的周期將試料氣體和比較氣體交替導(dǎo)入到氣體分析器中?；蛘撸刂撇靠梢栽诨趤碜詺怏w分析器的輸出結(jié)果而調(diào)整后的時刻將試料氣體和比較氣體交替導(dǎo)入到氣體分析器中。

控制部可以決定將比較氣體設(shè)為對經(jīng)過了凈化處理后的處理空氣照射激光而產(chǎn)生的氣體、或是在不對氣體試料照射激光的期間存在于激光的照射部附近的氣體。

本發(fā)明的實(shí)施方式2的微粒子組成分析裝置除了上述實(shí)施方式1的微粒子組成分析裝置的各要素以外，或者作為用于實(shí)現(xiàn)各要素的具體要素，包括：至少獲取氣體試料的獲取部；用于捕捉從獲取部釋放出的微粒子的捕捉部；以及對捕捉部照射激光的激光裝置。

另外，上述發(fā)明的概要并非列舉本發(fā)明的全部特征。這些特征群的亞組合也能構(gòu)成發(fā)明。

附圖說明

圖1是對實(shí)施方式1的微粒子組成分析裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。

圖2是用于說明氣動透鏡(aerodynamic lens)的示意圖。

圖3是對導(dǎo)入氣體的切換進(jìn)行說明的圖。

圖4是表示圖3所示的導(dǎo)入氣體分布所對應(yīng)的來自氣體分析器的輸出變化的一個示例的圖。

圖5是對微粒子組成分析裝置的動作的一個示例進(jìn)行說明的流程圖。

圖6是對實(shí)施方式2的微粒子組成分析裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。

圖7是對激光的照射時刻進(jìn)行說明的圖。

圖8是表示圖7所示的激光的照射時刻所對應(yīng)的來自氣體分析器的輸出值的時間變化的一個示例的圖。

圖9是對微粒子組成分析裝置的動作的一個示例進(jìn)行說明的流程圖。

圖10是對實(shí)施方式3的運(yùn)算部的運(yùn)算處理進(jìn)行說明的圖。

具體實(shí)施方式

以下，利用發(fā)明的實(shí)施方式來對本發(fā)明進(jìn)行說明，但以下實(shí)施方式并不限定權(quán)利要求的范圍所涉及的發(fā)明。此外，實(shí)施方式中說明的特征的組合對于本發(fā)明的解決手段而言并非全部必須。

圖1是對實(shí)施方式1的微粒子組成分析裝置100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。微粒子組成分析裝置100是用于對氣體試料(氣霧)中包含的微粒子的組成和濃度進(jìn)行分析的裝置。

微粒子組成分析裝置100包括氣動透鏡10、分離器(skimmer)12、捕捉體14、激光裝置16、分析單元18、氣體分析器20、以及處理空氣供給部22。微粒子組成分析裝置100還包括控制部24。

微粒子組成分析裝置100包括減壓腔26。減壓腔26具有第一減壓腔26a、第二減壓腔26b、以及第三減壓腔26c。第一減壓腔26a的內(nèi)部形成第一減壓空間。第二減壓腔26b的內(nèi)部形成第二減壓空間。第三減壓腔26c的內(nèi)部形成第三減壓空間。第一減壓腔26a和第二減壓腔26b由第一隔壁28隔開。第二減壓腔26b和第三減壓腔26c由第二隔壁29隔開。因此，減壓腔26整體上被一分為三。

第一減壓腔26a包含第一排氣裝置27a。第二減壓腔26b包含第二排氣裝置27b。第三減壓腔26c包含第三排氣裝置27c。第一排氣裝置27a、第二排氣裝置27b、以及第三排氣裝置27c將第一減壓空間、第二減壓空間、以及第三減壓空間減壓到互不相同的預(yù)定的內(nèi)壓。第一減壓空間、第二減壓空間、以及第三減壓空間內(nèi)預(yù)定的內(nèi)壓例如分別為10^－3Torr、10^－5Torr、以及10^－7Torr。

氣動透鏡10設(shè)置成從第一減壓腔26a的一側(cè)面插入第一減壓空間。具體而言，氣動透鏡10設(shè)置成導(dǎo)入氣體試料等的導(dǎo)入口側(cè)配置在第一減壓腔26a外，射出粒子射線10a的射出口10c一側(cè)配置在第一減壓腔26a內(nèi)。氣動透鏡10連接到選擇性導(dǎo)入作為氣體試料的試料空氣以及后述的處理空氣的導(dǎo)入管30。氣動透鏡10使從導(dǎo)入管30導(dǎo)入的氣體中包含的微粒子聚焦，并作為粒子射線10a射出。微粒子組成分析裝置100中的氣動透鏡10起到獲取試料空氣的獲取部的作用。氣動透鏡10的細(xì)節(jié)將在下文利用附圖闡述。

分離器12設(shè)置有將第一減壓腔26a與第二減壓腔26b隔開的第一隔壁28。分離器12是在頂點(diǎn)設(shè)置有連通孔12a的圓錐形狀的構(gòu)造體，并使連通孔12a朝向氣動透鏡10的射出口10c配置。如上所述，由于第二減壓空間的內(nèi)壓設(shè)定得比第一減壓空間的內(nèi)壓低，因此會產(chǎn)生從第一減壓空間經(jīng)由連通孔12a流向第二減壓空間的氣流。分離器12在從氣動透鏡10射出的粒子射線10a通過連通孔12a時，將粒子射線10a中包含的剩余氣體的一部分去除。

分析單元18設(shè)置成前端部配置在第二減壓腔26b內(nèi)，后端部插入第二隔壁29，該第二隔壁29將第二減壓腔26b與第三減壓腔26c隔開。分析單元18的前端部設(shè)有分離器部18a。分離器18a與分離器12同樣，呈頂點(diǎn)設(shè)有連通孔18b的圓錐形狀。連通孔18b配置在將氣動透鏡10的射出口10c與分離器12的連通孔12a連接的直線上。分離器部18a進(jìn)一步將粒子射線10a中包含的剩余氣體去除。

此外，分析單元18的后端部也呈錐形，該端部具有微小孔18c。通過如上述那樣將分析單元18的兩端設(shè)為錐形，使得微粒子組成分析裝置100能維持第二減壓腔26b的第二減壓空間與第三減壓腔26c的第三減壓空間的壓力差。因此，會在分析單元18內(nèi)產(chǎn)生從第二減壓腔26b向第三減壓腔26c的氣流。此外，在分析單元18的中央部附近配置有捕捉體14，分析單元18整體呈曲軸狀，使得由捕捉體14產(chǎn)生的氣體集中并朝向微小孔18c。

捕捉體14配置在分析單元18內(nèi)的分離器部18a的后方。捕捉體14設(shè)置成捕捉微粒子的面與粒子射線10a的流入方向傾斜相交。捕捉體14起到用于對從氣動透鏡10射出的微粒子進(jìn)行捕捉的捕捉部的作用。捕捉體14具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而對入射的粒子射線10a中包含的微粒子進(jìn)行捕捉。

入射到捕捉體14的粒子射線10a中包含的各個微粒子會以固有的概率與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)碰撞。與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)碰撞后的微粒子之后會與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)反復(fù)碰撞多次，且每一次碰撞都會被減速。該微粒子最終會失去速度從而被捕捉體14捕捉。

激光裝置16配置在減壓腔26的外部。激光裝置16起振出激光16a。第二減壓腔26b的與外界氣氛接觸的側(cè)壁設(shè)有光學(xué)窗32。此外，分析單元18的側(cè)壁設(shè)有光學(xué)窗33。激光裝置16通過光學(xué)窗32以及光學(xué)窗33向捕捉體14照射激光16a，來對照射部分進(jìn)行加熱。本實(shí)施方式中，激光16a的一個例子為二氧化碳(CO₂)激光。

激光裝置16利用激光16a使被捕捉體14捕捉到的微粒子氣化、升華或反應(yīng)，從而生成作為脫離成分的氣體。這里，“脫離成分”是指從被捕捉體14捕捉的狀態(tài)脫離而成為可移動狀態(tài)的成分。在以下說明中，有時將導(dǎo)入試料空氣時的作為脫離成分的氣體稱為試料氣體。試料氣體的成分具體而言是因微粒子的構(gòu)成成分發(fā)生氧化而產(chǎn)生的CO₂、H₂O、NO₂、以及S O₂等。

氣體分析器20配置在第三減壓腔26c內(nèi)。氣體分析器20是利用質(zhì)量分析法對導(dǎo)入的氣體的成分進(jìn)行分析的分析器。質(zhì)量分析法由于檢測下限較低，因此能良好地應(yīng)用于微粒子濃度較低的試料空氣。另外，本實(shí)施例中使用利用質(zhì)量分析法來分析氣體成分的分析器，但也可以采用根據(jù)作為分析對象的氣體試料中微粒子的濃度、種類等，利用其它分析法來分析氣體成分的分析器。例如，在作為分析對象的微粒子的濃度較高時，可以采用利用分光分析法的分析器。

氣體分析器20具有離子化區(qū)域20a。氣體分析器20配置成離子化區(qū)域20a與形成在分析單元18的后端部的錐形的微小孔18c相對。離子化區(qū)域20a將從分析單元18導(dǎo)入的氣體離子化并提供給氣體分析器20。氣體分析器20將導(dǎo)入的氣體中各個成分的含有量所對應(yīng)的強(qiáng)度信號周期性地輸出到后述的運(yùn)算部25。

導(dǎo)入管30在中途分成第一路經(jīng)30a和第二路徑30b。第一路徑30a與氣動透鏡10的導(dǎo)入口10b直接連接，第二路徑30b與處理空氣供給部22相連。處理空氣供給部22從第二路經(jīng)30b吸入試料空氣。處理空氣供給部22具有由HEPA過濾器、電除塵器等構(gòu)成的過濾器，進(jìn)行從試料空氣中去除微粒子的凈化處理。另外，以下說明中，有時將由處理空氣供給部22實(shí)施了凈化處理的試料空氣稱為處理空氣。處理空氣供給部22將處理空氣排出到導(dǎo)入管30的第三路徑30c。該一系列處理中，處理空氣供給部22起到生成處理空氣的空氣生成部的作用。第三路徑30c在氣動透鏡10的導(dǎo)入口10b附近與第一路徑30a相連。

另外，在具有分支的導(dǎo)入管30中，第一路徑30a與氣動透鏡10的導(dǎo)入口10b直線連接。即，所獲取到的試料空氣在其流動不受阻礙的情況下到達(dá)氣動透鏡10的導(dǎo)入口10b。另一方面，第二路經(jīng)30b向與第一路徑30a的下游成銳角的方向分支。然而，由于處理空氣供給部22在進(jìn)行凈化處理時從第二路經(jīng)30b吸入試料空氣，因此能獲取所需量的試料空氣。

控制部24對微粒子組成分析裝置100的各構(gòu)成要素的動作、處理進(jìn)行整體控制。此外，控制部24包含對氣體分析器20的輸出進(jìn)行運(yùn)算的運(yùn)算部25。具體而言，運(yùn)算部25利用由控制部24從氣體分析器20獲取到的特定成分的含有量所對應(yīng)的強(qiáng)度信號來執(zhí)行各種運(yùn)算。作為一個例子，運(yùn)算部25計(jì)算經(jīng)氣體分析器20分析后的試料氣體與比較氣體各自所包含的特定成分的差分量。本實(shí)施方式中，“比較氣體”是對由處理空氣供給部22進(jìn)行了凈化處理后的處理空氣照射激光而生成的氣體。

控制部24進(jìn)行控制，使得因通過向試料空氣照射激光而產(chǎn)生的試料空氣中包含的微粒子而產(chǎn)生的試料氣體與比較氣體依次被導(dǎo)入到氣體分析器中。具體而言，控制部24通過對處理空氣供給部22進(jìn)行控制來依次切換試料空氣和處理空氣來提供給處于激光16a的照射位置的捕捉體14。并且，利用激光16a照射捕捉體14，從而在提供試料空氣時產(chǎn)生試料氣體，在提供處理空氣時產(chǎn)生比較氣體，并交替重復(fù)地導(dǎo)入到氣體分析器20中。此時，控制部24使激光裝置16連續(xù)照射出激光16a。

這里，對控制部24切換試料空氣和處理空氣的方法進(jìn)行說明。處理空氣供給部22從第二路經(jīng)30b吸入試料空氣，從而能以比由氣動透鏡10的導(dǎo)入口10b的直徑所決定的臨界流量要多的流量將處理空氣排出到第三路徑30c。這里，導(dǎo)入口10b的直徑為φ0.1mm時，臨界流量約為100CCM?？刂撇?4能在對處理空氣供給部22進(jìn)行控制從而以該臨界流量以上的流量排出處理空氣后，僅將處理空氣提供給氣動透鏡10，而不會使未經(jīng)過凈化處理的試料空氣到達(dá)導(dǎo)入口10b。

另外，試料空氣和處理空氣的切換方法不限于利用處理空氣的流量增減的方法。例如，也可以在試料空氣的流路與處理空氣的流路的交叉點(diǎn)上配置三通閥，并由控制部24進(jìn)行切換控制。上述所使用的三通閥優(yōu)選為試料空氣內(nèi)的微粒子不會在閥內(nèi)部被吸附的結(jié)構(gòu)。三通閥可以采用電磁閥、球閥等。

另外，氣體分析器20在導(dǎo)入由超過下限量的微粒子產(chǎn)生的氣體時，能對該微粒子進(jìn)行分析。單位時間內(nèi)被捕捉體14捕捉到的微粒子的數(shù)量與單位時間內(nèi)流入捕捉體14的微粒子的數(shù)量成正比。因此，一定時間內(nèi)被捕捉體14捕捉到的微粒子的數(shù)量會根據(jù)粒子射線10a的流速以及粒子射線10a所包含的微粒子的密度而變化。在粒子射線10a的流速為一定的情況下，作為分析對象的試料空氣的微粒子的含有濃度越高，則單位時間內(nèi)被捕捉體14捕捉到的微粒子的數(shù)量越多。

在粒子射線10a的流速為一定的情況下，到捕捉體14捕捉到能進(jìn)行微粒子分析的下限量為止的時間與試料空氣中包含的微粒子的濃度大致成反比。因此，所導(dǎo)入的試料空氣中包含的微粒子的濃度越高，則捕捉到超過分析下限量的微粒子的時間越短。即，所導(dǎo)入的試料空氣中包含的微粒子的濃度越高，則氣體分析器20能以越短的周期執(zhí)行分析處理。

圖2是用于說明氣動透鏡10的示意圖。氣動透鏡10具有圓筒狀的外觀結(jié)構(gòu)、即筐體10i。筐體10i的一端側(cè)面設(shè)有從外部導(dǎo)入試料空氣等的導(dǎo)入口10b。此外，筐體10i的另一端側(cè)面上設(shè)有射出粒子射線10a的射出口10c。氣動透鏡10在筐體10i內(nèi)具有節(jié)流孔10d、10e、10f、10g、10h。節(jié)流孔10d～10h為中心具有貫通孔的圓環(huán)形狀的板材。如圖2所示，節(jié)流孔10d～10h各自的貫通孔的直徑構(gòu)成為從節(jié)流孔10d向著節(jié)流孔10h依次變小。

如利用圖1說明的那樣，導(dǎo)入口10b和射出口10c分別設(shè)置在第一減壓腔26a的外側(cè)和內(nèi)側(cè)。因此，導(dǎo)入口10b與射出口10c上的壓力差使得試料空氣從導(dǎo)入口10b流向射出口10c。在通過氣動透鏡10時，試料空氣的介質(zhì)即空氣一邊擴(kuò)散一邊移動。因此，作為氣體的空氣的移動受到各節(jié)流孔的阻礙。

另一方面，由固體或液體構(gòu)成的微粒子的直線傳播性較高。因此，微粒子在通過第一個節(jié)流孔10d后，第二個之后的節(jié)流孔10e開始到節(jié)流孔10h，移動不會受到太大妨礙。此外，如上所述，由于貫通孔的直徑從節(jié)流孔10d向節(jié)流孔10h逐漸變小，因此流路在從導(dǎo)入口10b向射出口10c的方向上被限制。因此，從導(dǎo)入口10b導(dǎo)入的試料空氣中包含的微粒子排列成射束狀從射出口10c射出。

圖3是對控制部24進(jìn)行的導(dǎo)入氣體的切換進(jìn)行說明的圖。圖3中，橫軸表示時間?？v軸表示各時間內(nèi)的目標(biāo)空氣導(dǎo)入量。帶有網(wǎng)格線的部分表示處理空氣，空心部分表示試料空氣。如圖所示，作為目標(biāo)值的導(dǎo)入氣體分布呈脈沖狀地交替切換為處理空氣和試料空氣。此時，在處理空氣與試料空氣的切換時間段內(nèi)設(shè)置作為空白時間的死區(qū)時間。另外，各個帶網(wǎng)格線的部分的面積表示處理空氣的目標(biāo)導(dǎo)入量，各空心部分的面積表示試料空氣的目標(biāo)導(dǎo)入量。

在圖3所示的示例中，控制部24進(jìn)行控制，從而以預(yù)先決定的周期將處理空氣和試料空氣交替導(dǎo)入到氣動透鏡10。在圖示例中，時間段A、時間段B、以及兩個死區(qū)時間的總時間為一個周期。由此導(dǎo)入的處理空氣和試料空氣在捕捉體14的表面附近被氣化，從而作為比較氣體和試料氣體交替導(dǎo)入到氣體分析器20中。此外，控制部24在與死區(qū)時間所對應(yīng)的時間段內(nèi)不獲取來自氣體分析器20的輸出信號。此時，控制部24也可以在與死區(qū)時間相對應(yīng)的時間段內(nèi)使激光16a的照射中斷。

圖4是表示圖3所示的導(dǎo)入氣體分布所對應(yīng)的來自氣體分析器20的輸出變化的一個示例的圖。更具體而言，示出了導(dǎo)入到氣體分析器20的氣體成分中的、作為觀察對象的特定成分的信號強(qiáng)度的時間變化。圖4中，縱軸表示信號強(qiáng)度，橫軸表示時間。

圖4中，帶網(wǎng)格線的部分表示死區(qū)時間。時間段A表示導(dǎo)入處理空氣的時間段內(nèi)信號強(qiáng)度的時間變化。時間段B表示導(dǎo)入試料空氣的時間段內(nèi)信號強(qiáng)度的時間變化。

如利用圖1說明的那樣，處理空氣是通過利用處理空氣供給部22進(jìn)行凈化處理從而從試料空氣中去除微粒子而得到的。因此，在時間段A內(nèi)，從氣體分析器20輸出的信號強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)表示為零。然而，有時會因例如捕捉微粒子的捕捉體14上吸附的氣體試料以外的物質(zhì)的影響等導(dǎo)致有限強(qiáng)度的截距分量作為噪音分量出現(xiàn)。圖4示出時間段A內(nèi)的該截距分量。此外，截距分量也包含在時間段B內(nèi)的信號強(qiáng)度中。因此，導(dǎo)入試料空氣的時間段B內(nèi)的信號強(qiáng)度與導(dǎo)入處理空氣的時間段A內(nèi)的信號強(qiáng)度的差分是因試料空氣所包含的微粒子的特定成分而產(chǎn)生的信號強(qiáng)度。通過在運(yùn)算部25中對該信號強(qiáng)度的差分進(jìn)行定量計(jì)算，從而能測定所導(dǎo)入的試料空氣所包含的微粒子濃度。

圖5是對微粒子組成分析裝置100的動作的一個示例進(jìn)行說明的流程圖。本流程在微粒子組成分析裝置100接收到來自用戶的開始分析試料空氣的指示時開始。

控制部24使激光裝置16開始照射激光16a(步驟S101)。接著，控制部24根據(jù)導(dǎo)入氣體分布將處理空氣導(dǎo)入到氣動透鏡10(步驟S102)。

接著，控制部24從氣體分析器20獲取比較氣體中特定成分的強(qiáng)度信號(步驟S103)。具體而言，控制部24以氣體分析器20的采樣周期獲取強(qiáng)度值，在連續(xù)數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值變化收斂在預(yù)先確定的變動范圍內(nèi)時判定為輸出穩(wěn)定。然后，將該時刻的強(qiáng)度值定為該時間段的比較氣體的代表強(qiáng)度值。當(dāng)然，也可以在穩(wěn)定之后將數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值平均化來決定代表強(qiáng)度值。另外，以下說明中有時將與比較氣體相對應(yīng)的代表強(qiáng)度值稱為截距強(qiáng)度。

接著，控制部24根據(jù)導(dǎo)入氣體分布將試料空氣導(dǎo)入到氣動透鏡10(步驟S104)。具體而言，控制部24使來自處理空氣供給部22的處理空氣的供給停止。

接著，控制部24從氣體分析器20獲取試料氣體中特定成分的強(qiáng)度信號(步驟S105)。具體而言，控制部24和對處理空氣的處理同樣地以氣體分析器20的采樣周期獲取強(qiáng)度值，在連續(xù)數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值變化收斂在預(yù)先確定的變動范圍內(nèi)時判定為輸出穩(wěn)定。然后，將該時刻的強(qiáng)度值定為該時間段的試料氣體的代表強(qiáng)度值。當(dāng)然，也可以在穩(wěn)定之后將數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值平均化來決定代表強(qiáng)度值。另外，以下說明中有時將與試料氣體相對應(yīng)的代表強(qiáng)度值稱為試料強(qiáng)度。

接著，控制部24的運(yùn)算部25對試料強(qiáng)度與截距強(qiáng)度的差分量進(jìn)行運(yùn)算(步驟S106)。具體而言，運(yùn)算部25將試料強(qiáng)度與截距強(qiáng)度相減來確定差分量。運(yùn)算部25根據(jù)所確定的差分量、氣體分析器20的采樣周期、試料空氣的單位時間的導(dǎo)入量等來計(jì)算觀察對象的微粒子濃度。然后，控制部24將運(yùn)算結(jié)果顯示在顯示部中以呈現(xiàn)給用戶，或存儲在記錄部中以作為記錄保留。當(dāng)然，也可以通過接口將運(yùn)算結(jié)果發(fā)送給外部設(shè)備。

接著，控制部24判斷用戶是否發(fā)出了結(jié)束指示(步驟S107)。在判斷為用戶未發(fā)出結(jié)束指示的情況下，控制部24返回到步驟S102，并繼續(xù)測定控制。另一方面，在判斷用戶發(fā)出了結(jié)束指示的情況下，控制部24使激光裝置16停止照射激光16a(步驟S108)，結(jié)束一系列流程。

如上所述，本實(shí)施方式中，控制部24進(jìn)行試料空氣與處理空氣的切換控制，從而以預(yù)先決定的周期將試料氣體與比較氣體交替導(dǎo)入到氣體分析器。然而，控制部24也可以不以固定周期，而是通過反饋控制來調(diào)整切換試料氣體和比較氣體的時刻。具體而言，控制部24在氣體分析器20的輸出穩(wěn)定從而能決定試料強(qiáng)度和截距強(qiáng)度后，立即將導(dǎo)入空氣動力透鏡10的對象從試料空氣切換為處理空氣，或從處理空氣切換為試料空氣。若能進(jìn)行這種反饋控制，則能增加單位時間的分析次數(shù)。

圖6是對實(shí)施方式2的微粒子組成分析裝置200的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的示意圖。微粒子組成分析裝置200除了將實(shí)施方式1的微粒子組成分析裝置100中的處理空氣供給部22去除以外，具有與微粒子組成分析裝置100相同的結(jié)構(gòu)。微粒子組成分析裝置200由于不具備處理空氣供給部22，因此導(dǎo)入管30以單一路徑直接連接到氣動透鏡10的導(dǎo)入口10b。另外，在以下說明中，對相同的要素標(biāo)注相同的參照編號并省略重復(fù)的說明。

本實(shí)施方式中，控制部24對激光裝置16的激光16a的起振時刻進(jìn)行控制。換言之，控制部24對開始照射激光16a和停止照射激光16a的時刻進(jìn)行控制。并且，本實(shí)施方式的微粒子組成分析裝置200將試料空氣未受到激光16a照射的期間內(nèi)激光16a的照射部、即捕捉體14的附近存在的氣體作為比較氣體，來分析試料空氣所包含的微粒子。微粒子組成分析裝置200適于在減弱激光裝置16的起振輸出時被捕捉體14捕捉到的微粒子會停止氣化的難揮發(fā)性化合物(例如硫酸銨等)的微粒子分析。

圖7是對由控制部24進(jìn)行控制的激光16a的照射時刻進(jìn)行說明的圖。圖7中，橫軸表示時間，縱軸表示各時間內(nèi)激光16a的目標(biāo)照射強(qiáng)度。如圖所示，作為目標(biāo)值的照射分布呈脈沖狀地交替切換激光16a的照射強(qiáng)度。激光16a具有照射強(qiáng)度的時間段表示試料空氣受到加熱的時間，照射強(qiáng)度為0的時間段表示未受到加熱的時間。在圖示例中，作為加熱時間的時間段A和作為非加熱時間的時間段B的總時間為一個周期?？刂撇?4通過如上述那樣控制激光16a的照射開始和照射停止的時刻，來使比較氣體和試料氣體交替導(dǎo)入氣體分析器20。

圖8是表示圖7所示的照射分布所對應(yīng)的來自氣體分析器20的輸出變化的一個示例的圖。更具體而言，與圖4同樣，示出了導(dǎo)入到氣體分析器20的氣體成分中的、作為觀察對象的特定成分的信號強(qiáng)度的時間變化。圖8中，縱軸表示信號強(qiáng)度，橫軸表示時間。另外，省略與利用圖4說明的內(nèi)容重復(fù)的記載。

時間段A表示照射激光16a的時間段內(nèi)信號強(qiáng)度的時間變化。時間段B表示未照射激光16a的時間段內(nèi)信號強(qiáng)度的時間變化。

若分析對象的微粒子是難揮發(fā)性，則在時間段B內(nèi)，從氣體分析器20輸出的信號強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)表示零。然而，有時會因?yàn)槔珉S時間變化的噪音成分的影響等使得有效強(qiáng)度的截距分量會以噪音成分的形式出現(xiàn)。圖8示出時間段B內(nèi)的該截距分量。此外，截距分量也包含在時間段A內(nèi)的信號強(qiáng)度中。因此，照射激光16a的時間段A內(nèi)的信號強(qiáng)度和未照射激光16a的時間段B內(nèi)的信號強(qiáng)度的差分是因試料空氣所包含的微粒子的特定成分而產(chǎn)生的信號強(qiáng)度。通過在運(yùn)算部25中對該信號強(qiáng)度的差分進(jìn)行定量計(jì)算，從而能測定所導(dǎo)入的試料空氣所包含的微粒子濃度。

圖9是對微粒子組成分析裝置200的動作的一個示例進(jìn)行說明的流程圖。另外，在圖7和圖8中，作為控制部24進(jìn)行的控制的一個例子，示出以預(yù)先決定的周期照射激光16a的例子。圖9中，作為控制部24進(jìn)行的其它控制的一個例子，對在基于來自氣體分析器20的輸出結(jié)果而調(diào)整的時刻照射激光16a的例子進(jìn)行說明。與利用圖5說明的流程同樣，本流程在微粒子組成分析裝置100接收到來自用戶的開始分析試料空氣的指示時開始。

控制部24導(dǎo)入試料空氣(步驟S201)?？刂撇?4例如控制設(shè)置在導(dǎo)入管30中的閥，從而在維持單位時間的流量的方式將試料空氣導(dǎo)入氣動透鏡10。接著，控制部24使激光裝置16開始激光16a的照射(步驟S202)。

接著，控制部24從氣體分析器20獲取試料氣體中特定成分的強(qiáng)度信號(步驟S203)。具體而言，控制部24以氣體分析器20的采樣周期獲取強(qiáng)度值，在連續(xù)數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值變化收斂在預(yù)先確定的變動范圍內(nèi)時判定為輸出穩(wěn)定。然后，將該時刻的強(qiáng)度值決定為作為該時間段的試料氣體的代表強(qiáng)度值的試料強(qiáng)度。當(dāng)然，也可以在穩(wěn)定之后將數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值平均化來決定試料強(qiáng)度值。

一旦決定了試料強(qiáng)度值，控制部24停止激光16a的照射(步驟S204)。接著，控制部24從氣體分析器20獲取比較氣體的強(qiáng)度信號(步驟S205)。具體而言，控制部24以氣體分析器20的采樣周期獲取強(qiáng)度值，在連續(xù)數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值變化收斂在預(yù)先確定的變動范圍內(nèi)時判定為輸出穩(wěn)定。然后，將該時刻的強(qiáng)度值決定為作為該時間段的比較氣體的代表強(qiáng)度值的截距強(qiáng)度。當(dāng)然，也可以在穩(wěn)定之后將數(shù)個點(diǎn)的強(qiáng)度值平均化來決定截距強(qiáng)度值。

接著，控制部24的運(yùn)算部25對試料強(qiáng)度與截距強(qiáng)度的差分量進(jìn)行運(yùn)算(步驟S206)。具體而言，運(yùn)算部25將試料強(qiáng)度與截距強(qiáng)度相減來確定差分量。運(yùn)算部25根據(jù)所確定的差分量、氣體分析器20的采樣周期、試料空氣的單位時間的導(dǎo)入量等來計(jì)算觀察對象的微粒子濃度。然后，控制部24將運(yùn)算結(jié)果顯示在顯示部中以呈現(xiàn)給用戶，或存儲在記錄部中以作為記錄保留。當(dāng)然，也可以通過接口將運(yùn)算結(jié)果發(fā)送給外部設(shè)備。

接著，控制部24判斷用戶是否發(fā)出了結(jié)束指示(步驟S207)。在判斷為用戶未發(fā)出結(jié)束指示的情況下，控制部24返回到步驟S202，并繼續(xù)測定控制。另一方面，在判斷為用戶發(fā)出了結(jié)束指示的情況下，結(jié)束一系列流程。

以上說明的實(shí)施方式1適于如下目的：例如消除捕捉微粒子的捕捉體14上吸附的氣體試料以外的物質(zhì)的影響，實(shí)施方式2適于如下目的：例如消除隨時間變化的噪音成分的影響。此外，若分析對象的微粒子是揮發(fā)性物質(zhì)，則優(yōu)選實(shí)施方式1，若為難揮發(fā)性物質(zhì)，則實(shí)施方式1和實(shí)施方式2都適合。無論是實(shí)施方式1還是實(shí)施方式2，都將交替重復(fù)地將試料氣體和比較氣體導(dǎo)入氣體分析器20作為一個特征，對于氣體分析器20所輸出的強(qiáng)度值不進(jìn)行積分而直接計(jì)算差分量，從而實(shí)現(xiàn)了組成分析的高速化。

例如，在對大規(guī)模工廠等排出的廢氣中的微粒子進(jìn)行分析的情況下，其濃度與該微粒子在大氣中的濃度相比較高，因此無需積累該微粒子來進(jìn)行測定。另一方面，在要將分析結(jié)果反映到工廠控制的情況下，則需要更高速的分析周期。因此，實(shí)施方式1以及實(shí)施方式2的微粒子組成分析裝置適合應(yīng)用到這種系統(tǒng)。

另一方面，例如在對居住環(huán)境中的大氣所包含的有害物質(zhì)進(jìn)行測定的情況下，測定對象的微粒子濃度大體較低，因而需要積累該微粒子來進(jìn)行測定。該情況下，分析周期大多不需要太快。為此，對能良好地適用于這種條件的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。

實(shí)施方式3的裝置結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的微粒子組成分析裝置100相同?？刂坪瓦\(yùn)算方法與實(shí)施方式1不同。具體而言，根據(jù)作為分析對象的微粒子的濃度將圖3所說明的試料空氣用的時間段B設(shè)定為長時間，從而在捕捉體14中積累到能對該微粒子進(jìn)行分析的程度。與此相應(yīng)，將處理空氣用的時間段A也設(shè)定為長時間。控制部24對所積累的微粒子以脈沖方式照射激光16a來生成試料氣體，并導(dǎo)入到氣體分析器20。脈沖照射可以是一次照射，也可以是多次照射。同樣，從處理空氣中產(chǎn)生比較氣體，并導(dǎo)入到氣體分析器20。氣體分析器20執(zhí)行由圖10示意性示出的運(yùn)算。

圖10是對實(shí)施方式3的運(yùn)算部25的運(yùn)算處理進(jìn)行說明的圖。圖10(a)到圖10(c)中，橫軸表示時間，縱軸表示從氣體分析器20輸出的信號強(qiáng)度。

圖10(a)表示試料氣體所對應(yīng)的氣體分析器20的信號強(qiáng)度的時間變化?？芍?，導(dǎo)入后，信號強(qiáng)度立即急劇增高，之后逐漸減小。圖10(b)表示比較氣體所對應(yīng)的氣體分析器20的信號強(qiáng)度的時間變化?？芍?，導(dǎo)入后，信號強(qiáng)度立刻稍許增加，并在短時間內(nèi)平緩降低。圖10(c)是將圖10(a)所示的信號強(qiáng)度的時間變化與圖10(b)所示的信號強(qiáng)度的時間變化相減后的曲線圖。圖10(c)所示的時間變化可以認(rèn)為是因試料空氣所包含的微粒子的特定成分而產(chǎn)生的信號強(qiáng)度的變化。若對該曲線進(jìn)行積分，則能計(jì)算出所獲取的試料空氣中的對象微粒子量。

以上對實(shí)施方式1到實(shí)施方式3進(jìn)行了說明，實(shí)施方式2的微粒子組成分析裝置200實(shí)質(zhì)上涵蓋在實(shí)施方式1和實(shí)施方式3的微粒子組成分析裝置100的裝置結(jié)構(gòu)中。因此，能直接利用微粒子組成分析裝置100的結(jié)構(gòu)來執(zhí)行實(shí)施方式2中說明的控制。即，只要是微粒子組成分析裝置100的結(jié)構(gòu)，則能根據(jù)作為分析對象的微粒子來選擇性地切換為某一種控制。具體而言，控制部24決定將比較氣體設(shè)為對經(jīng)過凈化處理的處理空氣照射激光16a而產(chǎn)生的氣體，或者在不對微粒子照射激光16a的期間存在于激光16a的照射部分附近的氣體即可。

以上利用實(shí)施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限于上述實(shí)施方式所記載的范圍。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然能對上述實(shí)施方式施加多種變更或改進(jìn)。由權(quán)利要求書的記載可以明確，施加了這種變更或改進(jìn)的方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。

請注意，對于權(quán)利要求書、說明書以及附圖中所示的裝置、系統(tǒng)、程序、以及方法中的動作、工序、步驟以及階段等各處理的執(zhí)行順序，只要沒有特意明示為“之前”、“在…之前”等，或者在后續(xù)的處理中使用之前處理的輸出，則能以任一的順序?qū)崿F(xiàn)。關(guān)于權(quán)利要求書、說明書、以及附圖中的動作流程，為便于說明而使用了“首先”、“接著”等，但并不意味著必須以該順序來實(shí)施。

標(biāo)號說明

10 氣動透鏡

10a 粒子射線

10b 導(dǎo)入口

10c 出射口

12 分離器

12a 連通孔

14 捕捉體

16 激光裝置

16a 激光

18 分析單元

18a 分離器部

18b 連通孔

18c 微小孔

20 氣體分析器

20a 離子化區(qū)域

22 處理空氣供給部

24 控制部

25 運(yùn)算部

26 減壓腔

26a 第一減壓腔

26b 第二減壓腔

26c 第三減壓腔

27a 第一排氣裝置

27b 第二排氣裝置

27c 第三排氣裝置

28 第一隔壁

29 第二隔壁

30 導(dǎo)入管

30a 第一路徑

30b 第二路徑

30c 第三路徑

32 光學(xué)窗

33 光學(xué)窗

100 微粒子組成分析裝置

200 微粒子組成分析裝置