专利名称：微粒组成分析方法及微粒组成分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如适于对在空气中漂浮的微粒(气溶胶)的各化学组成的质量浓度等进行定量的微粒组成分析方法及微粒组成分析装置。
背景技术：
近年来,人们越来越关注大气环境对健康的影响,例如设定了与大气微粒浓度相关的新的环境基准等。例如，柴油机排气微粒因会沉淀于肺泡等的气道里等而会损害健康。 微粒的粒子大小是对健康危险性重要的因素，粒子的大小越小，则从人的呼吸器即口、鼻、 气管经由支气管到达肺泡而损害健康的危险就越大。因此，也已知有基于空气动力学直径为2. 5μπι以下的粒子(PM2. 5)的大气中浓度的基准等。另外，在无尘室、制造环境、医疗环境等要求更高的大气环境的清洁性的特殊环境中，需要灵敏度更高的大气微粒浓度的测量方法。
为了避免健康受影 响的危险和降低利用无尘室、制造环境、医疗环境等特殊大气环境的产品、服务的品质劣化的危险，监视由大气微粒引起的污染浓度的状况是重要的，此夕卜，获得大气微粒的各化学组成的质量浓度的信息对于确定发生原因以改善大气环境的目的是重要的。
目前，作为测量大气微粒的化学组成的方法，广泛地使用过滤器捕集、离线化学分析法。上述方法是在吸引大气而在过滤器中捕集微粒并将该微粒移送至分析室等之后，通过溶液提取或热处理等进行化学分析。然而，在该方法中，为了分析平均的大气环境浓度级另IJ，大致需要数小时到数天的捕集时间。挥发性较高的成分有时会在捕集、移送时蒸发，另夕卜，气相成分也会在捕集中吸附而干涉，因此，定量性存在问题。另外，由于是离线分析，因此，长时间持续地取得数据需要大量的劳动。
因此，期望开发在线测量大气微粒的化学组成、特性等的方法。作为能应用于上述在线测量的装置、方法，例如，在下述专利文献I中记载有以下方法将粒子导入高真空室， 并朝飞行的粒子照射激光以使构成成分离子化，从而对该构成成分进行质量分析。另外， 在下述专利文献2、下述非专利文献1、2中，记载有以下方法将在生成气体中的微粒的粒子束的粒子束生成器(空气动力学透镜)中生成的粒子束导入高真空室，使粒子与表面配置有钥箔的铜基板、加热后的钨等碰撞，以对粒子进行加热来使其汽化、离子化并进行质量分析。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第4，383，171号说明书
专利文献2 :美国专利第6，040, 574号说明书
非专利文献
非专利文献1:HERBERT J. TOBIAS 及另外 8 人，“Chemical Analysis of Diesel Engine Nanoparticles Using a Nano-DMA/Thermal Desorption Particle BeamMass Spectrometer (使用纳米动态机械分析/热解吸粒子束质谱仪的柴油发动机毫微粒的化学分析)”，2001 年，ENVIRONMENTALSCIENCE&TECHNOLOGY (环境科学和技术)，35[11]，ρ·2233-2243
非专利文献2 : John Τ· Jayne 及另外 7 人，“Development of an Aerosol Mass Spectrometer for Size and Composition Analysis of Submicron Particles (用于亚微粒的尺寸和成分分析的气溶胶质谱仪的开发)”，2000年，Aerosol Science and Technology (气溶胶科学和技术),33, p. 49-70发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，上述专利文献I所记载的方法因具有使飞行的粒子的构成成分离子化所需的强度的激光所照射到的微粒只是整体的极小一部分、粒子的物性不同对离子化效率带来很大影响等而仅适用于定性分析，不能适用于定量分析。另外，在上述专利文献2、非专利文献1、2所记载的方法中，导入真空的微粒的粒子束具有每秒数十至数百米的速度，例如，当由一部分无机盐、烟灰、一部分有机物等构成的微粒与 用于加热汽化的基板等碰撞时，其大部分或全部都会弹回而不能实现加热汽化等，因此，对于上述微粒仅适用于定性分析，而不适用于定量分析。
因此，本发明的目的在于提供能在线定量地分析大气微粒的各化学组成的质量浓度的微粒组成分析方法及微粒组成分析装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明人为解决上述技术问题而进行了积极研究，结果发现，通过使用具有网状结构体的捕捉体，能从在粒子束生成器(空气动力学透镜)中生成的大气微粒的粒子束中将该微粒有效地浓缩在较狭小的空间区域中以加以捕捉，此外，能通过朝捕捉到的微粒照射能量线以有效地生成用于分析的脱离成分，并将该脱离成分导入分析部分，从而完成了本发明。
S卩，本发明的微粒组成分析方法的特征是，在使气体试样中的微粒的粒子束聚焦， 并将该粒子束照射到捕捉体的狭小的区域而捕捉到上述微粒之后，对上述狭小的区域集中照射能量线来使由上述捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分，从而来对上述脱离成分进行分析，其中上述捕捉体具有用于将剩余的气相成分去除并捕捉上述粒子束中的微粒的网状结构体。
根据本发明的微粒组成分析方法，由于使气体试样中的微粒的粒子束聚焦，此外， 还使气体试样中的微粒的粒子束照射到将剩余的气相成分去除并具有网状结构体的捕捉体以捕捉该微粒，因此，能将大气微粒有效地浓缩在较狭小的空间区域中以加以捕捉。此夕卜，由于对捕捉体照射能量线来使由捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大气微粒，从而能在短时间内生成高浓度的脱离成分并对该脱离成分进行分析。藉此，能在线定量地分析大气微粒的各化学组成的质量浓度。另一方面，当将能量线照射到捕捉体时，由捕捉体捕捉到的大气微粒在短时间内脱离，捕捉体处于能捕捉下个微粒的状态，因此，也能以较高的时间分辨率(数分钟 一小时)对平均的大气环境浓度级别进行在线测量。
此外，通过根据构成上述微粒的成分的能量吸收特性来选择并控制上述能量线， 能对应于各种各样的化学组成的微粒。
另外，当利用捕捉体捕捉上述微粒时，将上述捕捉体的温度控制成能够降低由上 述捕捉体捕捉到的微粒中的挥发性较高的成分蒸发的温度，由此，能捕捉、分析挥发性较高 的成分。
此外，通过使用催化剂将上述脱离成分转换为其它物质，并对转换得到的上述物 质进行分析，例如，使从有机物加热脱离的多种碳化合物全部氧化以转换为二氧化碳，能集 约且有效地对该有机物进行检测。
在本发明的微粒组成分析方法中，较为理想的是，上述网状结构体由具有催化剂 作用的贵金属构成。藉此，上述捕捉体不仅具有可高效地捕捉大气微粒的捕捉作用，并且也 具有将上述脱离成分转换为分析用形态的催化剂作用。
在本发明的微粒组成分析方法中，较为理想的是，上述网状结构体采用以下结构 在被上述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的第一网状结构体，并在与该第一网状结构 体相连的被上述粒子束照射的相反面侧配置空隙率比上述第一网状结构体的空隙率小的 第二网状结构体。藉此，能使用上述第一网状结构体捕捉到曾经进入网状结构体的内部的 微粒，能使用上述第二网状结构体捕捉到穿过上述第一网状结构体的微粒，此外，还能使用 上述第一网状结构体捕捉到穿过上述第一网状结构体且被上述第二网状结构体弹回的微 粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大气微粒。
在本发明的微粒组成分析方法中，较为理想的是，上述网状结构体在被上述粒子 束照射的正面侧配置规定空隙率的网状结构体，在与该网状结构体相连的被上述粒子束照 射的相反面侧配置没有空隙的板体。藉此，能使用上述网状结构体捕捉到曾经穿过网状结 构体且被上述板体弹回的微粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大气微粒。
另一方面，本发明的微粒组成分析装置的特征是，包括减压室，该减压室内被减 压，以在该减压室内生成规定的气流；粒子束生成器，该粒子束生成器的一端配置于上述减 压室外，另一端配置于上述减压室内，上述粒子束生成器通过上述减压室的减压吸入外部 气体以将上述外部气体中的微粒的粒子束照射到上述减压室内；捕捉体，该捕捉体配置于 上述减压室内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网状结 构体；能量线供给器，该能量线供给器对上述捕捉体照射能量线，来使由上述捕捉体捕捉到 的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分；捕捉体保持容器，该捕捉体保持容器设有上述粒 子束的入射口和供上述能量线射入的光学窗，并在内部配置有上述捕捉体，上述捕捉体保 持容器配置成使去除了剩余的气相成分后的上述粒子束从上述入射口照射到上述捕捉体； 导管，该导管与上述捕捉体保持容器连接；以及分析器，该分析器经由上述导管接收上述捕 捉体保持容器内的上述脱离成分，并对上述脱离成分进行分析。
根据本发明的微粒组成分析装置，利用上述粒子束生成器形成气体中的微粒浓缩 成束状的粒子束，并使该粒子束照射到将剩余的气相成分去除且具有上述捕捉体保持容器 内的网状结构体的上述捕捉体以保持微粒。因此，能将大气微粒有效地浓缩在较狭小的空 间区域中以加以捕捉。此外，由于利用上述能量线供给器对捕捉体照射能量线来使由捕捉 体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大气 微粒，从而能在短时间内生成高浓度的脱离成分。此外，能一边防止生成的脱离成分从上述捕捉体保持容器扩散，一边利用上述导管将生成的脱离成分有效地引导至上述分析器，并 对该脱离成分进行分析。藉此，能在线定量地分析大气微粒的各化学组成的质量浓度。另 一方面，当将能量线照射到捕捉体时，由捕捉体捕捉到的大气微粒在短时间内脱离，捕捉体 处于能捕捉下个微粒的状态，因此，也能以较高的时间分辨率(数分钟 一小时)对平均的 大气环境浓度级别进行在线测量。
另外，在上述减压室中设有第一间壁，该第一间壁将配置有上述粒子束生成器的 第一空间和配置有上述捕捉体保持容器的第二空间分隔开，在上述第一间壁上设有上述粒 子束的通过口，并将上述粒子束的通过口和上述捕捉体保持容器的上述粒子束入射口分别 设为分离器结构，从而能将上述第一空间和上述第二空间减压，以使上述第二空间的气压 比上述第一空间的气压低，因此，在将粒子束有效地从第一空间导入第二空间，并在第一空 间和第二空间之间设置压力差以保持第一空间的减压状态的基础上，能去除剩余的空气。 此外，能去除剩余的气相成分而使粒子束射入捕捉体保持容器。
另外，在捕捉体上设置温度控制元件，当利用捕捉体捕捉上述微粒时，将捕捉体的 温度控制成能够降低由捕捉体捕捉到的微粒中的挥发性较高的成分蒸发的温度，由此，能 捕捉、分析挥发性较高的成分。
此外，由于在上述导管的空间内部设有将上述脱离成分转换为其它物质的催化 齐U，因此，能在脱离成分被引导至分析器的一系列过程中将脱离成分转换为其它物质，并对 转换得到的物质进行分析，例如，能使从有机物加热脱离的多种碳化合物全部氧化以转换 为二氧化碳，从而集约且有效地对该有机物进行检测。
另外，在上述减压室中设有第二间壁，该第二间壁将配置有上述捕捉体保持容器 的第二空间和配置有上述分析器的第三空间分隔开，从而能将上述第二空间和上述第三空 间减压，以使上述第三空间的气压比上述第二空间的气压低，并且使上述导管贯穿上述第 二间壁，以能将上述捕捉体保持容器内的上述脱离成分引导至上述分析器，从而能由第二 空间侧朝第三空间侧产生缓慢的气流，以将因能量线的照射而产生的脱离成分有效地引导 至分析器。
此外，由于在上述导管中设置流路控制机构，当利用上述分析器分析上述脱离成 分时，利用上述流路控制机构遮蔽或减小上述导管的流路空间，以将上述第三空间减压成 真空，因此，能进行分析部必须是真空的质量分析。另外，当分析挥发性较高的物质等时，能 使捕捉部分处于大气压，并能使分析部分处于真空。
此外，通过使上述导管分支为多个，能将上述捕捉体保持容器内的上述脱离成分 引导至多个上述分析器。
在本发明的微粒组成分析装置中，较为理想的是，上述网状结构体由具有催化剂 作用的贵金属构成。藉此，上述捕捉体不仅具有可高效地捕捉大气微粒的捕捉作用，并且也 具有将上述脱离成分转换为分析用形态的催化剂作用。
在本发明的微粒组成分析装置中，较为理想的是，上述网状结构体采用以下结构 在被上述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的第一网状结构体，并在与该第一网状结构 体相连的被上述粒子束照射的相反面侧配置空隙率比上述第一网状结构体的空隙率小的 第二网状结构体。藉此，能使用上述第一网状结构体捕捉到曾经进入网状结构体的内部的 微粒，能使用上述第二网状结构体捕捉到穿过上述第一网状结构体的微粒，此外，还能使用上述第一网状结构体捕捉到穿过上述第一网状结构体且被上述第二网状结构体弹回的微 粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大气微粒。
在本发明的微粒组成分析装置中，较为理想的是，上述网状结构体在被上述粒子 束照射的正面侧配置规定空隙率的网状结构体，在与该网状结构体相连的被上述粒子束照 射的相反面侧配置没有空隙的板体。藉此，能使用上述网状结构体捕捉到曾经穿过网状结 构体且被上述板体弹回的微粒。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大气微粒。
发明效果
根据本发明的微粒组成分析方法，由于使气体试样中的微粒的粒子束聚焦，此外， 还使气体试样中的微粒的粒子束照射到将剩余的气相成分去除并具有网状结构体的捕捉 体以捕捉该微粒，因此，能将大气微粒有效地浓缩在较狭小的空间区域中以加以捕捉。此 夕卜，由于对捕捉体照射能量线来使由捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成 分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大气微粒，从而能在短时间内生成高浓度的脱离成分 并对该脱离成分进行分析。藉此，能在线定量地分析大气微粒的各化学组成的质量浓度。此 夕卜，另一方面，当将能量线照射到捕捉体时，由捕捉体捕捉到的大气微粒在短时间内脱离， 捕捉体处于能捕捉下个微粒的状态，因此，也能以较高的时间分辨率(数分钟 一小时)对 平均的大气环境浓度级别进行在线测量。
根据本发明的微粒组成分析装置，利用上述粒子束生成器形成气体中的微粒浓缩 成束状的粒子束，并使该粒子束照射到将剩余的气相成分去除且具有上述捕捉体保持容器 内的网状结构体的上述捕捉体以保持微粒。因此，能将大气微粒有效地浓缩在较狭小的空 间区域中以加以捕捉。此外，由于利用上述能量线供给器对捕捉体照射能量线来使由捕捉 体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分，因此，能使能量集中在被捕捉到的大气 微粒，从而能在短时间内生成高浓度的脱离成分。此外，能一边防止生成的脱离成分从上述 捕捉体保持容器扩散，一边利用上述导管将生成的脱离成分引导至上述分析器，并对该脱 离成分进行分析。藉此，能在线定量地分析大气微粒的各化学组成的质量浓度。此外，另一 方面，当将能量线照射到捕捉体时，由捕捉体捕捉到的大气微粒在短时间内脱离，捕捉体处 于能捕捉下个微粒的状态，因此，也能以较高的时间分辨率(数分钟 一小时)对平均的大 气环境浓度级别进行在线测量。
图1是本发明的微粒组成分析方法的概念图。
图2是表示空气动力学透镜的一例的示意图。
图3 (A)是表示捕捉体的网状结构体的一例的示意图，图3 (B)是表示以与该网 状结构体相连的方式配置了没有空隙的板体的形态的示意图。
图4是表示构成捕捉体的网状结构体的网结构基板的一例的立体图，图4 (A)是 从上部侧观察到的立体图，图4 (B)是从下部侧观察到的立体图。
图5 (A)是网结构基板的网的局部放大图，图5 (B)是图4 (A)中图示出的A — A’线的网结构基板的剖视图。
图6是层叠多个网结构基板以形成具有网状结构体的微细加工成形体的说明图。
图7是表示捕捉体的网状结构体的另一例的示意图，图7 (A)是从粒子束照射方向观察到的示意图，图7 (B)是从捕捉体的截面方向观察到的示意图。
图8是表示捕捉体的网状结构体的又一例的示意图，图8 (A)是从粒子束照射方 向观察到的示意图，图8 (B)是从捕捉体的截面方向观察到的示意图。
图9是表示本发明的微粒组成分析装置的一实施方式的图。
图10 (A)是捕捉体的放大图，图10 (B)是捕捉体保持容器的放大图。
图11是表示本发明中使用的捕捉体保持容器及与该捕捉体保持容器连接的导管 的另一例的图。
图12是表示本发明中使用的捕捉体保持容器及与该捕捉体保持容器连接的导管 的又一例的图。
图13是表示质量峰值m/z64的离子信号的历时变化的图。
图14是相对于硫酸铵粒子表不微粒积分质量与尚子信号的时间积分量之间的正 相关性的图。
图15是表示生成包含被油(油酸)覆盖的单分散的硝酸钾粒子的气溶胶的工序的 流程图。
图16是相对于硝酸钾粒子表不微粒积分质量与尚子信号的时间积分量之间的正 相关性的图。
具体实施方式
在图1中示出了本发明的微粒组成分析方法的概念图。
如图1所示，在本发明的微粒组成分析方法中，在粒子束生成部分使气体试样中 的微粒的粒子束聚焦，并将该粒子束照射到粒子捕捉部分的狭小的区域而使该粒子捕捉部 分捕捉该微粒，其中，上述粒子捕捉部分将剩余的气相成分去除并具有网状结构体。此处， “狭小的区域”是指小到照射后述能量线时能对捕捉到的微粒高效率地施加能量的程度的 区域。较为理想的是，是指由供微粒射入的捕捉体的被照射面形成的粒子束的截面圆状的 投影图像的直径为Imm 3mm左右的区域。
另外，将在能量线供给部分生成的能量线朝具有网状结构体的粒子捕捉部分集中 照射，并利用该能量线的能量使由粒子捕捉部分捕捉到的微粒汽化、升华或反应，以生成脱 离成分。此处，“集中照射”是指集中到照射能量线时能将其能量高效率地施加至所捕捉到 的微粒的程度来进行照射。较为理想的是，是指照射由供能量线射入的捕捉体的被照射面 形成的能量线的截面圆状的投影图像的直径为O.1mm 5mm左右的能量线。此时，也能照 射能量线以对捕捉到上述微粒的狭小的区域进行扫描。
另外，将使由粒子捕捉部分捕捉到的微粒汽化、升华或反应而生成的脱离成分引 导至组成分析部分，并在组成分析部分中对该脱离成分进行分析。在此，“脱离成分”是指从 捕捉体脱离而处于能移动至组成分析部分的状态的成分。具体而言，是因微粒的构成成分 的氧化而生成的CO2、H2O, NO2、SO2等。
在本发明的微粒组成分析方法中，可根据构成微粒的成分的能量吸收特性来选 择、控制上述能量线。具体而言，当构成微粒的成分为硫酸盐、硝酸盐、有机物等时，照射红 外激光，当构成微粒的成分是烟灰、金属等时，照射可见或红外激光。藉此，能对应于各种各 样的化学组成的微粒。
在本发明中，气体试样中的微粒的粒子束是指利用由固体或液体构成的微粒的空气动力学特性从微粒处于漂浮状态的气体试样(气溶胶)以各微粒在气体试样中具有相同的飞行、移动特性的方式将微粒隔离浓缩为束状而成的微粒的粒子束。这样的粒子束能通过使用空气动力学透镜(aerodynamic lens)这样的具有节流孔、喷嘴或它们的组合等设备的粒子束生成器，例如将该粒子束生成器的一端配置于减压室外，将其另一端配置于减压室内，并利用减压室的减压吸入外部气体而生成。
在图2中示出了空气动力学透镜的机构的示意图。该空气动力学透镜I具有在管状的外壳20的内部连接多级节流孔21a 21d的结构，在其一端的侧面设有供气体试样流入的试样入口 22，在另一端的侧面设有将生成的微粒的粒子束排出的试样出口 23。在该图中，试样入口 22配置于外部气体中，试样出口 23处于配置于减压气氛中的状态。因该压力差而使气体试样从外部气体侧经由试样入口 22流入，当气体试样流过空气动力学透镜时， 其介质即气体一边扩散一边移动，因此，可利用节流孔21阻碍直线移动，与此相对，由固定或液体构成的微粒的直线传播性比气体分子的直线传播性高，因此，穿过第一级节流孔21a 的微粒的移动并不会被第两级以后的节流孔21b 21d大幅地阻碍，能使各微粒聚焦成束状，并能通过试样出口 23朝减压气氛侧排出微粒的粒子束。另外，在该空气动力学透镜I 中，在试样出口 23设有喷嘴24，以将生成的微粒的粒子束进一步聚焦来使其加速。
能生成上述束状的粒子束的微粒的大小取决于空气动力学透镜的结构和压力，通常是空气动力学直径为3 μ m左右以下的微粒，但本申请发明的微粒组成分析方法所适用的范围并非必须要限定于上述微粒的大小。另外，气体试样中的微粒的粒子束的生成方法也不限定于利用空气动力学透镜的方法。
在本发明中，具有网状结构体的捕捉体是用于捕捉上述粒子束中的微粒的捕捉体。在图3 (A)中示出了表示本发明所使用的捕捉体的网状结构体的一例的示意图。如图 3 (A)所示，在结构方面，能将该网状结构体40看作是通过层叠多个网层40a 40d而在整体上形成为网状结构体的。此外，当将上述微粒的粒子束照射到捕捉体时，各个微粒以固有的概率穿过网层的空隙直至到达某一深度为止(假设从图中的纸面外侧照射微粒的粒子束 2)，并与位于该深度的网层碰撞，一部分被捕捉，其余部分减速并弹回。弹回的粒子与位于纸面外侧的网层进一步碰撞，一部分被捕捉，其余部分减速 并弹回。然后，反复同样的作用， 弹回的粒子不久就失去速度，并被上述捕捉体捕捉到。
在图3 (B)中示出了在图3 (A)的网状结构体中被微粒的粒子束照射的相反面侧以与该网状结构体相连的方式配置了没有空隙的板体43的形态的网状结构体45。根据该形态，能使用上述网状结构体捕捉曾经穿过网状结构体且被板体弹回的微粒。
作为上述网状结构体的材质，较为理想的是即便反复照射使微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分的能量线，其结构也不会产生实质变化的材质。藉此，经得住多次使用， 在对花费一定时间而采集、堆积的微粒进行完分析之后，还能对花费下个一定时间而采集、 堆积的微粒进行分析，并且也能连续地进行上述分析。作为上述材质，可列举出钼、金、钯、 铑、铱及它们的合金等。另外，这些材质也可通过将薄膜形成在用于骨架、框架、构架等的构件的表面等而配置于上述网状结构体的表面，其中，上述骨架、框架、构架用于成形上述网状结构体。
作为这种网状结构体，能利用由金属、合金或它们的化合物的纤维形成的无纺布所构成的结构体。例如，能使用市场上销售的钼无纺布“钼片材”(田中贵金属公司制，平均空隙率大约24%，厚度为O.1mm左右)等。
另外，网状结构体也可使用由层叠多片通过微细加工形成的网状片材而形成的微细加工成形体构成的结构体。例如可通过硅、金属等的微细加工来获得上述微细加工成形体。
在图4 图6中示出了由微细加工成形体构成的捕捉体的网状结构体的一例。该网状结构体是通过粘合多片网结构基板而层叠形成的，该网结构基板是通过光刻对SOI基板进行加工而获得的。
在图4 (A)中示出了从上部侧观察网结构基板100的立体图。另外，在图4 (B)中示出了从下部侧观察网结构基板100的立体图。网结构基板100由形成格子状开口部的网 101和对该网的外周进行支承的支承框体102构成。其大小典型的是纵横长度为5 8mm 的正方形，该网101的区域为Φ3 8mm左右，支承框体102的厚度为100 300 μ m左右。
图5 (A)中示出了网的局部放大图。如图5 (A)所示，在网中通过微细加工而形成有格子状的开口部。该格子尺寸典型的是如下框宽度为I IOym左右，孔开口为10 100 μ m左右。
图5 (B)示出了图4 (A)中图示出的A — A’线的网结构基板100的剖视图。如与图4 (B) 一起所示的那样，在网101的下部通过微细加工形成有由网101和对网的外周进行支承的支承框体102围住且被挖空成圆柱状的空间。此处，网101的厚度典型的是为 10 100 μ m左右，支承框体102的厚度如上所述为100 300 μ m左右。
图6中示出了微细加工成形体200。能例如通过在上述网101的硅材质的部分预先实施钼、金、钯、铑、铱及它们的合金等的薄膜形成等，并粘合上述支承框体102的硅材质的部分，来获得这种微细加工成形体200。在图6中，微细加工成形体200是通过粘合多片 (100a IOOe这五片)网结构基板100而形成的。作为粘合方法，例如能以300°C 500°C 对低熔点玻璃进行加热以使其熔解来通过该低熔点玻璃进行粘接。另外，也可通过利用玻璃基板的阳极接合来进行粘合。另外，也可以在网结构基板100的上述支承框体102的硅材质的部分实施钼、金、钯、铑、铱及它们的合金等的薄膜形成等，并通过该薄膜层来进行接合。此外，在网结构基板100的材质为金属的情况下，也可以不使用其它粘接用的材料而直接进行接合。或者，在该结构允许情况下，也可仅仅使网结构基板100简单地重叠。
当由一层上述网结构基板100来形成微细加工成形体200时，或者当典型地粘合二 十层网结构基板100、优选的是粘合三 六层网结构基板100加以层叠来形成微细加工成形体200时，能获得网状结构体的空隙率为80 99%左右的微细加工成形体。另外， 由此处的微细加工成形体200构成的网状结构体由以下结构构成其网的部分隔着形成于其下部且被挖空成圆柱状的空间层叠多层。因此，其空隙率是指从微粒的射入方向观察时网的部分到达里侧为止所占有的单位体积的空隙率，是不包括圆柱状空洞及支承框体的空隙率。
微细加工成形体200的网的孔开口图案典型的是为四边形的格子图案，但形状和间距并未被特别限制，也可以采用圆形、椭圆形、多边形等形状，或采用多个形状的组合。也可列举出蜂窝结构等。另外，形状、间距或它们的相位也可按每一层叠的层偏移或不同。
在本发明中，上述网状结构体较为理想的是采用以下结构在被上述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的第一网状结构体，在被上述粒子束照射的相反面侧配置空隙率比第一网状结构体的空隙率小的第二网状结构体。
在图7中示出了如上所述那样构成的另一网状结构体的一例。图7 (A)是从粒子束照射方向观察到的示意图，图7 (B)是从捕捉体的截面方向观察到的示意图。
该网状结构体40在被粒子束照射的正面侧配置有空隙率较大的第一网状结构体41。另外，在被粒子束照射的相反面侧配置有空隙率比第一网状结构体的空隙率小的第二网状结构体42。作为第一网状结构体41，能使用由以下微细加工成形体构成的结构体通过上述微细加工成形而获得，并且其大小是纵横长度为3 8mm的正方形，格子尺寸如下 框宽度为I 10μ m左右,孔开口为10 100μ m左右,格子的厚度为10 100 μ m左右，隔板厚度为100 300 μ m左右，层数为一 十层左右。如上所述，这种微细加工成形体的网状结构体的空隙率为80 99%左右。另外，作为第二网状结构体42，能使用上述钼无纺布“钼片材”(田中贵金属公司制，平均空隙率大约24%，厚度为O.1mm左右)等。
根据该实施方式，第一网状结构体41的空隙率较大，因此，上述粒子束中的微粒在捕捉体的表面弹回的概率较小，容易到达第一网状结构体41的内部或第二网状结构体 42。此外，由于微粒被第一或第二网状结构体捕捉到，或者即使微粒从第二网状结构体42 弹回，其也可与构成第一网状结构体41的任意格子层(图7 (B)中为41a、41b或41c)碰撞， 使速度降低而被捕捉到，因此，能在网状结构体40的空隙中可靠地捕捉到微粒。
在本发明的另一实施方式中，较为理想的是，上述网状结构体在被上述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的网状结构体，并在与该网状结构体相连的被上述粒子束照射的相反面侧配置没有空隙的板体。
在图8中示出了如上所述那样构成的网状结构体的一例。图8 (A)是从粒子束照射方向观察到的示意图，图8 (B)是从捕捉体的截面方向观察到的示意图。
该网状结构体45在被粒子束照射的正面侧配置有图7中说明的空隙率较大的第一网状结构体41。另外，在被粒子束照射的相反面侧配置有没有空隙的板体43，以代替图 7中说明的第二网状结构体42。作为该板体43，只要是能反射微粒的材质即可，具体而言， 能使用钼、金、钯、铑、铱及它们的合金等。另外，其表面具有能引起微粒的漫反射的凹凸是较为理想的。
根据该实施方式，第一网状结构体41的空隙率较大，因此，上述粒子束中的微粒在捕捉体的表面弹回的概率较小，容易到达第一网状结构体41的内部或板体43。此外，由于微粒被第一网状结构体捕捉到，或者微粒从板体43弹回而与构成第一网状结构体41的任意格子层(图8 (B)中为41a、41b或41c)碰撞，使速度降低而被捕捉到，因此，也能在由第一网状结构体41及板体43形成的空隙中可靠地捕捉到微粒。
作为上述捕捉体的另一实施方式，也可以包括以下网状结构体，该网状结构体用于从微粒的粒子束中捕捉微粒，并具有配置于粒子束的照射面侧的第一网状结构体和相对于粒子束的照射面配置于背面侧的第二网状结构体或没有空隙的板体，该第一网状结构体由规定空隙率的网状结构体构成，该第二网状结构体由空隙率比第一网状结构体的空隙率小的网状结构体构成。
在该情况下，上述第一网状结构体和上述第二网状结构体也可由空隙率从粒子束的照射面侧朝背面侧逐渐地、或分级地、或呈夹着空洞的层状变小的一体网状结构体构成。此外，上述第一网状结构体和上述第二网状结构体也可分别由空隙率逐渐地、或分级地、或呈夹着空洞的层状变化的网状结构体构成。
另外，较为理想的是，上述第一网状结构体的空隙率为80 99%左右。
另外，较为理想的是，上述第一网状结构体是通过层叠多层网结构基板而构成的， 该网结构基板由具有格子状的开口部的网和对该网的外周进行支承的支承框体形成。网结构基板的层数典型的是为二 十层，为三 六层是较为理想的。另外，层叠间隔部分的空洞和支承框体的体积并未包含在空隙率中。
在该情况下，较为理想的是，各网基板单体的将网投影到与从被粒子束照射的一侧观察的规定的第一方向(例如在基板为平坦状的情况下是与基板垂直的方向)垂直的面时所获得的面积空隙率为80 99%左右。此外，较为理想的是，将网投影到与从第一方向分开规定角度的第二方向(例如45度左右)正交的面时所获得的面积空隙率比上述面积空隙率小。为了实现它，较为理想的是将具有上述格子状开口部的网的格子框设定为例如从该格子框的平面方面观察到的线宽度为I 10 μ m，从格子框的侧面方向观察到的高度为 10 100 μ m,该格子框的孔径宽度为10 100 μ m。此外,较为理想的是,将上述第一网状结构体的上述网的层叠间隔设为100 300 μ m。
通过采用上述结构，在上述第一网状结构体中，从被粒子束照射的一侧观察到的面积空隙率较大，因此，微粒在捕捉体的表面弹回的概率较小，微粒容易到达网状结构体的内部。此外，进入内部后的微粒子弹回时，其会以具有角度的方式弹回，因此，该微粒会在上述格子框的侧面的部分被捕捉到，或进一步弹回而与其它部分碰撞，使速度降低而被捕捉至IJ。藉此，能防止微粒逃逸至外部，并能有效地捕捉大气微粒。
此外，由于层叠多片上述网结构基板而构成的上述网结构体的空隙率和层叠间隔较大，因此，为生成微粒的脱离成分而照射的能量线也容易到达内部，能将能量线的能量高效地传递至捕捉到微粒的网状结构体的整体。在例如能量线为激 光的情况下，通过利用框体的反射、折射等或扫描照射方向等，能高效地传递能量线的能量。
在本发明中，当照射上述微粒的粒子束时，也可将上述捕捉体的温度控制成能够降低由上述捕捉体捕捉到的微粒中的挥发性较高的成分蒸发的温度。能通过由具有热传导性的铜等材质构成与捕捉体接触而进行支承的捕捉体支承部(后述)、并在该捕捉体支承部埋入热电偶温度计、珀尔帖冷却元件来进行温度控制。藉此，能捕捉、分析挥发性较高的成分。
例如，在将挥发性较高的硝酸盐、一部分有机物(碳氢化合物等)作为被测定对象的情况下，通过将捕捉体的温度冷却至一 20 0°C的范围，能几乎避免蒸发。
在本发明中，能量线只要能使由上述捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成适于微粒的组成分析的脱离成分即可，并没有特别限制，但较为理想的是由例如红外激光的供给器、可见激光的供给器、紫外激光的供给器、X射线的供给器及离子束的供给器供给的能量线。由此，能利用激光、X射线、离子束使能量集中在狭小的区域，以有效地生成上述微粒的脱离成分，
在本发明中，上述能量线能根据预先作为检测目的的成分的能量吸收特性选择出种类、波长、强度等，藉此，也能同时定量分析多个成分。
生成上述脱离成分后的捕捉体处于微粒从捕捉体中脱离而能采集、堆积下个微粒来加以捕捉的状态。因此，如上所述，在对花费一定时间而采集、堆积的微粒进行完分析之 后，还能对花费下个一定时间而采集、堆积的微粒进行分析。另外，也能连续地进行分析。此 时，与进行微粒的离子束的照射、分析的操作模式不同，也可设置以下操作模式还将生成 脱离成分的第一能量线照射到捕捉体，并将残留于捕捉体的成分加热至高温，以进一步完 全地使捕捉体净化。另外，为了实现该净化，也可照射第二能量线，该第二能量线与为生成 微粒的脱离成分而使用的能量线不同，将残留于捕捉体的成分加热至高温以进一步完全地 使捕捉体净化。
在本发明中，对分析上述脱离成分的元件没有特别限制，能恰当地选择通常的本 领域技术人员所能使用的分析元件来加以使用。特别地，为了进行在线测量，较为理想的是 采用具有在瞬时或以较高的时间分辨率对与上述脱离成分的分子种类相对应的信号进行 检测的机构的元件。例如，能优选地例示出质量分析、光谱分析等。另外，也可通过它们的 组合来进行分析。
在本发明中，也能使用催化剂将上述脱离成分转换为其它物质，并对转换得到的 物质进行分析。作为催化剂的材质，可列举出钼、金、钯、铑、铱及它们的化合物或合金等。
可通过在与捕捉体保持容器连接的导管(后述)的流路内部载置催化剂，并在将上 述脱离成分引导至分析部分的期间使脱离成分与催化剂接触，来利用催化剂将脱离成分转 换为其它物质。
另外，也可由具有催化剂作用的贵金属构成上述网状结构体。由此，上述捕捉体不 仅具有可高效地捕捉大气微粒的捕捉作用，并且也具有将上述脱离成分转换为分析用形态 的催化剂作用。作为上述贵金属，除了上述钼无纺布的钼之外，还可列举出金、钯、铑、铱及 它们的合金等。另外，这些材质也可通过将薄膜形成在用于骨架、框架、构架等的构件的表 面等而配置于上述网状结构体的表面，其中，上述骨架、框架、构架用于成形上述网状结构 体。
接着，参照图9，对本发明的微粒组成分析装置的一实施方式进行说明。
在该微粒组成分析装置50中，减压室I la、I lb、I Ic被第一间壁12、第二间壁13分 隔开，从而构成在整体上划分为三个室的结构的减压室11。减压室lla、llb、llc分别被排 气装置14a、14b、14c减压。此外，在将减压室Ila与Ilb分隔开的第一间壁12上形成有构 成后述分离器3的连通口，在将减压室Ilb与Ilc分隔开的第二间壁13的后述导管8的部 分形成有连通口。该减压室11能形成该减压室内相对于外部气氛被减压的状态，并且，能 通过调节各排气装置14a 14c对各减压室Ila Ilc的减压的程度来生成规定的气流， 该减压室lla、llb、llc分别提供气压不同的第一空间、第二空间、第三空间。
另外，上述图2中说明的生成气体中的微粒的粒子束的粒子束生成器即空气动力 学透镜I被配置成以不影响减压的方式贯穿减压室Ila的与外部气氛接触的侧壁，其一端 的试样入口 22配置于减压室11的室外，其另一端的试样出口 23配置于减压室I Ia的室内。
配置于上述减压室I Ia的室内的试样出口 23朝向形成于减压室I Ia与减压室I Ib 之间的第一间壁12的连通口，以使生成的微粒的粒子束2通过该连通口而到达减压室Ilb 的室内。另外，利用排气装置14a、14b及第一间壁12进行调节，以使减压室Ilb所提供的 第二空间的气压比减压室Ila所提供的第一空间的气压低。因此，产生从减压室Ila朝减 压室Ilb的气流，有助于微粒的粒子束2从减压室Ila侧朝减压室Ilb侧飞行。
另外，形成在减压室Ila与减压室Ilb之间的间壁上的连通口是朝向微粒的粒子 束2的入射方向构成为开口较细的分离器3，可有效地将粒子束2从减压室Ila导入减压室 11b，并去除剩余的气相成分。另外，通过使该分离器3的开口前端较细，从而有助于维持减 压室Ila所提供的第一空间的气压与减压室Ilb所提供的第二空间的气压之间的压力差。
接着，参照图10，对捕捉体及捕捉体保持容器进行说明。
图10 (A)中示出了捕捉体的放大图。在该例子中，捕捉体7由网状结构体40和 对该网状结构体40进行支承的捕捉体支承部7a构成，在该捕捉体支承部7a的一侧面形成 有斜向倾斜的支承面，并在该支承面上载置有网状结构体40。藉此，通过对上述微粒的粒子 束2射入上述捕捉体7的角度和来自上述能量线供给器5的激光5a射入上述捕捉体7的 角度这两个角度进行调节，能优化基于上述捕捉体7的微粒的捕捉效率和基于上述能量线 的微粒的脱离成分的生成效率这两个效率。
另外，在该实施方式中，包括对上述网状结构体40的温度进行控制的温度控制机 构。即，捕捉体支承部7a由热传导性较高的金属、例如铜形成，并埋入有热电偶温度传感器 15及珀尔帖冷却元件16。此外，当利用捕捉体捕捉微粒时，可将捕捉体的温度降低到能够 降低由捕捉体捕捉到的微粒中的挥发性较高的成分蒸发的温度。另外，当照射能量线时，中 止冷却以使温度上升。藉此，便于捕捉、分析挥发性较高的成分。
图10 (B)中示出了捕捉体保持容器的放大图。捕捉体保持容器17 —体地保持着 上述捕捉体7。此外，在该实施方式中，在捕捉体保持各器17中，形成有朝向微粒的粒子束 2的射入方向构成为开口较细的分离器部4，此外，还一体形成有用于将微粒的脱离成分供 给至分析器10的导管8。另外，在捕捉体保持容器17的一侧壁设有光学窗6b。
在图9所不的实施方式中，在上述减压室Ilb的室内，上述图10中说明的捕捉体7 保持于对该捕捉体进行保持的捕捉体保持容器17，并配置于被从上述空气动力学透镜I的 试样出口 23排出的微粒的粒子束2照射的位置，因此，构成上述微粒的粒子束2的微粒被 捕捉体7捕捉到。此时，可利用捕捉体保持容器17的分离器部4朝捕捉体保持容器内的捕 捉体有效地导入粒子束2，并与上述分离器3相同地去除剩余的气相成分。
另外，在上述减压室11的外部配置有激光供给器5，以作为能量线供给器。其激光 5a穿过形成于上述减压室Ilb的与外部气氛接触的侧壁的光学窗6a和形成于上述捕捉体 保持容器17的一侧壁的光学窗6b而照射到上述捕捉体7，并能通过该激光5a的照射使由 上述捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分。
如上所述，在各减压室Ila Ilc的室内，能通过各排气装置14a 14c的控制来 生成规定的气流。在图9所示的实施方式中，利用排气装置14b、14c及第二间壁13进行调 节，以使减压室Ilc所提供的第三空间的气压比减压室Ilb所提供的第二空间的气压低。因 此，产生从减压室Ilb朝减压室Ilc的气流，藉此，因上述激光5a的照射而产生的脱离成分 可被引导至组成分析部分。
此时，上述捕捉体保持容器17也起到了防止因上述激光5a的照射而产生的脱离 成分扩散至减压室Ilb的室内的效果。即，如上所述，捕捉体保持容器17的靠减压室Ilc 一侧的端部延伸，以一体地形成将脱离成分朝减压室Ilc引导的导管8。此外，该导管8贯 穿将减压室Ilb与减压室Ilc分隔开的第二间壁13，其端部配置于上述减压室Ilc的室内。 另外，其端部呈前端较细的形状，有助于维持减压室Ilb所提供的第二空间的气压与减压室Ilc所提供的第三空间的气压之间的压力差。藉此，能将因上述能量线的照射而产生的 脱离成分以不扩散至减压室Ilb的室内的方式有效地引导至组成分析部分。
在图9所示的实施方式中，在上述减压室Ilc的室内设置有质谱仪10。在该质谱 仪10的试样导入部设有离子化区域9，此外，还在接近该离子化区域9的位置配置有上述导 管8的出口。藉此，因上述能量线的照射而产生的脱离成分穿过上述导管8而从其出口移 动至离子化区域9，被离子化并用于在质谱仪10中的分析。
在图11、图12中，示出了本发明使用的捕捉体保持容器17及与该捕捉体保持容器 17连接的导管8的另一例。
在图11中，在导管8的空间内部载置有将微粒的脱离成分转换为其它物质的催化 剂18。在该例中，催化剂18是具有能供微粒的脱离成分穿过的孔的蜂窝结构体，在微粒的 脱离成分被引导至分析部分的期间，使脱离成分与催化剂接触。作为催化剂，能使用具有例 如氧化催化作用的钼催化剂。在该情况下，较为理想的是，将催化剂加热至100 400°C左 右，以提高催化剂的氧化催化作用。当使用氧化催化剂时，例如，能使从有机物加热脱离的 多种碳化合物全部氧化，以将其碳集中为二氧化碳，因此，能有效地对气体试样中的有机物 的浓度进行定量。
在图12 (A)中，在导管8上设有流路控制机构。即，导管8被分支为两个导管8a 和8b，藉此，能将微粒的脱离成分引导至多个上述分析器。另外，在图12 (B)中，还在被分 支的部分设有阀19，能遮蔽或减小导管8的流路空间。在该情况下，也可根据需要将阀19 设为以不同的比率朝与导管8a、8b分别连接的分析器引导脱离成分的结构。另外，如图12 (C)那样，也能在分支的导管8a、8b上独立地设置两个阀19a、1%。此外，也能在分支的导 管8a和/或导管Sb中载置上述催化剂18。
另外，例如，在使用质谱仪作为分析器的情况下，要求在真空的环境下进行其分 析。在图9所示的实施方式中，导管8的前端呈前端细形状，其开口是直径3_左右的针孔， 因此，藉此，有助于将减压室Ilc所提供的第三空间保持成真空。在其它实施方式中，当利 用该分析器对脱离成分进行分析时，也能利用上述阀19等遮蔽或减小导管8的流路空间， 以将上述第三空间减压成真空。
(实施例)
列举以下实施例，对本发明更详细地进行说明，但这些实施例并不限定本发明的 范围。
<试验例I > (硫酸盐气溶胶的测量)
制作具有图9所示的微粒组成分析装置50的结构的微粒组成分析装置，并对气体 中的硫酸铵粒子的质量浓度进行定量分析。包含单分散的硫酸铵粒子的气溶胶是通过将 硫酸铵水溶液喷雾、干燥以生成多分散粒子、并使多分散粒子穿过微分电迁移率分级装置 (DMA differential mobility analyzer)而生成的。
对微粒组成分析装置进行调节，以使减压室lla、llb、llc的室内分别为10_3 10_2[Torr]、10_5 10_4[Torr]、10_7 10_6[Torr]，并使导入空气动力学透镜I的气体的流量 为80 90[cc/min]。在预备性地导入载气的空气之后，切换三通阀，以开始包含上述硫酸 铵粒子的气溶胶的导入，并在十分钟后，再次切换三通阀而切换至载气的空气，以中止气溶 胶的导入。然后，使激光供给器5工作以朝捕捉体7照射两分钟激光，并用质谱仪10测量脱离成分。使包含上述硫酸铵粒子的气溶胶的导入从开始时起持续动作。作为质量峰值， 对硫酸盐的主要质量峰值即m/z48 (SO的信号)和m/z64 (SO2的信号)进行了测定。
图13中示出了质量峰值m/z64的测定结果。其结果是，在激光刚照射之后( 五秒)，信号达到峰值，然后，信号大致聚焦直至激光照射后三十秒为止。因此，很清楚能通过激光照射瞬时生成来自捕捉体7的脱离成分，并也能以较高的时间分辨率完成其分析。另夕卜，虽然未图示出质量峰值m/z48的结果，但处于与质量峰值m/z64的结果大致成比例的关系，因而能获得相同的结果。
<试验例2 > (测量的直线性、定量性)
通过将导入装置的气溶胶的硫酸铵粒子的质量浓度改变为36、37、52、61、93、137、 199 μ g /m3，来进行与试验例I相同的试验。在图14中示出了离子信号的时间积分量(m/ z48与m/z64之和)与导入装置的微粒质量的积分量之间的关系。
其结果是，微粒积分质量与离子信号的时间积分量具有正相关性，在进行完试验的微粒的质量范围中，认为在两者的相关性中存在较佳的直线性。因此，很清楚能定量地进行分析。
<试验例3 > (硝酸盐气溶胶的测量及微粒的捕捉效率的研究)
对捕捉体的离子捕捉效率进行了研究。与试验例I相同，进行了包含硝酸钾离子的气溶胶的测量。
另外，为了测量捕捉效率，需要把握导入装置并照射到捕捉体的微粒100%被测量出的状态。因此，生成被油(油酸)覆盖的硝酸钾粒子并进行测量，以实现上述把握。即，由现有的研究可知，干燥的硝酸钾、硫酸铵等固体粒子高速与面碰撞时，大部分都会弹回，但油等液体粒子或被液体一定程度覆盖住的固体粒子几乎全都不会弹回。即，若对后者进行测量，则可看作导入装置并照射到捕捉体的微粒100%被测量出。
因此，在图15所示的流程图中，通过测定出相对于干燥的硝酸钾粒子的信号强度和相对于覆盖的粒子的信号强度(在任意情况下均以单位质量的硝酸钾为基准的信号强度)并进行比较，从而求出了干燥的硝酸钾粒子的捕捉效率。更具体而言，在粒子产生装置中，在将硝酸钾水溶液喷雾、使其通过干燥管进行干燥以生成多分散粒子之后，通过第一分级装置(DMAl)来获得包含单分散的硝酸钾粒子的气溶胶。另外，该气溶胶经由切换阀通过分支流路流过油皮膜管而被油(油酸)覆盖，此外，还通过第二分级装置(DMA2)以获得包含被油(油酸)覆盖的单分散的硝酸钾粒子的气溶胶。利用切换阀控制各气溶胶的流路以将气溶胶导入微粒组成分析装置，并对各气溶胶进行测量。质量峰值测量出m/z30 (NO的信号) 和m/z46 (勵2的信号)。
其结果是，如图16所示，表示相对于干燥的硝酸钾粒子的微粒积分质量与离子信号的时间积分量之间的相关关系的回归直线(图中A所指示的直线)和表示相对于被油(油酸)覆盖的硝酸钾粒子的微粒积分质量与离子信号的时间积分量之间的相关关系的回归直线(图中B所指示的直线)均被认可良好的测量的直线性，两者在它们的外插线上大致重合。 藉此，可确认干燥的硝酸钾粒子的捕捉效率接近100%，并且可清楚地看出与朝钨、钥等照射微粒的粒子束来加以测定的现有方法相比显著提高了捕集效率。
符号说明
I 空气动力学透镜
2 微粒的粒子束
3 分离器
4 分离器部
5 激光供给器
5a 激光
6a、6b 光学窗
7 捕捉体
7a捕捉体支承部
8、8a、8b 导管
9 离子化区域
10质谱仪
IlaUlbUlc 减压室
12第一间壁
13第二间壁
14a、14b、14c 排气装置
15热电偶温度传感器
16珀尔帖冷却元件
17捕捉体保持容器
18催化剂
19、19a、19b 阀
20 外壳
21a、21b、21c、21d 节流孔
22试样入口
23试样出口
24 喷嘴
40、45网状结构体
40a、40b、40c、40d 网层
41第一网状结构体
41a、41b、41c 格子层
42第二网状结构体
43没有空隙的板体
50微粒组成分析装置
100、100a、100b、100c、IOOcU IOOe 网结构基板
101 网
102支承框体
200微细加工成形体
权利要求
1.一种微粒组成分析方法，其特征在于，在使气体试样中的微粒的粒子束聚焦，并将该粒子束照射到捕捉体的狭小的区域而使所述捕捉体捕捉到所述微粒之后，对所述狭小的区域集中照射能量线来使由所述捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分，从而来对所述脱离成分进行分析，其中所述捕捉体具有用于将剩余的气相成分去除并捕捉所述粒子束中的微粒的网状结构体。
2.如权利要求1所述的微粒组成分析方法，其特征在于，根据构成所述微粒的成分的能量吸收特性来选择并控制所述能量线。
3.如权利要求1或2所述的微粒组成分析方法，其特征在于，所述狭小的区域的直径为Imm 3mm。
4.如权利要求1至3中任一项所述的微粒组成分析方法，其特征在于，所述网状结构体由具有催化剂作用的贵金属构成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的微粒组成分析方法，其特征在于，所述网状结构体采用以下结构在被所述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的第一网状结构体，并在与该第一网状结构体相连的被所述粒子束照射的相反面侧配置空隙率比所述第一网状结构体的空隙率小的第二网状结构体。
6.如权利要求1至4中任一项所述的微粒组成分析方法，其特征在于，所述网状结构体采用以下结构在被所述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的网状结构体，并在与该网状结构体相连的被所述粒子束照射的相反面侧配置没有空隙的板体。
7.如权利要求1至6中任一项所述的微粒组成分析方法，其特征在于，当利用捕捉体捕捉所述微粒时，将所述捕捉体的温度控制成能够降低由所述捕捉体捕捉到的微粒中的挥发性较高的成分蒸发的温度。
8.如权利要求1至7中任一项所述的微粒组成分析方法，其特征在于，使用催化剂将所述脱离成分转换为其它物质，并对转换得到的所述物质进行分析。
9.一种微粒组成分析装置，其特征在于，包括减压室，该减压室内被减压，以在该减压室内生成规定的气流；粒子束生成器，该粒子束生成器的一端配置于所述减压室外，另一端配置于所述减压室内，所述粒子束生成器通过所述减压室的减压吸入外部气体以将所述外部气体中的微粒的粒子束照射到所述减压室内；捕捉体，该捕捉体配置于所述减压室内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网状结构体；能量线供给器，该能量线供给器对所述捕捉体照射能量线，来使由所述捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分；捕捉体保持容器，该捕捉体保持容器设有所述粒子束的入射口和供所述能量线射入的光学窗，并在内部配置有所述捕捉体，所述捕捉体保持容器配置成使去除了剩余的气相成分后的所述粒子束从所述入射口照射到所述捕捉体；导管，该导管与所述捕捉体保持容器连接；以及分析器，该分析器经由所述导管接收所述捕捉体保持容器内的所述脱离成分，并对所述脱离成分进行分析。
10.如权利要求9所述的微粒组成分析装置，其特征在于，在所述减压室中设有第一间壁，该第一间壁将配置有所述粒子束生成器的第一空间和配置有所述捕捉体保持容器的第二空间分隔开，在所述第一间壁上设有所述粒子束的通过口，并将所述粒子束的通过口和所述捕捉体保持容器的所述粒子束入射口分别设为分离器结构，从而能将所述第一空间和所述第二空间减压，以使所述第二空间的气压比所述第一空间的气压低。
11.如权利要求9或10所述的微粒组成分析装置，其特征在于，所述网状结构体由具有催化剂作用的贵金属构成。
12.如权利要求9至11中任一项所述的微粒组成分析装置，其特征在于，所述网状结构体采用以下结构在被所述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的第一网状结构体，并在与该第一网状结构体相连的被所述粒子束照射的相反面侧配置空隙率比所述第一网状结构体的空隙率小的第二网状结构体。
13.如权利要求9至11中任一项所述的微粒组成分析装置，其特征在于，所述网状结构体采用以下结构在被所述粒子束照射的正面侧配置规定空隙率的网状结构体，并在与该网状结构体相连的被所述粒子束照射的相反面侧配置没有空隙的板体。
14.如权利要求9至13中任一项所述的微粒组成分析装置，其特征在于，在所述捕捉体上设有温度控制元件，当利用捕捉体捕捉所述微粒时，能将所述捕捉体的温度控制成能够降低由所述捕捉体捕捉到的微粒中的挥发性较高的成分蒸发的温度。
15.如权利要求9至14中任一项所述的微粒组成分析装置，其特征在于，在所述导管的空间内部设有将所述脱离成分转换为其它物质的催化剂。
16.如权利要求9至15中任一项所述的微粒组成分析装置，其特征在于，在所述减压室中设有第二间壁，该第二间壁将配置有所述捕捉体保持容器的第二空间和配置有所述分析器的第三空间分隔开，从而能将所述第二空间和所述第三空间减压，以使所述第三空间的气压比所述第二空间的气压低，并且使所述导管贯穿所述第二间壁，以能将所述捕捉体保持容器内的所述脱离成分引导至所述分析器。
17.如权利要求16所述的微粒组成分析装置，其特征在于，在所述导管中设置流路控制机构，当利用所述分析器分析所述脱离成分时，能利用所述流路控制机构阻断或减小所述导管的流路空间，以将所述第三空间减压成真空。
18.如权利要求9至17中任一项所述的微粒组成分析装置，其特征在于，通过使所述导管分支为多个，能将所述捕捉体保持容器内的所述脱离成分引导至多个所述分析器。
全文摘要
本发明提供能在线定量地分析大气微粒的各化学组成的质量浓度的微粒组成分析方法及微粒组成分析装置。该微粒组成分析方法在使气体试样中的微粒的粒子束聚焦，并将该粒子束照射到捕捉体的狭小的区域而捕捉到所述微粒之后，对所述狭小的区域集中照射能量线来使由所述捕捉体捕捉到的微粒汽化、升华或反应以生成脱离成分，从而来对所述脱离成分进行分析，其中所述捕捉体具有用于将剩余的气相成分去除并捕捉所述粒子束中的微粒的网状结构体。另外，为了进行该微粒组成分析方法还构成微粒组成分析装置(50)，其至少包括减压室(11a～11c)；微粒的粒子束生成器(1)；具有用于捕捉微粒的网状结构体的捕捉体(7)；能量线供给器(5)；捕捉体保持容器(17)；与所述捕捉体保持容器连接的导管(8)；以及用于分析微粒的脱离成分的分析器(10)。
文档编号G01N27/62GK103026199SQ201080065448
公开日2013年4月3日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年3月17日
发明者竹川畅之, 中村贵之, 鲛岛友纪, 武居正彦, 平山纪友 申请人:国立大学法人 东京大学, 富士电机株式会社