專(zhuān)利名稱：收集黃沙顆粒的方法及其裝置和測(cè)定方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到收集在大氣中浮游黃沙顆粒的方法及其裝置，和對(duì)利用該方法收集的黃沙顆粒進(jìn)行的測(cè)定方法及裝置。
背景技術(shù)：
中國(guó)大陸內(nèi)地沙漠的沙子由強(qiáng)風(fēng)吹起，被上空的偏西北風(fēng)帶著飄洋過(guò)海作為黃沙來(lái)到日本。黃沙顆粒的直徑隨著地域的不同而不同。據(jù)稱，在距離黃沙產(chǎn)生地近的中國(guó)大陸，黃沙顆粒的直徑是20～30μm。而在距離黃沙產(chǎn)生地遠(yuǎn)的日本，黃沙顆粒的直徑是4～5μm。
為了調(diào)查大氣中的黃沙顆粒的形狀，或鑒別其中含有的化學(xué)物質(zhì)，利用過(guò)濾器收集大氣中的黃沙顆粒，并利用顯微鏡觀察，或進(jìn)行化學(xué)分析。
另外，作為測(cè)定黃沙顆粒粒度分布的裝置，現(xiàn)有技術(shù)采用的是把基于多級(jí)碰撞(カスケ-ドイソパクタ)方式的裝置實(shí)用化。該基于多級(jí)碰撞方式的測(cè)定裝置是利用通過(guò)流體沖撞收集板后急速改變其流動(dòng)方向使顆粒從流體中分離的碰撞方法。把使50％收集效率的顆粒直徑順序變化的碰撞器串連成多級(jí)，在各級(jí)中的50％收集效率的顆粒直徑作為各個(gè)級(jí)的代表直徑，根據(jù)各個(gè)級(jí)中收集量的測(cè)定結(jié)果，求出流體中的粒度的分布。
但是，利用顯微鏡觀察在大氣中浮游的黃沙顆粒，或利用必須提供各種化學(xué)分析儀器的過(guò)濾器的收集方法，特別是飄到日本的黃沙顆粒由于細(xì)小到4～5μm的程度，單獨(dú)提取每個(gè)顆粒是極其困難的。另外，由于在利用顯微鏡觀察時(shí)，觀察附著在過(guò)濾器上的狀態(tài)的黃沙顆粒，所以因背景的過(guò)濾器像的影響，而使顆粒的像不鮮明。其結(jié)果是存在難于觀察黃沙顆粒的問(wèn)題。還有，即使把收集到的黃沙顆粒提供給各種分析儀器，由于從過(guò)濾器上單獨(dú)提取黃沙顆粒是困難的，所以有必要利用儀器以附著在過(guò)濾器的狀態(tài)進(jìn)行分析。在這種場(chǎng)合下，存在有如下的問(wèn)題，例如在熒光X射線分析裝置等中，只對(duì)顆粒照射X射線是困難的，實(shí)質(zhì)上的分析是不可能的，或難于進(jìn)行前期處理等。
另外，利用基于現(xiàn)有的多級(jí)碰撞器方式的現(xiàn)有的測(cè)定裝置，在測(cè)定黃沙顆粒的粒度分布的情況下，其原理上，由于顆粒直徑的分辨率(分解能)由收集板的數(shù)量決定，所以不期望利用高分散性測(cè)定粒度分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非常容易收集黃沙顆粒的方法和裝置，利用該方法和裝置，可有效率地收集存在大氣中的黃沙顆粒，并且利用顯微鏡觀察收集的黃沙顆粒，或提供給各種分析儀器；以及提供一種黃沙顆粒的測(cè)定方法和裝置，其利用上述的收集方法和裝置，能夠?qū)κ占狞S沙顆粒的粒度分布和顆粒濃度在高分散性的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)定。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的黃沙顆粒的收集方法是收集含于大氣中的黃沙顆粒的方法，其特征在于，利用泵把大氣吸入到容器內(nèi)的同時(shí)，利用在所述容器內(nèi)設(shè)置的放電電極產(chǎn)生單極離子，使含于大氣中的黃沙顆粒的浮游顆粒帶電，在所述容器內(nèi)將所述帶電顆粒收集在相對(duì)所述放電電極施加電位差的集塵電極上。
在本發(fā)明的收集黃沙顆粒的方法中，在內(nèi)部設(shè)置放電電極和集塵電極的容器內(nèi)吸入大氣，由于利用從放電電極產(chǎn)生的單極離子使大氣中的黃沙顆粒帶電來(lái)收集在集塵電極的表面上，所以可以容易單獨(dú)提取收集的黃沙顆粒，能夠容易地提供給各種分析儀器，利用顯微鏡觀察也容易。
另一方面，本發(fā)明的黃沙顆粒的測(cè)定方法的特征在于在維持利用上述收集黃沙顆粒的方法收集的顆粒的分散狀態(tài)的狀態(tài)下，測(cè)定照射激光得到的衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布，根據(jù)其測(cè)定的結(jié)果求出只在含有黃沙顆粒的顆粒直徑范圍的粒度分布和顆粒濃度。
在本發(fā)明的黃沙顆粒的測(cè)定方法中，對(duì)在上述集塵電極上收集的黃沙顆粒，通過(guò)利用激光衍射·散射式的粒度分布測(cè)定方法求得粒度分布，可以在高分散性的基礎(chǔ)上測(cè)定黃沙顆粒的粒度分布和顆粒濃度。
即，在激光衍射·散射式的粒度分布測(cè)定方法中，一般，對(duì)分散狀態(tài)被測(cè)定顆粒群照射激光，測(cè)定所得到的衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布，利用該強(qiáng)度分布以米(ミ-)的散射理論或夫瑯和費(fèi)的衍射理論為準(zhǔn)則，根據(jù)衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布的測(cè)定結(jié)果，通過(guò)基于米的散射理論以及夫瑯和費(fèi)的衍射理論進(jìn)行計(jì)算，求出被測(cè)定顆粒群的粒度分布。如果利用該激光衍射·散射式的粒度分布測(cè)定，則通過(guò)把用于使被測(cè)定顆粒群分散的媒體中的濃度在適當(dāng)范圍內(nèi)，則能夠用高分散性求出在廣的顆粒直徑范圍的粒度分布。
但是，即使是對(duì)大氣中的黃沙顆粒直接照射激光以測(cè)定衍射·散射光，由于大氣中黃沙顆粒的濃度過(guò)低的關(guān)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，在本發(fā)明中，把大氣吸入到容器內(nèi)，使在容器中的含有黃沙顆粒的顆粒帶電，并收集在收集電極上，在使適合激光衍射·散射式的粒度分布測(cè)定的濃度范圍的基礎(chǔ)上分散該收集的顆粒，照射激光以測(cè)定衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布。因此，能在與通常的激光衍射·散射式的粒度分布測(cè)定相同的廣的顆粒直徑范圍內(nèi)，在高分散性的基礎(chǔ)上，測(cè)定吸引到容器內(nèi)的大氣中存在的顆粒的粒度分布。然后，在測(cè)定點(diǎn)的黃沙顆粒的顆粒直徑范圍，由于通過(guò)預(yù)先調(diào)查等進(jìn)行判斷，所以只要測(cè)定其顆粒直徑范圍的粒度分布，其構(gòu)成粒度分布的顆粒成為主導(dǎo)的黃沙顆粒，因此其測(cè)定結(jié)果就能大致正確表示大氣中浮游的黃沙顆粒的粒度分布。
另外，在其粒度分布測(cè)定中，通過(guò)對(duì)所使用的激光衍射·散射式的粒度分布測(cè)定裝置，利用濃度已知的顆粒預(yù)先進(jìn)行標(biāo)定，由于吸引到容器內(nèi)的大氣的量從泵的流量和其驅(qū)動(dòng)的時(shí)間容易分離出來(lái)，所以能夠求出大氣中黃沙顆粒的濃度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)成圖，是把收集裝置10和用于測(cè)定利用該收集裝置10收集的黃沙顆粒的粒度分布及顆粒濃度的激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置20合并在一起表示的圖；圖2是表示能夠利用在本發(fā)明收集裝置10中的集塵電極4的其它構(gòu)成例的模式的剖面圖；圖3是表示利用圖2的集塵電極4時(shí)的激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置的主要部分構(gòu)成例的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，邊參照附圖邊說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的構(gòu)成圖。是把收集裝置10和用于測(cè)定利用該收集裝置10收集的黃沙顆粒的粒度分布及顆粒濃度的激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置20合并在一起表示的圖。
收集裝置10是由收集容器1和泵2、以及在收集容器1中設(shè)置的放電電極3和集塵電極4為主體構(gòu)成的。在具有自由開(kāi)閉的蓋1a的收集容器1上，形成有大氣流入口1b、向著泵(收集用壓縮機(jī))2的吸引口的輸送口1c。在蓋1a關(guān)閉的狀態(tài)下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵2，通過(guò)流入口1b把大氣吸入到收集容器1內(nèi)。在收集容器1內(nèi)，在其上部設(shè)置放電電極3。在其下方與放電電極3相對(duì)地設(shè)置集塵電極4。在放電電極3上利用高壓電源5施加高壓電源，使放電電源3附近的空氣電離，產(chǎn)生單極離子。
另一方面，集塵電極4連接到接地電位上。單極離子利用該集塵電極4和放電電極3的電位差向集塵電極4移動(dòng)。單極離子在移動(dòng)過(guò)程中，與收集容器1內(nèi)的在大氣中含有的黃沙等的浮游顆粒P接觸，使其帶電。含有帶電黃沙的浮游離子P利用放電電極3和集塵電極4的電位差，向集塵電極4移動(dòng)，被集塵電極4的表面收集。
作為集塵電極4如果利用帶有平滑平面的金屬等的導(dǎo)體，或在透明的玻璃和塑料等的表面涂覆上透明電極作為集塵電極4，則能夠容易一個(gè)個(gè)地提取收集的黃沙顆粒等的顆粒P。因此，在顯微鏡觀察的情況下，能夠得到簡(jiǎn)單鮮明樣品的像。另外，即使提供給各種分析儀器進(jìn)行分析的情況下，樣品和前期處理也非常容易。
在測(cè)定收集的黃沙顆粒的粒度分布的情況下，在集塵電極4上收集的所有的顆粒P提供給由激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置20進(jìn)行測(cè)定。圖1所示的實(shí)施例是表示進(jìn)行濕式測(cè)定情況下的實(shí)施例。在濕式測(cè)定情況下，分散槽21內(nèi)裝有例如蒸餾水、有機(jī)溶劑、或者在其上添加界面活性劑等的分散劑的液體構(gòu)成的媒液L，把在集塵電極4上收集的顆粒P投入媒液L中進(jìn)行分散。
分散槽21在設(shè)置攪拌機(jī)21a和超聲波振子21b的同時(shí)，在其底部連通到循環(huán)用配管21c的一端。該循環(huán)用配管21c通過(guò)循環(huán)用泵21d連通到流量盒22(フロ-セル)的入口。還有，該循環(huán)用配管21c開(kāi)口在分散槽21的上方，并直接連通到該流量盒22的出口。另外，在分散槽21的底部設(shè)置有用于排出內(nèi)容物的排出閥21e。
在把顆粒P投入到分散槽21內(nèi)的媒液L中的情況下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)攪拌機(jī)21a和超聲波振子21b，在使顆粒P均勻分散在媒液L中的同時(shí)，去除在媒液L中含有的氣泡。媒液L和在其中被分散的顆粒P通過(guò)循環(huán)用泵21d的驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過(guò)循環(huán)用配管21c流到流量盒22后，返回分散槽21內(nèi)。
激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置20的測(cè)定部以上述流量盒22、對(duì)流量盒22進(jìn)行激光照射的照射光學(xué)系統(tǒng)23、和測(cè)定從照射光學(xué)系統(tǒng)23的激光衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布的測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)24為主體構(gòu)成。
照射光學(xué)系統(tǒng)23是由激光源23a、集光透鏡23b、空間濾波器23c、準(zhǔn)直透鏡23d構(gòu)成。從激光源23a輸出的激光作為平行光束照射到流量盒22。照射到該流量盒22的激光通過(guò)在其內(nèi)部流動(dòng)的媒液L中的顆粒P而受到衍射·散射。該衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布由測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)24測(cè)定。
測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)24的構(gòu)成包括在照射光學(xué)系統(tǒng)23的光軸上隔著流量盒22設(shè)置的集光透鏡24a和環(huán)形檢測(cè)器24b、在其外側(cè)設(shè)置的前方廣角散射光傳感器群24C、在流量盒22的側(cè)方和后方(照射光學(xué)系統(tǒng)23一側(cè))設(shè)置的側(cè)方/后方散射光傳感器群24d。環(huán)形檢測(cè)器24b被設(shè)置為同心的具有相互不同的半徑的環(huán)狀、或1/2環(huán)狀、或1/4環(huán)狀的受光面的光傳感器的光傳感器陣列。能夠檢測(cè)由集光透鏡24a集光的前方規(guī)定角度以內(nèi)的衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布。因此，利用由這些傳感器群構(gòu)成的測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)24，在從前方微小角度到后方的廣大的范圍，對(duì)被流量盒22內(nèi)的媒液L中分散的顆粒P所衍射·散射光的強(qiáng)度分布進(jìn)行測(cè)定。
由上述測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)24產(chǎn)生的各衍射·散射角度的光強(qiáng)度檢測(cè)信號(hào)被分別通過(guò)具放大器和A-D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)取樣電路25放大后數(shù)字化，作為衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)讀取。
在計(jì)算機(jī)26中，利用衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布，通過(guò)在衍射·散射式粒度分布測(cè)定中公知的基于米的散射理論和夫瑯和費(fèi)的衍射理論的演算方法，計(jì)算出作為激光衍射·散射的原因顆粒的流量盒22內(nèi)的顆粒P的粒度分布。
此時(shí)，為了計(jì)算黃沙顆粒的粒度分布，預(yù)先利用例如顯微鏡觀察等調(diào)查黃沙顆粒的直徑范圍，在計(jì)算機(jī)26中設(shè)定該顆粒直徑范圍。在計(jì)算機(jī)26中，根據(jù)該設(shè)定，從在集塵電極4上收集的大氣中的所有的顆粒P的粒度分布之中，只挑選出黃沙顆粒的顆粒直徑范圍的粒度分布，歸一化該顆粒直徑范圍的分布數(shù)據(jù)，在顯示器(未圖示)上顯示大氣中黃沙顆粒的粒度分布，或利用打印機(jī)(未圖示)打印出來(lái)。
另外，在測(cè)定之前，利用單位體積中含有的個(gè)數(shù)已知的標(biāo)準(zhǔn)顆粒，測(cè)定散射光的絕對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)定。因此，顆粒P的衍射·散射光的絕對(duì)強(qiáng)度，和送入收集容器1的大氣的總量，即，從泵2的流量和驅(qū)動(dòng)時(shí)間能夠得到單位體積中含有的顆粒直徑與個(gè)數(shù)的關(guān)系。從該計(jì)算的結(jié)果和上述含有黃沙顆粒的顆粒直徑的范圍，能夠計(jì)算單位體積的大氣所含有的黃沙顆粒的濃度。
所以，通過(guò)每隔一定時(shí)間重復(fù)進(jìn)行上述的測(cè)定，能夠連續(xù)監(jiān)視大氣中的黃沙顆粒的狀況，例如黃沙顆粒的濃度在超過(guò)預(yù)先設(shè)定濃度情況下，還能通過(guò)發(fā)出警報(bào)報(bào)告該情況。
另外，在上述實(shí)施例中，表示的是使在收集電極4上收集的顆粒P在媒液L中分散以進(jìn)行粒度分布的測(cè)定的實(shí)施例。在本發(fā)明中，除利用這樣的濕式測(cè)定的激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定以外，也可以采用不使用媒液的干式測(cè)定的激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定。
在采用干式測(cè)定的情況下，如在圖2中其模式的剖面圖所示，利用在玻璃和塑料等的透明板4a的表面上涂敷透明電極膜4b部分作為集塵電極4。由于這樣的構(gòu)成，對(duì)收集顆粒P的集塵電極4直接照射激光，能夠測(cè)定其衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布，能夠使該測(cè)定作業(yè)容易。
這種情況的激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置的主要部分的構(gòu)成實(shí)施例表示在圖3中。該構(gòu)成具有如下特征代替圖1所示的流量盒22，配置有表面收集顆粒P的透明板4a和透明電極4b構(gòu)成的集塵電極4。由于不使用媒液L所以也不需要分散槽21。另外，測(cè)定光學(xué)系統(tǒng)以下的構(gòu)成與圖1完全相同。利用這樣的干式測(cè)定，集塵電極4上的顆粒P限定在適宜的濃度(單位面積的顆粒P的存在量)，與上述的濕式測(cè)定同樣，能夠正確測(cè)定由顆粒P產(chǎn)生的激光的衍射·散射光的空間強(qiáng)度分布，能夠具有與上述的實(shí)施例同樣的效果。
另外，利用該透明板4a和透明電極4b構(gòu)成的集塵電極4，該集塵電極4在收集的狀態(tài)下就能夠進(jìn)行黃沙顆粒的顯微鏡觀察。
如上所述，如果利用本發(fā)明的收集黃沙顆粒的方法，則能夠有效率地收集在大氣中浮游的黃沙顆粒，并且由于對(duì)一個(gè)個(gè)黃沙顆粒的提取簡(jiǎn)單，而能夠容易提供給顯微鏡觀察和各種分析儀器的分析。
另外，如果利用本發(fā)明的黃沙顆粒的測(cè)定方法，則能夠在高分散性基礎(chǔ)上測(cè)定黃沙顆粒的粒度分布。以及，可以正確測(cè)定大氣中黃沙顆粒的濃度，也能夠監(jiān)視黃沙顆粒的濃度變化和根據(jù)其結(jié)果發(fā)布警報(bào)。
權(quán)利要求
1.一種收集含于大氣中的黃沙顆粒的方法，其特征在于包括利用泵把包括含有黃沙顆粒的浮游顆粒的大氣吸入到容器內(nèi)的步驟，通過(guò)用在所述容器內(nèi)設(shè)置的放電電極產(chǎn)生單極離子使含有黃沙顆粒的浮游顆粒帶電的步驟，將所述帶電浮游顆粒收集在設(shè)置在所述容器內(nèi)的和相對(duì)所述放電電極施加有電位差的集塵電極上的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的收集黃沙顆粒的方法，其特征在于所述集塵電極具有透明板和在該透明板的表面涂敷的透明電極膜，所述收集步驟將所述帶電的浮游顆粒收集在所述透明電極膜上。
3.一種測(cè)定含于大氣中的黃沙顆粒的方法，其特征在于，包括在使通過(guò)權(quán)利要求1或2所述的方法收集的浮游顆粒維持在分散狀態(tài)的狀態(tài)下，測(cè)定將激光照射在處在所述分散狀態(tài)的浮游顆粒上所得到的衍射光和散射光的空間強(qiáng)度分布的步驟，根據(jù)所述空間強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果，求出只在含有黃沙顆粒的顆粒直徑范圍的粒度分布和顆粒濃度的步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的測(cè)定方法，其特征在于具有使所述收集的所述浮游顆粒分散在液體中的步驟。
5.如權(quán)利要求3所述的測(cè)定方法，其特征在于在測(cè)定所述空間強(qiáng)度分布步驟中向所述集塵電極的透明板上照射激光。
6.一種收集含于大氣中的黃沙顆粒的裝置，其特征在于包括收容包括含有黃沙顆粒的浮游顆粒的大氣的容器，設(shè)置在所述容器內(nèi)通過(guò)產(chǎn)生單極離子使含有所述黃沙顆粒的浮游顆粒帶電的放電電極，設(shè)置在所述容器內(nèi)并相對(duì)所述放電電極具有電位差借此收集所述帶電浮游顆粒的集塵電極。
7.如權(quán)利要求6所述的收集黃沙顆粒的裝置，其特征在于，所述集塵電極具有透明板和在該透明板的表面上涂敷的透明電極膜。
8.一種測(cè)定含于大氣中的黃沙顆粒的裝置，其特征在于包括對(duì)利用權(quán)利要求6或7所述的裝置收集的維持在分散狀態(tài)的浮游顆粒照射激光的照射單元，測(cè)定從所述浮游顆粒得到衍射光和散射光的空間強(qiáng)度分布的測(cè)定單元，根據(jù)所述空間強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果，計(jì)算出只在含有黃沙顆粒的顆粒直徑范圍的粒度分布和顆粒濃度。
9.如權(quán)利要求8所述的測(cè)定裝置，其特征在于，具有在其中放入液體的分散槽，使所述收集的所述浮游顆粒在液體中分散。
10.如權(quán)利要求8所述的測(cè)定裝置，其特征在于，所述照射單元向所述集塵電極的透明板上照射激光。
全文摘要
一種收集含于大氣中的黃沙顆粒的方法及裝置和其測(cè)定方法及裝置，利用泵吸引大氣到收集容器內(nèi)，利用由在其內(nèi)部設(shè)置的放電電極產(chǎn)生的單極離子，使含有含于大氣中的黃沙顆粒的顆粒帶電，收集在相對(duì)放電電極施加電位差的集塵電極4上，容易對(duì)收集的顆粒一個(gè)個(gè)地提取。把收集的顆粒作為測(cè)定對(duì)象，利用激光衍射·散射式粒度分布測(cè)定裝置，通過(guò)求出只在預(yù)先設(shè)定的黃沙顆粒的顆粒直徑范圍的粒度分布和顆粒濃度，可以在高分散的基礎(chǔ)上測(cè)定大氣中的黃沙顆粒的粒度分布，并且，還可以測(cè)定大氣中黃沙顆粒濃度。
文檔編號(hào)G01N33/24GK1475790SQ0314752
公開(kāi)日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者十時(shí)慎一郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所