粒子飛行時間検出に基づくミクロン粒子分級技術の新規開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K12587
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 竹川 暢之 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (00324369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三澤 健太郎 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (10431991)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 環境計測 / エアロゾル / ミクロン粒子 / 分級 / 空気力学粒径

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、粒子飛行時間 (PTOF) 計測と対向流バーチャルインパクタ (CVI) を用いた新しい概念のミクロン粒子分級技術を開発することを目的としている。PTOF部の開発に向けて、現有のレーザー散乱光検出装置 (波長1.0ミクロン) を用いて、粒子発生制御が容易なサブミクロン粒子についての予備実験を行った。標準粒子としてポリスチレンラテックス (PSL) を用いるとともに、典型的な大気中の無機塩粒子であり、複素屈折率および形状に大きな差異がないと考えられる硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウムを用いた。電気移動度分級器 (DMA) を用いて単分散エアロゾルとして装置に導入し、レーザー散乱光信号の波高分布の解析を行った。その結果、PSL、硫酸アンモニウム、硝酸カリウムについてはほぼ同じ波高分布となったが、硝酸アンモニウムは系統的に波高分布が小粒径側にシフトする結果となった。配管の長さを変えても同様の結果が得られたため、配管内における硝酸アンモニウム蒸発の可能性は低いと考えられる。他の要因についても考察を進めている。
上記の予備実験と並行して、二波長レーザーに対応した光検出部の設計を行った。検出器や光学素子の入れ替えなど改造の効率性を考えて、市販の汎用的な光学ユニットを組み合わせる構造とした。CVI部の流量コントローラの設計は行ったものの、PTOF部とCVI部を接続するための流路制御弁の基本設計は未完了であり、引き続き検討を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の主目的であるPTOF部の基礎実験は実施できたものの、粒子種に応じたレーザー散乱光強度の違いに関する考察がやや不十分である。また、PTOF部とCVI部を接続するための流路制御弁の設計を予定していたが、仕様検討に時間を要したため完了には至っていない。

Strategy for Future Research Activity

PTOF部の試作を完了し、インクジェット粒子発生器 (IAG) などを用いてミクロン粒子に対する評価実験を行う。CVI部については、アトマイザによりサブミクロン粒子を発生させて実験を行い、サブミクロン粒子のカット特性が最適となる条件を見出す。さらに、遅れている流路制御弁の設計・試作を完了させ、CVI部と流路制御弁を連結した上で、IAGによりミクロン粒子を発生させて粒子透過率を評価する。

Causes of Carryover

次年度使用額は主にPTOF部とCVI部を接続するための流路制御弁の基本設計・試作に必要な物品費である。仕様検討に時間を要したため、執行が完了していない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

流路制御弁の基本設計を速やかに完了させ、平成29年度半ばまでに執行する計画である。全体の目標達成には大きな影響を及ぼさないと見込まれる。