專利名稱：微分型電遷移率分級裝置、粒子測量系統(tǒng)以及粒子篩選系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微分型電遷移率分級裝置、具備此裝置的粒子測量系統(tǒng)以及具備此裝置的粒子篩選系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，與抑制半導(dǎo)體制造過程中的粒子污染、開發(fā)量子納米材料或闡明大氣中的酸雨和煙霧的產(chǎn)生機(jī)制等相關(guān)聯(lián)，懸浮在氣體環(huán)境中的粉塵和霧狀物等微粒子受到關(guān)注。作為將具有納米級至微米級的粒徑的氣溶膠粒子進(jìn)行分級的方法，利用氣流中的帶電粒子的電遷移率依賴于粒徑的現(xiàn)象的微分型電遷移率分級裝置(DMA，Differential Mobility Analyzer)得以應(yīng)用，其中，圓筒型的微分型電遷移率分級裝置(CDMA， Cylindrical Differential Mobility Analyzer)得以廣泛應(yīng)用(參照非專利文獻(xiàn) 1)。DMA 近年來取得了顯著發(fā)展，能夠進(jìn)行分級的帶電粒子的粒徑的下限達(dá)到10納米以下的極小尺寸，另外，即使在減壓狀態(tài)下也可運轉(zhuǎn)(參照專利文獻(xiàn)1)。在這里，將先前的CDMA的一例顯示在圖9中。如圖9所示，CDMA800具有含有中心桿(內(nèi)筒)1與包圍體(外筒)2的雙重圓筒構(gòu)造。在包圍體2的內(nèi)周面(外筒電極)與中心桿1的外周面(內(nèi)筒電極)之間，通過可變電壓源施加以規(guī)定的電壓。鞘氣從位于包圍體2的上方的未圖示的噴出口，以形成層流的方式供給到包圍體2與中心桿1之間的空間中。在包圍體2的上部，設(shè)置有將帶電粒子導(dǎo)入到裝置內(nèi)的環(huán)狀的入口狹縫3。另外，在中心桿1的下部，設(shè)置有將經(jīng)過分級的帶電粒子從裝置中排出的環(huán)狀的出口狹縫4。對在CDMA800中對粒子進(jìn)行分級的原理加以說明。此外，在CDMA800中，設(shè)為當(dāng)相對于足夠的鞘氣流量而使含有帶電粒子的試樣氣體從入口狹縫3以規(guī)定的流量Qa導(dǎo)入，并且以相同的流量Qa從出口狹縫4排出時，鞘氣的層流條件不受影響。帶電的氣溶膠粒子 (帶電粒子)從入口狹縫3進(jìn)入到裝置內(nèi)后，與在包圍體2和中心桿1之間的空間中形成層流的鞘氣一起，沿著包圍體2的內(nèi)表面壁朝中心軸方向下方移動。與此同時，因通過可變電壓源而在包圍體2與中心桿1之間形成的電場的影響(靜電引力)，而導(dǎo)致僅一種極性的氣溶膠粒子以對應(yīng)于其電遷移率的速度，被吸引向中心桿1的方向。由于電遷移率依賴于粒子的粒徑，因此僅特定的粒徑的氣溶膠粒子到達(dá)出口狹縫4，并從出口狹縫4排出到裝置外部。此處，帶電粒子的電遷移率Zp可通過以下的式(1)而求得。Zp = Qs · ln(R2/Rl)/(2 · Ji · V · L)…式(1)如圖9所示，在式(1)中，Qs為鞘氣的流量，R2為包圍體2的半徑，Rl為中心桿1 的半徑。L為入口狹縫3與出口狹縫4之間的沿著中心軸方向的距離。V為施加在包圍體 2的內(nèi)周面與中心桿1的外周面之間的施加電壓。另外，帶電粒子的電遷移率Zp也可通過以下的式( 而求得。
Zp = q · e · Cc/(3 · π · μ · Dp)...式(2)在式⑵中，q為帶電粒子的電荷量，e為基本電荷常數(shù)，Cc為坎寧安 (Cunningham)校正系數(shù)，μ為鞘氣的粘性系數(shù)，Dp為帶電粒子的直徑。此處，通過使式⑴與式⑵聯(lián)立而可獲得以下的式(3)，Dp = (2 · V · L · q · e · Cc)/(3 · μ · Qs · ln(R2/Rl))…式(3)可知被分級的帶電粒子的直徑Dp，是作為施加電壓V的大小的函數(shù)而獲得的。專利文獻(xiàn)1 日本公開專利公報特開平11-264790號公報(1999年9月觀日公開)專利文獻(xiàn)2 日本公開專利公報特開平10488600號公報(1998年10月27日公開)專利文獻(xiàn)3 美國專利752167!3Β2(專利日:2009年4月21日)非專利文獻(xiàn)1 :Ε· 0. Knutson and K. Τ. Whitby, J. Aerosol Sci. 6p. 443-451，1975非專利文獻(xiàn)2 :D. J. Rader and P. H. McMurry, J. Aerosol Sci. 17p. 771-787，1986非專利文獻(xiàn) 3 :J. P. Santos et al.，Atmos. Chem. Phys.，9pp. 2419—2429，2009作為先前的DMA的第一個課題，可舉出如下的問題，即難以增大能夠分級的帶電粒子的粒徑的上限值。例如，從所述式(3)可以明確看出，為了增大可通過DMA來分級的帶電粒子的粒徑的上限，可考慮增大施加到電極間的施加電壓V的方法。但是，當(dāng)施加較大的電壓時，會在電極間發(fā)生絕緣破壞。也就是說，存在施加電壓V的上限受到產(chǎn)生絕緣破壞的電壓Vmax的限制的問題?；蛘撸瑸榱嗽龃罂煞旨壍膸щ娏Ｗ拥牧降纳舷?，而嘗試各種增大入口狹縫與出口狹縫之間的距離L的方法。例如，在專利文獻(xiàn)2中揭示了可連續(xù)改變分級范圍的DMA。專利文獻(xiàn)2的DMA包括包圍體，其經(jīng)由伸縮體而可自由移動地連結(jié)于基部；以及中心桿，其連結(jié)于基部并朝包圍體內(nèi)部延伸。由于基部與包圍體是以可自由移動的方式連接著，因此通過在維持包圍體內(nèi)部的密封狀態(tài)的情況下，使包圍體上下移動，能夠使位于包圍體上的入口狹縫與位于中心桿上的出口狹縫之間的距離連續(xù)地變化。但是，這些改變距離L的方法均在構(gòu)造上復(fù)雜而難以實現(xiàn)。另外，改變距離L是指變更入口狹縫和出口狹縫中的至少一方的位置，因此會產(chǎn)生使連接于DMA的前后的其他裝置(帶電裝置和粒子回收裝置等)的位置移動的必要性?；蛘撸?dāng)不使連接于DMA的前后的其他裝置的位置移動時，會產(chǎn)生在入口狹縫或出口狹縫與其他裝置之間填補(bǔ)流路的必要性。當(dāng)已填補(bǔ)流路時，氣溶膠粒子相對于流路的管壁的擴(kuò)散沉積增大。尤其，氣溶膠粒子的粒徑越小，越容易受到擴(kuò)散沉積等依賴于粒徑的輸送效率下降的影響。其結(jié)果會產(chǎn)生如下問題即如果不對由擴(kuò)散沉積等所帶來的影響進(jìn)行校正，則無法獲得準(zhǔn)確的粒度分布。另外，作為先前的DMA的第二個課題，例如可舉出如下的問題，即難以對揮發(fā)性的氣溶膠粒子等在分級過程中其粒徑可能會發(fā)生變化的帶電粒子進(jìn)行分析。在DMA中，多用干燥空氣和純氮氣等潔凈氣體作為鞘氣，一般而言，鞘氣與試樣氣體的成分組成不同。此外，蒸氣壓相對較高的物質(zhì)m所構(gòu)成的氣溶膠粒子(揮發(fā)性的氣溶膠粒子)，是通過與在試樣氣體中含有飽和蒸氣壓部分的氣體狀態(tài)的物質(zhì)m之間處于平衡狀態(tài)，來保持其粒徑。根據(jù)所述情況，當(dāng)通過DMA對揮發(fā)性的氣溶膠粒子進(jìn)行分級時，一般無法避免因在鞘氣中的蒸發(fā)所導(dǎo)致的揮發(fā)性氣溶膠粒子的粒徑減少。特別是，當(dāng)作為測定對象的氣溶膠粒子的成分未知時，其蒸氣壓也未知的情況較多。由此，在使用DMA的分級中存在如下問題，即無法判斷此氣溶膠粒子的粒徑是否發(fā)生變化，當(dāng)然也無法判斷其變化的程度。此外，在非專利文獻(xiàn)2中，揭示了使用將兩個DMA串聯(lián)連接而成的串聯(lián)DMA測定系統(tǒng)，來推測在DMA內(nèi)揮發(fā)性的氣溶膠粒子蒸發(fā)的程度的方法。但是，存在如下問題由于氣溶膠粒子在連接兩個DMA的連結(jié)部滯留比較長的時間，因此尤其對于揮發(fā)性比較高的物質(zhì)無法期待其結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，最近也開始使用利用平板狀電極的平行平板型DMA(參照專利文獻(xiàn)3、非專利文獻(xiàn)3)。例如，專利文獻(xiàn)3的圖3中所示的DMA，具有如下構(gòu)成，即將具有用于使粒子穿過的狹縫的多塊平板狀電極進(jìn)行平行排列。文獻(xiàn)中揭示，在此構(gòu)成中通過使粒子穿過多個粒子穿越狹縫，可使所回收的粒子的分散比較小。但是，所述的兩個課題并未得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上情況開發(fā)而成的，本發(fā)明的目的在于提供一種容易增大能夠分級的帶電粒子的粒徑的上限值，并且能夠分析粒徑可能會發(fā)生變化的帶電粒子的微分型電遷移率分級裝置等。為了解決所述課題，本發(fā)明所涉及的微分型電遷移率分級裝置(DMA)，其特征在于包括分級槽、氣體供給部和電壓供給部；分級槽，其中依次配置有彼此相隔規(guī)定距離且相對而設(shè)的η個(η為3以上的整數(shù))面狀電極，所述面狀電極均具有供帶電粒子所穿越的狹縫；氣體供給部，其對所述分級槽供給鞘氣；電壓供給部，其在所述分級槽內(nèi)的彼此相對的所述電極間施加規(guī)定的電壓；并且，所述分級槽具有在每組彼此相對的所述電極之間形成的，將帶電粒子進(jìn)行分級的(η-1)級的分級部，所述氣體供給部對供給到所述分級槽的所述鞘氣的流量，在所述每個分級部分別進(jìn)行控制。根據(jù)所述構(gòu)成，因在每個分級部可以對鞘氣的流量分別進(jìn)行控制，因此能夠不改變分級槽的實質(zhì)上的構(gòu)成，便以分級部為單位而比較容易地改變分級條件。其結(jié)果，例如， 能夠比較容易地擴(kuò)大可分級的帶電粒子的粒徑的上限值。此外，也容易對在分級過程中粒徑發(fā)生變化的帶電粒子進(jìn)行分析。此外，通過進(jìn)行多級分級，可從含有帶電的粒子的試樣氣體中高效地去除氣體成分，從而能夠以更高的純度回收特定粒徑的粒子。本發(fā)明還提供一種粒子測量系統(tǒng)，其包括所述任一微分型電遷移率分級裝置； 以及粒子成分測量裝置，其對通過此微分型電遷移率分級裝置而被分級的粒子的化學(xué)成分進(jìn)行分析。本發(fā)明還提供一種粒子篩選系統(tǒng)，其包括所述任一微分型電遷移率分級裝置； 以及粒子篩選裝置，其對通過此微分型電遷移率分級裝置而被分級的特定粒徑的粒子進(jìn)行篩選并加以回收。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠容易地增大可分級的帶電粒子的粒徑的上限值， 例如可容易地優(yōu)化可分級的帶電粒子的粒徑的上限值，且能夠分析粒徑可能會發(fā)生變化的帶電粒子的微分型電遷移率分級裝置等。


圖1 (a)和圖1 (b)是表示本發(fā)明的一實施方式的DMA的概略構(gòu)成的截面圖。圖2是表示圖1所示的DMA所具有的分級部的概略構(gòu)成的立體圖。圖3(a)和圖3(b)是表示本發(fā)明的另一實施方式的DMA的概略構(gòu)成的截面圖<圖4(a)和圖4(b)是表示本發(fā)明的又一實施方式的DMA的概略構(gòu)成的截面圖<圖5是表示本發(fā)明的又一實施方式的DMA的概略構(gòu)成的截面圖。圖6是表示本發(fā)明的又一實施方式的DMA的概略構(gòu)成的截面圖。圖7是表示本發(fā)明的一實施方式所涉及的微粒子測量、篩選系統(tǒng)的示意圖。圖8是表示本發(fā)明的實施例的分析結(jié)果的圖表。圖9是表示先前技術(shù)的微分型電遷移率分級裝置的示意圖。附圖標(biāo)記說明100、300、400、500、600 DMA (微分型電遷移率分級裝置)102 入口狹縫(狹縫)104 狹縫106、106a、106b 出口狹縫(狹縫)103 入口電極(面狀電極)105U05aU05bU05c 中間電極(電極)107、107a、107b 出口電極(電極)101 分級槽108、109 電壓源(電壓供給部)IOUOcUOd 第1分級部(分級部)20,20a,20b,20c,20d 第 2 分級部(分級部)30c,30d 第3分級部(分級部)40d 第4分級部(分級部)720 質(zhì)量分析裝置(粒子成分測量裝置)700 粒子測量、篩選系統(tǒng)(粒子測量系統(tǒng)、粒子篩選系統(tǒng))740 粒子收集裝置(粒子篩選裝置)
具體實施例方式[實施方式1]根據(jù)圖1和圖2，對本發(fā)明的DMA的一個實施方式進(jìn)行說明，則為如下所述。(DMA 100 的構(gòu)成)首先，使用圖1對本發(fā)明所涉及的DMA100的構(gòu)成的概要進(jìn)行說明。圖1是示意性地顯示在與各狹縫(后述)垂直的平面上切斷DMA100而得的截面的截面圖。如圖1中的(a)和(b)所示，本實施方式的DMA100，概言之是根據(jù)電遷移率來對帶電的粒子(帶電粒子)進(jìn)行分級的裝置，其包括分級槽101、鞘氣供給裝置110和電壓源 108,109ο分級槽101是長方體形狀的絕緣性的框體。在分級槽101內(nèi)，以彼此隔開規(guī)定距離而相互平行的方式，依次配置有入口電極103、中間電極105以及出口電極107 (3個電極)。 入口電極103、中間電極105以及出口電極107除了狹縫的形成位置不同以外而形狀相同，均為長方形的平面電極。入口電極103與出口電極107分別形成在分級槽101內(nèi)的相對的內(nèi)壁面上。中間電極105是在入口電極103與出口電極107之間，以與入口電極103與出口電極107相對的方式而設(shè)置的，中間電極105將分級槽101內(nèi)的空間一分為二。分級槽101具有形成于每組相對的電極之間的，并將帶電的粒子進(jìn)行分級的 2(3-1)級的分級部。S卩，由相對的入口電極103和中間電極105，分級槽101的框體內(nèi)壁 (相當(dāng)于圖2所示的壁部119a、119b)而形成第1分級部10。另外，由相對的中間電極105 和出口電極107，分級槽101的框體內(nèi)壁而形成第2分級部20。第1分級部10和第2分級部20的內(nèi)部，均構(gòu)成具有使帶電粒子穿過的一對狹縫 (后述)的密封的分級空間。第1分級部10和第2分級部20均在分級部內(nèi)的鞘氣的流線方向(流動方向)上游一側(cè)形成有入口狹縫，在下游一側(cè)形成有出口狹縫。另外，在DMA100 中，相鄰的分級部彼此(第1分級部10和第2分級部20)共有中間電極105和此電極所具有的狹縫104。第1分級部10是比第2分級部20更靠上游級的分級部。含有帶電氣溶膠粒子 (帶電粒子)的試樣氣體，經(jīng)由設(shè)置在構(gòu)成第1分級部10的入口電極103上的入口狹縫 (狹縫)102而被導(dǎo)入到第1分級部10內(nèi)。導(dǎo)入到第1分級部10內(nèi)的帶電的氣溶膠粒子的一部分，經(jīng)由位于鞘氣的流線方向下游一側(cè)的狹縫104而被導(dǎo)入到下游級的第2分級部20 內(nèi)。然后，被導(dǎo)入到第2分級部20內(nèi)的帶電的氣溶膠粒子的一部分，經(jīng)由位于鞘氣的流線方向下游一側(cè)的出口狹縫106而被取出到第2分級部20外(分級槽101外)。也就是說， 中間電極105所具有的狹縫104，起到第1分級部10的出口狹縫和第2分級部20的入口狹縫的作用。此外，入口狹縫102、狹縫104以及出口狹縫106是在相對于鉛垂方向(鞘氣的流線方向)而垂直的方向上開口的開口部，且是相互平行地形成的。鞘氣供給裝置110將潔凈氮氣或潔凈空氣等的潔凈氣體作為鞘氣供給到分級槽101。此外，也可將穿過分級槽101 內(nèi)而被排出的潔凈氣體加以回收以供循環(huán)利用(回收再利用)，而在這種情況下，鞘氣供給裝置110對所回收的潔凈氣體進(jìn)行過濾而加以提純。鞘氣供給裝置110與分級槽101，是經(jīng)由氣體供給管211、212而連接的。更具體的說，氣體供給管211，將鞘氣供給裝置110與第1分級部10的鞘氣導(dǎo)入口 fe加以連接，而將潔凈氣體作為鞘氣供給到第1分級部10內(nèi)。氣體供給管212將鞘氣供給裝置110與第 2分級部20的鞘氣導(dǎo)入口恥加以連接，將潔凈氣體作為鞘氣供給到第2分級部20內(nèi)。氣體供給管211具備質(zhì)量流量控制器115 (MFC (Mass Flow Controller) 115 氣體供給控制單元)。氣體供給管212具備質(zhì)量流量控制器116 (MFC116 氣體供給控制單元)。MFCl 15和MFCl 16對于分別供給到第1分級部10和第2分級部20的鞘氣的質(zhì)量進(jìn)行測量，并根據(jù)其測量結(jié)果而自動控制供給到各分級部的鞘氣的供給流量。也就是說， DMA100為如下構(gòu)成通過使用MFC115和116，可分別控制朝第1分級部10和第2分級部 20供給的鞘氣的流量。此外，在DMA100中，鞘氣供給裝置110、氣體供給管211、212、以及 MFC115U16構(gòu)成氣體供給部。流過分級槽101內(nèi)的鞘氣，經(jīng)由氣體排出管213、214而排出到分級槽101外。氣體排出管213將第1分級部10下部的鞘氣排氣口 6a與未圖示的排氣泵加以連接。在氣體排出管213上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥161與質(zhì)量流量計171 (MFM171)，從而自由地控制鞘氣的排氣量。氣體排出管214將第2分級部20下部的鞘氣排氣口 6b與未圖示的排氣泵加以連接。在氣體排出管214上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥162與質(zhì)量流量計172 (MFM172)，從而對于鞘氣的排氣量自由地控制。在使用DMA100進(jìn)行分級操作時，首先，將連通到外界的所有的閥(也就是說，開閉閥111、131、流量調(diào)節(jié)閥161、162、質(zhì)量流量控制器115、116)關(guān)閉而使分級槽101成為封閉系統(tǒng)。然后，控制流量調(diào)節(jié)閥161、162以及質(zhì)量流量控制器115、116，以使各分級部內(nèi)鞘氣的供給流量與排出流量一致，且在各分級部內(nèi)形成鞘氣的層流。壓力計112監(jiān)控分級槽101 內(nèi)的壓力，并以使此壓力維持目標(biāo)值(例如，存在試樣氣體的環(huán)境壓力)的方式調(diào)整鞘氣的供給流量與排出流量。繼而，將開閉閥111、131打開，將試樣氣體導(dǎo)入到DMA100內(nèi)來進(jìn)行分級。即，在DMA100中，通過所述控制而實現(xiàn)如下狀態(tài)在各分級部內(nèi)鞘氣的供給流量與排出流量實質(zhì)上一致，在每個分級部內(nèi)形成鞘氣的層流，并在分級部之間不存在實質(zhì)上的壓力差。電壓源(電壓供給部)108在構(gòu)成第1分級部10的入口電極103與中間電極105 之間施加規(guī)定的電壓。另外，電壓源(電壓供給部)109在構(gòu)成第2分級部20的中間電極 105與出口電極107之間施加規(guī)定的電壓。電壓源108、109均為可將施加的電壓改變?yōu)樗谕闹档目勺冸妷涸?。也就是說，DMA100可獨立地控制施加到各分級部(第1分級部10 和第2分級部20)的電壓。另外，在分級槽101的上方和下方，設(shè)置有調(diào)整中間電極105的位置的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)120、121。位置調(diào)整機(jī)構(gòu)120,121具備沿鉛垂方向延伸到中間電極105的導(dǎo)軌122、123。 中間電極105可沿著導(dǎo)軌122、123在上下方向(鞘氣的流線方向及其反方向)上連續(xù)地移動，并且可固定在所期望的位置。此外，中間電極105所具有的狹縫104的位置也可在上下方向上連續(xù)地移動。也就是說，在DMA100中，通過使中間電極105在上下方向上移動，可改變第1分級部10所具有的一對狹縫的相對位置關(guān)系和第2分級部20所具有的一對狹縫的相對位置關(guān)系。例如，圖1中的(b)顯示了通過使中間電極105沿著導(dǎo)軌122、123移動，而使得與該圖中的(a)相比狹縫104的位置朝下方移動的情形。圖1中的(b)所示的狀態(tài)與(a)所示的狀態(tài)相比，第1分級部10的分級長度LlO增大，并且第2分級部20的分級長度L20減少。(DMA 100的運轉(zhuǎn)原理)接下來，使用圖1和圖2對DMA100的運轉(zhuǎn)原理進(jìn)行說明。此外，不管所具備的分級部的數(shù)量如何，各分級部內(nèi)的分級的運轉(zhuǎn)原理均是相同的，因此在以下的說明中只對第1 分級部10的運轉(zhuǎn)原理進(jìn)行說明。圖2是表示DMA100所具備的一個分級部(第1分級部10)的概略構(gòu)成的立體圖。 含有氣溶膠粒子的試樣氣體通過未圖示的帶電裝置而被賦予電荷，成為含有帶電氣溶膠粒子的試樣氣體。此試樣氣體從入口狹縫102導(dǎo)入到分級槽101內(nèi)后，進(jìn)入到第1分級部10 內(nèi)。在第1分級部10內(nèi)，流量充足的鞘氣以從鞘氣導(dǎo)入口 fe向鞘氣排氣口 6a朝下形成層流的方式流動。在這里設(shè)為從氣溶膠粒子從入口狹縫102進(jìn)入到第1分級部10并經(jīng)由狹縫104而從第1分級部10排出為止，鞘氣的層流條件不受影響。在這里，將入口電極103與中間電極105之間的距離設(shè)為alO。將入口狹縫102和狹縫104的長度設(shè)為blO。將施加到入口電極103與中間電極105之間的電壓設(shè)為V10。將沿鞘氣的流線方向的，入口狹縫102與狹縫104之間的距離設(shè)為LlO (參照圖2)。被取入到第1分級部10內(nèi)的試樣氣體隨著鞘氣的層流，沿著入口電極103的內(nèi)表面壁流向下游，但如果在入口電極103與中間電極105之間施加電壓VlO，則具有一方極性的帶電氣溶膠粒子因靜電引力而從入口電極103朝中間電極105—側(cè)移動。此時的帶電氣溶膠粒子的電遷移率Zp如式(4)所示。Zp = QslO · alO/ (blO · VlO · L10)…式(4)式中，0810為鞘氣的流量，￡110、1310、￥10、1^10和上文中的說明一樣。另外，帶電氣溶膠粒子的電遷移率Zp可通過以下的式(5)而求得。Zp = q · e · Cc/(3 · π · μ ‘ Dp)…式(5)在式⑶中，q為帶電粒子的電荷量，e為基本電荷常數(shù)，Cc為坎寧安 (Cunningham)校正系數(shù)，μ為鞘氣的粘性系數(shù)，Dp為帶電氣溶膠粒子的直徑。在這里，僅具有由式(4)和式( 聯(lián)立而計算出的直徑Dp的帶電氣溶膠粒子，穿過狹縫104并進(jìn)入到后一級的第2分級部20中。另外，在第2分級部20中，下式也同樣成立。Zp = Qs20 · a20/(b20 · V20 · L20)…式(6)而且，僅具有由式(5)與式(6)聯(lián)立而計算出的直徑Dp的粒子到達(dá)出口狹縫106， 并從出口狹縫106被取出到DMA100的外部。此外，在式(6)中，Qs20為第2分級部20內(nèi)的鞘氣的流量，a20為中間電極105與出口電極107之間的距離，b20為狹縫104及出口狹縫106的長度，V20為施加到中間電極105和出口電極107之間的電壓，L20為狹縫104和出口狹縫106之間的距離。(DMA 100的主要特征)雖然沒有特殊限制，但DMA100的主要特征為如下。(1)針對每個分級部而分別控制鞘氣流量在DMA100中，可針對每個分級部(第1分級部10和第2分級部20)而分別控制鞘氣的流量。如所述式( 所示，鞘氣的流量是決定各分級部內(nèi)的分級條件的一個主要因素，在DMA100中，能夠不實質(zhì)上改變分級槽101的構(gòu)成，而以分級部為單位比較容易地變更分級條件。例如，在先前的DMA中，如果為了增大可分級的帶電粒子的粒徑的上限值而增大施加到分級部的電壓，則會帶來產(chǎn)生絕緣破壞的問題。另一方面，在DMA100中，通過將施加到各分級部的電壓維持在低于產(chǎn)生絕緣破壞的電壓并且使各分級部內(nèi)的鞘氣的流量為更少的量，能夠比較容易地擴(kuò)大能夠分級的帶電粒子的粒徑的上限值。或者，通過使各分級部內(nèi)的鞘氣的流量變得更大，可獲得足夠的分辨能力、以及帶電粒子與氣體的分離性能。另外，使第1分級部10或第2分級部20的任一方?jīng)]有鞘氣流過，而將此分級部用作試樣氣體或含有經(jīng)過分級的帶電粒子的氣體的流路，也可將DMA100作為單層的DMA使用。此外，由于比較容易改變以分級部為單位的分級條件，因此對在分級過程中粒徑發(fā)生變化的帶電粒子進(jìn)行分析也變得容易。詳細(xì)情況將通過下述C3)來說明。
(2)可改變分級長度在DMA100中，通過使中間電極105沿上下方向移動，可改變各分級部的分級長度 (沿鞘氣的流線方向的狹縫間距離)。如所述式(5)所示般，分級長度是決定各分級部內(nèi)的分級條件的一個主要因素，在DMA100中，能夠不實質(zhì)上改變分級槽101的構(gòu)成，便能夠比較容易地改變以分級部為單位的分級條件。因此，可獲得與所述“(1)針對每個分級部而分別控制鞘氣流量” 一欄中所記載的效果相同的效果。此外，在DMA100中，具有用于導(dǎo)入試樣氣體的入口狹縫102的入口電極103的位置，以及，具有用于取出經(jīng)過分級的帶電粒子的出口狹縫106的出口電極107的位置是固定的。而且，僅使夾在入口電極103與出口電極107之間的中間電極105的位置，在鞘氣的流線方向上可變動。由此，即便改變各分級部的分級條件，入口狹縫102和出口狹縫106的位置也不會隨之改變。其結(jié)果，即便改變分級條件，也無需使連接在DMA100的前后的其他裝置(帶電裝置以及粒子回收裝置等)的位置移動。當(dāng)然，也不需要填補(bǔ)用以連接入口狹縫 102及出口狹縫106與其他裝置的流路，因此也具有如下優(yōu)點即，無需考慮依賴于帶電粒子的粒徑的擴(kuò)散損耗的程度的變化。(3)可實現(xiàn)高效率的多級分級在DMA100中，進(jìn)行使用第1分級部10和第2分級部20的多級分級。第1分級部 10與第2分級部20共有中間電極105，兩分級部間的流路(狹縫104)的長度是實質(zhì)上可以忽略的程度的長度。因此，當(dāng)在連續(xù)的分級部間進(jìn)行輸送時，可將由帶電粒子的擴(kuò)散等所造成的損耗的影響限定在最小限度而進(jìn)行多級分級。例如，在具有圖9所示的構(gòu)造的CDMA中，已知當(dāng)只想分離取出特定粒徑的帶電粒子時,會混入有0. 001 0. 01 %以上的共存的試樣氣體成分(Performance of Nano-DMA Operated with Different Gases for Sheath and Aerosol Carrier Flows :Aerosol Sci. and Tech. ,39, pp. 919to 928 (2005) ) 因此，在將先前構(gòu)造的DMA用作從試樣氣體中的氣體成分中篩選帶電粒子的裝置的方法(參照日本公開專利公報特開2001-239181號公報等)中，氣體的去除能力不充分，在篩選帶電粒子的用途及組成分析中可能會成為問題。但是，在DMA100中，通過進(jìn)行多級分級，可提高試樣氣體的去除能力(理論上提高級數(shù)次方)，并能夠以更高的純度回收特定粒徑的氣溶膠粒子。(4)能夠分析帶電粒子的粒徑變化另外，作為進(jìn)行多級分級的其他優(yōu)點，也可列舉能夠分析分級過程中的帶電粒子的粒徑變化。例如，當(dāng)將第1分級部10和第2分級部20的分級條件設(shè)定為對相同粒徑的帶電粒子進(jìn)行分級時，如分級過程中帶電粒子的粒徑不發(fā)生變化，則該帶電粒子從出口狹縫106被取出。另一方面，當(dāng)該帶電粒子未從出口狹縫106被取出時，可預(yù)測在分級過程中帶電粒子的粒徑已發(fā)生了變化。另外，在此情況下，通過使第2分級部20的分級條件連續(xù)地變化，能夠分析帶電粒子的粒徑變化的程度。這樣的分析對于揮發(fā)性的帶電粒子的分析特別有用。以下，表示使用DMA100分析帶電粒子的粒徑變化的一例。此外，以下的說明中所使用的各符號的說明如圖1以及所述的(DMA100的運轉(zhuǎn)原理)一欄中所記載的那樣。在DMA100中，可分別地控制流過第1分級部10以及第2分級部20的鞘氣的流量。
10首先，以使具有所期望的特定粒徑的帶電粒子可穿過狹縫104的方式，在LlO = L20、al0 = a20并且blO = b20的條件下，根據(jù)所述式(4) (6)進(jìn)行計算而將VlO及QslO設(shè)定為最佳值。其次，設(shè)定為VlO = V20、且QslO = Qs20(即分級部間的分級條件為相同)后，將含有帶電粒子的試樣氣體從入口狹縫102導(dǎo)入。此時，在第1分級部10內(nèi)進(jìn)行分級并穿過狹縫104的特定粒徑的帶電粒子，應(yīng)該會經(jīng)由出口狹縫106而被從分級槽101取出。當(dāng)未從出口狹縫106取出所期望的特定粒徑的帶電粒子時，可明確看出在第2分級部20中帶電粒子的電遷移率與在第1分級部10內(nèi)不同，從而可判斷帶電粒子的粒徑已發(fā)生變化。此時，在適當(dāng)?shù)腝slO及Qs20下，固定VlO并使V20連續(xù)地或階段性地變化。然后，通過記錄從出口狹縫106取出帶電粒子時的V20，并根據(jù)式(4) (6)進(jìn)行計算，可求出被從出口狹縫106取出時的帶電粒子的粒徑。由此，可知在分級過程中是否因蒸發(fā)而引起帶電粒子的粒徑的減少，或者其減少的程度。在DMA100中，與先前的將2臺CDMA串聯(lián)連接而成的系統(tǒng)相比，實質(zhì)上不存在在連接DMA彼此的流路中的滯留時間。由此，可僅確定分級過程(分級槽101內(nèi))中的粒徑的變化。另外，通過對第2分級部20中所獲得的粒徑分布與第1分級部10中所獲得的粒徑分布進(jìn)行比較，可獲得例如有核成長的程度等的與揮發(fā)性氣溶膠粒子的熱力學(xué)特征相關(guān)的 fn息ο另外，在圖1中的(b)中，當(dāng)通過增大第1分級部10的分級長度L10，并減小第2 分級部20的分級長度L20而使帶電粒子的粒徑的減少特別顯著時，也可對其粒徑進(jìn)行分析。此外，通過優(yōu)化LlO及L20，并且使QslO及Qs20最佳化，也可在規(guī)定的范圍內(nèi)使得分級槽101內(nèi)部的帶電粒子的滯留時間最佳化。[實施方式2]如果根據(jù)圖3對本發(fā)明的DMA的另一個實施方式進(jìn)行說明則為如下所述。圖3中的(a)及(b)是示意性地表示在與各狹縫相垂直的平面上切斷DMA300而得的截面的截面圖。此外，為了便于說明，對具有與實施方式1的DMA100的構(gòu)成要素相同的功能的構(gòu)成部件標(biāo)注相同的編號，并省略其說明。在本實施方式中，主要對與實施方式1的不同點進(jìn)行說明。(DMA300 的構(gòu)成)如圖3所示，DMA300與實施方式1的DMA100相比，僅第2分級部及其周邊構(gòu)成不同。具體而言，在DMA300中，具備出口電極107a來代替DMA100中的出口電極107，此出口電極107a具有形成在與入口狹縫102相同的高度的出口狹縫106a。而且，由彼此相對的中間電極105及出口電極107a，分級槽101的框體內(nèi)壁來形成有第2分級部20a。在DMA300中，相鄰的第1分級部10與第2分級部20，共有著中間電極105和此電極所具有的狹縫104。另外，與中間電極105相對的兩塊電極(入口電極103和出口電極 107a)所具有的狹縫(入口狹縫102及出口狹縫106a)相對于所共有的狹縫104而位于上方且相同高度的位置。也就是說，在DMA300中，在相鄰的分級部之間，入口一側(cè)的狹縫與出口一側(cè)的狹縫的位置關(guān)系顛倒。由此，必須在第1分級部10與第2分級部20a中使鞘氣的流線方向(流動方向)相反。因此，以相對于第2分級部20a使鞘氣從下方朝上方流動的方式，在第2分級部20a的下部連接氣體供給管212，并在上部連接氣體排出管214。此外，著眼于相鄰的第1分級部10與第2分級部20的狹縫的配置關(guān)系，以下，有時也將與DMA300類似的構(gòu)造稱為對稱型DMA。另外，有時也將與實施方式1中所示的DMA100 類似的構(gòu)造稱為非對稱型DMA。(DMA300 的運轉(zhuǎn)例)在DMA300中，含有帶電粒子的試樣氣體從入口狹縫102導(dǎo)入到第1分級部10內(nèi)。 然后，第1分級部10內(nèi)分級的結(jié)果，僅具有規(guī)定的粒徑的帶電粒子從位于鞘氣的流線方向下游一側(cè)(下方)的狹縫104被導(dǎo)入到第2分級部20a內(nèi)。繼而，第2分級部20a內(nèi)分級的結(jié)果，僅具有規(guī)定的粒徑的帶電粒子從位于鞘氣的流線方向下游一側(cè)(上方)的出口狹縫106a被取出到分級槽101外。另外，如圖3中的(a)及(b)所示，在DMA300中，即便使中間電極105在上下方向移動時，第1分級部10的分級長度(狹縫間距離)與第2分級部20a的分級長度也始終是相等的關(guān)系。(DMA300的主要特征)雖然并無特別限定，但與實施方式1中所說明的DMA100相比，DMA300的主要特征為如下所述。此外，DMA300共有著DMA100所具有的全部優(yōu)點，省略對其的重復(fù)說明。(1)可在將裝置長度維持在緊湊的狀態(tài)下進(jìn)行廣泛的多級分級例如，在圖1所示的DMA100中，假定在第1分級部10及第2分級部20中以完全相同的分級條件進(jìn)行多級分級。在此情況下，以滿足分級長度LlO = L20的關(guān)系的方式設(shè)定中間電極105的位置(參照圖1中的(a))。由此，在第1分級部10及第2分級部20中可確保的分級長度的上限，成為各分級部的長度的約1/2。另一方面，在DMA300中，不管中間電極105的位置如何，第1分級部10及第2分級部20a可確保的分級長度始終相等。由此，即便假定在第1分級部10及第2分級部20a 中以完全相同的分級條件進(jìn)行多級分級時，也可確保與各分級部的長度實質(zhì)上相同的分級長度(參照圖3(b))。也就是說，DMA300可在將裝置長度維持在緊湊的狀態(tài)下確保更廣的分級長度。其結(jié)果，可在將裝置長度維持在緊湊的狀態(tài)下進(jìn)行更廣泛的粒徑的帶電粒子的多級分級。[實施方式3]如果根據(jù)圖4對本發(fā)明的DMA的又一個實施方式進(jìn)行說明則為如下所述。圖4中的(a)及(b)是示意性地表示在與各狹縫相垂直的平面上切斷DMA400而得的截面的截面圖。此外，為了便于說明，對具有與實施方式1的DMA100的構(gòu)成部件相同的功能的構(gòu)成部件標(biāo)注相同的編號，并省略其說明。在本實施方式中，主要對與實施方式1和實施方式2的不同點進(jìn)行說明。(DMA400 的構(gòu)成)如圖4所示，DMA400與實施方式1的DMA100相比，僅第2分級部及其周邊的構(gòu)成不同。具體而言，在DMA400中，具備出口電極107b來代替DMA100中的出口電極107，此出口電極107b在不同的高度上具有兩個出口狹縫106a、106。而且，由相對的中間電極105及出口電極107b，分級槽101的框體內(nèi)壁來形成第2分級部20b。出口狹縫106a形成在與入口狹縫102相同的高度上。出口狹縫106形成在出口狹縫106a的下方。在連接于出口狹縫106a的粒子取出管上設(shè)置有開閉閥130，在連接于出口狹縫106的粒子取出管上設(shè)置有開閉閥131。當(dāng)使用DMA400時，將開閉閥130、131的任一方打開且將另一方關(guān)閉，由此選擇性地使用出口狹縫106a及出口狹縫106的任一方。位于第2分級部20b的上部的開口 5c經(jīng)由氣體供給管212而連接于鞘氣供給裝置110，開口 5d連接于氣體排出管2Ha。位于第2分級部20b的下部的開口 6c連接于氣體排出管214，開口 6d經(jīng)由氣體供給管21 而連接于鞘氣供給裝置110上。氣體排出管 214a具備流量調(diào)節(jié)閥163與質(zhì)量流量計173 (MFM173)，從而控制來自第2分級部20b的鞘氣的排氣量。氣體供給管21 具備質(zhì)量流量控制器116a，從而控制供給到第2分級部20b 的鞘氣的供給流量。例如，如圖4中的(a)所示，當(dāng)使鞘氣從第2分級部20b的上方流向下方時，僅將氣體供給管212及氣體排出管214用于鞘氣的供給及排出來使DMA400運轉(zhuǎn)。另一方面，如圖4中的(b)所示，當(dāng)使鞘氣從第2分級部20b的下方流向上方時，僅將氣體供給管21 及氣體排出管21 用于鞘氣的供給及排出來使DMA400運轉(zhuǎn)。(DMA400的主要特征)DMA400是實施方式1中所示的DMA100與實施方式2中所示的DMA300的混合型的 DMA，其兼具兩者的優(yōu)點。例如，圖4中的(a)表示將開閉閥130設(shè)為“閉”且將開閉閥131設(shè)為“開”而使用出口狹縫106的狀態(tài)。也就是說，DMA400作為與DMA100相同的裝置而發(fā)揮功能。另一方面，圖4中的(b)表示將開閉閥130設(shè)為“開，，且將開閉閥131設(shè)為“閉，，而使用出口狹縫106a的狀態(tài)。也就是說，DMA400作為與DMA300相同的裝置而發(fā)揮功能。[實施方式4]如果根據(jù)圖5對本發(fā)明的DMA的又一個實施方式進(jìn)行說明則為如下所述。圖5是示意性地表示在與各狹縫相垂直的平面上切斷DMA500而得的截面的截面圖。此外，為了便于說明，對具有與實施方式1的DMA100的構(gòu)成部件相同的功能的構(gòu)成部件標(biāo)注相同的編號，并省略其說明。在本實施方式中，主要對與實施方式1的不同點進(jìn)行說明。(DMA500 的構(gòu)成)如圖5所示，DMA500是在DMA100中使分級部從2級增加到3級的構(gòu)成。根據(jù)此構(gòu)成，除了 DMA100所具有的優(yōu)點以外，可實現(xiàn)與DMA100相比氣體去除能力進(jìn)一步提升的高效的多級分級。DMA500除了包括具有入口狹縫102的入口電極103、具有出口狹縫106的出口電極107以外，還包括兩個中間電極l(^a、105b。在中間電極105110 上分別設(shè)置有狹縫 104a、104b。Λ Π電極103、中間電極105a、中間電極105b、以及出口電極107分別將兩側(cè)固定在分級槽101的框體內(nèi)壁，而形成密閉的第1分級部10c、第2分級部20c以及第3分級部 30c。各分級部在位于其上部的鞘氣導(dǎo)入口經(jīng)由導(dǎo)管而與鞘氣供給裝置110連接。導(dǎo)管具備質(zhì)量流量控制器life、115b、115c。通過各個質(zhì)量流量控制器life、115b、115c的開閉及開閉的程度，可分別地控制流過各分級部的鞘氣的流量。在DMA500中，位置調(diào)整機(jī)構(gòu) 120,121具備在鉛垂方向上延伸到中間電極10 的導(dǎo)軌12h、123a，以及在鉛垂方向上延伸到中間電極10 的導(dǎo)軌122b、123b。中間電極105、10恥可沿著導(dǎo)軌在上下方向(鞘氣的流線方向)連續(xù)地移動，且可固定在所期望的位置。當(dāng)使中間電極10fe、l(^b在相同方向上移動相同距離時，也可不變更第2分級部20c的分級長度，而僅變更第1分級部IOc的分級長度和第3分級部30c的分級長度。此外，各分級部在位于其下部的鞘氣排出口經(jīng)由導(dǎo)管而與鞘氣排出裝置110連接。也就是說，DMA500成為將穿過各分級部的鞘氣回收及過濾后加以再利用的構(gòu)成。此外， 在圖5中，省略關(guān)于鞘氣排出一側(cè)的流量控制機(jī)構(gòu)的圖示。[實施方式5]如果根據(jù)圖6對本發(fā)明的DMA的又一個實施方式進(jìn)行說明則為如下所述。圖6是示意性地表示在與各狹縫垂直的平面上切斷DMA600而得的截面的截面圖。此外，為了便于說明，對具有與實施方式2的DMA300的構(gòu)成部件相同的功能的構(gòu)成部件標(biāo)注相同的編號， 并省略其說明。在本實施方式中，主要對與實施方式2的不同點進(jìn)行說明。(DMA600 的構(gòu)成)如圖6所示，DMA600是將兩個與對稱型的DMA300所具備的分級槽相同的構(gòu)成直接連結(jié)而使分級部從2級增加到4級的構(gòu)成。根據(jù)此構(gòu)成，除了 DMA300所具有的優(yōu)點以外， 可與DMA300相比實現(xiàn)氣體去除能力進(jìn)一步提升的高效的多級分級。微分型電氣移動分級裝置600除了包括具有入口狹縫102的入口電極103、具有出口狹縫106a的出口電極107以外，還包括三個中間電極l(^a、105b、105c。在中間電極 105a、10 、105c上分別設(shè)置有狹縫104a、104b、104c。入口電極103、中間電極105a、中間電極105b、中間電極105c、以及出口電極107分別將其兩側(cè)固定在分級槽101的框體內(nèi)壁， 而形成密閉的第1分級部10d、第2分級部20d、第3分級部30d、以及第4分級部40d。第1分級部IOd和第3分級部30d在位于其上部的鞘氣導(dǎo)入口經(jīng)由導(dǎo)管而與鞘氣供給裝置Iio連接。第2分級部20d及第4分級部40d在位于其下部的鞘氣導(dǎo)入口經(jīng)由導(dǎo)管而與鞘氣供給裝置110連接。導(dǎo)管具備質(zhì)量流量控制器llfe、115b、115c、115d。通過各個質(zhì)量流量控制器115a、lMb、115c、115d的開閉及開閉的程度，可分別地控制流過各分級部的鞘氣的流量。此外，在DMA600中，位置調(diào)整機(jī)構(gòu)120、121具備在鉛垂方向上延伸到中間電極 105a的導(dǎo)軌12h、123a ；在鉛垂方向上延伸到中間電極10 的導(dǎo)軌122b、123b ；以及在鉛垂方向上延伸到中間電極105c的導(dǎo)軌122c、123c。中間電極105、10恥、105c可沿著導(dǎo)軌在上下方向(鞘氣的流線方向)連續(xù)地移動，且可固定在所期望的位置。例如，當(dāng)使中間電極10fe、105c的組合在相同方向上僅移動相同距離時，可使能夠分級的帶電粒子的粒徑的上限值最佳化。另外，當(dāng)使中間電極10fe、105b的組合或中間電極l(^b、105c的組合在相同方向上僅移動相同距離時，也可不改變第2分級部20d或第3分級部30d的分級長度，而僅改變第1分級部IOd的分級長度及第4分級部40d的分級長度。另外，例如在第3分級部30d的下部設(shè)置有粒子取出管(未圖示)，使所期望的粒徑的帶電粒子從分級槽101排出而不使用第4分級部40d等，視需要也可使用DMA600的一部分。在此情況下，不需要將鞘氣供給到第4分級部40d內(nèi)。此外，DMA600與實施方式4中所示的DMA500相同，是將穿過各分級部的鞘氣回收及過濾后加以再利用的構(gòu)成。此外，在圖6中，省略關(guān)于鞘氣排出一側(cè)的流量控制機(jī)構(gòu)的圖
7J\ ο[實施方式6]接下來，使用圖7對本發(fā)明的粒子測量、篩選系統(tǒng)700進(jìn)行說明。粒子測量、篩選系統(tǒng)700是由DMA100 (參照實施方式1)、帶電裝置710、質(zhì)量分析裝置720、粒子數(shù)測量裝置 730以及粒子收集裝置740所構(gòu)成的。帶電裝置710經(jīng)由導(dǎo)管而與DMA100所具有的入口狹縫102連接。質(zhì)量分析裝置 720、粒子數(shù)測量裝置730、以及粒子收集裝置740經(jīng)由十字管而分別與DMA100所具有的出口狹縫106連接。含有氣溶膠的試樣氣體通過帶電裝置710而被賦予有電荷，從而成為含有帶電氣溶膠的試樣氣體。通過將開閉閥111打開，而將此試樣氣體從入口狹縫102取入到分級槽 101內(nèi)，并通過第1分級部10和第2分級部20對帶電氣溶膠進(jìn)行分級。具有規(guī)定粒徑的帶電氣溶膠從出口狹縫106被取出。當(dāng)欲對于從出口狹縫106取出的帶電氣溶膠進(jìn)行質(zhì)量分析時，將開閉閥702、703 關(guān)閉且將開閉閥131、701打開，從而將此帶電氣溶膠導(dǎo)入到質(zhì)量分析裝置720內(nèi)。當(dāng)欲對于從出口狹縫106取出的帶電氣溶膠的粒子數(shù)進(jìn)行計數(shù)時，將開閉閥701、703關(guān)閉并將開閉閥131、702打開，從而將此帶電氣溶膠導(dǎo)入到粒子數(shù)測量裝置730內(nèi)。另外，通過將開閉閥701、702關(guān)閉并將開閉閥131、703打開，可利用粒子收集裝置740篩選并收集特定粒徑的粒子。如以上使用實施方式1 6所說明的一樣，本發(fā)明的DMA包括1)分級槽，其中依次配置有彼此相隔規(guī)定距離且相對而設(shè)的η個(η為3以上的整數(shù))面狀電極，所述面狀電極均具有供帶電粒子所穿越的狹縫；幻氣體供給部，其對所述分級槽供給鞘氣；以及3)電壓供給部，其在所述分級槽內(nèi)的彼此相對的所述電極間施加規(guī)定的電壓；并且，所述分級槽具有在每組彼此相對的所述電極之間形成的，將帶電粒子進(jìn)行分級的(η-1)級的分級部， 所述氣體供給部對供給到所述分級槽的所述鞘氣的流量，在所述每個分級部分別進(jìn)行控制。在實施方式1 6中，例示了具備3個 5個電極作為所述面狀電極的情況，但面狀電極的個數(shù)并不特別限定于此，當(dāng)然也可為6個以上。另外，在實施方式1 6中，將具備長方形狀(平板形狀)的電極作為所述面狀電極的例子示為較佳例，但并不特別限定于此，例如也可使用曲面狀的電極。作為曲面狀的電極，更具體而言可列舉配置成同心圓狀的 η個(η為3以上的整數(shù))圓筒狀的電極。另外，在本發(fā)明的DMA中，也可在至少一組的相鄰的所述分級部之間，使所述鞘氣的流線方向相反。在此情況下，在本發(fā)明的DMA中，相鄰的分級部共有1個狹縫，其他狹縫 (一分級部的粒子的入口側(cè)狹縫與另一分級部的粒子的出口側(cè)狹縫)相對于所共有的狹縫而均位于上方或下方(參照實施方式2和5)。在實施方式1 6所示的DMA中，通過使用位置調(diào)整機(jī)構(gòu)使面狀電極在上下方向上移動來變更形成在此電極上的狹縫的位置。但是，變更狹縫的位置的方法并不特別限定于此，例如，也可形成能夠?qū)ⅹM縫的形成位置不同的多個面狀電極相互拆下而加以交換的構(gòu)成來變更狹縫的位置。在實施方式1 6所示的DMA中，各分級部的鞘氣的供給流量是通過質(zhì)量流量控制器來自動控制的，鞘氣的排出流量是通過手動來控制的。但是，也可設(shè)為鞘氣的排出流量等也使用質(zhì)量流量控制器等來自動控制的構(gòu)成。另外，本發(fā)明的DMA也可設(shè)為如下的構(gòu)成， 即設(shè)置一個對所有分級部的鞘氣的供給流量與排出流量總括地進(jìn)行自動控制的控制部。
使用本發(fā)明的DMA的分級的對象粒子的粒徑并無特別限定，但特別適用于從納米級到微米級的微粒子。如上所述，本發(fā)明所涉及的微分型電遷移率分級裝置(DMA)的一個特征在于，包括分級槽，其中依次配置有彼此相隔規(guī)定距離且相對而設(shè)的η個(η為3以上的整數(shù))面狀電極，所述面狀電極均具有供帶電粒子所穿越的狹縫；氣體供給部，其對所述分級槽供給鞘氣；以及電壓供給部，其在所述分級槽內(nèi)的彼此相對的所述電極間施加規(guī)定的電壓；并且， 所述分級槽具有在每組彼此相對的所述電極之間形成的，將帶電粒子進(jìn)行分級的(η-1)級的分級部，所述氣體供給部對供給到所述分級槽的所述鞘氣的流量，在所述每個分級部分別進(jìn)行控制。另外，本發(fā)明的DMA優(yōu)選在所述構(gòu)成中，在所述分級部的至少一個中，相對的所述電極所具有的狹縫彼此在所述鞘氣的流線方向上的相對的位置關(guān)系可改變。作為一例，可列舉具備如下的位置改變機(jī)構(gòu)的DMA，此位置改變機(jī)構(gòu)是通過使相對的所述電極沿著所述鞘氣的流線方向或其反方向相對移動，來變更所述狹縫彼此的相對的位置關(guān)系。根據(jù)所述構(gòu)成，能夠以分級部為單位比較容易地改變分級條件。尤其，如果在除了形成有將帶電的粒子導(dǎo)入到分級槽的入口狹縫的電極、以及形成有將此粒子從分級槽取出的出口狹縫的電極以外的電極(位于兩電極之間的中間電極)中變更狹縫的位置，則無需使連接于DMA的前后的其他裝置的位置移動。當(dāng)然，也不需要填補(bǔ)用以連接DMA與其他裝置的流路，因此也具有無需考慮依賴于帶電的粒子的粒徑的擴(kuò)散損耗的效果的優(yōu)點。本發(fā)明的DMA也可為在所述構(gòu)成中，在至少一組相鄰的所述分級部間使所述鞘氣的流線方向彼此相反(對稱型DMA)。根據(jù)此構(gòu)成，可在維持裝置長度緊湊的狀態(tài)下確保更寬的分級長度。其結(jié)果，可在維持裝置長度緊湊的狀態(tài)下進(jìn)行更廣范圍的粒徑的粒子的多級分級。本發(fā)明的DMA也可為如下構(gòu)成在所述構(gòu)成中，所述電壓供給部控制施加到每個相對的所述電極間的電壓。根據(jù)此構(gòu)成，以分級部為單位的分級條件的改變變得更加容易。本發(fā)明的DMA優(yōu)選在所述構(gòu)成中，η個所述電極為平板形狀且以相互平行的方式配置在所述分級槽內(nèi)。根據(jù)此構(gòu)成，可提供平行平板型的多級分級DMA。本發(fā)明的DMA也可為如下構(gòu)成在所述構(gòu)成中，具有用以將帶電的粒子取出到分級槽外的所述狹縫的所述電極，可以在其不同高度的位置上具有多個所述狹縫。根據(jù)此構(gòu)成，可根據(jù)目的而選擇使用用以將粒子取出到分級槽外的狹縫。而且，可將此DMA用作所謂的對稱型DMA，也可用作非對稱型DMA。另外，本發(fā)明的DMA也可為如下構(gòu)成為了可選擇使用所述狹縫，所述氣體供給部針對每個所述分級部，而分別控制所述鞘氣的流線方向。另外，在本發(fā)明的DMA中，優(yōu)選所述氣體供給部對每個所述分級部以與來自此分級部的鞘氣的排出流量實質(zhì)上相同的流量供給鞘氣。[實施例]以下，使用實施例更具體地說明本發(fā)明的一例。[實施例1]在本實施例中，制作了具有與實施方式1中所示的DMA100(參照圖1)相同的構(gòu)成，并設(shè)計成 LlO = L20 = 25 (mm)、al0 = a20 = 5 (mm)、bl0 = b20 = 100 (mm)的 DMA100。然后，使用此DMA100，在QslO及Qs20相互獨立地為0或10(std L/min)的鞘氣流量條件下，測定平均粒徑為30nm的聚苯乙烯乳膠(Polystyrene Latex, PSL)標(biāo)準(zhǔn)粒子，將其結(jié)果匯總示于圖8。此外，符號L10、L20、al0、a20、bl0、b20、Qsl0以及Qs20與實施方式1中所說明的一樣。利用電噴霧離子化裝置使分散在溶液中的PSL標(biāo)準(zhǔn)粒子氣溶膠化，并通過中和器使之成為平衡帶電狀態(tài)后，從DMA100的試樣氣體取入口(圖1所示的入口狹縫102)導(dǎo)入。此外，DMA100在所述流量條件下，且在將試樣氣體取入口與分級氣體取出口關(guān)閉時(將圖1所示的開閉閥111、131關(guān)閉時)，確認(rèn)了內(nèi)部的壓力保持在大氣壓。在分級氣體取出口側(cè)(圖1所示的出口狹縫106的下游一側(cè))連接有凝縮式氣溶膠粒子計數(shù)裝置(CPC， Condensation Particle Counter，凝聚粒子計數(shù)器)，以1.5 (L/min)的流量將試樣氣體取入到DMA100內(nèi)，并將相同流量的分級氣體送入到CPC內(nèi)來對經(jīng)分級的氣溶膠粒子進(jìn)行計數(shù)。設(shè)為QslO = 10、Qs20 = 0 (std L/min)且僅在第1分級部10進(jìn)行分級而得的粒徑分布，與設(shè)為QslO = 0、Qs20 = 10 (std L/min)且僅在第2分級部20進(jìn)行分級而得的粒徑分布幾乎一致，且在30nm處顯示峰值。由此，表示各分級部分別可正常地對標(biāo)準(zhǔn)粒子進(jìn)行分級。在圖8中，利用中空的四邊形(在第1分級部內(nèi)的結(jié)果)以及中空的圓形(在第 2分級部內(nèi)的結(jié)果)來表示其結(jié)果。其次，設(shè)為QslO = Qs20 = 10 (std L/min)且將第1分級部10的施加電壓固定在使30nm的粒子穿過的電壓，在第2分級部20中所測定的氣溶膠粒子的粒徑分布因由第1 分級部10進(jìn)行了篩選而在粒徑30nm處顯示出分布范圍狹小的峰值。由此，可確認(rèn)第1分級部10與第2分級部20獨立地同時動作，非揮發(fā)性的PSL標(biāo)準(zhǔn)粒子并未因分級而引起粒徑發(fā)生變化。在圖8中，利用中空的菱形來表示其結(jié)果。其次，設(shè)為QslO = Qs20 = 10 (std L/min)，通過如下的同時動作所獲得的氣溶膠粒子的粒徑分布在30nm處顯示峰值，所述同時動作是指對第1分級部10及第2分級部20 施加使第1分級部10及第2分級部20進(jìn)行分級的粒徑始終相同的電壓。由此，確認(rèn)具有兩個分級部的DMA顯示出作為一體的分級性能。在圖8中利用實心圓(黑圓)來表示結(jié)果。工業(yè)實用性本發(fā)明可用于對氣體中的粒子進(jìn)行分級和進(jìn)行分析的目的。
權(quán)利要求
1.一種微分型電遷移率分級裝置，其根據(jù)電遷移率來對帶電的粒子進(jìn)行分級，其特征在于，包括分級槽，其中依次配置有彼此相隔規(guī)定距離且相對而設(shè)的η個面狀電極，所述電極具有使帶電的粒子穿過的狹縫；氣體供給部，其對所述分級槽供給鞘氣；以及電壓供給部，其在所述分級槽內(nèi)的彼此相對的所述電極間施加規(guī)定的電壓， 并且，所述分級槽具有在每組彼此相對的所述電極之間形成的，將帶電粒子進(jìn)行分級的η-1級的分級部，所述η為3以上的整數(shù)，所述氣體供給部對供給到所述分級槽的所述鞘氣的流量，在所述每個分級部分別進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于在所述分級部的至少一個中，彼此相對的所述電極所具有的狹縫之間的，在所述鞘氣的流線方向上的相對的位置關(guān)系是可變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于 在至少一組的相鄰的所述分級部間，所述鞘氣的流線方向彼此相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于 所述電壓供給部分別控制施加到每組彼此相對的所述電極間的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于 η個所述電極為平板形狀且以相互平行的方式配置在所述分級槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于具有用以將帶電的粒子取出到分級槽外的所述狹縫的所述電極，在此電極中的不同高度的位置上具有多個所述狹縫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于 所述氣體供給部對每個所述分級部而分別控制所述鞘氣的流線方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于所述氣體供給部對每個所述分級部，以與來自此分級部的鞘氣的排出流量實質(zhì)上相同的流量而供給鞘氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微分型電遷移率分級裝置，其特征在于包括位置改變機(jī)構(gòu)，此位置改變機(jī)構(gòu)通過使相對的所述電極沿著所述鞘氣的流線方向或其反方向相對移動，來變更所述狹縫之間的相對的位置關(guān)系。
10.一種粒子測量系統(tǒng)，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置；以及粒子成分測量裝置，其對通過此微分型電遷移率分級裝置而分級的粒子的化學(xué)成分進(jìn)行分析。
11.一種粒子篩選系統(tǒng)，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微分型電遷移率分級裝置；以及粒子篩選裝置，其對通過此微分型電遷移率分級裝置而分級的特定粒徑的粒子進(jìn)行篩選并加以回收。
全文摘要
為了提供一種可容易地增大能夠分級的帶電粒子的粒徑的上限值，并且能夠分析粒徑可能會發(fā)生變化的帶電粒子的微分型電遷移率分級裝置，本發(fā)明的DMA(微分型電遷移率分級裝置)包括分級槽、氣體供給部以及電壓源；分級槽，其中依次配置有彼此相隔規(guī)定距離且相對而設(shè)的入口電極、中間電極以及出口電極，所述入口電極、中間電極以及出口電極分別具有入口狹縫、狹縫、出口狹縫；氣體供給部，其對分級槽供給鞘氣；電壓源，其在彼此相對的所述電極之間施加規(guī)定的電壓；并且，分級槽具有在每組彼此相對的所述電極之間形成的第1分級部和第2分級部，所述氣體供給部對供給到分級槽的所述鞘氣的流量，在第1分級部和第2分級部分別進(jìn)行控制。
文檔編號G01N15/02GK102192949SQ20111003397
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者工藤聰, 折井孝彰 申請人:獨立行政法人理化學(xué)研究所