第 35 回 作 業 環 境 測 定 研 究 発 表 会 2014.11.13 THU 作 業 環 境 中 微 粒 子 の 計 測 について
作 業 環 境 中 微 粒 子 計 測 対 象 ナノマテリアル( 凝 集 体 含 む)の 粒 子 数 粒 径 分 布 カーボンナノチューブの 重 量 濃 度 2
ナノ 粒 子 の 特 徴 粒 径 :1~100 nm 重 量 が 小 さい( 単 位 重 量 当 たりの 個 数 や 表 面 積 は 大 きい) 毒 性 が 懸 念 されている( 物 質 固 有 サイズ 特 有 ) 一 次 粒 子 径 が 数 nmの 粒 子 であっても 短 時 間 で 凝 集 し マイクロサイズへ 成 長 する 場 合 がある 一 次 粒 子 (ナノサイズ) 凝 集 粒 子 (ミクロンサイズ) その 為 ナノ 粒 子 の 影 響 を 調 査 するには 数 nm~ 数 μmのワイドレンジな 粒 子 計 測 が 必 要 である 3
従 来 の 作 業 環 境 中 粒 子 計 測 主 に 吸 入 性 粉 じんや 吸 引 性 粉 じんを 計 測 使 用 装 置 : 個 人 曝 露 サンプラー ハイボリュームサンプラー デジタル 粉 じん 計 など これらは 重 量 濃 度 で 評 価 され 対 象 粒 径 は4 μm 以 下 の 粒 子 が 対 象 となる しかし ナノ 粒 子 は 重 量 が 小 さい 為 上 記 装 置 ではナノ 粒 子 の 状 況 を 把 握 することは 困 難 ナノサイズ 個 数 濃 度 評 価 重 量 濃 度 評 価 粒 径 (μm) Adapted from: Seinfeld, J. H.; Pandis, S. N. Atmospheric Chemistry and Physics; John Wiley and Sons, 1998. 4
ナノ 粒 子 の 計 測 - 個 数 濃 度 計 測 方 法 1 cm 3 あたりの 個 数 濃 度 で 評 価 通 常 のパーティクルカウンターではナノ 粒 子 の 検 出 は 難 しいが ナノ 粒 子 を 凝 縮 成 長 させ 計 数 する 装 置 ( 凝 縮 粒 子 カウンター;CPC)では 最 小 2.5 nm から 検 出 可 能 である CPC 単 体 は 粒 径 情 報 を 得 ることはできないが 分 級 器 (DMA)との 組 み 合 わせることにより 粒 径 情 報 を 得 ることが 可 能 となる DMA + CPC = SMPS 5
作 業 環 境 中 粒 子 個 数 濃 度 計 測 装 置 SMPS(ナノ 領 域 )+APSやOPC(サブミクロン ミクロン 領 域 )で 計 測 される これら 装 置 は 高 精 度 に 計 測 可 能 な 為 現 状 よく 使 用 されているが 現 場 計 測 で 不 向 きな 点 もある SMPS: 可 搬 性 が 悪 い 1つの 粒 径 分 布 を 得 るのに 時 間 が 掛 かる 設 置 スペースが 必 要 電 源 が 必 要 別 途 ロガー(PCなど)が 必 要 SMPS3938シリーズ APS3321 OPC APS: 高 濃 度 に 不 向 き 電 源 が 必 要 別 途 ロガー(PCなど)が 必 要 OPC: 高 濃 度 に 不 向 き( 主 にクリーンルームなどに 適 している) 故 に 上 記 の 問 題 点 を 解 消 したポータブル 型 の 計 測 装 置 であることが 望 ましい 6
ポータブル 計 測 器 1. NanoScan SMPS 3910(10 nm-420 nm) 簡 易 操 作 小 型 化 により 場 所 を 選 ばず 計 測 可 能 に!! ナノ 材 料 の 個 数 濃 度 と 粒 径 分 布 を 同 時 計 測 (1 分 間 /データ) 放 射 線 源 を 使 わない 為 管 理 が 容 易 従 来 品 に 比 べ 非 常 に 安 価 (1/3 程 度 ) 2. OPS 3330(0.3 μm-10 μm) ナノ 材 料 ( 凝 集 体 )の 個 数 濃 度 と 粒 径 分 布 を 同 時 計 測 ( 最 短 1 秒 ) 高 濃 度 対 応!(0~3000 個 /cc) 一 般 的 なパーティクルカウンターは100 個 /cc 未 満 が 多 い 検 出 部 直 下 に 捕 集 フィルタをセット 可 3. CPC 3007(10 nm-1000 nm) ナノ 材 料 の 個 数 濃 度 をリアルタイム 計 測 ( 最 短 1 秒 ) 片 手 で 持 ち 運 び 可 能 な 為 どなたでも 作 業 者 近 傍 の 計 測 が 可 能 発 生 源 の 把 握 にも 活 用 可 能 7
ワイドレンジ 粒 径 の 簡 易 計 測 手 法 #1 NanoScan SMPS モデル3910 + オプティカルパーティクルサイザー(OPS) モデル3330 特 徴 ワイドな 粒 径 範 囲 を 計 測 10 nm ~ 10 m ナノ 材 料 の 個 数 濃 度 と 粒 径 分 布 を 計 測 (1 次 粒 子 から 凝 集 粒 子 まで 同 時 計 測 可 能 ) 簡 易 操 作 バッテリー 駆 動 データロガー 内 蔵 ポータブル 型 なので より 作 業 者 近 傍 で 計 測 可 能 モデル3910 モデル 3330 8
粒 子 個 数 濃 度 (#/cm 3 ) 微 粒 子 ハンドリング 現 場 でのデータ 例 ( 粒 子 個 数 濃 度 の 変 動 (NanoScanSMPS&OPS)) 1000000 100000 SMPS 0.01-0.5 m 10000 1000 100 OPS 0.5-10 m 10 1 9:00 9:30 10:00 時 間 10:30 11:00 9
微 粒 子 ハンドリング 現 場 でのデータ 例 ( 個 数 基 準 粒 子 径 分 布 (NanoScanSMPS&OPS) ) 個 数 濃 度 dn/dlogd p (#/cm 3 ) 100000 10000 SMPS 0.01-0.5 m 作 業 現 場 OPS 0.5-10 m 1000 100 屋 外 10 1 0.1 10 100 1000 10000 粒 子 径 (nm) 10
専 用 ソフトウェアを 用 いた2 機 種 の 一 元 管 理 (MIMソフト for NanoScanSMPS&OPS)) NanoScanSMPS+OPSを 同 時 に 制 御 し データを 一 元 管 理 できるソフトウェア NanoScanSMPS データ OPSデータ 融 合 データ MIMソフトから エクセルでのデータ 変 換 も 可 能! 11
ワイドレンジ 粒 径 の 簡 易 計 測 手 法 #2 携 帯 型 凝 縮 粒 子 カウンター (CPC) モデル3007 + オプティカルパーティクルサイザー(OPS) モデル3330 モデル3007 特 徴 ワイドな 粒 径 範 囲 を 計 測 (10 nm ~ 10 m) 300 nm 以 下 のナノ 粒 子 はモデル3007で 個 数 濃 度 を 計 測 簡 易 操 作 バッテリー 駆 動 データロガー 内 蔵 ポータブル 型 なので より 作 業 者 近 傍 で 計 測 可 能 発 生 源 の 把 握 暴 露 管 理 対 策 の 評 価 にも 活 用 可 能 モデル3330 12
ナノ 粒 子 の 簡 易 計 測 手 法 #3 携 帯 型 凝 縮 粒 子 カウンター(CPC) モデル3007 + パーティクルサイズセレクター(PSS) モデル376060 特 徴 粒 子 の 分 級 - 拡 散 原 理 でナノ 粒 子 を 分 級 捕 集 ナノ 材 料 の 個 数 濃 度 を 計 測 (100nm 以 下 ) 粒 径 選 択 可 - 拡 散 スクリーンの 数 で 選 択 可 分 級 特 性 - 高 性 能 ではない 安 価 - 研 究 用 機 器 ではない モデル3007 モデル376060 13
パーティクルサイズセレクター 使 用 法 拡 散 原 理 で 下 記 カット 径 より 小 さい 粒 子 をスクリーンに 捕 集 拡 散 スクリーンの 数 を 変 更 することで 分 級 粒 径 を 変 えることが 可 能 Number of Screens Particle Size Cut (50%) µm Number of Screens 1 0.024 12 0.195 2 0.040 13 0.210 3 0.055 14 0.225 4 0.075 15 0.240 5 0.085 16 0.260 6 0.100 17 0.280 7 0.115 18 0.300 8 0.130 19 0.315 9 0.145 20 0.335 10 0.160 21 0.350 11 0.180 22 0.370 23 0.390 Particle Size Cut (50%) µm 1. 3007 with No PSS: 0.01-1 m 1.43 x 10 4 particles/cm 3 2. With PSS (6 screens): 0.1 1 m 8.78 x 10 3 particles/cm 3 3. Particle concentration <100nm 1.43 x 10 4 particles/cm 3 (no PSS) - 8.78 x 10 3 particles/cm 3 (with PSS) 5.52 x10 3 particles/cm 3 14
カーボンナノチューブの 作 業 環 境 計 測 2013 年 10 月 技 術 研 究 組 合 単 層 CNT 融 合 新 材 料 研 究 開 発 機 構 (TASC) 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 (AIST) 安 全 科 学 研 究 部 門 (RISS) より 安 全 性 試 験 手 順 書 と 作 業 環 境 計 測 手 引 き が 公 開 された http://www.aist-riss.jp/main/modules/product/nano_tasc.html 作 業 環 境 中 のCNTの 現 実 的 な 計 測 方 法 例 として 下 記 方 法 が 紹 介 された 1 小 型 簡 易 なエアロゾル 計 測 ( 日 常 的 なチェック) ブラックカーボンモニタや 光 散 乱 式 粉 じん 計 でのリアルタイム 計 測 日 常 暴 露 管 理 空 間 時 間 分 布 の 把 握 に 有 用 2 炭 素 分 析 によるCNTの 定 量 ( 年 に 数 回 ) フィルターサンプリングを 行 い 炭 素 分 析 を 行 う 許 容 暴 露 濃 度 との 比 較 に 有 用 15
1 小 型 簡 易 なエアロゾル 計 測 ( 日 常 チェック) 測 定 原 理 AethLabs 製 ハンディーブラックカーボンモニタ Model:AE-51 ブラックカーボンエアロゾルをリアルタイムで 測 定 測 定 原 理 はアセロメーターRの 光 学 吸 収 法 光 源 : 波 長 880nm( 赤 外 線 )LED 流 量 は50/100/150/200ml から 選 択 測 定 時 間 は1 秒 /10 秒 /30 秒 /1 分 /5 分 から 選 択 広 範 囲 の 測 定 レンジ 0-1000μg BC/m 3 バッテリーにより24 時 間 連 続 運 転 可 能 5 分 間 データで1ヶ 月 分 保 存 可 能 16
1 小 型 簡 易 なエアロゾル 計 測 ( 日 常 チェック) TSI 製 DustTrakⅡ( 光 散 乱 式 粉 じん 計 ) Model:8530/8532 高 濃 度 対 応 型 粉 じん 計 ( 濃 度 上 限 8530:400mg/m3 8532:150mg/m3) フィルターカセット 格 納 可 能 な 為 同 時 捕 集 可 能 石 英 フィルターを 用 いて 炭 素 分 析 にも 活 用 可 能! インパクタの 変 更 により PM1 PM2.5 PM4 PM10 TSPへの 変 更 も 可 能 作 業 環 境 や 一 般 大 気 のPM2.5 調 査 にも 活 用 可 能! 17
2 炭 素 分 析 によるCNTの 定 量 ( 年 に 数 回 ) SUNSET 社 製 カーボンエアロゾル 分 析 装 置 Model:CAA-202M-D PM2.5 炭 素 成 分 分 析 にも 使 用 NIOSH 法 /IMPROVE 法 対 応 可 OC 灼 熱 炭 化 によるECの 過 剰 評 価 をレーザー 強 度 により 自 動 的 に 補 正 OC/ECの 検 出 限 界 値 :0.2μg/cm 2 高 性 能 な 内 蔵 型 FID( 水 素 炎 イオン 化 検 出 器 ) 温 度 / 時 間 設 定 可 能 Dual Opticsモデル:OC/ECを 反 射 光 / 透 過 光 で 補 正 評 価 サンプルフィルタサイズを 選 択 可 (1.0cm 2 or 1.5cm 2 ) DustTrakで 採 取 したφ37mmサンプルの 分 析 が 可 能 ( 熱 分 離 法 のみ) 18
カーボンエアロゾル 分 析 装 置 測 定 原 理 Laser photodetector 19
カーボンエアロゾル 分 析 装 置 測 定 原 理 10 20
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