DMAは1〜500nm(*2)のごく微小な粒子、「ナノ粒子」を計測・分級する装置です。粒子径の計測方法として定評のある「レーザ回折/散乱方式」にくらべ、より小さな領域の計測が可能です。

また、同じくナノ粒子の計測が可能な「動的光散乱方式」が液体中の粒子を計測するのに対して、DMAは気体中に分散した粒子を計測します。

では、DMAがどのようにナノ粒子を計測するのかを見ていくことにしましょう。

DMAには2つの筒、「外筒」と「内筒」とがあり、そのすき間には一定の速さでガスが流されています。外筒には円周状にスリットが設けられ、ここから測定対象の粒子がイオン化されてすき間に導入されます。

すき間に入った粒子はガスの流れに乗って移動しますが、このとき外筒と内筒との間に電圧をかけると、粒子はイオン化されているため、ガスに流されながらも静電気の力で内筒へ引き寄せられていきます。

ここで、大きな粒子と小さな粒子とでは、そのふるまいに違いが生じます。どちらも外筒の「入口」から内筒へ向かって移動することに違いはありませんが、大きな粒子ほどガスの流れの影響を大きく受けるので、内筒に到達するまでに長い距離を移動します。これに対して小さな粒子は、大きな粒子ほどには流れに影響されず、短い距離だけ移動してすぐに内筒に到達します。

内筒にも外筒と同じようにスリットが設けられていて、こちらは粒子をとりだすための「出口」になっています。入口から出口までは距離があるので、出口からとりだされるのは、ちょうどその距離分だけ移動した均一な大きさの粒子ということになります。なぜなら、それより小さな粒子は入口にもっと近い位置で内筒に到着し、大きな粒子では反対に出口を通りすぎてしまうからです。

これで、ある特定の大きさの粒子をとりだせることがわかりました。DMAによる「分級」のしくみです。

さらに、外筒と内筒との間に電圧がかけられていたことを思い出してください。外筒から入った粒子を内筒へ引き寄せていたのは、この電圧による静電気でしたから、たとえば電圧を低くすれば静電気の力も弱くなり、小さな粒子でも移動距離は長くなります。そして、出口のスリットからは、より小さな粒子が選別されることになります。

このように電圧を次々と変えていくと、大きいものから小さいものまで、さまざまな径の粒子を分級することができます。それぞれの量を計測すれば、どれぐらいの大きさの粒子がどんな割合で含まれているか、つまり「粒度分布」を測定することができるのです。

これまで難しかったナノ領域の分級を実現するDMAは、均一なナノ粒子材料を生成するうえで欠かせません。また、微細化が進む半導体製造プロセスではナノ粒子の回路への付着が問題となりますが、DMAによってこれをモニタし、組成分析装置へ導くことでその発生原因の特定につなげられます。

さらに、エンジンや工場から排出される微粒子による健康への影響が注目されるなか、これまでとらえることのできなかった領域の粒子を計測することで、環境・健康問題解決への貢献も期待されます。