排出ガス試験は、内燃機関を搭載した車両、発電所、および排気ガスや蒸発ガスを生成するその他の電動機器などの発生源からの大気汚染を測定および制御するための重要な手順です。
粒子状物質 (PM) は粒子汚染とも呼ばれ、空気中に見られる固体粒子や液滴を表すために使用される一般的な用語です。これらの粒子は吸入されると、心臓や肺に影響を及ぼし、深刻な健康上の問題を引き起こす可能性があります。粒子クラスPM10とPM2.5(つまり、直径がそれぞれ10μmと2.5μm未満の粒子)は、潜在的な健康リスクのため、排出源と大気中の両方で注意深く監視されています。
ろ過によって収集されたPMの重量分析は、PMの周囲濃度と排出量中のPMの量を決定するために最も広く使用されている技術です。
正確な計量が重要な理由
フィルター上の粒子状物質の計量は、差動計量アプリケーションです。収集された粒子状物質の量は重量の点で非常に少ないため、粒子状物質の投入前と後の両方で、フィルターの重量を非常に正確に測定する必要があります。
原則として、ガイドラインでは、分解能が 1 μg または 0.1 μg で、対応する再現性を備えた天びんが指定されています。
排出ガス試験のためにフィルターに収集される粒子状物質の重量は非常に低いため、計量手順を非常に正確に実行する必要があります。専用のフィルター計量キットを備えたエクセレンスレベルのマイクロ天秤は、排出ガス試験に最適です。優れた再現性と可能な限り低い最小重量により、必要な計量性能を提供します。
上の図は、フィルター上の粒子状物質の量を重量測定で測定するプロセスを示しています。
排気ガス、蒸発排出物、大気、周囲空気中の粒子状物質を測定する場合でも、重量フィルター計量排出ガス試験は同じ手順に従います。
きれいな空気は、世界保健機関（WHO）によって人間の健康とウェルビーイングにとっての基本的な要件として認識されています。世界各地で、ますます厳格化する排出規制が、より高感度で正確、かつ再現性の高い粒子状物質（PM）測定技術への需要を後押ししています。規制当局は現在、従来の排気汚染物質だけでなく、ブレーキ摩耗粒子のような非排気由来排出物についても排出試験を求めるようになっています。その結果、重量測定式フィルター秤量法、高性能マイクロバランス、認定試験所のプロセスの重要性が高まっています。
米国では、エンジンおよび車両の排出試験は主として米国EPA 40 CFR Part 1065 – エンジン試験手順によって規定されており、粒子状物質の採取システム、フィルターのコンディショニング、秤量環境、機器性能、校正、および重量測定によるPM分析に関する詳細な要件が定められています。さらに、40 CFR Part 50は、周囲空気モニタリングに用いられるEPA PM2.5 Federal Reference Method（FRM）を含むNational Ambient Air Quality Standards（NAAQS）を定めています。
欧州では、排出および大気質モニタリングは、法規制と規格の組み合わせによって管理されています。最近採択された規則（EU）2024/1257（Euro 7）は、ブレーキ粒子排出やタイヤ摩耗を含む車両排出に関する新たな要件を導入しています。一方、EN 12341（国内ではBS EN 12341およびDIN EN 12341として発行）は、周囲空気中のPM10およびPM2.5濃度を測定するための参照重量測定法を定義しています。
自動車産業は、依然として一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）、粒子状物質（PM）、温室効果ガス（GHGs）を含む大気汚染物質の主要な発生源です。適合性を示すため、メーカーは認知された国際規格および規制手順に従って排出試験を実施しなければなりません。これらでは、精密な重量測定技術（下表参照）や、ISO/IEC 17025およびISO 14065などの試験所品質システムがますます参照されており、結果のトレーサビリティ、再現性、ならびに規制認証への適合性が確保されます。
重量測定式フィルター秤量法は、粒子質量を求める最も広く受け入れられた方法であり続けています。これらの規格では、フィルター材料、コンディショニング期間、秤量室の環境制御、静電気中和、天びん性能、トレーサビリティ、および品質保証に関する要件が定められています。排出限界が下がり、後処理技術の有効性がますます高まる中、試験所は、より微小な粒子状物質を確信を持って再現性よく測定する必要があります。
| 規則／規格 | PM測定の用途 | 推奨天びん |
| EPA 40 CFR Part 1065 | エンジンおよび車両の排気PM | 分解能1 μg以上のマイクロバランス。超低排出および開発試験では0.1 μgが望ましい。 |
| EPA PM2.5 FRM | 周囲空気モニタリング | 1 μgの分解能を備えた分析天びんまたはマイクロバランス。多くの試験所では、不確かさ性能を改善するため0.1 μgシステムを採用している。 |
| EN 12341 (BS EN / DIN EN / CEN) | 周囲空気モニタリング（PM10およびPM2.5） | おおよそ1 μgの分解能を持つマイクロバランス。最小の不確かさが必要な場合は0.1 μgシステムが一般的に使用される。 |
| SAE J2943 (2022) | 推奨ベストプラクティス PMフィルター秤量 | 1 μg以上の高安定マイクロバランス。現代の低排出測定には0.1 μgが推奨される。 |
| UN GTR No. 24 | ブレーキ排出PM | 重量測定によるPM分析に適した高性能マイクロバランス。業界慣行では通常、1 μgまたは0.1 μgの分解能が用いられる。 |
| Euro 7 (EU 2024/1257) | 排気およびブレーキ排出 | ごく少量の粒子質量変化を検出できるマイクロバランスシステム。通常は最低1 μg、開発・認証試験所では0.1 μgが望ましい。 |
| ISO/IEC 17025 | 試験所認定 | 特定の分解能要件はないが、天びんは校正済みでトレーサブルであり、測定不確かさの目標を達成できる必要がある。 |
規則（EU）2024/1257（Euro 7）は、新たな耐久性要件、実走行での適合性を強化する規定、電動車両向けの電池耐久性要件、そして今回初めて、ブレーキ粒子やタイヤ摩耗のような非排気由来排出に対する規制値の導入により、排出管理を従来の排気（テールパイプ）汚染物質の枠を超えて拡張しています。多くの汚染物質のテールパイプ排出限度は最新のEuro 6要件と同程度にとどまる一方、Euro 7は車両排出規制の対象範囲を大きく拡大し、はるかに長い車両使用期間にわたる生涯適合要件を導入しています。
ブレーキ粒子排出に関する新要件: Euro 7は、UN GTR No. 24に由来する手法に基づく、義務的な実験室でのブレーキ排出試験を導入しています。自動車メーカーは、実際の走行条件を再現するよう設計された制御されたブレーキダイナモメータ試験手順を用いて、ブレーキ粒子状物質の限界値への適合を示さなければなりません。これは、ブレーキ摩耗粒子排出に対して法的拘束力のある限界値を定めた、世界初の主要な規制です。
詳細については、Euro 7 ブレーキ試験の専用ページをご覧ください。ブレーキダイナモメータ要件、粒子採取システム、重量分析法、および適合試験戦略を解説しています。
排出限度がさらに厳格化し、フィルター上の粒子質量負荷が減少するにつれて、試験所では1 μgまたは0.1 μgの分解能を持つ天びんがますます必要になります。制御された環境条件およびISO認定手順と組み合わせることで、現代の超マイクロバランスは、現在の規制要件と将来の排出試験課題の両方に対応するために必要な性能を提供します。
粒子状物質の重量を決定することは、環境制御および自動車産業の排出ガス試験における重要なタスクです。
計量結果は非常に正確である必要がありますが、プロセス自体は、静電気やフィルターへの温度の影響など、多くの課題に直面しています。したがって、遠慮なくアドバイスを求めてください。当社の専門家チームは、天びんの購入を検討している場合でも、フィルター計量/排出ガス試験アプリケーションのサポートが必要な場合でも、お客様をお手伝いします。お問い合わせいただき、必要なサポートを受けてください。
理想的には、周囲の空気による潜在的な汚染を回避し、温度と湿度をより詳細に制御するために、フィルターの計量にはクリーンルームが望ましいです。あるいは、グローブボックスを使用することもできますが、特に多数のフィルターの計量を行う場合、プロセスがかなり面倒になります。さらに、計量フィルターに関連する他のいくつかの課題があります。
フィルターの取り扱い
サンプル追跡
プロセスをさらに複雑にするには、フィルターを正確に追跡する必要があります。各フィルターは事前に計量され、ラベル付きのホルダーに入れられ、順応してからテストサイトに輸送されます。PMのローディング後、フィルターはラボに運ばれ、再計量されます。処理中にフィルターが混ざらないようにするためのフェイルセーフシステムが整っていない場合、精度が危険にさらされます。
計量精度
使用する計量システムを指定するガイドラインがいくつかあるため、使用する天秤がフィルター計量アプリケーションのニーズを満たすことが重要です。このような小さなサンプルの場合、天秤の最小正味サンプル重量は非常に重要であり、この重量を下回るサンプルの計量は、必要なレベルの精度であるとは信頼できません。
時間
排出ガス試験用のフィルター計量は、完了するまでに長い時間がかかる場合があります。順応プロセス、試験現場への往復輸送、面倒な取り扱い手順、および落ち着くのが遅いバランスにより、一般的な自動車の排気ガス試験は完了までに最大2日以上かかります。
メトラー・トレド XPRミクロ天秤は、 独自の精度と非常に低い最小重量を提供します。特別なフィルター計量キットと0.2 μgの可読性を備えたXPR2Uは、フィルター計量に最適であり、計量結果が定義された公差と基準を満たしていることを保証するためのアクティブな品質保証機能が組み込まれているという追加の利点があります。内蔵のユーザーガイダンスにより、差動計量プロセスに正確に従うことができます。
適切なツール
バーコードリーダー を追加することで、サンプルを迅速に識別し、ロードされたフィルターと事前に計量された結果を自動的に照合する利便性により、処理が迅速化され、取り扱いエラーが減ります。さらに、静電気防止キットの電極にフィルターを通すことで、存在する静電気 を中和し、真のPM結果が確実に測定されます。
複数の接続オプションにより、計量結果をPC上のスプレッドシートまたは会社のデータベースシステムに直接エクスポートして、検査やさらなる分析を行うことができます。
メトラー・トレドのピンセットは、天秤の貯蔵カートリッジとフィルター計量キットとの間で移送されるデリケートなフィルターを正しく取り扱うように特別に設計されています。
このビデオでは、メトラー・トレドの排出ガス試験用フィルタ計量ソリューションの主な製品ハイライトをご覧ください。分析天秤またはミクロ天秤を使用した革新的な手動ソリューションから、HORIBAと共同開発したロボットシステムを使用した完全自動化ソリューションまでお選びいただけます。
メトラー・トレドのXPRミクロ天秤は、LabX™ラボ用ソフトウェアと完全に互換性があります。LabXは、天秤に関する完全なSOPユーザーガイダンスを提供します。フィルターのロードとアンロードを認識し、プロセスを簡素化およびスピードアップします。
LabXは、正しいサンプルIDに対して重量値を自動的に記録し、空気浮力の補正を含むすべての計算を自動的に実行します。
すべてのデータと結果は一元化されたデータベースに安全に保存され、完全なトレーサビリティを提供します。カスタマイズされたレポートは、印刷したり、内部情報システムに転送したりできます。
1日に40個以上のフィルターを計量する場合、 PFS-ONEフィルターロボットはXPR2Uと組み合わせることで、完璧な自動化ソリューションとなります。
革新的なフィルターホルダーにより、フィルターの中断や取り外しをすることなく、識別、順応、保管、輸送、計量をすべて1つのカートリッジで行うことができます。また、ファラデーケージとしても機能し、静電気の影響を軽減します。
自動サンプル交換により、フィルターの事前計量とバック計量が簡単に可能になり、結果は分析のためにすぐにPCに転送されます。
工業用ろ過の分析など、大型フィルターを使用している場合、メトラー・トレドは、分析天秤で大型フィルターを計量するための便利でコスト効率の高いソリューションを提供しています。フィルター計量キットを追加することで、最大110 mmのフィルターをメトラー・トレド・エクセレンス分析天秤で便利に計量できます。フィルターの重量を150mmまで計量するには、専用のErgoClipの使用をお勧めします。どちらのソリューションも、既存の天秤に迅速かつ簡単に取り付けることができます。
まず、環境が重要です。理想的には、天秤は、安定した温度と制御された湿度のある部屋の専用計量台に配置する必要があります。メトラー・トレドのマイクロ天秤およびウルトラミクロ天秤用のフィルター計量キットには、フィルターが天秤に正しく配置されるようにする特別な計量パンが含まれています。非対称ピンセットでフィルターを正しく取り扱うことで、フィルター計量プロセスを迅速かつ効率的に行うことができます。
PTFEフィルターは特に静電気帯電が発生しやすいです。天秤の不安定な数値は、計量セルが静電気の影響を受けていることを示唆しています。静電気の影響は、計量結果に大きな影響を与える可能性があります。各フィルターの重量を量る前に帯電防止キットを使用して、存在する可能性のある電荷を除去します。
メトラー・トレドは、ミクロ天秤と分析天秤の両方に対応するフィルター計量ソリューションを提供しています。ミクロ天秤には2種類のフィルター計量キットがあり、直径20mmから70mmまでのフィルターを計量できます。キットの切り替えは簡単です。分析天秤で直径150 mmまでの大型フィルターを計量するために、2つのフィルターホルダーソリューションが利用可能です。
メトラー・トレドのマイクロフィルター計量キットには、2つのフィルターパンが含まれています。それぞれに独自の輪郭があり、フィルターが自動的に中央に配置されます。フィルターをセンタリングすることで偏心誤差がなくなり、再現性と信頼性の高い結果が保証されます。
規制された環境でフィルターを計量するには、明確なSOPを用意する必要があります。しかし、手作業では人的ミスが発生する可能性があり、多くのステップを必要とするプロセスでは、間違いを犯しやすい可能性があります。LabXソフトウェアを使用すると、独自の専用フィルター計量SOPワークフローを作成できます。SOPのステップバイステップの手順は、天秤ディスプレイに表示されます。各ステップでは、SOPが守られていることを確認するために、ユーザーからの確認が必要です。
天秤のすべての測定は不確実性の影響を受けます。この不確実性を理解することが、正確な計量結果を保証する鍵となります。計量器の精度を決定するのは可読性ではなく、再現性です。フィルター計量に関わるサンプル重量は非常に小さいため、天秤の最小正味サンプル重量能力も非常に重要です。
ニーズに合った適切な天秤を見つけるには、計量したい最小量と、それをどれだけ正確に計量する必要があるか(つまり、どの公差で)かを知る必要があります。
メトラー・トレドのグローバル計量規格であるGWP® は、お客様のアプリケーション要件を満たす適切な天秤を選択するのに役立ちます。推奨天秤ついて無料のアドバイスを受けるには、最寄りの担当者にお問い合わせてください。既存の天秤が品質要件を満たしているかどうかを判断します。
データと結果の手動転記には、エラーのリスクが伴います。天秤をLabXソフトウェア に接続 することで、手動転記とそれに伴うエラーのリスクを完全に排除できます。また、LabXは空気浮力補正を含むすべての計算を実行し、潜在的な誤差のさらなる原因を排除します。すべてのデータは一元化されたデータベースに安全に保存されるため、完全なデータ整合性とトレーサビリティの恩恵を受けることができます。
フィルターカートリッジにラベルを付け、各フィルターに対して結果が正しく記録されていることを確認することが非常に重要です。多くのフィルターを処理する場合、これは困難な場合があります。天秤をLabX、バーコードリーダー、プリンターに接続することで、プロセスを大幅に簡素化できます。LabXは、バーコード付きラベルを自動的に印刷します。バーコードを使用することで、サンプルを一意に識別します。LabXはバーコードを使用して、正しいサンプルに対して重量結果を自動的に記録します。すべてのデータは一元化されたデータベースに安全に保存され、完全なトレーサビリティを提供します。PFS-ONEフィルター計量ロボットは、すべてのデータを自動的に処理する完全自動化されたプロセスで、1日あたり最大1,000個のフィルターを処理できます。
エミッションとは、物質 (ガス、汚染物質、放射線など) が発生源から環境に直接放出または排出されることを指します。一方、イミッションは、特定の場所の環境中のこれらの物質の存在または濃度を指し、多くの場合、人、動物、または生態系に影響を与えます。基本的に、エミッションはソース出力に関するものであり、イミッションは受容体ポイントでの衝撃または曝露に関するものです。
