(57)【要約】【課題】  密度回折格子を形成するために、最適な周波数と電圧値とを決定することができる粒子径測定装置及びそれを用いた粒子径測定方法を提供する。【解決手段】  被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部３５を備える粒子径測定装置１０であって、印加電圧制御部３１は、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極２に印加することにより、媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせることで、回折光強度を取得して、取得した回折光強度に基づいて、拡散開始時間に目標設定回折光強度を発生させるための周波数と電圧値とを決定して、決定した周波数と電圧値との電圧を電極２に印加することにより、媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた後、目標設定回折光強度からの回折光強度の時間変化を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、
交流電圧を印加する電源と、
前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、
前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、
前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器と、
前記電源から電極に印加する電圧を停止することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、
前記電圧を停止したときである拡散開始時間の回折光強度からの回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置であって、
前記印加電圧制御部は、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせることで、回折光強度を取得して、
取得した回折光強度に基づいて、前記拡散開始時間に目標設定回折光強度を発生させるための周波数と電圧値とを決定して、
決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた後、目標設定回折光強度からの回折光強度の時間変化を取得することを特徴とする粒子径測定装置。
【請求項２】
前記印加電圧制御部は、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったときには、初期設定周波数と初期設定電圧値とに決定し、
一方、回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内にないときには、初期設定周波数及び／又は初期設定電圧値を変更し、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったか否かを判定して、
初期設定周波数及び／又は初期設定電圧値を変更しても、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入らなかったときには、前記試料を調整するように警告することを特徴とする請求項１に記載の粒子径測定装置。
【請求項３】
前記印加電圧制御部は、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったときには、初期設定周波数と初期設定電圧値とに決定し、
一方、回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内にないときには、初期設定電圧値を変更し、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったときには、初期設定周波数と変更した電圧値とに決定し、
初期設定電圧値を変更しても、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入らなかったときには、初期設定周波数を変更し、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったか否かを判定して、
初期設定周波数を変更しても、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入らなかったときには、前記試料を調整するように警告することを特徴とする請求項１に記載の粒子径測定装置。
【請求項４】
前記印加電圧制御部は、決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加しながら取得した回折光強度に基づいて、回折光強度の増加率を算出していき、算出してきた回折光強度の増加率と目標設定増加率とに基づいて、印加時間を決定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粒子径測定装置。
【請求項５】
被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、
交流電圧を印加する電源と、
前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、
前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、
前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器と、
前記電源から電極に印加する電圧を停止することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、
前記電圧を停止したときである拡散開始時間の回折光強度からの回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置を用いた粒子径測定方法であって、
初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせることで、回折光強度を取得する初期電圧条件光強度取得ステップと、
前記初期電圧条件光強度取得ステップで取得した回折光強度に基づいて、前記拡散開始時間に目標設定回折光強度を発生させるための周波数と電圧値とを決定する測定電圧条件決定ステップと、
前記測定電圧条件決定ステップで決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた後、目標設定回折光強度からの回折光強度の時間変化を取得する測定ステップとを含むことを特徴とする粒子径測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的手法（例えば、誘導回折格子法（ＩＧ法）等）を用いて被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径測定装置及びそれを用いた粒子径測定方法に関し、特に媒体中で形成した被測定粒子群の粒子密度分布による過渡的な回折格子（以下、「密度回折格子」ともいう）を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置及びそれを用いた粒子径測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体（例えば、水等の液体や、ゲル等）中に分散させた粒子群の粒子径ｄの測定は、製薬や化学や研磨剤やセラミックスや顔料等の粒子径ｄが品質に影響を与える製品について行われている。さらに、粒子径ｄが１００ｎｍ以下である粒子は、一般にナノ粒子と称され、同じ材質であっても通常のバルク物質とは異なる性質を表すことから、さまざまな分野で利用され始めている。
【０００３】
ナノ粒子の粒子径ｄを測定する測定方法として、媒体中に粒子群を分散させた試料に、空間周期パターンを有する電界分布を発生させることによって、粒子群を誘電泳動作用（若しくは電気泳動作用）で移動させることで、媒体中に粒子群の密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ密度回折格子を形成させて、この密度回折格子にレーザ光（測定光）を照射することによって、密度回折格子による回折光強度Ｉ０を検出した後、電界分布を発生させることを停止することによって、媒体中で粒子群を拡散させることでぼやけていく密度回折格子による回折光強度Ｉｔの時間変化を計測することにより、粒子群の拡散係数Ｄを算出し、さらには拡散係数Ｄから粒子径ｄを算出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような測定方法によれば、粒子径ｄが小さくなればなるほど拡散係数Ｄが大きくなるので、形成した密度回折格子が早く消失することを利用している。具体的には、電界分布を発生させることを停止した拡散開始時間ｔ０から密度回折格子が消失するときまでの間、試料にレーザ光を照射して回折光強度Ｉｔを検出しつづけることにより、回折光強度Ｉｔの時間変化を計測している。
図６（ａ）は、電圧値Ｖと時間ｔとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、回折光強度Ｉと時間ｔとの関係を示すグラフである。なお、図６（ａ）では、周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの電圧を印加している。そして、印加時間Δｔｎの開始時間が誘電泳動作用開始時間ｔｓとなるとともに、印加時間Δｔｎの終了時間が拡散開始時間ｔ０となり、拡散開始時間ｔ０に検出された回折光強度Ｉｔが回折光強度Ｉ０となる。
【０００５】
そして、回折光強度Ｉｔの時間変化から拡散係数Ｄを算出するために、下記式（１）を用いている。
Ｉｔ＝Ｉ０ｅｘｐ（−２Ｄｑ２ｔ）・・・・・（１）
ここで、ｑ＝２π／Λ、ｔは拡散開始時間ｔ０から経過した時間、Ｉ０は拡散開始時間ｔ０に検出された回折光強度、Ｉｔは時間ｔに検出された回折光強度、Λは密度回折格子の格子間隔である。
次に、拡散係数Ｄを算出したら、下記式（２）で示すアインシュタインストークスの関係を用いて、絶対温度Ｔと媒体の粘度μとを入力することにより、拡散係数Ｄから粒子径ｄを算出している。
Ｄ＝ ＫＢＴ／ ３πμｄ ・・・・・（２）
ここで、ＫＢはボルツマン定数である。
【０００６】
図１２は、このような測定方法を用いる粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。また、図２は、試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図である。
粒子径測定装置１００は、試料が収容される試料キュベット１と、試料キュベット１に設けられている電極対２に対して交流電圧を印加する交流電源３と、試料キュベット１に対してレーザ光（測定光）を照射するレーザ光源４と、第１次の回折光強度Ｉｔを検出するための検出光学系１５０と、増幅器６と、粒子径測定装置１００全体を制御する制御部７０とを備える。
【０００７】
試料キュベット１は、長方形状の底面１２と、４個の側壁１１とを有するガラス製のものであり、光透過性を有する。そして、試料キュベット１の内部には、試料が収容されるようになっている。
試料キュベット１の一つの側壁１１の表面（内面）には、電極対２が形成されている。図３は、電極対２が形成された側壁１１の一例を示す平面図であり、図４は、試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
電極対２は、左側電極２１と右側電極２２とからなる。
左側電極２１は、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２１ａが間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片２１ａの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部２１ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
右側電極２２についても左側電極２１と同様であり、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２２が間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片２２ａの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部２２ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
そして、電極片２１ａと電極片２２ａとの各間隔が、それぞれ一定距離Ｓ（例えば、１μｍ）を空けて配置される。
また、接続部２１ｂの上端部と接続部２２ｂの上端部とには、交流電源３が接続される。
【０００８】
これにより、電極対２に交流電源３からの交流電圧が印加されることにより、試料キュベット１内に電界分布が形成される。すると、電気力線が集中する電極片２１ａと電極片２２ａとの間に、誘電泳動によって被測定粒子群が凝集する。一方、電極片２１ａと電極片２１ａとの間と、電極片２２ａと電極片２２ａとの間とには、誘電泳動によって被測定粒子群が存在しなくなる。よって、被測定粒子群が凝集する領域Ｐは、格子間隔Λとなるように形成される（図４（ａ）参照）。すなわち、被測定粒子群が凝集する領域Ｐは、他の領域より粒子密度が高くなり、屈折率が異なることから、格子間隔Λの密度回折格子が形成される。
また、電極対２に交流電源３からの交流電圧が印加されなければ、試料キュベット１内に電界分布が形成されないので、電気力線が集中する領域もなく、被測定粒子群は媒体中で均一に存在する（図４（ｂ）参照）。すなわち、粒子密度が均一になり、屈折率が同じになっている。
【０００９】
なお、電極対２の材料としては、例えば、ＩＴＯ等が挙げられ、ＩＴＯの屈折率は２．０程度であり、試料キュベット１の側壁１１の材料として高屈折率ガラス（例えば、商品名「ｓ−ＬＡＨ７９」；オハラ社製；屈折率２．０）を用いることで、電極対２と側壁１１との屈折率差をなくすことにより、レーザ光の照射時に電極対２による回折光が発生することを抑えることができる。
【００１０】
交流電源３には、被測定粒子群に誘電泳動を引き起こすことができる周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの交流電圧が印加できる交流電源が用いられる。具体的には、電圧値１〜１００（最大電圧値Ｖｍａｘ）Ｖ、周波数１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度のうちから自由に選択して、選択した交流電圧を印加できる交流電源等を使用する。
レーザ光源４は、被測定粒子群に応じて種類を選択すればよいが、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源（波長λ＝０．６３２８μｍ）である。そして、試料キュベット１にレーザ光が照射される。
【００１１】
検出光学系１５０は、第１次の回折光強度Ｉｔを検出する検出器１５１と、不要なノイズ光を避けるために直径１ｍｍの円形状（面積：０．７８５ｍｍ２）のピンホールを有するピンホール板１５２と、レーザ光源４の光軸Ｌの位置を把握するための光軸調整用受光部１５３とからなる。
検出器１５１は、１個のフォトダイオード（受光素子）からなる。そして、検出器１５１の直前には、レーザ光源４から出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した次数ｍの回折光のみを検出するように、ピンホールが配置される。
ここで、密度回折格子の格子間隔Λ、レーザ光の波長λ、回折角θ、次数ｍとすると、下記式（３）が成立する。
ｍλ＝Λ・ｓｉｎθ・・・・・（３）
よって、例えば、λ＝０．６３２８μｍ、Λ＝３μｍとしたとき、ｍ＝１次の回折光はθ≒１２°に現れるので、光軸Ｌに対して角度θ≒１２°となる光が、ピンホールを通過するように、ピンホール板１５２が配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−８４２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、測定者は、交流電源３を用いて電圧値１〜１００Ｖ、周波数１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度のうちから自由に選択して、選択した交流電圧を印加するようになっており、ある周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの電圧を電極対２に印加することにより、被測定粒子群を誘電泳動作用で移動させることで、密度回折格子を形成させる。しかしながら、測定者は、密度回折格子を形成させるために、電極対２に印加する電圧における周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとを決定する方法がないので、経験等によって決定していた。このとき、周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの電圧を電極対２に印加することにより、密度回折格子が安定して形成されていなければ、回折光強度Ｉ０は弱くなり、逆に密度回折格子を安定して形成するために印加時間Δｔｎが長くなりすぎると、試料の温度がジュール熱によって上昇することになる。このような回折光強度Ｉ０からの回折光強度Ｉｔの時間変化に基づいて、被測定粒子群の粒子径ｄを算出すると、良好な粒子径ｄの測定結果が得られないことがあった。
そこで、本発明は、密度回折格子を形成するために、最適な周波数と電圧値とを決定することができる粒子径測定装置及びそれを用いた粒子径測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためになされた本発明の粒子径測定装置は、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、交流電圧を印加する電源と、前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器と、前記電源から電極に印加する電圧を停止することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、前記電圧を停止したときである拡散開始時間の回折光強度からの回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置であって、前記印加電圧制御部は、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせることで、回折光強度を取得して、取得した回折光強度に基づいて、前記拡散開始時間に目標設定回折光強度を発生させるための周波数と電圧値とを決定して、決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた後、目標設定回折光強度からの回折光強度の時間変化を取得するようにしている。
【００１５】
ここで、「電気的な泳動」としては、例えば、荷電した被測定粒子群に電圧を印加して電気的に被測定粒子群を泳動させる静電泳動や、分極した被測定粒子群に電圧を印加して電気的に被測定粒子群を泳動させる誘電泳動等が挙げられる。
また、「測定光」としては、レーザ光が好ましいが、これに限らず、ＬＥＤによる光、分光器で分光された光、干渉フィルタやバンドパスフィルタ等で波長範囲が制限された光を用いてもよい。
また、「媒体」としては、内部で被測定粒子群が泳動できるものであればよく、例えば、水や油等の液体や、ゲルや、固体等が挙げられる。
また、「回折光強度」とは、検出器で検出される数値そのものでなくてもよく、密度回折格子を形成する前に既に検出されている初期余剰光の光強度が存在する場合もあるので、検出器で検出される数値と初期余剰光の数値との差分であることが好ましい。
【００１６】
また、「初期設定周波数と初期設定電圧値と」とは、測定前に印加する電圧における任意の周波数と電圧値とであり、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を印加することにより形成された密度回折格子によって、どのくらいの数値の回折光強度Ｉ０が得られるかを知ることで、測定する際に印加する電圧における周波数と電圧値とを決定するためのものである。例えば、電圧値１〜１００Ｖ、周波数１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度のうちから自由に選択することできる交流電源では、初期設定周波数として中央値付近の１０００ｋＨｚ、初期設定電圧値として中央値付近の１０Ｖと設定される。
そして、「目標設定回折光強度」とは、拡散開始時間ｔ０での回折光強度Ｉ０を決定するための数値である。これにより、回折光強度Ｉ０が弱くなりすぎたり強くなりすぎたりすることなく、良好な粒子径ｄの測定結果が得られ、さらに再現性の高い粒子径ｄの測定結果が得られるようになる。例えば、目標設定回折光強度として、検出器で検出可能な最大光強度の７０％の数値〜９０％の数値の範囲内と設定される。
【００１７】
本発明の粒子径測定装置では、まず、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料をセル内に収容する。次に、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極に印加することにより、セル内の空間に対して空間周期的に変化する電界を形成する。すると、被測定粒子群に電気的な泳動が生じることで、電界の空間周期に対応するように密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ空間周期的な濃度変化が発生し、すなわち被測定粒子群による密度回折格子が形成される。このとき、密度回折格子が形成された試料に向けて光源から測定光を照射することで、密度回折格子による回折光が生じる。
【００１８】
そして、密度回折格子が安定して形成されていれば、回折光強度Ｉ０は適切な数値となる。しかし、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極に印加することにより、密度回折格子が安定して形成されていなければ、回折光強度Ｉ０は弱くなる。
そこで、電極に印加する電圧を停止した後の回折光強度Ｉｔの時間変化を取得する前に、取得した回折光強度Ｉ０と目標設定回折光強度とに基づいて、密度回折格子が安定して形成されているか否かを判定する。その結果、密度回折格子が安定して形成されていないと判定したときには、取得した回折光強度Ｉ０と目標設定回折光強度とに基づいて、初期設定周波数や初期設定電圧値を変更することになる。
【００１９】
そして、電極に印加する電圧の周波数と電圧値とを変更して、密度回折格子が安定して形成されていると判定したときには、その周波数と電圧値とに決定して、決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加することにより、媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた後、電極に印加する電圧を停止した後の回折光強度Ｉｔの時間変化を取得する。これにより、適切な数値となる回折光強度Ｉ０からの回折光強度Ｉｔの時間変化が得られる。
最後に、粒子径算出部は、時間ｔと回折光強度Ｉｔとに基づいて、上記式（１）及び式（２）を用いて被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、密度回折格子を形成するために、最適な周波数と電圧値とを決定することができる。
【００２１】
（その他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記印加電圧制御部は、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったときには、初期設定周波数と初期設定電圧値とに決定し、一方、回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内にないときには、初期設定周波数及び／又は初期設定電圧値を変更し、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったか否かを判定して、初期設定周波数及び／又は初期設定電圧値を変更しても、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入らなかったときには、前記試料を調整するように警告するようにしてもよい。
【００２２】
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記印加電圧制御部は、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったときには、初期設定周波数と初期設定電圧値とに決定し、一方、回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内にないときには、初期設定電圧値を変更し、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったときには、初期設定周波数と変更した電圧値とに決定し、初期設定電圧値を変更しても、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入らなかったときには、初期設定周波数を変更し、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入ったか否かを判定して、初期設定周波数を変更しても、取得した回折光強度が目標設定回折光強度の範囲内に入らなかったときには、前記試料を調整するように警告するようにしてもよい。
【００２３】
そして、本発明の粒子径測定装置においては、前記印加電圧制御部は、決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加しながら取得した回折光強度に基づいて、回折光強度の増加率を算出していき、算出してきた回折光強度の増加率と目標設定増加率とに基づいて、印加時間を決定するようにしてもよい。
ここで、「目標設定増加率」とは、電圧をこれ以上印加しても、媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動がほとんど生じないため、回折光強度が変化しないと判定するための数値である。これにより、試料の温度がジュール熱によって上昇することを抑えることができ、良好な粒子径ｄの測定結果が得られ、さらに再現性の高い粒子径ｄの測定結果が得られるようになる。例えば、目標設定増加率として、０．１秒あたりに検出器で検出可能な最大光強度の５％の数値が増加するか否かと設定される。
本発明の粒子径測定装置によれば、回折光強度の増加率と目標設定増加率とに基づいて、印加時間を決定することにより、試料の温度上昇を抑えることができるので、拡散係数Ｄをより正確に算出することができる。
【００２４】
さらに、本発明の粒子径測定方法においては、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、交流電圧を印加する電源と、前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器と、前記電源から電極に印加する電圧を停止することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、前記電圧を停止したときである拡散開始時間の回折光強度からの回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置を用いた粒子径測定方法であって、初期設定周波数と初期設定電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせることで、回折光強度を取得する初期電圧条件光強度取得ステップと、前記初期電圧条件光強度取得ステップで取得した回折光強度に基づいて、前記拡散開始時間に目標設定回折光強度を発生させるための周波数と電圧値とを決定する測定電圧条件決定ステップと、前記測定電圧条件決定ステップで決定した周波数と電圧値との電圧を電極に印加することにより、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた後、目標設定回折光強度からの回折光強度の時間変化を取得する測定ステップとを含むようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
【図２】試料キュベットの一例を示す斜視図である。
【図３】電極対が形成された側壁の一例を示す平面図である。
【図４】試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
【図５】測定電圧条件決定方法について説明するためのフローチャートである。
【図６】電圧値と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。
【図７】電圧値と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。
【図８】電圧値と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。
【図９】電圧値と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。
【図１０】測定電圧条件決定方法について説明するためのフローチャートである。
【図１１】測定方法について説明するためのフローチャートである。
【図１２】従来の粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２７】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。なお、粒子径測定装置１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態は、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を測定することにより、被測定粒子群の粒子径ｄの分布を算出するものである。また、媒体の粘度μは既知であるものを使用している。そして、交流電圧を印加して誘電泳動により分極した被測定粒子群を媒体中で泳動させるものとする。
【００２８】
粒子径測定装置１０は、試料が収容される試料キュベット１と、試料キュベット１に設けられている電極対２に対して交流電圧を印加する交流電源３と、試料キュベット１に対してレーザ光を照射するレーザ光源４と、第１次の回折光強度Ｉｔを検出するための検出光学系１５０と、増幅器６と、粒子径測定装置１０全体を制御する制御部７とを備える。
制御部７は、ＣＰＵ３０とメモリ４０とを備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置（図示せず）と、キーボードやマウス等を有する入力装置（図示せず）とが連結されている。
また、ＣＰＵ３０が処理する機能をブロック化して説明すると、交流電源３の制御を行う印加電圧制御部３１と、レーザ光源４の制御を行うレーザ光源制御部３２と、光強度Ｉｔを取り込む光強度取得制御部３６と、粒子径ｄの分布を算出する粒子径算出部３５とからなる。
【００２９】
さらに、メモリ４０は、初期電圧条件記憶領域４１と、目標設定回折光強度記憶領域４２と、目標設定増加率記憶領域４３とを有する。
初期電圧条件記憶領域４１には、初期設定周波数ｆ１と初期設定電圧値Ｖ１と初期設定印加時間Δｔ１とが予め記憶され、例えば、ｆ１＝５００ｋＨｚ、Ｖ１＝２０Ｖ、Δｔ１＝０．１ｓとなっている。
目標設定回折光強度記憶領域４２には、目標設定最小光強度Ｉｍｉｎと目標設定最大光強度Ｉｍａｘとが予め記憶され、例えば、Ｉｍｉｎ＝検出器１５１で検出可能な最大光強度の７０％の数値、Ｉｍａｘ＝検出器１５１で検出可能な最大光強度の９０％の数値となっている。
目標設定増加率記憶領域４３には、目標設定増加率ΔＩｔｈが予め記憶され、例えば、ΔＩｔｈ＝０．１ｓあたりに検出器１５１で検出可能な最大光強度の５％の数値が増加するか否かとなっている。
【００３０】
レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）したり照射停止（ＯＦＦ）したりするようにレーザ光源４の制御を行う。
光強度取得制御部３６は、検出器１５１で検出された光強度Ｉｔを所定の時間間隔（例えば、１ｍｓ間隔）で取得して、第１次の回折光強度Ｉｔを検出していく制御を行う。
【００３１】
印加電圧制御部３１は、電圧値５〜３５Ｖ、周波数１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、印加時間０．０１〜１ｓ程度のうちから選択して、選択した周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う。
これにより、印加電圧制御部３１が、周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの交流電圧を電極対２に印加すると、密度回折格子を形成していくようになっている。そして、交流電圧を印加停止することにより、交流電圧を印加停止した時間が拡散開始時間ｔ０として、密度回折格子を崩してぼやけさせていくことになっている。
【００３２】
ここで、印加電圧制御部３１により、測定する際に印加する電圧における周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとを決定する測定電圧条件決定方法（測定電圧条件決定ステップ）について説明する。図５は、測定電圧条件決定方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を試料キュベット１に収容する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、初期設定周波数ｆ１と初期設定電圧値Ｖ１と初期設定印加時間Δｔ１との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図６参照）。このとき、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）し、光強度取得制御部３６は、回折光強度Ｉｔを検出していく（初期電圧条件光強度取得ステップ）。なお、印加時間Δｔｎの開始時間が誘電泳動作用開始時間ｔｓとなるとともに、印加時間Δｔｎの終了時間が拡散開始時間ｔ０となり、拡散開始時間ｔ０に検出された回折光強度Ｉｔが回折光強度Ｉ０となる。
【００３３】
次に、ステップＳ１０３の処理において、回折光強度Ｉ０が目標設定最小光強度Ｉｍｉｎより低いか否かを判定する。
回折光強度Ｉ０が目標設定最小光強度Ｉｍｉｎより低くないと判定したときには、ステップＳ１０４の処理において、回折光強度Ｉ０が目標設定最大光強度Ｉｍａｘより高いか否かを判定する。
回折光強度Ｉ０が目標設定最大光強度Ｉｍａｘより高いと判定したときには、ステップＳ１０５の処理において、電圧値Ｖｎ’（＝Ｖｎ−ΔＶ）と周波数ｆｎと印加時間Δｔｎとの交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う。つまり、電圧値ＶｎをΔＶ（例えば、１Ｖ）だけ下げて回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ１０５の処理が終了した後には、ステップＳ１０３の処理に戻る。
【００３４】
一方、回折光強度Ｉ０が目標設定最大光強度Ｉｍａｘより高くないと判定したときには、ステップＳ１０６の処理において、回折光強度Ｉ０と回折光強度Ｉ−ｔとの差分である増加率ΔＩ０が目標設定増加率ΔＩｔｈより低いか否かを判定する。なお、回折光強度Ｉ−ｔは、回折光強度Ｉ０よりｔ秒（例えば、０．１秒）前に取得したものである。
増加率ΔＩ０が目標設定増加率ΔＩｔｈより低いと判定したときには、ステップＳ１０７の処理において、電圧値Ｖｎと周波数ｆｎと印加時間Δｔｎ’（＝Δｔｎ−Δｔ）との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図８参照）。つまり、印加時間ΔｔｎをΔｔ（例えば、１秒）だけ短くして回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ１０７の処理が終了した後には、ステップＳ１０３の処理に戻る。
【００３５】
一方、増加率ΔＩ０が目標設定増加率ΔＩｔｈより低くないと判定したときには、本フローチャートを終了させる。
また、ステップＳ１０３の処理において、回折光強度Ｉ０が目標設定最小光強度Ｉｍｉｎより低いと判定したときには、ステップＳ１０８の処理において、電圧値Ｖｎが最大電圧値Ｖｍａｘ（例えば、１００Ｖ）であるか否かを判定する。すなわち、交流電源３を制御することにより、電圧値ＶｎをΔＶだけ上げて回折光強度Ｉｔを再取得することができるか否かを判定する。
電圧値Ｖｎが最大電圧値Ｖｍａｘでないと判定したときには、ステップＳ１０９の処理において、電圧値Ｖｎ’（＝Ｖｎ＋ΔＶ）と周波数ｆｎと印加時間Δｔｎとの交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図７参照）。つまり、電圧値ＶｎをΔＶだけ上げて回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ１０９の処理が終了した後には、ステップＳ１０３の処理に戻る。
【００３６】
電圧値Ｖｎが最大電圧値Ｖｍａｘであると判定したときには、ステップＳ１１０の処理において、周波数ｆｎが変更可能であるか否かを判定する。すなわち、測定していない周波数ｆｎがまだあるか否かを判定する。
周波数ｆｎが変更可能であると判定したときには、ステップＳ１１１の処理において、電圧値Ｖｎと周波数ｆｎ’（＝ｆｎ±Δｆ）と印加時間Δｔｎとの交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図９参照）。つまり、周波数ｆｎをΔｆ（例えば、１ｋＨｚ）だけ変えて回折光強度Ｉｔを再取得する。このとき、周波数ｆｎをΔｆだけ上げる方がよいか、Δｆだけ下げる方がよいかは、試料の種類によって異なるため、回折光強度Ｉｔを取得して数値が高くなった方に決定することになる。そして、ステップＳ１１１の処理が終了した後には、ステップＳ１０３の処理に戻る。
【００３７】
周波数ｆｎが変更可能でないと判定したときには、ステップＳ１１２の処理において、増加率ΔＩ０が目標設定増加率ΔＩｔｈより低いか否かを判定する。
増加率ΔＩ０が目標設定増加率ΔＩｔｈより低いと判定したときには、ステップＳ１１３の処理において、電圧値Ｖｎと周波数ｆｎと印加時間Δｔｎ’（＝Δｔｎ＋Δｔ）との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う。つまり、印加時間ΔｔｎをΔｔだけ長くして回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ１１３の処理が終了した後には、ステップＳ１０３の処理に戻る。
一方、増加率ΔＩ０が目標設定増加率ΔＩｔｈより低くないと判定したときには、ステップＳ１１４の処理において、試料を調整するように警告する。これにより、測定する試料において、媒体中に分散させた被測定粒子群の濃度等を変えて、試料を交換することになる。そして、ステップＳ１１４の処理が終了した後には、ステップＳ１０１の処理に戻る。
【００３８】
粒子径算出部３５は、印加電圧制御部３１が選択した周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとの交流電圧を電極対２に印加することにより、光強度取得制御部３６で得られた回折光強度Ｉ０からの回折光強度Ｉｔの時間変化に基づいて、上記式（１）及び式（２）を用いて被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する制御を行う（測定ステップ）。
以上のように、実施形態１の粒子径測定装置１０によれば、密度回折格子を形成するために、最適な周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとを決定することができる。
【００３９】
＜実施形態２＞
本実施形態は、上述した実施形態１と異なり、測定前に周波数ｆｎと電圧値Ｖｎとを決定して、測定中に印加時間Δｔｎを決定するようになっている。
ここで、印加電圧制御部３１により、測定する際に印加する電圧における周波数ｆｎと電圧値Ｖｎとを決定する測定電圧条件決定方法（測定電圧条件決定ステップ）について説明する。図１０は、測定電圧条件決定方法について説明するためのフローチャートである。
【００４０】
まず、ステップＳ２０１の処理において、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を試料キュベット１に収容する。
次に、ステップＳ２０２の処理において、初期設定周波数ｆ１と初期設定電圧値Ｖ１と初期設定印加時間Δｔ１との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図６参照）。このとき、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）し、光強度取得制御部３６は、回折光強度Ｉｔを検出していく（初期電圧条件光強度取得ステップ）。
【００４１】
次に、ステップＳ２０３の処理において、回折光強度Ｉ０が設定最小光強度Ｉｍｉｎより低いか否かを判定する。
回折光強度Ｉ０が設定最小光強度Ｉｍｉｎより低くないと判定したときには、ステップＳ２０４の処理において、回折光強度Ｉ０が設定最大光強度Ｉｍａｘより高いか否かを判定する。
回折光強度Ｉ０が設定最大光強度Ｉｍａｘより高いと判定したときには、ステップＳ２０５の処理において、電圧値Ｖｎ’（＝Ｖｎ−ΔＶ）と周波数ｆｎと初期設定印加時間Δｔ１との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う。つまり、電圧値ＶｎをΔＶだけ下げて回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ２０５の処理が終了した後には、ステップＳ２０３の処理に戻る。
【００４２】
一方、回折光強度Ｉ０が設定最大光強度Ｉｍａｘより高くないと判定したときには、本フローチャートを終了させる。
また、ステップＳ２０３の処理において、回折光強度Ｉ０が設定最小光強度Ｉｍｉｎより低いと判定したときには、ステップＳ２０６の処理において、電圧値Ｖｎが最大電圧値Ｖｍａｘであるか否かを判定する。
電圧値Ｖｎが最大電圧値Ｖｍａｘでないと判定したときには、ステップＳ２０７の処理において、電圧値Ｖｎ’（＝Ｖｎ＋ΔＶ）と周波数ｆｎと初期設定印加時間Δｔ１との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図７参照）。つまり、電圧値ＶｎをΔＶだけ上げて回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ２０７の処理が終了した後には、ステップＳ２０３の処理に戻る。
【００４３】
電圧値Ｖｎが最大電圧値Ｖｍａｘであると判定したときには、ステップＳ２０８の処理において、周波数ｆｎが変更可能であるか否かを判定する。
周波数ｆｎが変更可能であると判定したときには、ステップＳ２０９の処理において、電圧値Ｖｎと周波数ｆｎ’（＝ｆｎ±Δｆ）と初期設定印加時間Δｔ１との交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う（図９参照）。つまり、周波数ｆｎをΔｆだけ変えて回折光強度Ｉｔを再取得する。そして、ステップＳ２０９の処理が終了した後には、ステップＳ２０３の処理に戻る。
周波数ｆｎが変更可能でないと判定したときには、ステップＳ２１０の処理において、試料を調整するように警告する。
【００４４】
次に、回折光強度Ｉｔの時間変化を取得する測定方法（測定ステップ）について説明する。図１１は、測定方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ３０１の処理において、印加電圧制御部３１は、測定電圧条件決定ステップで決定した周波数ｆｎと電圧値Ｖｎとの交流電圧を電極対２に印加するように交流電源３の制御を行う。このとき、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）し、光強度取得制御部３６は、回折光強度Ｉｔを検出していく。
次に、ステップＳ３０２の処理において、回折光強度Ｉｔが設定最小光強度Ｉｍｉｎより低いか否かを判定する。回折光強度Ｉ０が設定最小光強度Ｉｍｉｎより低いと判定したときには、ステップＳ３０２の処理を繰り返す。
【００４５】
一方、回折光強度Ｉ０が設定最小光強度Ｉｍｉｎより低くないと判定したときには、ステップＳ３０３の処理において、増加率ΔＩｎが目標設定増加率ΔＩｔｈより低いか否かを判定する。増加率ΔＩｎが目標設定増加率ΔＩｔｈより低くないと判定したときには、ステップＳ３０３の処理を繰り返す。
一方、増加率ΔＩｎが目標設定増加率ΔＩｔｈより低いと判定したときには、ステップＳ３０４の処理において、印加電圧制御部３１は、周波数ｆｎと電圧値Ｖｎとの交流電圧を電極対２に印加停止するように交流電源３の制御を行う。つまり、拡散開始時間ｔ０となり、回折光強度Ｉｔが回折光強度Ｉ０となる。
【００４６】
次に、ステップＳ３０５の処理において、粒子径算出部３５は、拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとに基づいて、被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する。
そして、ステップＳ３０５の処理を終了したときには、本フローチャートを終了させる。
以上のように、実施形態２の粒子径測定装置１０によれば、密度回折格子を形成するために、最適な周波数ｆｎと電圧値Ｖｎと印加時間Δｔｎとを決定することができる。
【００４７】
（他の実施形態）
上述した粒子径測定装置１０では、検出器１５１が、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成を示したが、第２次やさらに高次の回折光強度Ｉｔを検出するものとする構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、媒体中で形成した被測定粒子群による密度回折格子を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置等に使用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  試料キュベット（セル）
２  電極対
３  交流電源
４  レーザ光源
１０、１００  粒子径測定装置
３１  印加電圧制御部
３５  粒子径算出部
１５１  検出器
【図１】
2010169475.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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