(57)【要約】【課題】ゼータ電位測定時に液溜まり部として機能する貫通穴内に気泡が残留しない電極センサを備えた粒子物性測定装置を提供する。【解決手段】横方向の貫通孔が形成してあるとともに前記貫通孔を通って縦方向に延伸した空気抜き路が形成してある本体と、前記本体に埋設されて前記貫通孔の内壁面より露出している互いに対向した一対の電極と、を有している電極センサを備えているようにした。【選択図】図６
2010101705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料中に分散している粒子の物性値を測定するものであって、
横方向の貫通孔が形成してあるとともに前記貫通孔を通って縦方向に延伸した空気抜き路が形成してある本体と、前記本体に埋設されて前記貫通孔の内壁面より露出している互いに対向した一対の電極と、を有している電極センサを備えていることを特徴とする粒子物性測定装置。
【請求項２】
前記電極センサの本体が、円柱状であり、かつ、
前記電極センサと嵌合可能な測定セルであって、前記電極センサが当該測定セル内に挿入されると、所定位置において掛止して、前記電極センサの底面と当該測定セルの内底面との間に間隙が形成される測定セルを備えている請求項１記載の粒子物性測定装置。
【請求項３】
前記電極センサは、前記本体の上端に設けられ、前記本体より横方向に突出した蓋部を備えている請求項２記載の粒子物性測定装置。
【請求項４】
前記測定セルは、互いに別体をなす筒部と底部とからなる請求項２又は３記載の粒子物性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ゼータ電位を始めとする粒子の物性値を測定するための粒子物性測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子やその集合体であるコロイド粒子は、水溶液中で、解離基やイオンの吸着により帯電している。この帯電により形成される電位をゼータ（ζ）電位といい、当該ゼータ電位は、粒子に電界をかけてその移動速度（電気泳動速度）を測定することにより算出される。
【０００３】
そして、電気泳動速度測定装置を用いてゼータ電位を測定するには、粒子が分散している液体試料が収容された測定セルに電極を挿入し、当該電極に直流電圧を印加して、液体試料中の粒子に電界をかけながらレーザ光を照射して、所定角度で散乱される散乱光を受光し、散乱光とレーザ光の一部を分岐させた参照光との振動数の差（干渉現象）を測定することにより、液体試料中の粒子の移動速度を算出する。そして、得られた移動速度に所定の演算処理を行うことによりゼータ電位が算出される。
【０００４】
従来、電極としては、図９に示すように、液溜まり部（測定部）として機能する貫通孔７１が設けられていて、貫通孔７１の内壁面より一対の電極９が露出している電極センサ６´が用いられているが（特許文献１）、このような電極センサ６´は、液体試料の流れを確保するために、その本体７が測定セル２より小型であって、液体試料が収容された測定セル２に挿入されると、測定セル２の内側周面と本体７の側周面との間隙を通って液体試料が貫通孔７１に流入するものである。しかし、この場合は液体試料の流れを制御することが難しいため、往々にして貫通孔７１内に気泡が残留し、粒子の移動や光の散乱に不都合が生じる。このため、電極センサ６´を測定セル２に挿入する際には、貫通孔７１に気泡が残らないように、電極センサ６´を斜めにして差し込む等の工夫がなされている。
【特許文献１】特開２００４−３１７１２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、ゼータ電位測定時に液溜まり部として機能する貫通穴内に気泡が残留しない電極センサを備えた粒子物性測定装置を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明に係る粒子物性測定装置は、液体試料中に分散している粒子の物性値を測定するものであって、横方向の貫通孔が形成してあるとともに前記貫通孔を通って縦方向に延伸した空気抜き路が形成してある本体と、前記本体に埋設されて前記貫通孔の内壁面より露出している互いに対向した一対の電極と、を有している電極センサを備えていることを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、液溜まり部として機能する前記貫通孔を通って、縦方向に延伸した空気抜き路が形成されている電極センサを備えているので、前記本体の大きさと測定セルの大きさとが適合し、前記本体と測定セルとが嵌合するものである場合、液体試料が収容された測定セルに電極センサを挿入すると、まず、液体試料が前記貫通孔下側の空気抜き路に流入し、当該空気抜き路に流入した液体試料が前記貫通孔に流れ込む。次いで、流入した液体試料に押し出されて前記貫通孔から流出した空気は、前記貫通孔上側の空気抜き路に流れ込み測定セル外に排出される。このため、本発明によれば、空気抜き路により測定セル内の液体試料と空気の流れを制御することができるので、前記貫通孔内に気泡が残留しにくくなる。従って、ゼータ電位測定時に前記貫通孔内の液体試料中の粒子の移動や光の散乱が気泡により阻害されずに、ゼータ電位の測定精度を高く保つことができる。
【０００８】
また、従来、ナノ粒子の物性は、アスペクト比（縦横比）や凝集度等の形状物性値は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により、粒子径は動的光散乱法により、分散度はゼータ電位を測定することにより、それぞれ別個の分析装置を用いて測定されている。このため、一台で種々の物性値を効率的に測定することが可能な粒子物性測定装置が望まれている。
【０００９】
しかしながら、アスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量を精度よく測定するには、散乱光を多角度から検出することが必要であるが、ゼータ電位を測定する際には測定セル内に電極を挿入することが必要であり、このため、電極が妨げとなり一方向の散乱光しか検出することができない。また、ゼータ電位以外の物性値の測定を行った後で測定セル内に電極を挿入すると、液体試料が攪拌され粒子の状態を乱してしまうことがある。更に、ゼータ電位の測定を行い、その後ゼータ電位以外の物性値の測定を行うと、電圧印加によって粒子が変形したものを測定してしまうこともある。
【００１０】
このため、本発明に係る粒子物性測定装置は、電極センサを測定セルに挿入したままで、粒子の状態を乱さずにゼータ電位と他の種々の物性値を効率的かつ高精度に測定することが可能であるように、前記電極センサの本体が、円柱状であり、かつ、前記電極センサと嵌合可能な測定セルであって、前記電極センサが当該測定セル内に挿入されると、所定位置において掛止して、前記電極センサの底面と当該測定セルの内底面との間に間隙が形成される測定セルを備えていることが好ましい。
【００１１】
このようなものであれば、電極センサに形成された貫通孔内の液体試料に電圧を印加することによってゼータ電位を測定し、前記測定セルの内底面と前記電極センサの底面との間に形成された間隙内の液体試料に多角度から光を照射し、その散乱光を検出することによってアスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量を測定することができるので、電極センサを測定セルに挿入したままで、ゼータ電位と他の種々の物性値とを効率的かつ高精度に測定することが可能となる。
【００１２】
前記電極センサが前記測定セル内の所定位置において掛止して前記測定セルの内底面と前記電極センサの底面との間に間隙が形成されるためには、例えば、前記電極センサとして、前記本体の上端に設けられ、前記本体より横方向に突出した蓋部を備えているものが用いられる。
【００１３】
前記電極センサの底面等に気泡が付着すると、アスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量の測定が妨げられることがある。この場合、前記測定セルが、互いに別体をなす筒部と底部とからなるものであれば、前記電極センサが挿入された前記測定セルを前記底部が上になるように上下を逆にしてから前記底部を取り外して気泡を除くことができるので好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、液溜まり部として機能する貫通孔内に空気を残留させることなく液体試料を充満させることができる。また、測定セルの内底面と電極センサの底面との間に間隙を形成することにより、測定セル内に電極センサを挿入したままで、ゼータ電位と、アスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量とを測定することができるので、粒子の状態を乱すことなく、種々の物性値を効率的かつ高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る粒子物性測定装置１の構成の概要を示すものである。本実施形態に係る粒子物性測定装置１は、形状物性値測定機構、粒径測定機構、分子量測定機構、及び、ゼータ電位測定機構を備えているものであって、図１に示すように、透明な石英ガラス等からなり、粒子群を水等の分散媒に分散させてなる液体試料を収容する測定セル２と、測定セル２内に挿入された電極センサ６と（図１中には表示しない。）、前記液体試料にレーザ光Ｌを照射するレーザ３と、前記レーザ光Ｌを照射された液体試料中の粒子群から発した散乱光Ｓを受光し、その光子数に応じたパルス信号又は光強度のゆらぎに応じた電気信号を出力する光電子倍増管からなる受光部４１、４２と、レーザ３から発射されるレーザ光Ｌの一部を分岐するハーフミラー５１、ミラー５２、５３、及び、ミラー５３からの参照光Ｒと散乱光Ｓとを混合するハーフミラー５４からなる参照光学系５と、を備えている。
【００１７】
以下に各測定機構の構成について説明する。
アスペクト比や凝集度等を測定する形状物性値測定機構は、図２に示すように、レーザ３と、偏光子１１、１４と、１／４波長板１２、１３と、受光部４１と、から構成される。偏光子１１はレーザ３から射出されたレーザ光Ｌの偏光方向を固定するために使用されるが、１／４波長板１２、１３は光軸を中心に回転可能であり、１／４波長板１２で直線偏光を楕円偏光に変換し、１／４波長板１３と、偏光子１４で楕円偏光を直線偏光に戻す。
【００１８】
形状物性値を測定するには、米国特許第６７２１０５１号に記載の方法を用い、まず、測定セル２中の液体試料のレーザ光Ｌの透過率を測定する。次いで、１／４波長板１２、１３及び偏光子１４を光軸を中心に回転させながらレーザ光Ｌを発射して、複数態様の偏光パターンにおいて、受光部４１の位置（角度）を変化させながら、所定散乱角度での散乱光Ｓの強度を測定する。そして、得られた透過率と散乱光強度比とに所定の演算処理を行うことにより、アスペクト比及び／又は凝集度を算出する。
【００１９】
粒径測定機構は、図３に示すように、レーザ３と、受光部４１と、コリレータ１５と、から構成される。粒径（粒径分布）を測定するには、動的光散乱法を用い、レーザ光Ｌを測定セル２中の液体試料に照射して、液体試料中の粒子群から発した散乱光Ｓを受光部４１で受光し、その光子数に応じたパルス信号を受光部４１から受信したコリレータ１５で、そのパルス数の時系列データから自己相関データを生成し、当該自己相関データに基づいて所定の演算処理を行うことにより前記粒子群の粒径分布を算出する。なお、本実施形態では光子数に応じたパルス信号より演算する方法について詳述したが、光強度のゆらぎに応じた電気信号より演算することも可能である。
【００２０】
図３に示す実施形態では、受光部４１はレーザ光Ｌと直交する光路の散乱光Ｓを受光しているが、粒径（粒径分布）を測定する際の受光部４１の好適な位置（角度）は、液体試料の濃度によって変わり、形状物性値を測定する際に測定された液体試料のレーザ光透過率に従い、透過率が高い（液体試料の濃度が低い）ときはレーザ光Ｌと直交する光路（散乱角度９０°）の散乱光Ｓを受光し、透過率が低い（液体試料の濃度が高い）ときはレーザ光Ｌと合致する光路（散乱角度１８０°）の散乱光Ｓを受光するように、受光部４１の位置（角度）が調節される。
【００２１】
分子量測定機構は、図４に示すように、レーザ３と、受光部４１と、から構成される。分子量を測定するには、静的光散乱法を用い、濃度を変えた複数種類の液体試料を用い、受光部４１の位置（角度）を変化させながら、測定セル２中の液体試料にレーザ光Ｌを照射して、当該液体試料中の粒子群から発した散乱光Ｓの光強度の角度分布を計測する。そして、液体試料の濃度と散乱角度変化による散乱光量変化から、Ｚｉｍｍプロットを行い、粒子の分子量を算出する。
【００２２】
ゼータ電位測定機構は、図５に示すように、レーザ３と、白金等からなる一対の電極９を備えた電極センサ６と、参照光学系５と、受光部４２と、から構成される。ゼータ電位を測定するには、電気泳動法を用い、測定セル２に挿入した電極センサ６に直流又は交流電圧を印加して、液体試料中の粒子に電界をかけながらレーザ光Ｌを照射して、所定角度で散乱される散乱光Ｓを受光し、散乱光Ｓと参照光Ｒとの振動数の差（干渉現象）を測定することにより、液体試料中の粒子の移動速度を算出する。更に、得られた移動速度に所定の演算処理を行うことによりゼータ電位を算出する。
【００２３】
電極センサ６は、図６及び図７に示すように、貫通孔７１と空気抜き路７２が形成してある本体７と、本体７の上端に設けてある蓋部８と、本体７及び蓋部８に埋設された一対の電極９と、を備えている。
【００２４】
本体７は、円柱状であり、その下部に、横方向の貫通孔７１が形成してあるとともに、貫通孔７１を通って縦方向に延伸した空気抜き路７２が形成してあるものである。空気抜き路７２は、それぞれ貫通孔７１の開口端を通るように本体７の側周面に２本形成されており、また、貫通孔７１により、その下側に形成された下部空気抜き路７２１と、その上側に形成された上部空気抜き路７２２とに分断されている。
【００２５】
蓋部８は、円盤状であり、本体７の上端に設けてあり、本体７より横方向に突出していて、空気抜き路７２に連なる縦方向の貫通孔８１が形成してあるものである。
【００２６】
本体７及び蓋部８は、例えば、ポリフッ化ビニル（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ），ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ），ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙ（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ），ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ／ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ，ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ／ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｙｌｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ，ＰＦＡ）等のフッ素樹脂により成形してあり、電極９を内包した状態で一体成形してある。
【００２７】
電極９は、白金等からなる互いに対向した一対の長尺板状体であり、本体７及び蓋部８に埋設されていて、その下部が貫通孔７１の内壁面より露出しているものである。電極９の上端は蓋部８の上端面から突出していて、図示しない電圧印加回路等に接続される。
【００２８】
電極センサ６は測定セル２に挿入して使用されるが、測定セル２は電極センサ６と嵌合するものであり、互いに別体をなす筒部２１と底部２２とからなるものであり、底部２２と筒部２１とは脱着可能である。
【００２９】
電極センサ６を測定セル２内に挿入すると、蓋部８が測定セル２の上端に突き当り所定の位置で掛止して、測定セル２の内底面と電極センサ６の底面との間に間隙２３が形成される。
【００３０】
本実施形態では、電極センサ６を測定セル２内に挿入したままで粒子の各種物性値を測定することができる。液体試料が収容された測定セル２内に電極センサ６を挿入すると、まず、測定セル２内の空気が空気抜き路７２を通って外部に流出する。次いで、本体７が測定セル２に収容された液体試料に浸漬すると下部空気抜き路７２１に液体試料が流入する。更に電極センサ６を測定セル２内に深く挿入すると、下部空気抜き路７２１に流入した液体試料が貫通孔７１内に流れ込み、貫通孔７１内の空気は流入してきた液体試料に押し出され、上部空気抜き路７２２に流れ込む。更に電極センサ６を測定セル２内に深く挿入して、上部空気抜き路７２２にも液体試料が流入してくると、上部空気抜き路７２２内の空気は、蓋部８の貫通孔８１から外部に排出される。
【００３１】
そして、ゼータ電位を測定する場合は、貫通孔７１内の液体試料にレーザ光Ｌを照射し、一方、アスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量を測定する場合は、間隙２３内の液体試料にレーザ光Ｌを照射する。これら粒子の各種物性値を迅速に測定するために、レーザ光Ｌをダブルビームとして、貫通孔７１内の液体試料と間隙２３内の液体試料とに同時にレーザ光Ｌを照射してもよい。
【００３２】
なお、本実施形態では、液溜まり部として機能する貫通孔７１は、その周囲を壁面で囲まれているが、仮に液溜まり部の下方が開口していると、電極９に電圧を印加したときに、液溜まり部内の液体試料の流れが乱れて、ゼータ電位測定時に粒子の移動速度を正確に測定することが難しくなる。
【００３３】
したがって、このように構成した粒子物性測定装置１によれば、電極センサ６の本体７の側周面には、液溜まり部として機能する貫通孔７１を通って縦方向に延伸した空気抜き路７２が形成されているので、液体試料が収容された測定セル２に電極センサ６を挿入すると、まず、液体試料が下部空気抜き路７２１に流入し、下部空気抜き路７２１に流入した液体試料が貫通孔７１内に流れ込む。次いで、流入した液体試料に押し出されて貫通孔７１から流出した空気は、上部空気抜き路７２２に流れ込み貫通孔８１から測定セル２外に排出される。このため、本実施形態によれば、空気抜き路７２により測定セル２内の液体試料と空気の流れを制御することができるので、貫通孔７１における気泡の残留を防ぐことが可能になる。従って、ゼータ電位測定時に貫通孔７１内の液体試料中の粒子の移動や光の散乱が気泡により阻害されず、ゼータ電位の測定精度を高く保つことができる。
【００３４】
また、電極センサ６を測定セル２内に挿入すると、蓋部８が測定セル２の上端に突き当り所定の位置で掛止して、測定セル２の内底面と電極センサ６の底面との間に間隙２３が生じるので、電極センサ６に形成された貫通孔７１内の液体試料に電圧を印加することによってゼータ電位を測定することができるとともに、間隙２３内の液体試料に多角度から光を照射し、その散乱光を検出することによってアスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量を測定することができるので、測定セル２内に電極センサ６を挿入したままで、粒子の状態を乱すことなく、種々の物性値を効率的かつ高精度に測定することが可能となる。
【００３５】
更に、本実施形態では、電極センサ６の本体７及び蓋部８が、耐薬品性の高いフッ素樹脂から構成されているので、液体試料の分散媒によらずに使用することができる。
【００３６】
また、測定セル２は、互いに別体をなす筒部７１と底部７２とからなるものであるので、電極センサ６の底面等に気泡が付着した場合は、当該気泡によってアスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒子径及び分子量の測定が妨げられないように、電極センサ６が挿入された測定セル２をその底部７２が上になるように上下を逆にしてから底部７２を取り外して気泡を除くことができる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３８】
例えば、粒子物性測定装置１がゼータ電位のみを測定するものである場合は、電極センサ６の本体７の形状及び測定セル２の形状は円柱状に限定されず、例えば、四角柱状であってもよい。そして、この場合は測定セル２の内底面と電極センサ６の底面との間に間隙２３が形成されなくともよい。
【００３９】
また、図８に示すように、電極センサ６に蓋部８がなく、測定セル２の内部空間が底側のほうが狭くなっていて、内部空間が狭くなる段部７３において電極センサ６が掛止して、測定セル２の内底面と電極センサ６の底面との間に間隙２３が形成されるようにしてあってもよい。更に、測定セル２の内底面と電極センサ６の底面との間に間隙を形成するのではなく、電極センサ６のゼータ電位測定用貫通孔７１の上部又は下部に別途空間を設け、ここでゼータ電位以外の粒子物性測定を行うようにしてもよい。
【００４０】
更に、空気抜き路７２は本体７の側周面に形成されていなくともよく、例えば、本体７内部を貫通していてもよい。また、空気抜き路７２は２本に限られず、１本であってもよく、３本以上であってもよい。更に、測定セル２は筒部２１と底部２２とが一体的に成型されたものであってもよい。
【００４１】
本発明は、その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてもよく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る粒子物性測定装置の概要を示す模式的全体図。
【図２】同実施形態における形状物性値測定機構を示す模式的構成図。
【図３】同実施形態における粒径測定機構を示す模式的構成図。
【図４】同実施形態における分子量測定機構を示す模式的構成図。
【図５】同実施形態におけるゼータ電位測定機構を示す模式的構成図。
【図６】同実施形態における電極センサ及び測定セルを示す斜視図。
【図７】同実施形態における電極センサ及び測定セルを示す縦断面図。
【図８】他の実施形態における電極センサ及び測定セルを示す縦断面図。
【図９】従来の電極センサを示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・粒子物性測定装置
２・・・測定セル
６・・・電極センサ
７・・・本体
７１・・・貫通孔
７２・・・空気抜き路
８・・・蓋部
９・・・電極
【図１】
2010101705.tif 000003
【図２】
2010101705.tif 000004
【図３】
2010101705.tif 000005
【図４】
2010101705.tif 000006
【図５】
2010101705.tif 000007
【図６】
2010101705.tif 000008
【図７】
2010101705.tif 000009
【図８】
2010101705.tif 000010
【図９】
2010101705.tif 000011