(57)【要約】【課題】電気泳動する微粒子の粒子径とともに，ゼータ電位を同時算出することのできる粒子特性計測装置を提供する。【解決手段】本発明の粒子特性計測装置は，光源を備え，光源から出力されるレーザ光を，溶媒及び溶媒中に分散した微粒子を含む被測定物に入射させるレーザ発振器と，被測定物からの散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を信号に変換する光検出部と，光検出部により変換された信号を解析する信号処理部と，を備え，信号処理部は，信号を解析して変調されたレーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性を求め，強度揺らぎの周波数特性から被測定物に含まれる微粒子の拡散係数を求め，拡散係数から被測定物に含まれる微粒子の粒子径を求めることを含むことを特徴とする。また，信号処理部は，前記強度揺らぎの周波数特性から被測定物に含まれる微粒子の移動速度を求め，移動速度から被測定物に含まれる微粒子のゼータ電位を求めることを特徴とする。【選択図】図１
2014006173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を備え，前記光源から出力されるレーザ光を，溶媒及び前記溶媒中に分散した微粒子を含む被測定物に入射させるレーザ発振器と，
前記被測定物からの散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を信号に変換する光検出部と，
前記光検出部により変換された前記信号を解析する信号処理部と，を備え，
前記信号処理部は，前記信号を解析して前記変調されたレーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性を求め，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の拡散係数を求め，前記拡散係数から前記被測定物に含まれる前記微粒子の粒子径を求めることを含むことを特徴とする粒子特性計測装置。
【請求項２】
前記信号処理部は，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の移動速度を求め，前記移動速度から前記被測定物に含まれる前記微粒子のゼータ電位を求めることを特徴とする請求項１に記載の粒子特性計測装置。
【請求項３】
前記強度揺らぎの周波数特性をＩ（ω）とした場合に，次式（Ｉ）あるいは次式（Ｉ）の重ね合わせの式にカーブフィッティングさせることにより，前記被測定物の前記拡散係数及び前記移動速度を求めることを特徴とする請求項２に記載の粒子特性計測装置。
【数１】
2014006173.tif 000011
但し，Ｆはフーリエ変換を表しており，ｊは虚数単位，ｔは時間，ｖは前記移動速度，Ｄは前記拡散係数，ｗは前記レーザ光のビーム幅，θは前記被測定物の移動方向と前記光源の発振軸のなす角度，ｋは波数を示す。また，波数ｋは次式（ＩＩ）により導出される。
【数２】
2014006173.tif 000012
但し，ｎは前記溶媒の屈折率，λは前記レーザ光の波長，φは散乱角を示す。
【請求項４】
前記レーザ光を周波数偏移させる光音響変調素子（ＡＯＭ）をさらに備え，
前記信号処理部は，前記光音響変調素子（ＡＯＭ）により周波数偏移された前記レーザ光を前記被測定物に入射させて前記被測定物からの前記散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を変換した信号を解析して前記強度揺らぎの周波数特性を求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粒子特性計測装置。
【請求項５】
溶媒及び前記溶媒中に分散した微粒子を含む被測定物にレーザ光を入射させて前記被測定物からの散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を変換した信号をコンピュータに解析させて前記コンピュータに前記被測定物に含まれる前記微粒子の特性を求める処理を実行させるためのプログラムであって，
前記コンピュータに，前記信号を解析して前記変調されたレーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性を求め，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の拡散係数を求め，前記拡散係数から前記被測定物に含まれる前記微粒子の粒子径を求める処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
前記コンピュータに，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の移動速度を求め，前記移動速度から前記被測定物に含まれる前記微粒子のゼータ電位を求める処理を実行させることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，溶媒中に分散したコロイド粒子等の微粒子の粒子径とゼータ電位を測定する粒子特性計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，粉黛工業，化粧品工業，色材工業の分野では，溶媒中の微粒子の評価に，粒子径やゼータ電位の測定が広く行われてきた。溶液中に分散した微粒子の粒子径測定法として，顕微鏡による観察から粒子径を評価する方法や，粒子にレーザ光を照射してその散乱光から粒子径を測定する方法（動的光散乱法）が知られている。
【０００３】
粒子のゼータ電位とは，溶液中の粒子の滑り面とバルクな溶媒との電位差である。溶媒と接する微粒子の界面は，基本的に帯電している。この帯電した微粒子の作る電場は，溶媒から逆極性の電荷のイオンを引き寄せ，粒子表面近傍に滞在させる。この溶媒に電場を作用させると，微粒子はイオンを引き連れた状態で電極に向かって電気泳動する。この移動が起こる面が滑り面であり，この滑り面と溶媒の電位差がゼータ電位と呼ばれる。ゼータ電位は，微粒子を含んだ溶液に電場を作用させたときの電気泳動移動度に基づいて評価される。この電気泳動移動度の検出には，顕微鏡での観察から電気泳動移動度を評価する方法や，レーザ光を照射し，微粒子からの散乱光の周波数がドップラー効果によって変化することを利用して電気泳動移動度を検出するレーザドップラー法が知られている。
【０００４】
このような従来技術では，粒子径とゼータ電位は別々の測定法により個別に測定されており，測定装置も個別に必要になっていた。各測定装置を一つの装置に組み上げた装置も存在するが，粒子径とゼータ電位の測定は個別に行うため，粒子径とゼータ電位を一度に測定することはできなかった。また電気泳動する微粒子の像を観察して得られる移動度から，数値演算で間接的に粒子径を求めることで，粒子径とゼータ電位を測定する方法が開示されている（例えば，特許文献１参照。）。しかしこの方法では，微粒子の像を観察するため，粒子径がナノメートルの微粒子の測定は行えない。
【０００５】
また，従来，光源から出射される出力光の一部を被測定物に入射させ，該被測定物からの散乱帰還光を前記光源に帰還させ，該帰還光と前記出力光との干渉により誘起される出力光の強度揺らぎの周波数を測定する技術を用いたレーザ速度計（例えば，特許文献２参照。），粒子径計測装置（例えば，非特許文献１参照。），及び流速測定装置（例えば，非特許文献２参照。）等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２２３２９号公報
【特許文献２】特開２００４−２２６０９３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．Ｓｕｄｏ，  Ｙ．Ｍｉｙａｓａｋａ，  Ｋ．Ｏｔｓｕｋａ，  Ｙ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，  Ｔ．Ｏｉｓｈｉ，  ａｎｄ  Ｊ．−Ｙ．Ｋｏ，  “Ｑｕｉｃｋ  ａｎｄ  ｅａｓｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ  ｏｆ  Ｂｒｏｗｎｉａｎ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  ｐｌａｎｋｔｏｎｓ  ｉｎ  ｗａｔｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ｌａｓｅｒ”，  ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ，  ２００６年２月６日，  Ｖｏｌ．１４，  Ｎｏ．３，  ｐ．１０４４−１０５４．
【非特許文献２】Ｓ．Ｓｕｄｏ，  Ｙ．Ｍｉｙａｓａｋａ，  Ｋ．Ｎｅｍｏｔｏ，  Ｋ．Ｋａｍｉｋａｒｉｙａ，  ａｎｄ  Ｋ．Ｏｔｓｕｋａ，  “Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｍａｌｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｉｎ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ｌａｓｅｒ”，  ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ，  ２００７年６月２５日，  Ｖｏｌ．１５，  Ｎｏ．１３，  ｐ．８１３５−８１４５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，上述した従来技術では，一つの粒子特性計測装置を用いて，電気泳動するナノサイズの微粒子の粒子径とゼータ電位とを同時算出することはできなかった。
【０００９】
本発明は，上記の課題に鑑みてなされたものであり，一つの粒子特性計測装置を用いて，簡易に且つ正確に，電気泳動する微粒子の粒子径を算出することのできる粒子特性計測装置を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに，本発明は，電気泳動する微粒子の粒子径とゼータ電位を同時算出することのできる粒子特性計測装置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】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る粒子特性計測装置は，光源を備え，前記光源から出力されるレーザ光を，溶媒及び前記溶媒中に分散した微粒子を含む被測定物に入射させるレーザ発振器と，前記被測定物からの散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を信号に変換する光検出部と，前記光検出部により変換された前記信号を解析する信号処理部と，を備え，前記信号処理部は，前記信号を解析して前記変調されたレーザー出力光の強度揺らぎの周波数特性を求め，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の拡散係数を求め，前記拡散係数から前記被測定物に含まれる前記微粒子の粒子径を求めることを含むことを特徴とする。
【００１２】
前記信号処理部は，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の移動速度を求め，前記移動速度から前記被測定物に含まれる前記微粒子のゼータ電位を求めてもよい。
【００１３】
前記強度揺らぎの周波数特性，即ちパワースペクトル，をＩ（ω）とした場合に，次式（Ｉ）あるいは次式（Ｉ）の重ね合わせの式にカーブフィッティングさせることにより，前記被測定物の前記拡散係数及び前記移動速度を求めてもよい。
【数１】
2014006173.tif 000003
但し，Ｆはフーリエ変換を表しており，ｊは虚数単位，ｔは時間，ｖは前記移動速度，Ｄは前記拡散係数，ｗは前記レーザ光のビーム幅，θは前記被測定物の移動方向と前記光源の発振軸のなす角度，ｋは波数を示す。また，波数ｋは次式（ＩＩ）により導出される。
【数２】
2014006173.tif 000004
但し，ｎは前記溶媒の屈折率，λは前記レーザ光の波長，φは散乱角を示す。
【００１４】
前記レーザ光を周波数偏移させる光音響変調素子（ＡＯＭ）をさらに備え，前記信号処理部は，前記光音響変調素子（ＡＯＭ）により周波数偏移された前記レーザ光を前記被測定物に入射させて前記被測定物からの前記散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を変換した信号を解析して前記強度揺らぎの周波数特性を求めてもよい。
【００１５】
また，本発明の一実施形態に係るプログラムは，溶媒及び前記溶媒中に分散した微粒子を含む被測定物にレーザ光を入射させて前記被測定物からの散乱帰還光により変調されたレーザ出力光を変換した信号をコンピュータに解析させて前記コンピュータに前記被測定物に含まれる前記微粒子の特性を求める処理を実行させるためのプログラムであって，前記コンピュータに，前記信号を解析して前記変調されたレーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性を求め，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の拡散係数を求め，前記拡散係数から前記被測定物に含まれる前記微粒子の粒子径を求める処理を実行させることを特徴とする。
【００１６】
また，前記コンピュータに，前記強度揺らぎの周波数特性から前記被測定物に含まれる前記微粒子の移動速度を求め，前記移動速度から前記被測定物に含まれる前記微粒子のゼータ電位を求める処理を実行させてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る粒子特性計測装置によれば，微粒子の像を顕微鏡等で観察することなく，一つの粒子特性計測装置を用いて，簡易に且つ正確に，電気泳動する微粒子の粒子径を算出することができる。
【００１８】
さらに，本発明の一実施形態に係る粒子特性計測装置によれば，電気泳動する微粒子の粒子径とゼータ電位を同時算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の粒子特性計測装置の概略構成図である。
【図２】本発明の粒子特性計測装置による粒子特性を算出する処理を示したフロー図である。
【図３】本発明の実施例に係る粒子特性計測装置の概略構成図である。
【図４】本発明の実施例に係る粒子特性計測装置により測定したレーザ出力光のパワースペクトルを示すグラフである。
【００２０】
以下，図面を参照しながら，本発明の粒子特性計測装置について説明する。なお，本発明の粒子特性計測装置は，以下の実施形態に限定されることはなく，種々の変形を行ない実施することが可能である。
【００２１】
以下，図１を参照し，本発明に係る粒子特性計測装置１について説明する。図１は，本発明に係る粒子特性計測装置１の概略構成図である。この粒子特性計測装置１は，レーザ発振器２，ビームスプリッタ３，集光レンズ４，光検出器５，信号処理部６，被測定物７である微粒子を含む。
【００２２】
レーザ発振器２は，光源を備え，光源から出力されるレーザ光が被測定物７に入射される。ビームスプリッタ３は，出力光の一部を透過させて被測定物７に入射させるとともに，残りの出力光を一定の角度に反射させ，光検出器５に入射させる。光検出器５は，入射された光を電気信号に変換し，信号処理部６は光検出器５から出力された信号を解析する。
【００２３】
レーザ発振器２の光源から出射される出力光の一部（発振光）が被測定物７に入射すると，被測定物７からの散乱帰還光ＥＳが光源の発振軸方向に帰還される。このような散乱帰還光ＥＳによってレーザ出力光には変調が与えられるため，変調されたレーザ出力光が光検出器５によって電気信号に変換され，信号処理部６は，変換された信号を解析することにより，被測定物７の粒子特性を算出することができる。
【００２４】
以下，被測定物７からの散乱帰還光ＥＳによって変調されたレーザ出力光に基づいて，信号処理部６において被測定物７の粒子特性を算出する方法について説明する。
【００２５】
まず，被測定物７からの散乱帰還光ＥＳは，次式の様なドップラー周波数偏移ｆＤ［Ｈｚ］を受ける。
【数３】
2014006173.tif 000005
【００２６】
ここでｖ［ｍ／ｓ］は被測定物の移動速度，λ［ｍ］は発振光の波長，θは被測定物の移動方向と光源の発振軸のなす角［ｒａｄ］である。従って，レーザ発振器２にはｆＤだけ周波数が偏移した光が注入されることになる。この結果，散乱帰還光ＥＳは発振光Ｅ０と干渉することで，これら２つの電界の差周波数，すなわちｆＤで発振光Ｅ０が強度変調される。このとき，発振光強度（Ｓ０＝Ｅ０２）の時間変化は，次式の様に表される。
【数４】
2014006173.tif 000006
【００２７】
ただし，ｎｐ［／ｍ３］は反転分布密度，ｔ０＝τ／τ０（τ［ｓ］：時間，τ０［ｓ］：反転分布寿命），Ｋ＝τ０／τｐ（τｐ［ｓ］：光子寿命），τｐ＝τｌ／κ２（κ：レーザ発振器２の出力鏡の振幅透過率）である。τｌ（＝２Ｌ／ｃ）は光のレーザ発振器２中での往復時間であり，ｃは光速度（２．９９×１０８ｍ／ｓ）であり，Ｌ［ｍ］はレーザ発振器長である。Ｋは反転分布寿命と光子寿命の比となる。
【００２８】
式（２）に示したように，発振光強度Ｓ０はｆＤの周波数で変調を受けることになり，この場合の変調度はＫ（＝τ０／τｐ）に比例する。従って，散乱帰還光ＥＳの振幅が極微弱であってもＫを大きくすれば十分大きな変調度が得られることになる。Ｌの小さなレーザではτｌが短く，しかもτｐがτｌに比例するので，極めて大きなＫを得ることができる。例えば，レーザ発振器２として半導体レーザで励起される結晶厚み１ｍｍ程度のＬｉＮｄＰ４Ｏ１２固体レーザを用いれば，Ｋ＝１０５〜１０６が得られる。従って，結晶厚みの薄い固体レーザを用いるほど，高感度での計測が可能となる。
【００２９】
また式（２）に示したように，レーザ出力光の強度揺らぎを表す式（２）の第２項は，散乱帰還光ＥＳと発振光Ｅ０の比，すなわちレーザ光の帰還率に比例する。従って，レーザ光の帰還率を高くすることで，十分大きな変調度が得られることになる。
【００３０】
しかし，溶媒中を電気泳動する微粒子は，一定の速度で並進移動するのではなく，溶媒分子との衝突によってゆらぎながら移動する。このとき，信号処理部６は，被測定物からの散乱帰還光によって変調されたレーザ出力光が光検出器５によって光電変換された信号に基づき，レーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性を導出する。レーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性（パワースペクトル）Ｉ（ω）は，次式のように表される。
【数５】
2014006173.tif 000007
【００３１】
ここでＦはフーリエ変換を表し，ｊは虚数単位，ｔ［ｓ］は時間，ｖ［ｍ／ｓ］は被測定物の移動速度，Ｄは拡散係数，ｗ［ｍ］は微粒子に照射されたレーザ光のビーム幅，θ［ｒａｄ］は被測定物の移動方向と光源の発振軸のなす角度，ｋは波数を示している。また，式（３）の第一項目はドップラーシフト，第二項目は微粒子の拡散，第三項目は微粒子の並進運動を表している。ここで波数ｋの大きさは，溶媒の屈折率ｎと発振光の波長λ［ｍ］と散乱角φ［ｒａｄ］を用いてｋ＝４πｎ／λｓｉｎ（φ／２）となる。但し，図１に示した粒子特性計測装置１においては，φ＝πである。
【００３２】
式（３）の拡散係数Ｄから，微粒子の粒子径ｄ［ｍ］は，次式のように求められる。
【数６】
2014006173.tif 000008
【００３３】
ここでｋＢはボルツマン定数，Ｔ［Ｋ］は溶媒の温度，η［Ｐｓ・ｓ］は溶媒の粘度である。一方，電気泳動する微粒子の電気泳動移動度Ｕ［ｍ２／Ｖｓ］とゼータ電位ζ［Ｖ］は次式のように求めることができる。
【数７】
2014006173.tif 000009
【数８】
2014006173.tif 000010
【００３４】
ここでＥは微粒子を含む溶媒に加えた電場の大きさ，εは溶媒の誘電率である。従って，レーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性Ｉ（ω）を式（３）に基づいて解析（カーブフィッティング）を行うことで，微粒子の粒子径ｄとゼータ電位ζを求めることができる。また、複数の微粒子の粒子径ｄ及び複数のゼータ電位ζを求める場合には、式（３）の重ね合わせの式で解析（カーブフィッティング）してもよい。
【００３５】
本発明の粒子特性計測装置１によれば，図２にフロー図として図示したように，まず，被測定物からの散乱帰還光ＥＳによって変調されたレーザ出力光が光電変換された信号に基づき，信号処理部６においてレーザ出力光の強度揺らぎの周波数特性Ｉ（ω）を求める（図２のＳ１）。次に，求めた強度揺らぎの周波数特性Ｉ（ω）を式（３）を用いてカーブフィッティングすることによって，被測定物に含まれる微粒子の拡散係数Ｄと被測定物の移動速度ｖを求める（図２のＳ２）。次に，求めた拡散係数Ｄを式（４）に代入して被測定物に含まれる微粒子の粒子径ｄを求めることができる（図２のＳ３）。また，被測定物の移動速度ｖを式（１）に代入することによって，ドップラー周波数偏移ｆＤを求めることができる。さらに，式（５）に基づき，被測定物の移動速度ｖから電気泳動移動度Ｕを求めることができ，式（６）に基づき，電気泳動移動度Ｕから，ゼータ電位ζを求めることができる（図２のＳ４）。このように，同じ強度揺らぎの周波数特性Ｉ（ω）から，被測定物に含まれる微粒子の拡散係数Ｄと被測定物の移動速度ｖを同時にカーブフィッティングによって求めることができ，拡散係数Ｄから微粒子の粒子径ｄを，移動速度ｖからゼータ電位ζをそれぞれ求めることができる。
【００３６】
以上のとおり，本発明の一実施形態に係る粒子特性計測装置１によれば，簡易な構成の粒子特性計測装置１を用いて，電気泳動する微粒子の粒子径ｄを算出することができる。
【００３７】
さらに，本発明の一実施形態に係る粒子特性計測装置１によれば，上述した式（３）〜式（６）を用いて，電気泳動する微粒子の粒子径ｄとともに，ゼータ電位ζを同時算出することが可能となる。
【実施例】
【００３８】
以下，図３及び図４を参照し，微粒子の粒子径ｄ及びゼータ電位ζを同時に計測することが可能な本発明の実施例に係る粒子特性計測装置１０について説明する。
【００３９】
図３は本発明の実施例に係る粒子特性計測装置１０の概略構成を図示したものである。粒子特性計測装置１０は，固体レーザ１１，固体レーザ励起用半導体レーザ部１２，ビームスプリッタ１３，集光レンズ１４，光検出器１５，信号処理部１６，試料部１７，光変調部１８を含む。また，固体レーザ励起用半導体レーザ部１２は，半導体レーザ２２，レーザ形状成型部２３，集光レンズ２４を含む。固体レーザ１１としては，固体レーザ励起用半導体レーザ部１２で励起される結晶厚み１ｍｍ程度のＬｉＮｄＰ４Ｏ１２固体レーザを用いた。Ｋは，１０５〜１０６である。
【００４０】
光変調部１８は，光音響変調素子（ＡＯＭ）３５と変調素子ドライバ３６を含み，試料部１７の試料に照射するレーザ光をあらかじめ周波数偏移させるものである。固体レーザの発振光では，ペデスタルと呼ばれる低振動数成分や，固体レーザ固有の緩和振動が存在するため，出力光の強度揺らぎは低振動数成分や緩和振動に重畳されて観測される。このため，観測される変調光をスペクトル解析すると，微粒子の粒子径ｄやゼータ電位ζの情報を持つスペクトルに低振動周波成分や緩和振動のスペクトルが重畳されるため，抽出が困難になる。そこで，光音響変調素子３５等を含む光変調部１８を用いて，出力光の強度揺らぎの中心振動数（即ち，周波数偏移）をこれらの周波数から充分離れるように設定する。図３に示す実施例ではＴｉＯ２で構成された光音響変調素子（ＡＯＭ）３５を用いた。光変調部１８をレーザ光が往復することで，レーザ光にｆＡＯＭの周波数偏移が加えられる。
【００４１】
ビームスプリッタ１３は，入射した出力光の一部を透過させるとともに，残りの出力光を一定の角度に反射させるものであれば，特に限定されない。光検出器１５は，図３に図示した実施例ではＩｎＧａＡｓフォトダイオードを用いたが，これに限定されるものではない。
【００４２】
信号処理部１６は，光検出器１５から出力される信号を解析する。信号処理部１６は，図３に図示した実施例では，ＡＤ変換ボードを用いて信号を取得し，コンピュータ上でフーリエ変換を行ったが，スペクトルアナライザを用いても良い。この信号には式（２）に基づくレーザの強度変調由来の信号が含まれており，フーリエ変換及びフィルタ処理により強度変調由来の信号を抽出する。また計算されたスペクトルをコンピュータ上で式（３）によるカーブフィッティングを行い，拡散係数Ｄと移動速度ｖを同時に求める。そして，拡散係数Ｄから微粒子の粒子径ｄを，移動速度ｖからゼータ電位ζをそれぞれ求める。
【００４３】
試料部１７は，内部に一対の電極３２を取り付けた石英セル３１と，電極に電圧を加える直流電源３３を含む。石英セル３１に被測定物である微粒子を含む試料を充填し，電圧を加えることで微粒子を電気泳動させる。この石英セルに集光レンズ１４で集光されたレーザ光を照射する。電極３２は試料に接するため，腐食することがある。そこで図３に図示した実施形態ではステンレスを用いたが，金や白金製の電極，或いは金や白金でメッキされた金属でも良い。電極の大きさは問わないが，電極の間隔が近すぎる場合，試料に加えられる電場強度が大きくなりすぎるため，１０ｍｍ以上間隔を離した方が良い。
【００４４】
図４は，試料に粒子径ｄ＝２００ｎｍのポリスチレンラテックスを水に分散させた分散液を用いた場合に，本発明の実施例に係る粒子特性計測装置１０により測定された変調レーザ光のパワースペクトルを図示したグラフである。実線は，これら測定されたパワースペクトルを式（３）でカーブフィッティングしたものである。
【００４５】
図４を参照すると，ｆＡＯＭ＝２．０００３ＭＨｚよりも高周波側に，式（３）で記述されるパワースペクトルが観測された。式（３）を用いた解析により，粒子径ｄ＝２００ｎｍ，ドップラー周波数偏移ｆＤ＝８５．０Ｈｚを求めることができた。また，得られたドップラー周波数偏移ｆＤから，微粒子の電気泳動移動度Ｕは１３０μｍ２／Ｖｓ，ゼータ電位ζは１６．７ｍＶと求めることができた。
【００４６】
このように，本発明の実施例に係る粒子特性計測装置１０によれば，光変調部１８によって周波数偏移されたレーザ光が，試料部１７の試料からの散乱帰還光ＥＳによって変調されるため，周波数特性Ｉ（ω）を精度良く求める事ができる。そして，このスペクトルを式（３）に基づき解析することにより被測定物に含まれる微粒子の拡散係数Ｄ及び移動速度ｖをより正確に算出することができる。従って，式（４）に基づき，拡散係数Ｄから被測定物に含まれる微粒子の粒子径ｄを正確に求めることができ（図２のＳ３），移動速度ｖからドップラー周波数偏移ｆＤ，電気泳動移動度Ｕ及びゼータ電位ζをそれぞれ正確に求めることができる（図２のＳ４）。
【００４７】
このように，本発明に係る粒子特性計測装置１，１０によれば，微粒子の像を顕微鏡等で観察することなく，簡易な構成の粒子特性計測装置１，１０を用いて，電気泳動する微粒子の粒子径ｄを検出することができる。また，光変調部１８によりあらかじめレーザ光を周波数偏移させることにより，より正確に粒子特性等を算出することが可能となる。
【００４８】
また，本発明の一実施形態に係る粒子特性計測装置１，１０によれば，電気泳動する微粒子の粒子径ｄとゼータ電位ζを同時検出することが可能となる。
【００４９】
上述した本発明の粒子特性計測装置１，１０の信号処理部６，１６はコンピュータ上で動作するコンピュータプログラムの形態で実装される。当該コンピュータプログラムは，コンピュータ読み取り可能な記録媒体（ＨＤＤ等）に記録される。このコンピュータプログラムは，光ディスクの形態で提供されてもよいし，インターネット経由で接続されたサーバ装置よりダウンロード可能な形態で提供されてもよい。このコンピュータプログラムは，コンピュータの主記憶にロードされて実行される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は，セラミックナノ粒子，金属ナノ粒子，カーボン，製薬，ウィルス，塗料・顔料，化粧品，各種ポリマー，食品，ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシャ）スラリー等の粒径及びゼータ電位の測定に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１  粒子特性計測装置
２  レーザ発振器
３  ビームスプリッタ
４  集光レンズ
５  光検出器
６  信号処理部
７  被測定物
１０  粒子特性計測装置
１１  固体レーザ
１２  固体レーザ励起用半導体レーザ部
１３  ビームスプリッタ
１４  集光レンズ
１５  光検出器
１６  信号処理部
１７  試料部
１８  光変調部
２２  半導体レーザ
２３  レーザ形状成型部
２４  集光レンズ
３１  石英セル
３２  電極
３３  直流電源
３５  光音響変調素子
３６  変調素子ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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