(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の平坦な表面の電位を測定する装置であって、
対向する一対の電極を有する試料ホルダであって、前記試料の前記平坦な表面が前記電極表面と直角に位置合わせされるように、前記電極間の測定ボリューム内の位置に前記試料を保持する構成にされる試料ホルダと、
液体電解質を収容するための測定チャンバであって、前記試料ホルダを受容して前記電極を事前設定された向きに配置するように構成された開口端を有する測定チャンバと、
前記試料ホルダが前記測定チャンバに受容される際に、前記測定チャンバを通るレーザ光線を、前記電極間に、かつ前記試料の前記平坦な表面に平行に向けるように配置及び構成されたレーザ光源と、
前記測定ボリュームからの散乱光を検出するように配置及び構成された検出器と、
を備え、
前記装置は、前記試料の前記平坦な表面からの複数距離の範囲にわたって、前記検出器による前記散乱光の検出を可能とするように構成され、
前記試料ホルダは、静止部によって支持された作動機構を備え、前記作動機構が、前記静止部に対する前記試料の前記平坦な表面の位置を、前記平坦な表面に直交する方向に調整する装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記装置は、前記検出器によって前記レーザ光線と前記試料の前記平坦な表面との間の複数距離の範囲にわたって散乱光を検出するために、前記レーザ光線と試料ホルダとの相対運動を可能とする構成にされる装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記レーザ光源は、前記試料表面からの複数距離の前記範囲にわたって広がる、幅を有する前記光線を提供するように構成される装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記レーザ光源は、前記測定チャンバを通る複数の光線を提供するように構成される装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記検出器は、前記試料表面からの複数距離の前記範囲にわたる複数の検出地点からの散乱光を検出するように構成される装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の装置であって、
前記試料ホルダは、第１の部分と第２の部分とを備え、前記一対の電極は、前記第２の部分の遠位端に配置される装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記作動機構は、前記第２の部分を前記第１の部分に対して移動させるように構成される装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記作動機構は、前記電極表面に平行な方向、すなわち前記試料の前記表面に直交する方向に、前記第２の部分を前記第１の部分に対して移動させるように構成される装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の装置であって、
前記作動機構は、前記第１の部分に対する前記第２の部分の直線移動のための回転可能な要素を備える装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記回転可能な要素は、校正済みマイクロメータねじである装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の装置であって、
前記試料ホルダは、前記試料が前記測定チャンバに対して２以上の異なる位置の夫々に配置されるように、２以上の異なる向きで前記測定チャンバに配置される構成にされる装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記試料ホルダは、第１及び第２の互いに異なる向きの間で前記電極が１８０度回転するように構成される装置。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の装置であって、
前記試料ホルダ及び測定チャンバは、対応する形状の階段状係合面を備え、前記階段状係合面が互いに係合される時に前記２以上の異なる向きを提供する装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の装置であって、
校正用治具を備え、前記校正用治具は、前記試料ホルダを所定位置に保持するように構成され、前記電極間の位置にある前記試料の平坦な表面は、前記校正用治具によって規定される前記試料ホルダの前記第１の部分に対して所定の位置に移動可能である装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記装置は、前記電極間の前記測定ボリュームにおける、前記液体電解質中に懸濁したトレーサ粒子の動きの大きさを、前記検出器によって検出された散乱光から測定するように構成される装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、
粒子の動きの測定値は、前記散乱光のドップラー解析によって求められる装置。
【請求項１７】
請求項１５又は請求項１６に記載の装置であって、
前記レーザ光線と前記試料表面との間の異なる複数の相対距離での、トレーサ粒子の動きの２以上の測定値の外挿によって、前記試料の平坦な表面のゼータ電位を測定するように構成される装置。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載の装置であって、
前記対向する一対の電極に交流電圧を印加するように構成されて、前記検出器による前記散乱光の検出の間、前記電極間に前記試料の前記平坦な表面を横断する交番電界を提供する装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、
前記交流電圧は、持続時間が７５ｍｓ以上の半サイクルを備える装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記半サイクルは、持続時間が７５ｍｓと１２００ｍｓとの間である装置。
【請求項２１】
試料の平坦な表面のゼータ電位を測定する方法であって、
対向する一対の電極を有し、前記試料の前記平坦な表面が前記電極表面と直角に位置合わせされるように、前記電極間の測定ボリューム内の位置に保持された前記試料を有する試料ホルダであって、静止部によって支持された作動機構を備え、前記作動機構が、前記静止部に対する前記試料の前記平坦な表面の位置を、前記平坦な表面に直交する方向に調整するように構成された試料ホルダを提供するステップと、
液体電解質を収容する測定チャンバの開口端に、前記試料ホルダを受容して、事前設定された向きに前記電極を配置するステップと、
前記試料ホルダが前記測定チャンバに受容された状態で前記測定チャンバを通るレーザ光源からの光線を、前記電極間に、かつ前記試料の前記平坦な表面に平行に向けるステップと、
前記測定ボリュームにおいて、前記液体電解質中に懸濁したトレーサ粒子からの散乱光を、検出器を用いて検出するステップと、
を含み、
前記レーザ光線と前記試料の前記平坦な表面との間の複数距離の範囲にわたって、散乱光が前記検出器によって検出される方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、表面の特性を判定する方法及び装置に関する。例示的な実施形態は、ディップセル構成における電気浸透流の測定によって表面ゼータ電位を判定する方法及び装置を含む。
【０００２】
［発明の背景］
電解液中で物質の表面電位又は電荷を測定するのに、公知である流動電位の現象が通常用いられる。キャピラリーフローの微細粒子分散液での測定結果が、表面電荷を判定するのに用いられ得る。測定技術は、そのような測定に専ら特化された専門的な装置を通常用いる。キャピラリーフロー又は分散粒子を用いた測定では、試料物質が、便利に又は簡単に準備できるとは限らない特定のフォーマットであることが必要とされ得る。
【０００３】
米国特許第７，２１７，３５０号は、分散液中の粒子の若しくはセル壁の電荷関連の特性又は派生パラメータを自動的に判定する方法を開示しており、その方法においては、光源からの光で分散液が照明され、粒子によって検出ボリューム内に散乱された光が検出される。１つの構成において、検出ボリュームは、両端に一対の電極を有する透明なキャピラリーセルを備え、液体中の粒子の分散のための閉塞ボリュームを形成する。別の構成においては、一対の電極は、部分的に液体試料で満たされたキュベットの互いに対向する側壁に設けられる。
【０００４】
米国特許第７，４４９，０９７号は、試料を閉じ込めるためのセルを備えた電気泳動移動度測定装置を開示しており、このセルは、透明電極側壁と、対向するセル壁上の別電極と、を有する。電圧がこれらの電極間に印加され、光が透明電極を介してセルの内部に入射する。散乱した光は、透明電極を介して受光され、ドップラー変位が測定される。
【０００５】
米国特許出願公開第２０１１／０２１０００２号は、溶液中での粒子及び分子の電気泳動移動度を測定する方法及び装置を開示しており、その装置においては、粒子の試料は、間に交番電界が印加される２つの電極を含むセル内に配置される。単色光ビームが試料を通過し、粒子によって散乱された光は、セルを出る際に集光及びコリメートされる。粒子の動きを測定するために、光位相情報が用いられる。
【０００６】
欧州特許第２４２３６７１号は、粒子特性評価セル及び装置を開示しており、そのセル及び装置においては、筒状のセル本体が内部空間を形成し、一対の電極がこの内部空間で互いに対向するように配置され、内部空間で液体試料を照射するレーザ光は、液体試料中の粒子によって散乱されて、光検出部によって検出される。
【０００７】
上述した文献のそれぞれが、電解液中に懸濁した微細粒子形状の試料の電気泳動移動度の測定を開示している。
［発明の概要］
本発明のいくつかの態様が、本出願において提示される。本発明の態様のうち少なくとも一部に係るシステムは、それらのシステムが、便利、正確、かつ信頼性のある、試料の表面電位の測定方法を提供し得るという点において有利となり得る。
【０００８】
第１の態様に従って、試料の表面電荷を測定する装置が提供され、この装置は、
対向する一対の電極を有する試料ホルダであって、試料の平坦な表面が電極表面と直角に位置合わせされるように、電極間の測定ボリューム内の位置に試料を保持する構成にされる試料ホルダと、
液体電解質を収容するための測定チャンバであって、試料ホルダを受容して電極を事前設定された向きに配置するように構成された開口端を有する測定チャンバと、
試料ホルダが測定チャンバに受容される際に、測定チャンバを通る光線を、電極間に、かつ試料の平坦な表面に平行に向けるように配置及び構成されたレーザ光源と、
測定ボリュームからの散乱光を検出するように配置及び構成された検出器と、を備え、
この装置は、試料の表面からの複数距離の範囲にわたって、検出器による散乱光の検出を可能とするように構成される。
【０００９】
試料の表面からの複数距離の範囲にわたる散乱光の検出は、複数の検出地点を含む大きな照明面積を有することによって、複数の照明源及び複数の検出地点を有すること、及び／又は、光線と試料ホルダとの相対運動を可能にすることによって、実現され得る。第１の選択肢は、複数距離の上記範囲にわたって広がる幅を有する光線、又は複数の光線、及び、試料表面からの規定された複数距離における複数の検出地点での散乱光を測定するために配置された、１つの検出器又は複数の検出器によって実現されてもよい。第１の選択肢に加えて提供され得る第２の選択肢は、その場で光線に対する手動又は自動的な試料の動きを可能にすることによって、及び／又は、試料表面に対して光線を移動させることによって、実現されてもよい。
【００１０】
本発明に係る装置の利点は、例えばキャピラリーセルを用いたシステムなどの既存の表面電荷測定システムと比較して、より迅速かつより便利な方法で物質の表面電荷測定値を得ることが可能なことである。特に、電極に対する試料表面の相対的な向き、並びに、試料ホルダが測定チャンバ内に挿入可能である及び測定チャンバから取り外し可能である構成は、容易に準備できる試料形状に対する便利な測定システムを可能にする。
【００１１】
試料ホルダは、第１の部分と第２の部分とを備えてもよく、その際、一対の電極は、第２の部分の遠位端に配置され、試料ホルダは、第２の部分を第１の部分に対して移動させるための作動機構を備えてもよい。作動機構の利点は、試料表面が、レーザ光線に対して所定位置にあるように、試料を配置することが可能であり、その結果、試料を光線に対し移動させつつ、正確かつ反復可能な測定値が得られることである。
【００１２】
作動機構は、電極表面に平行な方向、すなわち試料の表面に直交する方向に、第２の部分を第１の部分に対して移動させるように構成されてもよい。光線と電極との間の、及び電極と試料表面との間の直交する構成を維持することは、電解液に浸漬された時に表面の電荷特性を正確に測定するために、上記光線が用いられ得ることを確実にする。
【００１３】
作動機構は、第１の部分に対する第２の部分の直線移動のための、校正済みマイクロメータねじなどの回転可能な要素を備えてもよく、その利点は、レーザ光線に対する試料の複数位置の範囲にわたって繰り返し位置決め可能なことである。作動機構は、手動操作可能であってもよく、又は、電気的に駆動されてもよい。
【００１４】
試料ホルダは、電極が測定チャンバに対して２以上のそれぞれ異なる位置に配置されるように、２以上の異なる向きで測定チャンバに配置される構成にされてもよい。試料ホルダは、例えば、第１の異なる向きと第２の異なる向きとの間で電極が１８０度回転するように構成されてもよい。利点は、試料ホルダの細かい調整の必要なしでの試料上の簡易かつ迅速な測定のために、この２以上の構成が、レーザ光線に対する事前設定された位置に試料を配置するのに用いられ得ることである。異なる構成の数は、２つだけであることが好ましいが、さらなる構成も可能である。階段状係合面が互いに係合される時に上記２以上の構成が実現されるように、試料ホルダ及び測定チャンバは、対応する形状の階段状係合面を備えてもよい。
【００１５】
この装置は、校正用治具を更に備えてもよい。この校正用治具は、電極間の位置にある試料表面が、試料ホルダの第１の部分と相対的に、またそれにより、試料ホルダが測定チャンバに配置された時にはレーザ光線と相対的に、所定の位置に移動可能であるように、試料ホルダを所定位置に保持する構成にされる。校正用治具を使用することの利点は、試料ホルダが測定チャンバに配置される時に、レーザ光線と試料表面との間の距離を判定する必要なしに、試料を正確に配置することが可能なことである。
【００１６】
この装置は、電極間の測定ボリュームにおける、電解液中に懸濁したトレーサ粒子の動きの大きさを、検出器によって検出された散乱光から測定するように構成されることが好ましい。粒子の動きの測定値は、散乱光のドップラー解析によって求められてもよい。この装置は、レーザ光線と試料表面との間の異なる複数の相対距離での、トレーサ粒子の動きの２以上の測定値の外挿によって、試料の表面電位の大きさを測定するように更に構成されてもよい。
【００１７】
この装置は、対向する一対の電極に交流電圧を印加するように構成されて、検出器による散乱光の検出の間、電極間に試料の平坦な表面を横断する交番電界を提供することが好ましい。交流電圧は、半サイクルを、半サイクルの夫々の間に電圧が印加されない任意のインターバルを有する状態で備える矩形波の形態であってよい。各半サイクル、すなわち、正又は負電圧のいずれかが電極間に印加される交流電圧の部分は、持続時間が７５ｍｓ（ミリ秒）以上であってよく、任意には７５ｍｓと１２００ｍｓとの間であってもよく、更に任意には３００ｍｓ程度又はそれ未満であってもよい。半サイクルの夫々の間の任意のインターバルは、０ｍｓと１０００ｍｓとの間であってもよく、特に好適なインターバルは、２００ｍｓ程度である。
【００１８】
第２の態様に従って提供されるのは、試料の表面電荷を測定する方法であって、この方法は、
対向する一対の電極を有する試料ホルダであって、試料の平坦な表面が電極表面と直角に位置合わせされるように、電極間の測定ボリューム内の位置に保持された試料を有する試料ホルダを提供するステップと、
液体電解質を収容する測定チャンバの開口端に、試料ホルダを受容して、事前設定された向きに電極を配置するステップと、
試料ホルダが測定チャンバに受容された状態で測定チャンバを通るレーザ光源からの光線を、電極間に、かつ試料の平坦な表面に平行に向けるステップと、
測定ボリュームにおいて、液体電解質中に懸濁したトレーサ粒子からの散乱光を、検出器を用いて検出するステップと、を含み、
レーザ光線と試料の平坦な表面との間の複数距離の範囲にわたって、散乱光が検出器によって検出される。
【００１９】
本発明の第２の態様の任意かつ好適な特徴は、上述したような第１の態様の特徴に対応し得る。
本発明のさらなる態様に従って提供されるのは、トレーサ粒子を用いて試料の表面のゼータ電位を測定するゼータ電位測定装置であって、この装置は、
第１の電極表面と、
第１の電極表面から第１の軸に沿って隔てられた第２の電極表面と、
第１及び第２の電極間の測定ボリュームを規定する容器と、
測定ボリュームに隣接する試料を、第１及び第２の電極間の位置で保持するためのホルダと、
測定ボリューム内の１以上の位置に応答する光検出器であって、測定ボリューム内の複数の異なる位置におけるトレーサ粒子の動きを検出するように機能する光検出器と、を備える。
【００２０】
この装置は、試料と検出器との間に設けられた動力機構を更に備えて、試料と検出器との間の相対運動を引き起こし、検出器を複数の位置に対して応答可能にしてもよい。動力機構は、手動で駆動されてもよい。動力機構は、ジョグル（ｊｏｇｇｌｅ）ベースであってもよい。すなわち、２以上の異なる配向で、測定チャンバ又は容器に配置可能である試料ホルダに基づいていてもよい。動力機構は、電気的に駆動されてもよい。検出器は、自己相関ＰＡＬＳ検出器であってもよい。
【００２１】
この装置は、複数の異なる位置で記録された電位及び変位の差異に基づいて、ゼータ電位を計算するように機能するプロセッサを更に備えてもよい。
電極表面は平行であってもよく、複数の位置は、第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置されてもよい。
【００２２】
第１及び第２の電極、容器、及びホルダは全て、検出器を備える計器内に位置するように構成された、取り外し可能なキュベットに保持されてもよい。
本発明のさらなる態様に従って提供されるのは、トレーサ粒子を用いて試料の表面のゼータ電位測定値を得る方法であって、この方法は、
試料を電解液に接触させるステップと、
トレーサ粒子を電解液に導入するステップと、
電解液を横断する電界を印加するステップと、
電解液内の１以上の位置におけるトレーサ粒子の変位を測定するステップと、を含む。
【００２３】
この方法は、上記測定するステップの結果から、ゼータ電位を導出するステップを更に含んでよい。
この方法は、塑性（ｐｌａｓｔｉｃ）物質を含む試料に適用されてもよい。この方法は、固体の生物系物質を含む試料に適用されてもよい。
【００２４】
変位を測定するステップは、電解液内の少なくとも２つの位置、任意には少なくとも３つの位置において変位を測定するステップを含んでもよい。
本発明のさらなる態様に従って提供されるのは、トレーサ粒子を用いて試料の表面のゼータ電位測定値を得る方法であって、この方法は、
懸濁したトレーサ粒子を有する電解液に試料を接触させる手段と、
電解液を横断する電界を印加する手段と、
電解液内の１以上の位置におけるトレーサ粒子の変位を測定する手段と、を含む。
【００２５】
接触させる手段は、懸濁したトレーサ粒子を有する電解液を保持する手段と、保持する手段において所定位置で試料を保持する手段と、を含むディップセルを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
［詳細な説明］
本発明の態様及び実施形態を、例として、以下の添付図面を参照しながら、以下に更に詳細に説明する。
【図１】図１は、本発明に従う例示的なゼータ電位測定装置の斜視概略図である。
【図２】図２は、試験対象表面の流動幾何を示す概略図である。
【図３】図３は、図２の装置用の試料ホルダ試験セルの正面図である。
【図４】図４は、図２の装置用の試料ホルダ試験セルヘッドの断面図であり、異なる試験セルヘッド位置に対する異なる測定ビーム位置を示す。
【図５】図５は、図３の試料ホルダ試験セルの実施態様の斜視図である。
【図６】図６は、調整又は校正用治具内の位置にある、図３の試料ホルダ試験セルの平面図である。
【図７】図７ａ〜７ｃは、測定チャンバに対する２つの異なる配向のために構成される、例示的な試料ホルダ試験セルの側面図である。
【図８ａ】図８ａは、時間の関数としての、図３の試験セルに印加される電圧のプロットである。
【図８ｂ】図８ｂは、時間の関数としての、試験セルを通る電流と共に、試験セルに印加される電圧のプロットである。
【図９】図９は、図４の試験セルの電極アセンブリの概略図であり、異なる測定位置においてセルに印加された電圧によって生じる、粒子及び流体の流れを示す。
【図１０ａ】図１０ａは、図９に示される測定位置Ａ〜Ｅについての、時間の関数としての、変位（位相によって示される）のプロットのファミリーである。
【図１０ｂ】図１０ｂは、数が増加した測定位置についての、時間の関数としての、変位のプロットのさらなるファミリーである。
【図１１】図１１は、図９に示される測定位置についての、試料表面からの変位の関数としての、記録された電位のプロットである。
【図１２】図１２は、様々な温度の水についての、変位の関数としてのＲ２のプロットである。
【図１３】図１３は、ＰＴＦＥ試料の一連の測定についての表面電位のプロットである。
【図１４】図１４は、図１の装置を用いて測定された、他の技術と併せた、ＰＴＦＥ試料のｐＨの関数としての、表面電荷のプロットである。
【図１５】図１５は、図１の装置を用いて測定された、他の技術と併せた、シリカの試料のｐＨの関数としての、表面電位のプロットである。
【図１６】図１６は、図１の装置についての、他の技術と併せた、温度の関数としての、２５℃で記録された値に対して正規化された表面電位のプロットである。
【図１７】図１７は、図１の装置を用いて、及び、他の技術を用いて測定されたＰＴＦＥ試料のｐＣの関数としての、表面電位のプロットである。
【図１８】図１８は、図１の装置を用いて、及び、他の技術を用いて測定された、ポリカーボネート試料のｐＣの関数としての、表面電位のプロットである。
【図１９ａ】図１９ａは、ｐＨ３．５のゲータイト中での純粋なＰＴＦＥの試料の変位の関数としての、見掛け上のゼータ電位のプロットである。
【図１９ｂ】図１９ｂは、ｐＨ３．５のゲータイト中での、乾燥ゲータイトを含むＰＴＦＥの試料の変位の関数としての、見掛け上のゼータ電位のプロットである。
【図１９ｃ】図１９ｃは、ｐＨ９．０のＤＴＳ０２３０中でのＰＥＥＫ  ４５０Ｇの試料の変位の関数としての、見掛け上のゼータ電位のプロットである。
【図１９ｄ】図１９ｄは、ｐＨ９．０のＤＴＳ０２３０中でのＰＴＦＥの試料の変位の関数としての、見掛け上のゼータ電位のプロットである。
【図２０ａ】図２０ａ〜２０ｅは、ｐＨ９．０及びｐＨ２．６７の１ｍＭ塩化カリウム中での、平滑なＰＴＦＥブロックの表面からの変位の関数としての、７５ｍｓ（図２０ａ）と６００ｍｓ（図２０ｅ）との間の異なる時間間隔にわたる、正規化された粒子変位測定値のプロットである。
【図２０ｂ】図２０ａ〜２０ｅは、ｐＨ９．０及びｐＨ２．６７の１ｍＭ塩化カリウム中での、平滑なＰＴＦＥブロックの表面からの変位の関数としての、７５ｍｓ（図２０ａ）と６００ｍｓ（図２０ｅ）との間の異なる時間間隔にわたる、正規化された粒子変位測定値のプロットである。
【図２０ｃ】図２０ａ〜２０ｅは、ｐＨ９．０及びｐＨ２．６７の１ｍＭ塩化カリウム中での、平滑なＰＴＦＥブロックの表面からの変位の関数としての、７５ｍｓ（図２０ａ）と６００ｍｓ（図２０ｅ）との間の異なる時間間隔にわたる、正規化された粒子変位測定値のプロットである。
【図２０ｄ】図２０ａ〜２０ｅは、ｐＨ９．０及びｐＨ２．６７の１ｍＭ塩化カリウム中での、平滑なＰＴＦＥブロックの表面からの変位の関数としての、７５ｍｓ（図２０ａ）と６００ｍｓ（図２０ｅ）との間の異なる時間間隔にわたる、正規化された粒子変位測定値のプロットである。
【図２０ｅ】図２０ａ〜２０ｅは、ｐＨ９．０及びｐＨ２．６７の１ｍＭ塩化カリウム中での、平滑なＰＴＦＥブロックの表面からの変位の関数としての、７５ｍｓ（図２０ａ）と６００ｍｓ（図２０ｅ）との間の異なる時間間隔にわたる、正規化された粒子変位測定値のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を参照すると、本発明の一態様に係る例示的な表面電荷測定装置１０は、光源１４と、電解液に接触する試験表面１２を有する試験対象試料２２を保持するための試料セル１６と、検出器１８と、を備える。装置１０は、試験対象試料２２の試験表面１２のゼータ電位を判定するのに用いられ得る。他の構成も可能であるが、光源１４及び検出器１８は、他の光学要素と共に粒子測定システムの一部を形成することが好ましい。他の光学要素は、このシステムが、文献［１２］に記載されているようなレーザドップラー位相電気泳動分析光散乱測定プロトコルを実行することを、可能にするものである。このタイプの粒子測定装置は、英国マルバーンのマルバーン・インストゥルメンツ社から入手可能であり、その例は、国際公開第２０１０／０４１０８２号として公開される国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５１３５０号に更に記述されており、この公報は、参照により本明細書に援用される。
【００２８】
図２も参照すると、装置１０は、外部電界が表面に平行に印加された、単一帯電試験表面１２近傍の電解液の電気浸透流を測定する光学技術に従って動作する。この技術は、標準型のキュベットの中に収まることが可能であって、それゆえ電気泳動測定を目的とする計器類（例えばマルバーン・インストゥルメンツ社製装置のゼータサイザーのラインナップ）において使用可能である、簡便な「ディップセル」フォーマットの光学検出システムに対して提示される、単一の試験プレートを使用する。
【００２９】
試験対象の表面１２は、外部電界Ｅxが印加された電解液９６中に浸漬される。この技術は、数百マイクロメータ（μｍ）程度の変位を特徴とし、そして、試験対象表面１２の滑り面は、ｙ＝０の面と一致すると推定され得る。電界Ｅxと電解液中のイオン種の存在とが、ｙ＝０における表面に沿った電気浸透流体運動を引き起こす。
【００３０】
このシステムに圧力勾配がなく、流れが遅く、及び、定常状態にあると仮定すると、ナビエ・ストークス方程式は、以下の式まで単純になる。
【００３１】
【数１】
0006023184.tif 000002
式中、ｖ（ｔ，ｘ，ｙ）は、境界に平行な流体速度の成分であり、ρは流体密度であり、ηは流体粘度である。座標ｘは境界に平行であり、ｙは垂直である。境界に垂直な流れはないため、連続性は、ｖがｘの関数ではないことを示唆しており、この方程式は、以下の１次元同次の熱又は拡散方程式に簡約される。
【００３２】
【数２】
0006023184.tif 000003
式中、ｋ＝η／ρである。これは、初期条件ｖ（０，ｙ）＝０及び境界条件ｖ（ｔ，０）＝ｖeo（式中、ｖeoは、境界における流体速度である）を有するため、我々は、一様な初期条件及びディリクレ境界条件を有する半直線（０，∞）上の問題を抱え、次のように閉形式で表すことができるグリーン関数の解を有する。
【００３３】
【数３】
0006023184.tif 000004
これは、次の閉形式の解を有する。
【００３４】
【数４】
0006023184.tif 000005
式中、ｅｒｆは、誤差関数である。２５℃の水では、方程式（４）の角括弧内の項は、ｔ≧７５ｍｓに対してｙ≧７５０μｍ、又は、ｔ≧３００ｍｓに対してｙ≧１．５ｍｍで、消滅する。この大きさの時間間隔は、ＰＡＬＳを用いた電気泳動運動のモニタリングに典型的なものであり、検出光学系に関する試験対象表面の調整は、マイクロメータステージを用いて、これらの距離内で容易に実現される。したがって、様々な地点ｙiでのｖi（ｙi）の測定値への方程式（４）のフィットは、続いてｙ軸切片に外挿することができ、ｖeoを得ることができる。このことは、文献［３５］の第２．２．２．１項に、より詳細に記述されている。表面ゼータ電位ζとｖeoとの関係は、次の式によって与えられる。
【００３５】
【数５】
0006023184.tif 000006
式中、Ｅxは電界強度であり、εは電解液の比誘電率であり、ηは電解液粘度である（文献［１１］も参照）。
【００３６】
流体運動の測定（地点ｙiにおける）は、電解液中に分散させたトレーサ粒子の試験対象表面に沿った動きの検出によって実現されるとともに、可動性は、ＰＡＬＳ（位相解析光散乱）技術を用いて測定される。
【００３７】
図３〜５も参照すると、試料ホルダ試験セル１６は、第１の部分３４と、遠位端にて支持及び配置された試験セルヘッド２０を有する可動部分３６の形状である第２の部分と、を備える。試験セルヘッド２０は、図４で更に詳しく描かれており、プレート形状、すなわち平面状であることが好ましい、一対の電極２４，２６を備える。電極２４，２６は、測定ボリューム２７の両側に配置されており、測定ボリューム２７において、試験試料２２は、平坦な試験表面１２を電極２４，２６の平坦な表面に直角に向けて、配置され得る。使用時には、電極２４，２６と試験試料２２とを備える試験セルヘッド２０は、トレーサ粒子を含む電解液中に浸漬され、この電解液は、電極２４，２６によって印加される電界が横断する媒体を提供する。
【００３８】
試料ホルダ３０は、マイクロメータなどの調整機構３２を備え、調整機構３２は、静止部３４によって支持される。光源１４からの測定ビーム２８（図４）が試験表面１２からの複数距離の範囲にわたって試験表面１２と交差して向けられるように、調整機構３２は、試験セルヘッド２０の位置が、試験表面１２の法線方向に、静止部３４に対して調整されることを可能にする。試験セル本体３０の支持部３２は、機械的及び電気的に装置の各部と連動して、試験セルが取り外し可能かつ精密に測定ビーム２８に対して装置内に精密に配置されることを可能にする、１つ又はそれ以上のインターフェース表面３８を備えていてもよい。図５に示される例示的な実施形態では、試験セル１６は、上述のゼータサイザー装置のラインナップ用の試験キュベットの標準形状因子に適合するように設計される。調整機構３２は、手動で操作されてもよいし、電動式であってもよい。
【００３９】
試験セル１６は、図６に示されるように、校正用治具４０に取り付けられてもよい。その際、調整機構３２は、試験試料２２の表面と、校正用治具４０の対応する係合面（図６において位置Ａに示される）と、の間に隙間がなくなるまで、試験試料２２の表面の位置を調整するのに用いられ得る。すると、ユーザは、例えばマイクロメータの形態である調整機構３２を、この基準面から要求される測定位置に設定することができる。この技術は、異なる試験プレート厚さが収容されることを可能にする。試験セル１６は、続いて治具から取り除かれ、対象液体電解質中に分散させたトレーサ粒子を含む、測定チャンバ又はキュベット内で浸漬され、測定用装置内に載置されることができる。
【００４０】
概して、本明細書に記載されるタイプの試験セルを用いて得られたデータは、再現性が高い傾向にあり、その標準エンジニアリング公差は、不確実性を最小限に低減するのに十分である。再現性を高めるために、さらなる機能が試験セルに組み入れられてもよく、その例が図７に示されている。この実施形態では、例えば上述したような校正用治具を用いて、ビームに対する試験表面の高さを正しく設定して、試験試料の厚さを収容するのに、マイクロメータ調整機構が使用される。一旦校正されれば、試験セルは、測定チャンバに対する２つ又はそれ以上の事前設定された測定位置に配置されてもよく、位置のそれぞれは、測定ビームと試料の試験表面との間に事前設定された距離を有する。このことは、試験セルの静止又は支持部３４に、階段状領域３８を設けることによって実現され得て、階段状領域３８は、測定チャンバに対する試験セルの向きに応じて、２つの異なる位置を可能にする。図７に示される例示的な実施形態では、どちらの相対位置が選択されるかを選ぶために、試験セルが１８０°（πラジアン）回転され得る。方程式２の関係による線形仮定が正しければ、２つの測定位置は、ｍとｖeoとの両方に対する値を得るのに十分なはずである。しかしながら、精度向上のために、対応する複数の異なる測定位置を可能にする、一連の２以上の階段状領域を例えば設けることによって実現され得る、さらなる事前設定位置が好ましい場合がある。
【００４１】
１つの例示的な実施形態では、試験セルは、５００μｍピッチのねじを有してよく、セル位置ｙ、すなわち、静止部３４と可動部３６の端部との間の距離の調整は、ばねによって与えられる付勢力に対抗して調整ノブを回し、それによりヒステリシス及び相対的な位置の不確実性を低い又は無視できるレベルまで低減させて、行われてもよい。任意の厚さのプレートに対してゼロ点を設定するために、セルは、前方角度における計数率をモニターすることによって判定するようにして、レーザ光線が不明瞭となる地点にくるまで、測定チャンバに対して下向きに調整され得る。この例示的な実施形態では、レーザ光線は、図１に示されるように、４０μｍ程度のビーム幅でセルを通過し、その結果、最大不確実性は±２０μｍ程度となる。粒子移動度データも記録されてよく、その結果は方程式４の関係を用いて縮小され得る。
【００４２】
図９も参照すると、液体電解質９６中に懸濁した帯電トレーサ粒子９５は、作動中、対向する電極２４，２６間への電界印加下で移動する。トレーサ粒子９５は、検出器１８によって検出される照射ビームからの光を散乱させる。試料を照射する前に入射ビーム１５から分岐された基準ビーム２９（図１）を用いて、入射光１５に対する散乱光１７の位相を測定することができる。この位相は、測定液９６中のトレーサ粒子９５の速度に対して線形である。試験セル３０の静止又は支持部３４は、照明光学測定ビーム２８（図４）に対して固定されているため、プレート位置は、マイクロメータなどの調整機構３２（図５）を用いて変更可能であり、それにより可動部３６（図３）を、支持部３４ひいては測定ビーム２８に対して平行移動させることができる。そのようにすることで、試験試料表面１２からの複数の距離において、測定ビーム２８を用いて、試料の複数の測定値を得ることができる。
【００４３】
図９に概略的に示されるように、電極２４，２６間の測定ボリュームを横断する電界を印加すると、トレーサ粒子９５は、流体の電気浸透運動ｖi（ｙi）（実線のベクトル９１Ａ〜Ｄによって表示）と、電気泳動運動ｖep（破線のベクトル９２Ａ〜Ｅによって表示）によるものと、の両方の影響を受けて移動する。検出された移動の総量は、これらのベクトルの和によって与えられ、それは図９において点線のベクトル９３Ａ〜Ｅによって表示される。電界強度Ｅxは、測定液の導電率の測定値及び電界印加中の電流の測定値から判定され得る。このことにより、セルに印加された電位から電界を計算するよりも、正確なＥxの推定値が得られる傾向がある。
【００４４】
図８ａは、例示的な試験セルの電極に経時的に印加された電圧のプロットを示す。このケースでは、電圧は、約０．４２Ｈｚの周波数で切り替えられるが、これは、電界印加中の電流推定値における不確実性の増大を引き起こす可能性がある電荷移動による、分極濃度効果を最小限にするためになされる。６００ｍｓの期間にわたる連続した相対する電圧の印加と印加の間の約２００ｍｓのオフタイム５０は、それに続く逆極性が開始される前にこのシステムをゼロまで緩めるために用いられる。
【００４５】
図８ｂは、例示的な試験セルの時間の関数としての、電圧８１（左側の目盛り）及び電流８２（右側の目盛り）のさらなるプロットである。電圧８１は、一連の矩形波パルスの形で印加され、派生電流８２は、各パルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの後に最高値に達し、漸進的減衰がそれに続く。
【００４６】
図１０ａは、時間の関数としての位相（粒子の変位に対応）の一連のプロットを示す。単位時間当たりの変位（すなわち粒子の速度）は、連続した電圧パルスと電圧パルスの間のインターバル中に、０程度まで下がる。各オンタイムパルス中の全体的な変位は、オンタイム期間全体の平均と解釈される。これは、例えば慣性又は圧力勾配による影響等を無視する、単純化したモデルに基づいているが、以下の項における結果が示すように、この単純なモデルは、方程式２の関係に従って、合理的に線形である測定値を提供し、この測定値は、他の技術に基づく文献値と比較して精密かつ正確な結果を生むものである。図１０ｂは、試料表面に対する数を増やしたビーム位置の、時間の関数としての位相の同様の一連のプロットを示す。
【００４７】
試料の表面電荷の測定値を得るのに、異なる測定方式が採用され得る。マイクロメータの調整を用いて設定される複数のビーム位置にて、上述したように、ゆっくり変化する電界を用いて、一連の測定値が得られてもよい。このマイクロメータは、電動式であってもよいし、手動で調整されてもよい。ゆっくり反転する電界の測定値は、別法として、図７に示され上述されているように、例えば適切に構成された試料ホルダの向きを反転させることによって、２つの位置でのみ得られてもよい。これは、２つのデータ地点のみに基づく外挿に起因する、不確実性の増加につながる可能性があるが、操作が簡略化され、繰り返し性が向上するという利点を有する。
【００４８】
１つ又は２つの位置が測定に用いられる、別のタイプの測定が行われ得る。適切なモデルが、スロー（ｓｌｏｗ）電界の位相のプロットにフィットされ、このモデルから電気浸透及び電気泳動が算出される。電気泳動は、スロー電界と同じ位置、又は壁から更に離間した第２の位置のいずれかにおいて測定され得る。この測定方式は、壁電荷のサインの判定を可能にするものであり、米国特許第７，２１７，３５０号及び欧州特許第１１５４２６６号においてより詳細に論じられている。この両特許は、参照することによって本明細書に援用される。
【００４９】
ｐＨ９．２のバッファに浸漬されたＰＴＦＥブロックからなる試料について、カルボキシル化ラテックストレーサ粒子を用いて得られた測定値から記録されたゼータ電位の値が、表面からの変位に対してプロットされて、図１１に示されている。光検出位置が表面から離間するように移動するにつれて（地点Ａ〜Ｄ）、結果として起こる運動への電気浸透の寄与度は、およそ位置Ｅで、検出された運動が実質トレーサのゼータ電位ζepを算出可能であるトレーサの電気泳動運動だけになるまで（図１１における位置Ｄと位置Ｅとの間の領域に対応）、減少する。ｙ軸切片は、線形フィットから、地点Ａ〜Ｄにわたるデータに対して外挿され得て、滑り面での表面ゼータ電位、すなわちｙ＝０での表面ゼータ電位が続いて下記式によって与えられる。
【００５０】
【数６】
0006023184.tif 000007
このデータは、表面からの変位に対して各変位において記録された電位の最小二乗線形回帰を用いてまとめられた。そして、表面ゼータ電位における全体的な不確実性の尺度を与えるために、切片における標準誤差が、求積法で、電気泳動移動度（位置Ｅで記録）の不確実性に対して加えられた。線形フィットは、傾きの、またそれにより切片の、より正確な推定値をもたらすために、地点Ｄを越える領域を回避する一方で、逆に表面から可能な限り外にまで拡張している。
【００５１】
セルが浸漬される分散剤の粘度は、温度と共に変化する。具体的には、低粘性流体は、試料表面からの距離が大きくなると、結合する効率が低くなり、したがって、同じ距離において、高温であるほど、低温である時より低い電気浸透成分を呈すると、我々は予想する。これを評価するために、トレーサとして乳剤代替物（ｍｉｌｋ  ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ）を用いて、ｐＨ７．０±０．１の１ｍＭ塩化カリウム中で、シリカプレートが測定された。この結果は、ｙ＝７５０μｍまでの変位で、そして図１２でプロットされている温度の範囲の、記録された電位の平均値のＲ２値の形で提示される。２５℃において、フィットは、７５０μｍを上回るまでは良好である（１に近いＲ２値によって示される）。しかしながら、予想されるように、温度が上昇するにつれて、線形領域は、５℃の温度上昇によってでさえ７５０μｍでＲ２値を＞０．９９から約０．９７まで低下させるのに十分な程度に減少する。結果的に、ノミナルで２５℃である周囲温度又はその付近の温度で測定が行われるのが好ましく、Ｒ２値が０．９９を下回る地点によって最大変位が設定される。
【００５２】
文献にて報告される他の技術による測定値との比較を用いたこの新技術の正確性、精度、再現性を実証するために、様々な測定が行われた。この技術の再現性は、ＰＴＦＥブロックと、ｐＨ９．２のバッファ中に分散された３００ｎｍのカルボキシル化ラテックスビーズと、からなる周知の模範的なシステムについて調査された。ラテックスは、このｐＨで−６８ｍＶ±１０％の安定したゼータ電位を有することが知られており、このゼータ電位は、劣化なく長期間レーザドップラー電気泳動（ＬＤＥ）を用いて測定可能である。測定されたＰＴＦＥ試料の表面電位は、図１３に示されている。各実験は、新しいトレーサ分散を用いて、ＰＴＦＥブロック及び電極を、ヘルマネックス（Ｈｅｌｍａｎｅｘ（登録商標））で、続いて大量の脱イオン水及びブラシで洗浄した後に行われた。
【００５３】
【表１】
0006023184.tif 000008
図１３のデータから異常値は削除されておらず、−７０．０ｍＶ±７．５ｍＶという全体的な表面ゼータ電位の結果は、上の表１に示されている入手可能な文献値からの平均値である−６７．０ｍＶ±１１ｍＶとよく一致している。分散したゼータ電位測定値に関するＮＩＳＴ（米国標準技術研究所）トレーサブル標準であるゲータイトは、合否のＲＳＤ（相対標準偏差）を１０％と見積もっており、それは、この技術が、表面電位測定値を、−（７．５／７０）×１００％＝１１％によって与えられる、ほぼ同じ不確実性まで再現することができるということを示している。
【００５４】
ｐＨに対する表面電位の滴定（ｔｉｔｒａｔｉｏｎ）は、この技術の主な適用の１つとなる可能性がある。ＰＴＦＥ及びシリカの一連の測定は、１ｍＭ塩化カリウム中で行われ、ｐＨは、塩酸及び水酸化カリウムを用いて変化させた。乳剤代替物（文献［３５］に更に詳細に記載）が、全ての測定のトレーサとして使用された。各ｐＨポイントは、セルを用いた個別の測定シーケンスに対応する。
【００５５】
図１４及び１５は、その結果が、等電点（ＩＥＰ）の領域で試験された全てのｐＨ値において、流動電位、分散粒子、及びキャピラリー電気浸透の測定値と良好に概ね一致していることを示している。ｐＨ値が高くなると、一致の程度が下がるが、これは、全ての技術の一般的な特徴のようである。この新技術によって得られるデータについては、全ての利用可能な表面電荷群がイオン化されるため、表面電位は、高いｐＨ（及び低いｐＨ）で飽和することが予想される。両プロットにおけるエラーバーを見てみると、不確実性とｐＨとの間に傾向が存在するようには見受けられず、典型的な不確実性は±２〜３ｍＶである。乳剤代替物の等電点は、ｐＨ４にある。記録された表面電位における不確実性の増加は、表面ＩＥＰが、表面とほぼ同じ値である時（図１４）にも、異なる値である時（図１５）にも検出されていない。このことは、トレーサのＩＥＰが、それが試験対象表面に付着するほど実験が長きにわたっていない限り、無視されてもよいことを示している。このケースでは、各変位は記録されるのに１２０秒かかったが、５つ又は６つの変位位置にわたって、ｐＨポイント毎に単一の分散液が用いられ、明らかな精度の低下なく、試料が最長２０分間浸漬された。
【００５６】
Ｋｉｒｂｙ及びＨａｓｓｅｌｂｒｉｎｋ（文献［２２］）は、科学的記録には、表面電位と温度との関係に関する研究はまばらにしか存在しないと指摘している。互いに強い食い違いをみせる注目すべき寄稿が少数存在する。比較として、アプリケーション特有の、温度に関する技術の性能の実証として、シリカ試験プレートの表面電位が測定された。ゼータ電位と温度との関係の実験的証拠の多くは、Ｉｓｈｉｄｏ及びＭｉｚｕｔａｎｉ（文献［２］）並びにＳｏｍａｓｕｎｄａｒａｎ及びＫｕｌｋａｎｉ（文献［２６］）によるものであり、彼らの流動電位測定値は、ｐＨ７．０の１ｍＭ及び１０ｍＭ硝酸カリウム中のシリカのゼータ電位において、１℃当たり１．７５％の増加を予測している。コーティングされていない顕微鏡スライドが切断されてセルに取り付けられ、ｐＨ７．０±０．１の１ｍＭ塩化カリウム中で表面ゼータ電位が測定された。そのデータは、２５℃で記録された値に対して正規化された、温度に対する表面電位のプロットを有する図１６に示されている。我々のデータは、０．３４％の勾配を予測しており、それは、流動電位の結果との一致はよくないが、１℃当たり０．３９％の勾配を測定した、Ｅｖｅｎｈｕｉｓら（文献［５］）によるキャピラリー電気泳動を用いたより最近の研究とよく一致している。エラーバーは、この技術が、ＲＳＤが５％から１０％まで変化するような、温度変化に伴う再現性を有するものであること、及び、温度に伴う明らかな不確実性の増加はないということを実証している。セル全体（ディップセル、キュベット、及び分散剤）が、装置の温度制御されたセルブロックに浸漬されており、それゆえ、装置全体を同じ設定温度に保つことができるように（文献［２２］参照）、各温度を設定することは他の技術と比較して実行が簡単である。
【００５７】
塩類濃度を増大させることは、同じ電界強度に対して流れる電流を増大させ、これは、ジュール加熱及び分極濃度効果を発生させ得る。これらは、記録された粒子移動度における不確実性を増大させ得る。塩化カリウム中でのポリカーボネート及びＰＴＦＥ試験ブロックの表面電位測定は、トレーサとして乳剤代替物を用いて、０．１ｍＭと５０ｍＭとの間の塩類濃度で行われた。ジュール加熱を回避するために、電気泳動測定の前後に試料の導電率が測定され、導電率及びしたがって試料温度の違いが無視できる程度になるまで、電界強度が漸減された。下の表２は、ｐＣ＝−ｌｏｇＣである各濃度Ｃにおける信号対雑音比を最大にするために用いられる、電界強度と、それに続く積分時間と、を示している。
【００５８】
【表２】
0006023184.tif 000009
ＰＴＦＥのデータは図１７に示され、ポリカーボネートのデータは図１８に示されている。最初に、表２で用いられている電界強度及び積分時間では、測定値の不確実性とｐＣとの関係が明らかでないということを指摘しておく。ＰＴＦＥデータの不確実性は、全ての技術の平均の結果の広がりとほぼ同程度であり、ポリカーボネートのケースに対して、ずっと低い。
【００５９】
我々は、一価の対イオンに対して、表面電位と塩類濃度との間の原点を通る、表面電位とｐＣと間の線形関係を予想する。ポリカーボネートディップセルのデータは、ゼロに近い切片を有する直線にフィットするという点において辻褄が合うが、文献間でかなりのばらつきがある。ディップセルとＲｏｂｅｒｔｓらのデータ（文献［２３］）との両方が、低切片を有する線形であり、そこで我々は、この差異を、例えば表面平滑性などの、試料の特性における真の差異に起因するものと考えることができる。例えば、我々の場合では、ポリカーボネートは、高度に研磨された表面を有する成形部品から取り出された小さなブロックであった。これらのデータにおいて、全体的なゼロの切片はあまり説得力がなく、＋２０ｍＶにより近い切片の方が適しているが、このＰＴＦＥの結果は、文献値と総体的によく一致している。
【００６０】
図１９ａ〜１９ｄは、試料と電解液との様々な組合せに対して、記録されたゼータ電位のさらなる結果を示している。図１９ａは、ｐＨ３．５のゲータイト溶液中での純粋なＰＴＦＥプレートの結果を示している。図１９ｂは、ｐＨ３．５のゲータイト溶液中での、乾燥ゲータイトを有するＰＴＦＥプレートの結果を示している。これらの測定結果のセット間の違いは、電解液中に懸濁又は溶解された物質によって汚染されていない試料物質の正確な測定値を得るために、純粋な試料を確保することの重要性を示している。図１９ｃは、ｐＨ９．０のＤＴＳ０２３溶液中でのＰＥＥＫ  ４５０Ｇプレートの結果を示しており、図１９ｄは、同種の溶液中でのＰＴＦＥプレートの結果を示している。これらの測定値からの結果は、以下の表３に集約されており、結果の抜粋が、文献［１］からの結果と比較されている。
【００６１】
【表３】
0006023184.tif 000010
図２０ａ〜２０ｅは、ｐＨ９．０及びｐＨ２．６７の１ｍＭ塩化カリウム中にて取付けられ及び測定された平滑なＰＴＦＥブロックについて、０〜７５ｍｓ（図２０ａ）、０〜１５０ｍｓ（図２０ｂ）、０〜３００ｍｓ（図２０ｃ）、０〜４５０ｍｓ（図２０ｄ）、及び、０〜６００ｍｓ（図２０ｅ）の時間間隔での、正規化された粒子変位測定値のプロットを示している。ｐＨ９．０では、表面は高度に負に帯電され、ｐＨ２．６７では、高度に正に帯電される（文献［１］参照）。トレーサ粒子に用いられる乳剤代替物もまた、ｐＨ９．０では負であり、ｐＨ２．６７では正であった（さらなる詳細については、文献［３５］の付属書類Ｂ参照）。各電界の半サイクルは、総持続時間中６００ｍｓであった。最小二乗線形フィットが、この間隔の７５ｍｓ、１５０ｍｓ、３００ｍｓ、４５０ｍｓ、及び６００ｍｓという様々なサブセットにわたって、位相プロット（図１０ａ）に適用され、各変位地点Ａ〜Ｅにおける単位時間当たりの平均位相シフトが得られる。試験表面からの各距離における、問題となっている時間間隔でのトータルの粒子変位は、オンタイムパルス（図８ａ）の間の平均トータル位相シフトに正比例する。このトータルの粒子変位は、図２０ａ〜２０ｅのそれぞれにプロットされている。その実験データもまた、データの二次多項式外挿の間において、切片（ｙ＝０）に対し、図９に示される点Ｅに向かう漸近線の推定値から、正規化された。この漸近線は、表面から遠く離れた電気浸透流が全くない場合の、トレーサ粒子の限界電気泳動移動度による。正規化は、トレーサ速度を除去して、データを上記方程式（４）によって示されるモデルと直接比較することを可能にする。このモデルへのフィットは、正及び負に帯電した表面の両方の、３００ｍｓ又はそれ以下での位相データに適している。３００ｍｓを超えると、フィットは説得力に欠けることになり、我々はこれを、電気浸透流の抑制に働く背圧の漸進的な蓄積に起因するものと考える。これらの結果及び関連するモデルのさらなる説明は、文献［３５］に開示されており、その内容は、参照することによって本明細書に援用される。
【００６２】
結論として、レーザドップラー電気泳動を用いた表面ゼータ電位測定のための新規のより簡便な技術を提示してきた。この技術は、模範的なシステムに対する約１０％以下の再現性の相対標準偏差によって特徴付けられ、文献値とよく一致する表面電位値であって正確かつ再現可能である表面電位値を、様々な表面タイプに対する流動電位、電気浸透（キャピラリー）流動及び粒子分散、最高で４０℃までの温度、並びに０．１ｍＭ〜５０ｍＭの範囲のイオン強度から生み出すことが示されている。
【００６３】
本発明が、多数のその具体的実施形態に関連してここまで説明されてきた。しかしながら、本発明の範囲に入ると考えられる多数の変形が、今や当業者には、明らかであるはずである。例えば、検出位置を調整するために、マイクロメータ及びジョグルベースのアプローチが示されてきたが、ミラーを動かすなど他のアプローチもまた採用され得る。したがって、本発明の範囲が限定されるのは、本明細書に添付の特許請求の範囲によってのみであることが意図されている。更に、請求項の提示の順序は、請求項中のいかなる特定の用語の範囲も限定しないものと解釈されるべきである。本出願において言及された全ての文献は、全ての目的のために、参照により本明細書に組み込まれる。
【００６４】
［参考文献］
[1] C. Werner, H. Korber, R. Zimmerman, S. Dukhin, H.-J. Jacobasch, “Extended electrokinetic characterisation of flat solid surfaces”, J. Colloid Interface Sci. 208 (1998) 329-346.
[2] T. Ishido, H.J. Mizutanio, J. Geophys. Res. 86 (1981) 1763-1775.
[3] I. Gusev, C.J. Horvath, J. Chromatogr. A 948 (2002) 203-223.
[4] J. Hoggard, P. Sides, D. Prieve, Langmuir 21 (16) (2005) 7433-7438. 
[5] C.J. Evenhuis, R.M. Guijt, M. Macka, P.J. Marriot, P.R. Haddad, Electrophoresis 27 (2006) 672-676. 
[6] J.C. Reijenga, G.V.A. Aben, T.P.M. Verheggen, F.M. Everaerts, J. Chromatogr. A 260 (1983) 241-254. 
[7] W. Schutzner, E. Kenndler, Anal. Chem. 64 (1992) 1991-1995. 
[8] M. Kosmulski, E. Matijevic, Langmuir 8 (1992) 1060-1064.
[9] A. Doren, J. Lemaitre, P.G. Rouxhet, J. Colloid Interface Sci. 130 (1989) 1. 
[10] S. Nakamura, Membrane 30 (6) (2005) 344-347.
[11] R.J. Hunter, Zeta Potential in Colloid Science, Academic Press, 1981. 
[12] K. Schatzel, J. Merz, “Measurement of small electrophoretic mobilites by light scattering and analysis of the amplitude weighted phase structure function”, J. Q3 Chem. Phys. 81 (5). 
[13] B.J. Berne, R. Pecora, Dynamic Light Scattering, Dover, 2000. 
[14] K. Schatzel, W. Wiese, A. Sobotta, M. Drewel, “Electroosmosis in an oscillating field: avoiding distortions in measured electrophoretic mobilities”, J. Colloid Interface Sci. 143 (1991) 287-293. 
[15] M. Minor, A.J. van der Linde, H.P. van Leeuwen, J. Lyklema, “Dynamic aspects of electrophoresis and electroosmosis: a new fast method for measuring particle mobilities”, J. Colloid Interface Sci. 189 (1997) 370-375. 
[16] P.J. Scales, F. Grieser, T.W. Healy, Langmuir 8 (1992) 965-974. 
[17] J.Y. Chen, C.-H. Ko, S. Bhattacharjee, M. Elimelech, Colloids Surf. A: Phys. Eng. Aspects 191 (2001) 3. 
[18] P.J. Sides, J. Newman, J.D. Hoggard, D. Prieve, Langmuir 22 (2006) 9765. 
[19] P.J. Sides, D. Faruqui, A.J. Gellman, Langmuir 25 (2009) 1475-1481. 
[20] S. Nishimura, P.J. Scales, H. Tateyama, K. Tsunematsu, T.W. Healy, Langmuir 11 (1995) 291. 
[21] K.D. Lukacs, J.W. Jorgensen, J. High Resolut. Chromatogr. 8 (1985) 407-411. 
[22] B. Kirby, E.F. Hasselbrink Jr., Electrophoresis 25 (2004) 187-202. 
[23] M.A. Roberts, J.S. Rossier, P. Bercier, H. Girault, Anal. Chem. 69 (1997) 2035-2042. 
[24] B. Kirby, E.F. Hasselbrink Jr., Electrophoresis 25 (2004) 203-213. 
[25] S.A. Soper, A.C. Henry, B. Vaidya, M. Galloway, M. Wabuyele, R.L. McCarley, Anal. Chim. Acta 470 (2002) 87-99.
[26] Somasundaran P, Kulkani RD, J. Colloid Interface Sci., 45, (1973), 591-600.
[27] US 7,217,350
[28] US 7,449,097
[29] US 2011/0210002
[30] EP 2423671
[31] WO/2010/041082
[32] US 7,217,350
[33] US 7,295,311
[34] EP 0990888
[35] J.C.W. Corbett et al, “Measuring surface zeta potential using phase analysis light scattering in a simple dip cell arrangement”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 396, 20 February 2012, Pages 169-176.
【図１】
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【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９】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図１９ｄ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２０ｄ】
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【図２０ｅ】
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