(57)【要約】【課題】  電圧を印加しても泳動させることができない粒子群の粒子径を算出することができる粒子径測定装置及び粒子径測定方法を提供する。【解決手段】  媒体が第一設定方向に通過する測定セル１と、複数の導入口１６ａが、第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、複数の導入口１６ａから、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル１内に導入する導入口群１６と、測定セル１内の被測定粒子群に対して、第三設定方向に測定光を照射する光源４ａと、測定セル１内の被測定粒子群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５０とを備え、被測定粒子群を測定セル１内の第一設定方向に通過させながら、媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置１０であって、第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、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。【選択図】図１
2011007605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、
複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、
前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、
前記測定セル内の被測定粒子群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を備え、
前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置であって、
前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部を備えることを特徴とする粒子径測定装置。
【請求項２】
前記光源は、第一設定方向における設定範囲に測定光を広げるビーム拡張器を有し、
前記検出器は、第一設定方向における設定範囲に複数個の受光素子が並べられように配置されてい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】
前記光源及び検出器の組、又は、前記測定セルを、第一設定方向に移動させる駆動部を有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】
前記測定セル内に媒体を導入するポンプと、
前記ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、
前記ポンプ制御部は、前記測定セル内を第一設定方向に流れる媒体の流速を調整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】
媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、前記測定セル内の被測定粒子群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を備え、前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置を用いた粒子径測定方法であって、
前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出工程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Ｉｔ０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１０ａは、電界分布を発生させるための電圧値Ｖと時間ｔとの関係を示すグラフであり、図１０ｂ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１０ａ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Ｉｔ０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＝Ｉｔ０ｅｘｐ（−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、Ｉｔ０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６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７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２１０は、試料が収容される試料キュベット２０１と、試料キュベット２０１に設けられている電極対２０２に対して交流電圧を印加する交流電源２０３と、試料キュベット２０１に対してレーザ光（測定光）を照射するレーザ光源２０４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２１０全体を制御する制御部２０７とを備える。
【０００７】
試料キュベット２０１は、長方形状の底面２１２と、４個の側壁２１１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２０１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２０１の一つの側壁２１１の表面（内面）には、電極対２０２が形成されている。図８は、電極対２０２が形成された側壁２１１の一例を示す平面図であり、図９は、試料キュベット２０１の断面の一部を示す断面図である。
電極対２０２は、左側電極２２１と右側電極２２２とからなる。
左側電極２２１は、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２２１ａ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２２１ａ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２２１ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
右側電極２２２についても左側電極２２１と同様であり、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２２２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２２２ａ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２２２ｂ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２２１ａと電極片２２２ａとの各間隔が、それぞれ一定距離Ｓ（例えば、１０μｍ）を空けて配置される。
また、接続部２２１ｂの上端部と接続部２２２ｂの上端部とには、交流電源２０３が接続される。
【０００８】
これにより、電極対２０２に交流電源２０３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２０１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２２１ａと電極片２２２ａとの間に、誘電泳動によって粒子群が凝集する。一方、電極片２２１ａと電極片２２１ａとの間と、電極片２２２ａと電極片２２２ａとの間とには、誘電泳動によって粒子群が存在しなくなる。よって、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９ａ参照）。すなわち、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２０２に交流電源２０３からの交流電圧が印加されなければ、試料キュベット２０１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、粒子群は媒体中で均一に存在する（図９ｂ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２０２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２０１の側壁２１１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２０２と側壁２１１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２０２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２０３には、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１〜１００Ｖ、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できる交流電源等を使用する。
レーザ光源２０４は、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２０１にレーザ光が照射されるようになっている。
【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２０４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２０４から出射されたレーザ光のうち、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＝１８μｍとしたとき、ｍ＝１次の回折光はθ≒２°に現れるので、光軸Ｌに対して角度θ≒２°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、電気的に粒子群を泳動させるために、荷電した粒子群に対しては電圧を印加することにより静電泳動を利用し、分極した粒子群に対しては電圧を印加することにより誘電泳動を利用している。しかしながら、電圧値１〜１００Ｖ、周波数１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度のうちから選択して、選択した電圧を印加しても、粒子群を泳動させることが困難である試料が存在することがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本件発明者は、上記課題を解決するために、電圧を印加しても泳動させることができない粒子群の粒子径を算出することができる方法について検討を行った。
そこで、電圧を印加して粒子群を泳動させることにより、密度回折格子を形成するのではなく、Ｘ方向（第二設定方向）に２０μｍ（設定間隔）で並ぶように形成された直径５μｍの円形状の導入口から、試料を測定場所の媒体中に導入することにより、密度回折格子を形成することを見出した。さらに、電界分布を発生させることを停止することによって、時間ｔが経てば経つほど、媒体中で粒子群を拡散させることにより、密度回折格子をぼやかしていくのではなく、測定場所の媒体をＹ方向（第一設定方向）に通過させることによって、導入口から下流（Ｙ方向）に行けば行くほど、媒体中で粒子群を拡散させることにより、密度回折格子をぼやかしていくことを見出した。
【００１５】
すなわち、本発明の粒子径測定装置は、媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、前記測定セル内の被測定粒子群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を備え、前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置であって、前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部を備えるようにしている。
【００１６】
ここで、「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、密度回折格子が消失した後にも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。
また「設定間隔」とは、測定光を照射することにより被測定粒子群によって回折光が発生させることができる間隔であればよく、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲で任意に設定される。
【００１７】
本発明の粒子径測定装置では、測定セル内を媒体が第一設定方向（Ｙ方向）に通過する。そして、測定セル内に試料を導入するための複数の導入口が、第二設定方向（Ｘ方向）で設定間隔となるように形成されている。これにより、測定セル内に導入されたばかりの被測定粒子群は、複数の導入口が形成された位置に対応するように密な領域と、複数の導入口が形成されていない位置に対応するように疎な領域とが設定間隔で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。複数の導入口が形成された位置付近ｙ０で被測定粒子群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。このとき、密度回折格子が安定して形成されているので、回折光強度Ｉｙ０は強くなっている。
【００１８】
そして、被測定粒子群が測定セル内を第一設定方向（Ｙ方向）に通過しながら、媒体中で第二設定方向（Ｘ方向）に拡散していく、すなわち密度回折格子が崩れてぼやけていくことになる。つまり、被測定粒子群に向けて光源から測定光を照射する位置が、第一設定方向（Ｙ方向）にずれていくと、密度回折格子が崩れてぼやけていくことになるので、回折光強度Ｉｙはどんどん弱くなっていく。そこで、第一設定方向（Ｙ方向）での回折光強度Ｉｙの変化を取得する。
最後に、第一設定方向（Ｙ方向）での回折光強度Ｉｙの変化に基づいて、上記式（１）及び式（２）における時間ｔの代わりに位置ｙに関する式を代入することにより、被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄを算出する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、電圧を印加しても泳動させることができない被測定粒子群の粒子径を算出することができる。
【００２０】
（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、前記光源は、第一設定方向における設定範囲に測定光を広げるビーム拡張器を有し、前記検出器は、第一設定方向における設定範囲に複数個の受光素子が並べられように配置されているようにしてもよい。
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記光源及び検出器の組、又は、前記測定セルを、第一設定方向に移動させる駆動部を有するようにしてもよい。
さらに、本発明の粒子径測定装置においては、前記測定セル内に媒体を導入するポンプと、前記ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、前記ポンプ制御部は、前記測定セル内を第一設定方向に流れる媒体の流速を調整するようにしてもよい。
本発明の粒子径測定装置によれば、被測定粒子群が測定セル内の第一設定方向に通過しながら、媒体中で被測定粒子群が第二設定方向に拡散していく変化を、正確に計測することができ、その結果、被測定粒子群の粒子径を正確に算出することができる。
【００２１】
また、本発明の粒子径測定方法は、媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、前記測定セル内の被測定粒子群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を備え、前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置を用いた粒子径測定方法であって、前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出工程を含むようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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２ａ】測定セルの一例を示す断面図である。
【図２ｂ】図２ａに示すＡ−Ａ’線の断面図である。
【図２ｃ】図２ａに示すＢ−Ｂ’線の断面図である。
【図３】本発明の他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４ａ】測定セルの一例を示す断面図である。
【図４ｂ】図４ａに示すＣ−Ｃ’線の断面図である。
【図４ｃ】図４ａに示すＤ−Ｄ’線の断面図である。
【図５】回折光強度と位置との関係を示すグラフである。
【図６】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。
【図７】従来の試料キュベットの一例を示す斜視図である。
【図８】電極対が形成された側壁の一例を示す平面図である。
【図９】試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
＜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、本実施形態は、ＸＹＺ座標が設定されており、被測定粒子群を媒体中でＹ方向に通過させながら、Ｘ方向に分散させていくことにより、被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出し、さらには拡散係数Ｄから被測定粒子群の粒子径ｄ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。
粒子径測定装置１０は、測定セル１と、被測定粒子群が注入される試料注入部１１と、媒体を貯留する媒液タンク１２と、媒液タンク１２の媒体を測定セル１に導く第一ポンプ１３と、媒液タンク１２の媒体を試料注入部１１に導く第二ポンプ１４と、測定セル１からの試料を貯留する廃液タンク１５と、試料注入部１１からの試料を測定セル１の内部に導く導入口群１６と、レーザ光（測定光）を照射するレーザ光源装置４と、回折光強度Ｉｙを検出するための検出光学系５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。
【００２５】
ここで、図２ａは、測定セルの一例を示す断面図であり、図２ｂは、図２ａに示すＡ−Ａ’線の断面図であり、図２ｃは、図２ａに示すＢ−Ｂ’線の断面図である。なお、図２ｃには、レーザ光源装置４と検出光学系５とも示している。
測定セル１は、Ｙ方向（第一設定方向）に空洞を有する四角筒状であり、底面１ａと天面１ｂと２個の側壁１ｃとを有するガラス製のものであり、Ｚ方向（第三設定方向）に光透過性を有する。そして、測定セル１の一端部（Ｙ方向の−側）は、媒液タンク１２と第一ポンプ１３を介して連結されるとともに、測定セル１の他端部（Ｙ方向の＋側）は、廃液タンク１５と連結される。これにより、制御部７によって第一ポンプ１３を作動させると、媒体が測定セル１内をＹ方向の−側から＋側に通過するようになっている。
試料注入部１１は、被測定粒子群が注入されるようになっている。そして、試料注入部１１の一端部は、媒液タンク１２と第二ポンプ１４を介して連結されるとともに、試料注入部１１の他端部は、導入口群１６と連結される。これにより、制御部７によって第二ポンプ１４を作動させると、試料注入部１１で被測定粒子群が媒体中に含有される試料が作製され、その試料が導入口群１６に導かれていくようになっている。
【００２６】
導入口群１６は、底面１ａの一端部（Ｙ方向の−側）付近に形成されている。導入口群１６は、直径５μｍ（＝Ｌ）の円形状の複数の導入口１６ａからなる。そして、複数の導入口１６ａが、Ｘ方向（第二設定方向）に２０μｍ（設定間隔Ｓ）で並ぶように配置されている。このとき、両端の導入口１６ａは、側壁１ｃと充分な間隔を空けるように形成されていることが好ましく、導入口１６ａの直径は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、複数の導入口１６ａから、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル１内に導入することにより、被測定粒子群が測定セル１内をＹ方向に通過することになる。このとき、被測定粒子群は、導入口群１６付近では、複数の導入口１６ａが形成された位置に対応するように密な領域となり、複数の導入口１６ａが形成されていない位置に対応するように疎な領域となる（図２ａ、図２ｃ参照）。つまり、Ｘ方向において密な領域と疎な領域とが２０μｍで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。
そして、被測定粒子群が測定セル１内をＹ方向に通過しながら、媒体中でＸ方向に拡散していく、すなわち密度回折格子が徐々に崩れてぼやけていくことになる。
【００２７】
レーザ光源装置４は、レーザ光を照射するレーザ光源４ａと、Ｙ方向における設定範囲ｙ０〜ｙ６（＝Δｙ）に測定光を広げるビーム拡張器４ｂとを有する。レーザ光源４ａ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、測定セル１内の被測定粒子群に対して、Ｚ方向（第三設定方向）にレーザ光を照射するようになっている。このとき、レーザ光は、ビーム拡張器４ｂによって測定セル１内の設定範囲ｙ０〜ｙ６の被測定粒子群に対して、Ｚ方向にレーザ光が照射されるようになっている。
検出光学系５は、Ｙ方向における設定範囲ｙ０〜ｙ６に複数個（例えば、７個）のフォトダイオード（受光素子）５０ａが順番に並べられように配置されている検出器５０と、レーザ光源４ａ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＝１の回折光のみを検出するためのシリンドリカルレンズ５１とを有する（図２ｃ参照）。これにより、１番目（ｙ０）のフォトダイオード５０ａによって、第１次の回折光強度Ｉｙ０を検出し、２番目（ｙ１）のフォトダイオード５０ａによって、第１次の回折光強度Ｉｙ１を検出するように、Ｙ方向での第１次の回折光強度Ｉｙの変化を検出する。
【００２８】
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、第一ポンプ１３及び第二ポンプ１４の制御を行うポンプ制御部３１と、レーザ光源装置４の制御を行うレーザ光源制御部３２と、光強度Ｉｙを取り込む光強度取得制御部３６と、粒子径ｄを算出する粒子径算出部３５とからなる。
【００２９】
レーザ光源制御部３２は、Ｚ方向にレーザ光を照射（ＯＮ）したり照射停止（ＯＦＦ）したりするようにレーザ光源４ａの制御を行う。
光強度取得制御部３６は、複数個のフォトダイオード５０ａによって光強度Ｉｘを取得して、Ｙ方向での第１次の回折光強度Ｉｘの変化を検出していく制御を行う。
【００３０】
ポンプ制御部３１は、第一ポンプ１３及び第二ポンプ１４の制御を行う。
例えば、粒子径ｄが小さくなればなるほど拡散係数Ｄが大きくなるため、測定中において密度回折格子が素早く崩れてぼやけていくときには、第一ポンプ１３及び第二ポンプ１４を用いて流量を多くすることで、測定セル１内を通過する試料の速度ｓを速くして測定セル１内の設定範囲ｙ０〜ｙ６を通過する時間を短くし、その結果、密度回折格子を測定セル１のＹ方向長さに対して徐々に崩してぼやけさせていくようにする。
一方、粒子径ｄが大きくなればなるほど拡散係数Ｄが小さくなるため、測定中において密度回折格子が徐々に崩れてぼやけていくときには、第一ポンプ１３及び第二ポンプ１４を用いて流量を少なくすることにより、測定セル１内を通過する試料の速度ｓを遅くして測定セル１内の設定範囲ｙ０〜ｙ６を通過する時間を長くし、その結果、密度回折格子を測定セル１のＹ方向長さに対して素早く崩してぼやけさせていくようにする。
【００３１】
粒子径算出部３５は、光強度取得制御部３６で得られたＹ方向での第１次の回折光強度Ｉｙの変化に基づいて、上記式（１）及び式（２）における時間ｔの代わりに位置ｙに関する式を代入することにより、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（粒子径算出工程）。測定セル１内をＹ方向に流れる媒液の流速ｓと位置ｙとから上記式（１）及び式（２）に代入すべき時間ｔは、ｔ＝ｙ／ｓから計算される。
ここで、図５は、回折光強度と位置との関係を示すグラフである。縦軸に回折光強度Ｉｔをとるとともに、横軸に位置ｙをとっている。Ｙ方向に進めば進むほど、回折光強度Ｉｙは弱くなっている。
このようなＹ方向での第１次の回折光強度Ｉｙの変化によれば、図１０ｂに示す時間ｔにおける拡散開始時間ｔ０と、図５に示す位置ｙにおける拡散開始位置ｙ０とが対応することになり、図１０ｂに示す回折光強度Ｉｔ０と、図５に示す回折光強度Ｉｙ０とが対応することになる。そして、図１０ｂに示す時間ｔにおける拡散開始時間ｔ０から経過した時間ｔと、位置ｙ／流速ｓとが対応することになるので、図１０ｂに示す回折光強度Ｉｔと、回折光強度Ｉｙ／ｓとが対応することになる。
以上のように、実施形態１の粒子径測定装置１０によれば、電圧を印加しても泳動させることができない被測定粒子群の粒子径を算出することができる。
【００３２】
＜実施形態２＞
図３は、本発明の他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。
本実施形態は、上述した実施形態１と異なり、測定セル１０１をＹ方向に移動させるようになっている。
【００３３】
粒子径測定装置１１０は、測定セル１０１と、被測定粒子群が注入される試料注入部１１と、媒体を貯留する媒液タンク１２と、媒液タンク１２の媒体を測定セル１０１に導く第一ポンプ１３と、媒液タンク１２の媒体を試料注入部１１に導く第二ポンプ１４と、測定セル１０１からの試料を貯留する廃液タンク１５と、試料注入部１１からの試料を測定セル１０１の内部に導く導入口群１１６と、レーザ光（測定光）を照射するレーザ光源装置１０４と、回折光強度Ｉｙを検出するための検出光学系１０５と、増幅器６と、測定セル１０１を移動させるセル駆動部５４と、粒子径測定装置１１０全体を制御する制御部１０７とを備える。
【００３４】
ここで、図４ａは、測定セルの一例を示す断面図であり、図４ｂは、図４ａに示すＣ−Ｃ’線の断面図であり、図４ｃは、図４ａに示すＤ−Ｄ’線の断面図である。なお、図４ｃには、レーザ光源装置１０４と検出光学系１０５とも示している。
測定セル１０１は、Ｙ方向（第一設定方向）に空洞を有する四角筒状であり、底面１０１ａと天面１０１ｂと２個の側壁１０１ｃとを有するガラス製のものであり、Ｚ方向（第三設定方向）に光透過性を有する。そして、測定セル１０１の一端部（Ｙ方向の−側）は、媒液タンク１２と第一ポンプ１３を介して連結されるとともに、測定セル１０１の他端部（Ｙ方向の＋側）は、廃液タンク１５と連結される。これにより、制御部１０７によって第一ポンプ１３を作動させると、媒体が測定セル１０１内をＹ方向の−側から＋側に通過するようになっている。
試料注入部１１は、被測定粒子群が注入されるようになっている。そして、試料注入部１１の一端部は、媒液タンク１２と第二ポンプ１４を介して連結されるとともに、試料注入部１１の他端部は、導入口群１１６と連結される。これにより、制御部１０７によって第二ポンプ１４を作動させると、試料注入部１１で被測定粒子群が媒体中に含有される試料が作製され、その試料が導入口群１１６に導かれていくようになっている。
【００３５】
導入口群１１６は、測定セル１０１の一端部（Ｙ方向の−側）に形成されている。導入口群１１６は、直径５μｍ（＝Ｌ）の円形状の複数の導入口１１６ａからなる。そして、複数の導入口１１６ａが、Ｘ方向（第二設定方向）に２０μｍ（設定間隔Ｓ）で並ぶように配置されている。なお、実施形態１と比較すると、導入口群１１６は、測定セル１の底面１ａに形成されている導入口群１６と異なり、測定セル１０１の側部に形成されている。よって、複数の導入口１１６ａの間から媒体は測定セル１０１内に導入されることになる。また、導入口１１６ａは、Ｚ方向から見ると円形となる導入口１６ａと異なり、Ｙ方向から見ると円形となっている。
これにより、複数の導入口１１６ａから、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル１０１内に導入することにより、被測定粒子群が測定セル１０１内をＹ方向に通過することになる。このとき、被測定粒子群は、導入口群１１６ａ付近では、複数の導入口１１６ａが形成された位置に対応するように密な領域となり、複数の導入口１１６ａが形成されていない位置に対応するように疎な領域となる（図４ａ、図４ｃ参照）。つまり、Ｘ方向において密な領域と疎な領域とが２０μｍで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。
そして、被測定粒子群が測定セル１０１内をＹ方向に通過しながら、媒体中でＸ方向に拡散していく、すなわち密度回折格子が徐々に崩れてぼやけていくことになる。
【００３６】
レーザ光源装置１０４は、レーザ光を照射するレーザ光源４ａを有する。レーザ光源４ａ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、測定セル１内の被測定粒子群に対して、Ｚ方向（第三設定方向）にレーザ光を照射するようになっている。
検出光学系１０５は、１個のフォトダイオード（受光素子）５２と、レーザ光源４ａ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＝１の回折光のみを検出するための凸レンズ５３とを有する（図４ｃ参照）。これにより、フォトダイオード５２によって、第１次の回折光強度Ｉｙを検出する。
【００３７】
セル駆動部５４は、測定セル１０１をＹ方向に移動させるものである。ところで、実施形態２では、レーザ光は、測定セル１内の狭い範囲の被測定粒子群に対して、Ｚ方向にレーザ光が照射されるようになっている。よって、Ｙ方向での第１次の回折光強度Ｉｙの変化を検出することができないので、測定セル１０１をＹ方向に移動させる。これにより、測定セル１０１を初期位置（ｙ０）に配置したときには、フォトダイオード５２によって、第１次の回折光強度Ｉｙ０を検出し、測定セル１０１を第一位置（ｙ１）に配置したときには、フォトダイオード５２によって、第１次の回折光強度Ｉｙ１を検出するように、Ｙ方向での第１次の回折光強度Ｉｙの変化を検出する。
【００３８】
制御部１０７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、第一ポンプ１３及び第二ポンプ１４の制御を行うポンプ制御部３１と、レーザ光源装置４の制御を行うレーザ光源制御部３２と、光強度Ｉｙを取り込む光強度取得制御部３６と、粒子径ｄを算出する粒子径算出部３５と、セル駆動部５４の制御を行う駆動部制御部３４とからなる。
【００３９】
駆動部制御部３４は、測定セル１０１をＹ方向に移動させるセル駆動部５４の制御を行う。
例えば、まず、測定セル１０１を初期位置（ｙ０）に所定の時間配置し、次に、測定セル１０１を第一位置（ｙ１）に配置するように移動することを繰り返し、測定セル１０１を初期位置（ｙ０）から第六位置（ｙ６）まで配置していく。これにより、Ｙ方向での第１次の回折光強度Ｉｙの変化を検出する。
以上のように、実施形態２の粒子径測定装置１１０によれば、電圧を印加しても泳動させることができない被測定粒子群の粒子径を算出することができる。
【００４０】
（他の実施形態）
上述した粒子径測定装置１０、１１０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。また、実施形態２では測定セル１０１を移動するようにしたが、レーザ光源４ａとレンズ５３とフォトダイオード５２との組を測定セル１０１に対して移動する構成としてもよい。さらに、実施形態２の測定セル１０１の代わりに、実施形態１の測定セル１を用いてもよい。同様に、実施形態１の測定セルの代わりに、実施形態２の測定セル１０１を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
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】
【００４２】
１、１０１：測定セル
４ａ：レーザ光源
１０、１１０、１００：粒子径測定装置
１６、１１６：導入口群
１６ａ、１１６ａ：導入口
３５：粒子径算出部
５０、１５１：検出器
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図７】
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