(57)【要約】【課題】液体に分散する粒子が小さなものであっても正確にクロスオーバー周波数を測定できる粒子測定装置を提供する。【解決手段】本発明によれば、電極３ａ，３ｂに測定光を照射し、生じた回折光を測定する。この様にすれば、粒子の移動そのものを観察しなくても、回折光の強度を通じて粒子の移動を知ることができる。したがって、回折光強度によりクロスオーバー周波数を算出するようにすれば、従来のように粒子の大きさに関係なくクロスオーバー周波数を算出できる。つまり、本発明によれば、粒子に蛍光色素を付着しなくともクロスオーバー周波数を算出できるので、より正確にクロスオーバー周波数を算出することができる。【選択図】図１
2013127418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子が分散した試料を収容するセルと、
前記セル内に電界を与え、粒子を誘電泳動により移動させる一方向に配列された電極と、
前記電極に交流電圧を印加する電源と、
前記電源を制御することにより前記電極に印加される交流電圧の周波数を制御する電源制御手段と、
前記電極に測定光を照射する光源と、
前記測定光が一方向に配列された前記電極に照射されることで生じた回折光を測定することにより粒子の誘電泳動に起因する前記回折光の強度又は方向あるいはこれらの変化をモニタする検出手段と、
前記検出手段の出力を複数の周波数の間で比較することで、前記電極に対する粒子の移動方向が切り替わる周波数であるクロスオーバー周波数を算出する周波数算出手段を備えることを特徴とする粒子測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子測定装置において、
前記電源制御手段は、一定の時間だけ交流電圧を前記電極に印加し、
前記周波数算出手段は、交流電圧印加終了時点の前記検出手段の出力を複数の周波数の間で比較することで前記クロスオーバー周波数を算出することを特徴とする粒子測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の粒子測定装置において、
前記電源制御手段は、前記電極に印加する交流電圧の周波数を第１周波数から第１周波数と異なる第２周波数へ切替え、
前記周波数算出手段は、交流電圧の周波数の切り替え後の前記検出手段の出力を複数の第２周波数の間で比較することで、前記クロスオーバー周波数を算出することを特徴とする粒子測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粒子測定装置において、
前記検出手段が出力する検出データを基に、粒子の大きさを算出する粒子径算出手段を備えることを特徴とする粒子測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の粒子測定装置において、
前記クロスオーバー周波数を基に、粒子の表面状態の指標である表面コンダクタンスを算出するコンダクタンス算出手段を備えることを特徴とする粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に懸濁している粒子の特性を測定する粒子測定装置に関し、特に、粒子の誘電泳動のクロスオーバー周波数を測定できる粒子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中に不均一電界を印加すると、液体中に懸濁している粒子が移動する誘電泳動力が生じる。このような電場として、直流電界による電気泳動の効果と区別するために誘電泳動では交流電界が一般に用いられる。誘電起電力ＦＤＥＰは、理論上、以下の数式で表される。
ＦＤＥＰ＝２πｒ３Ｒｅ［ＦＣＭ］▽Ｅｒｍｓ２
ここで、ｒは、粒子の半径を表し、ＦＣＭは、Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｍｏｓｓｏｔｉファクタを表している。また、Ｅｒｍｓは、電場強度を表している。
【０００３】
この誘電泳動による粒子の移動の様子は、溶媒の複素誘電率、粒子の複素誘電率と粒子径により変化することが知られている。誘電泳動を利用し、粒子を周期的に配列し、その拡散過程を回折光によりモニタリングすることで粒子径を測定する装置としては、例えば特許文献１のようなものがある。
【０００４】
誘電泳動について具体的に説明する。まず、液体に低周波の不均一電界を印加すると、液体中の粒子は電界勾配が急な方向に移動する。この泳動は正の誘電泳動と呼ばれる。正の誘電泳動が生じているときは、Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｍｏｓｓｏｔｉファクタが正となっている。この状態から、次第に交流電流の周波数を上げていくと、ある周波数から、粒子の移動方向が逆転し、粒子が電界勾配が疎な方向に移動するようになる。この泳動は負の誘電泳動と呼ばれる。負の誘電泳動が生じているときは、Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｍｏｓｓｏｔｉファクタが負となっている。この粒子の移動方向が切り替わる周波数をクロスオーバー周波数と呼ぶ。クロスオーバー周波数の交流電流が印加されているときは、Ｃｌａｕｓｉｕｓ−Ｍｏｓｓｏｔｉファクタが０となっている。クロスオーバー周波数は、粒子の材質や、粒子の表面の状態、粒子の大きさなどの特性に応じた値をとる。したがって、粒子のクロスオーバー周波数を測定すれば、液体中に懸濁している粒子の特性を知ることができる。
【０００５】
従来のクロスオーバー周波数の測定方法について説明する。従来装置によれば、図１３に示すように、４つの電極を有しており、互いに対向する２つの電極がペアとなっている。ペアの電極は同じ電位となるように交流電界を印加すると、不均一電界が生じるようになっている。この４つの電極に囲まれる領域には、粒子が懸濁された液体がセットされる（図１３においては網掛けで示す）。そして、この領域を顕微鏡観察することにより、粒子の集まり具合を観察するできるようになっている。
【０００６】
試料が装置にセットされた状態で、低周波の交流電流圧を電極に印加すると、液体中の粒子は、４つの電極のいずれかに集まるように移動する。この状態から、交流電流の周波数を次第に上げていくと、ある周波数から粒子が領域の中央部に集まるようになる。この移動の切り替わりの周波数を読み取れば、粒子のクロスオーバー周波数を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−０８４２０７号公報
【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、従来構成によれば、次のような問題点がある。
すなわち、従来構成によれば、クロスオーバー周波数を計測できる粒子の種類が限られているという問題点がある。
【０００９】
従来方法によれば、クロスオーバー周波数を計測するには、粒子の移動を顕微鏡下で観察する必要がある。したがって、顕微鏡で観察できない微細な粒子についてのクロスオーバー周波数を知ることは従来方法では難しい。すなわち、従来方法によれば、マイクロメートルオーダーの大きな粒子についてにしかクロスオーバー周波数を計測することができない。
【００１０】
より小さな粒子についてクロスオーバー周波数を計測するには、粒子表面に蛍光色素を付着させる必要がある。しかしながら、このような付着操作は、簡単に行えるものではない。また、粒子表面に修飾を施せば、粒子表面の状態が変化することが考えられる。すると、粒子に蛍光色素を付着しなかったときのクロスオーバー周波数と、蛍光色素を用いて実際に測定されるクロスオーバー周波数とが異なってきてしまう。つまり、従来構成によれば、クロスオーバー周波数を正確に測定することが難しい。
【００１１】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、液体に分散する粒子が小さなものであっても正確にクロスオーバー周波数を測定できる粒子測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る粒子測定装置は、粒子が分散した試料を収容するセルと、セル内に電界を与え、粒子を誘電泳動により移動させる一方向に配列された電極と、電極に交流電圧を印加する電源と、電源を制御することにより電極に印加される交流電圧の周波数を制御する電源制御手段と、電極に測定光を照射する光源と、測定光が一方向に配列された電極に照射されることで生じた回折光を測定することにより粒子の誘電泳動に起因する回折光の強度又は方向あるいはこれらの変化をモニタする検出手段と、検出手段の出力を複数の周波数の間で比較することで、電極に対する粒子の移動方向が切り替わる周波数であるクロスオーバー周波数を算出する周波数算出手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
［作用・効果］上述の構成によれば、電極に測定光を照射し、生じた回折光を測定する。この様にすれば、粒子の移動そのものを観察しなくても、回折光の強度を通じて粒子の移動を知ることができる。したがって、回折光強度によりクロスオーバー周波数を算出するようにすれば、従来のように粒子の大きさに関係なくクロスオーバー周波数を算出できる。つまり、本発明によれば、粒子に蛍光色素を付着しなくともクロスオーバー周波数を算出できるので、より正確にクロスオーバー周波数を算出することができる。
【００１４】
また、上述の粒子測定装置において、電源制御手段は、一定の時間だけ交流電圧を電極に印加し、周波数算出手段は、交流電圧印加終了時点の検出手段の出力を複数の周波数の間で比較することでクロスオーバー周波数を算出すればより望ましい。
【００１５】
［作用・効果］上述の構成は、本発明における粒子測定装置の具体的な態様を表したものとなっている。一定の時間だけ交流電圧を電極に印加するようにし、交流電圧印加終了時点の回折光の強度を複数の周波数の間で比較することでクロスオーバー周波数を算出すれば、より確実にクロスオーバー周波数を算出できる。回折光の強度は、粒子の移動の大きさを表している。したがって、印加された交流電圧がクロスオーバー周波数であると、粒子が誘電泳動されず、電圧印加の前後における回折光の強度変化も観察できなくなるはずである。したがって、複数の周波数の間で回折光の強度を比較すれば、より確実にクロスオーバー周波数を算出できる。
【００１６】
また、上述の粒子測定装置において、電源制御手段は、電極に印加する交流電圧の周波数を第１周波数から第１周波数と異なる第２周波数へ切替え、周波数算出手段は、交流電圧の周波数の切り替え後の検出手段の出力を複数の第２周波数の間で比較することで、クロスオーバー周波数を算出すればより望ましい。
【００１７】
［作用・効果］上述の構成は、本発明における粒子測定装置の具体的な態様を表したものとなっている。電極に印加する交流電圧の周波数を第１周波数から第１周波数と異なる第２周波数へ切替え、交流電圧の周波数の切り替え後の回折光の強度変化を複数の第２周波数の間で比較することでクロスオーバー周波数を算出すれば、より確実にクロスオーバー周波数を算出できる。回折光の強度は、粒子の誘電泳動の大きさを表している。したがって、第２周波数がクロスオーバー周波数であると、粒子が誘電泳動されず、回折光の強度変化は自由拡散のときと同様な挙動を示すはずである。このように、複数の周波数の間で回折光の強度を比較すれば、より確実にクロスオーバー周波数を算出できる。
【００１８】
また、上述の粒子測定装置において、検出手段が出力する検出データを基に、粒子の大きさを算出する粒子径算出手段を備えればより望ましい。
【００１９】
［作用・効果］上述の構成は、本発明における粒子測定装置の具体的な態様を表したものとなっている。本発明は、粒子径を測定する粒子径測定装置にも適用できる。
【００２０】
また、上述の粒子測定装置において、クロスオーバー周波数を基に、粒子の表面状態の指標である表面コンダクタンスを算出するコンダクタンス算出手段を備えればより望ましい。
【００２１】
［作用・効果］上述の構成は、本発明における粒子測定装置の具体的な態様を表したものとなっている。本発明によれば、クロスオーバー周波数をより正確に算出できる。したがって、本発明によれば、クロスオーバー周波数を基に表面コンダクタンスをより正確に算出することができるのである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電極に測定光を照射し、生じた回折光を測定する。この様にすれば、粒子の移動そのものを観察しなくても、回折光の強度を通じて粒子の移動を知ることができる。したがって、回折光強度によりクロスオーバー周波数を算出するようにすれば、従来のように粒子の大きさに関係なくクロスオーバー周波数を算出できる。つまり、本発明によれば、粒子に蛍光色素を付着しなくともクロスオーバー周波数を算出できるので、より正確にクロスオーバー周波数を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１に係る粒子測定装置の構成を説明する機能ブロック図である。
【図２】実施例１に係る電極の構成を説明する平面図である。
【図３】実施例１に係る交流電圧印加による粒子の移動を説明する模式図である。
【図４】実施例１に係る交流電圧印加による粒子の移動を説明する模式図である。
【図５】実施例１に係る回折光による粒子の移動の測定方法を説明する模式図である。
【図６】実施例１に係る回折光による粒子の移動の測定方法を説明する模式図である。
【図７】実施例１に係るクロスオーバー周波数の測定方法を説明するタイムコースである。
【図８】実施例１に係るクロスオーバー周波数の測定方法を説明するグラフである。
【図９】実施例１に係る回折光強度の上昇を説明する模式図である。
【図１０】実施例１に係る実際の測定結果を説明するグラフである。
【図１１】実施例１に係る実際の測定結果を説明するグラフである。
【図１２】実施例２に係るクロスオーバー周波数の測定方法を説明するタイムコースである。
【図１３】従来のクロスオーバー周波数の測定を説明する模式図である。
【実施例１】
【００２４】
＜粒子測定装置の全体構成＞
まず、粒子測定装置１の全体構成について説明する。粒子測定装置１は、図１に示すように、粒子が分散した液体試料を収容するセル２と、セル２の内壁面に設けられたセル内に電界を与える一対の電極３ａ，３ｂと、電極３ａ，３ｂに交流電圧を印加する電源４と、電源４を制御することにより、電極３ａ，３ｂに印加される交流電圧の周波数を制御する電源制御部５とを備えている。液体試料中の粒子は電極３ａ，３ｂがセル内に与えた電界により誘電泳動を起こして液体中を移動することになる。電源制御部５は、本発明の電源制御手段に相当する。
【００２５】
粒子測定装置１は、液体中の粒子の移動の様子を観察するために次のような各部を有している。すなわち、粒子測定装置１は、電極３ａ，３ｂに単一波長のレーザー光（測定光）を照射する光源６と、光源６を制御する光源制御部７と、測定光が電極に照射されることで、生じた回折光を測定する検出部１１と、電極３ａ，３ｂに対する粒子の誘電泳動による移動方向が切り替わる周波数であるクロスオーバー周波数を算出する周波数算出部１２と、検出部１１が出力する検出データを基に、粒子の大きさを算出する粒子径算出部１３と、クロスオーバー周波数を基に、粒子の表面状態の指標である表面コンダクタンスを算出する表面コンダクタンス算出部１４とを備えている。検出部１１は、本発明の検出手段に相当し、周波数算出部１２は、本発明の周波数算出手段に相当する。また、粒子径算出部１３は、本発明の粒子径算出手段に相当し、表面コンダクタンス算出部１４は、本発明のコンダクタンス算出手段に相当する。
【００２６】
主制御部２１は、各部５，７，１１，１２，１３，１４を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより、各部５，７，１１，１２，１３，１４を実現している。なお、上述の各部はそれらを担当する制御装置に分割されて実現されてもよい。
【００２７】
＜電極の構成とクロスオーバー周波数＞
図２は、電極３ａ，３ｂの構成を説明している。電極３ａ，３ｂは、支線３ａ１，３ｂ１が配列した櫛形となっている。電極３ａの支線３ａ１は、電極３ｂ側に伸び、電極３ｂの支線３ｂ１も電極３ａ側に伸びている。支線３ａ１の各々には、電極３ｂから遠ざかる方向に伸びた凹部３ａ２が設けられていて、これにより、支線３ａ１は、２本の枝３ａ３に分けられている。同様に、支線３ｂ１の各々には、電極３ａから電極３ｂに遠ざかる方向に伸びた凹部３ｂ２が設けられていて、これにより、支線３ｂ１は、２本の枝３ｂ３に分けられている。したがって、電極３ａ，３ｂを電極３ａの幹線が伸びる方向に見ていくと、電極３ａの枝３ａ３が２本と、電極３ｂの枝３ｂ３の２本とが交互に現れるように枝が一方向に配列されていることになる。そして、各枝３ａ３，３ｂ３を区別しないでその配列を見たとすると、各枝は、等間隔に幹線が伸びる方向に配列されている。電極３ａ，３ｂは図１においては、断面図で表されている。
【００２８】
図３は、電極３ａ，３ｂに低周波の交流電圧を印加したときの誘電泳動の様子を表している。電極３ａ，３ｂの間に交流電圧を印加すると、試料液体に分散していた粒子が誘電泳動され、電極３ａ，３ｂに集まる。図３においては、粒子が集まる様子を矢印で表している。粒子は、特に枝３ｂ３に隣接している枝３ａ３の枝３ｂ３側に集まる。また、枝３ａ３に隣接している枝３ｂ３の枝３ａ３側にも粒子は集まる。
【００２９】
図４は、電極３ａ，３ｂに高周波の交流電圧を印加したときの誘電泳動の様子を表している。電極３ａ，３ｂの間に図３のときよりも高周波の交流電圧を印加すると、試料液体に分散していた粒子が誘電泳動され、電極３ａ，３ｂから離れる。図４においては、粒子が離れる様子を矢印で表している。粒子は、特に枝３ｂ３に隣接している枝３ａ３の枝３ｂ３側から離れる。また、枝３ａ３に隣接している枝３ｂ３の枝３ａ３側からも粒子は離れる。
【００３０】
図３の状態から交流電圧の周波数を次第に高くしていくと、ある周波数で誘電泳動が停止し、その後、図４の状態となる。この粒子の移動方向が切り替わる際に誘電泳動が停止する周波数がクロスオーバー周波数である。クロスオーバー周波数の詳細については上述している。
【００３１】
＜粒子の移動の測定＞
次に、粒子測定装置１が粒子の移動を測定する方法について説明する。図５は、光源６から発するレーザー光が回折する様子を表している。セル２の内壁には、電極３ａ，３ｂの枝３ａ３，３ｂ３が等間隔に配列されている。したがって、セル２の内壁にレーザー光を当てると、回折が起こる。回折光の出射方向は、枝３ａ３，３ｂ３の配列ピッチに応じたものとなっている。図５においては、レーザー光を実線の矢印で、回折光を破線の矢印で表している。
【００３２】
図６も、光源６から発するレーザー光が回折する様子を表している。電極３ａ，３ｂに交流電圧を印加した状態でレーザー光を電極３ａ，３ｂに照射すると、粒子が電極３ａ，３ｂに集合していることにより、回折光の発生の様子が変化する。すなわち、枝３ａ３と枝３ｂ３との間の間隙が集合した粒子により埋められているので、回折光の出射方向を決める配列ピッチは図５の場合と比べて２倍となる。つまり、図６の場合に生じる回折光の照射方向は、図５とは異なる方向となる。なお、図６においても、レーザー光を実線の矢印で、回折光を破線の矢印で表している。
【００３３】
このように、電極３ａ，３ｂ付近での粒子の集まりの程度に応じて回折光の強さが変化する。つまり、回折光の強さを測定すれば、試料液体中での粒子の挙動がわかるということになる。回折光の強さは、具体的には検出部１１により測定される。すなわち、検出部１１は、枝３ａ３と枝３ｂ３との間の間隙に粒子が集合すると、回折光がより強くなる方向から回折光を検出している。したがって、粒子の集合に応じて検出部１１に入射する回折光は強くなる。この様に検出部１１は、測定光が電極３ａ，３ｂに照射されることで生じた回折光を測定することにより粒子の誘電泳動に起因する回折光の強度変化・回折光の出射方向または、これらのいずれもをモニタする。
【００３４】
＜クロスオーバー周波数の測定＞
次に、粒子測定装置１がクロスオーバー周波数を測定する方法について説明する。検出部１１が出力する検出データは、周波数算出部１２に送出される。周波数算出部１２は、検出データを基にクロスオーバー周波数を算出する。クロスオーバー周波数を算出するためには、所定の測定を行わなければならない。以下、この測定の具体的な方法について説明する。この測定を行うに当たり各部に対する具体的な指示は、主制御部２１が行う。
【００３５】
図７は、クロスオーバー周波数算出に伴う回折光の測定結果を表している。図７におけるＯＮの位置は、所定の周波数の交流電圧を印加した時点を示している。交流電圧の印加を開始すると粒子の誘電泳動が起こり、回折光強度が上昇する。そして、図７におけるＯＦＦの時点で所定の周波数の交流電圧の印加を終了する。周波数算出部１２は、ＯＦＦの位置における回折光強度から、ＯＮの位置における回折光強度を減算して、ピーク値ＩＰを取得する。この一連の動作が一回の測定である。なお、ＯＮの時点以前においては交流電圧は電極３ａ，３ｂに印加されていない。ちなみに、交流電圧の印加を終了すると粒子の誘電泳動が収まり、粒子はブラウン運動により液体中に拡散する。図７においてＯＦＦの時点以降に回折光強度が低下しているのはそのためである。
【００３６】
このような測定は、交流電圧の周波数を変更しながら複数回繰り返される。このとき、交流電圧の印加開始から印加終了までの時間は、測定を通じて一定である。この様な測定により、交流電圧をＯＮしてからＯＦＦするまでの回折光強度の変化量であるピーク値ＩＰが周波数ごとに算出できることになる。
【００３７】
周波数算出部１２は、回折光の測定結果からピーク値ＩＰを算出し、ピーク値ＩＰと交流電圧の周波数の関係からクロスオーバー周波数を算出する。図８は、周波数算出部１２が取得したピーク値ＩＰとこれに対応する交流電圧の周波数の関係を表している。図８を見れば分かるように、周波数が高周波となるに従って、ピーク値ＩＰが減少している。
【００３８】
理想的には、粒子の誘電泳動は、交流電圧の周波数を高めるにつれ、小さくなり、周波数がクロスオーバー周波数に至ると発生しなくなる。そして、周波数をクロスオーバー周波数よりも高めると、粒子の誘電泳動の方向が逆転する。周波数算出部１２が取得するピーク値ＩＰは、誘電泳動の強さを表している。したがって、ピーク値ＩＰは、周波数が高まるにつれ、小さくなり、周波数がクロスオーバー周波数となったところで０となるはずである。
【００３９】
実際の測定の様子を示す図８においては、周波数が高周波となるに従ってピーク値ＩＰが減少しているので、この点、理想通りである。周波数を上げていくと、ピーク値ＩＰは、周波数ｆｃで極小となり、そこから小さく増加する。しかし、理想とは異なり、図８においては極小のピーク値ＩＰは、０とはなっていない。この理由について説明する。試料液体中に分散している粒子の大きさは同じではない。すなわち、粒子の大きさにはバラツキがある。クロスオーバー周波数は、粒子の大きさによって異なるので、試料液体中には、クロスオーバー周波数が異なる粒子が混在した状態となっている。周波数ｆｃにおいては、粒子に含まれるほどんどの粒子にとってクロスオーバー周波数となっており、これら粒子は誘電泳動していない。しかし、一部の粒子にとっては、周波数ｆｃはクロスオーバー周波数となっていないので、これら粒子は誘電泳動する。このように、粒子の大きさのバラツキにより、試料液体中の粒子が一斉に誘電泳動しなくなる周波数がないことになり、図８の極小のピーク値ＩＰは０とはならないのである。
【００４０】
次に、図８において、極小の周波数ｆｃから周波数を増加させていくと、ピーク値ＩＰが小さく増加する理由について説明する。粒子は、クロスオーバー周波数よりも高い周波数の交流電圧が印加された状況においては、電極３ａ，３ｂから離れる方向に誘電泳動する。すると、図９に示すように、粒子は両極の枝３ａ３，３ｂ３の間の領域に滞留することになる。このように粒子が規則性をもって特定の場所に集まると、検出部１１が検出する回折光の強度が強くなってしまう。したがって、図８においては、周波数ｆｃよりも高周波側で、ピーク値ＩＰの増加が見られるのである。
【００４１】
周波数算出部１２は、ピーク値ＩＰと周波数との関係より、ピーク値ＩＰが極小となる周波数ｆｃを算出し、これをクロスオーバー周波数とする。以降、クロスオーバー周波数を符号ｆｃで表すことにする。このように、周波数算出部１２は、交流電圧印加終了時点の回折光の強度を複数の周波数の間で比較することで、クロスオーバー周波数を算出する。
【００４２】
＜粒子径算出部の動作＞
検出部１１が出力する検出データは、粒子径算出部１３にも送られる。具体的には、図７で示したタイムコースのデータが粒子径算出部１３に送られる。粒子径算出部１３は、交流電圧印加の終了後からの回折光強度の変化を用いて、試料液体中の粒子の粒子径を算出する。すなわち、粒子径算出部１３は、図７におけるＯＦＦの時点以降の回折光強度に着目する。このときの回折光強度の減衰は、誘電泳動された粒子が自然に拡散することによって引き起こされ、時間とともに指数関数状に減衰する。ＯＦＦの時点以降の回折光強度Ｉと時間ｔとの間には、具体的に次のような関係がある。
Ｉ＝ＩＰ・ｅｘｐ（−２Ｄｑ２ｔ）
【００４３】
ここで、ＩＰとはピーク値であり、Ｄは、拡散係数、ｑは、電極３ａ，３ｂの配列ピッチ（格子間隔）である。粒子径算出部１３は、実際の回折光強度の変化を用いて、拡散係数Ｄを算出する。拡散係数Ｄは、ボルツマン定数、絶対温度、溶液の粘性、粒子径の各パラメータにより表現でき、これらのうち、ボルツマン定数、絶対温度、溶液の粘性は、既知である。この様な関係を利用して、粒子径算出部１３は、拡散係数Ｄを基に粒子径を算出する。
【００４４】
＜表面コンダクタンス算出部の動作＞
算出されたクロスオーバー周波数ｆｃ，粒子径は、表面コンダクタンス算出部１４に送られる。表面コンダクタンス算出部１４は、クロスオーバー周波数ｆｃを用いて粒子の表面コンダクタンスを求める。表面コンダクタンスについて説明する。溶液中の粒子は一般に表面に電荷を帯びている。この粒子表面の電荷量を粒子径で割った値が表面コンダクタンスである。この表面コンダクタンスの値が大きいほど、粒子同士が静電気力により反発するので、粒子は液体中で塊を作りにくくなる。つまり、粒子の表面コンダクタンスを知ることで粒子同士がどの程度安定に分散しやすいかが判断できる。
【００４５】
表面コンダクタンス算出部１４が表面コンダクタンスを求めるには、次式の関係を利用する。
【００４６】
【数１】
2013127418.tif 000003
【００４７】
ここで、ｆｃは、クロスオーバー周波数である。また、σｍは、液体の導電率であり、σｐは、粒子の導電率である。また、εｍは、液体の誘電率であり、εｐは、粒子の誘電率である。この場合、ｆｃ，σｍ，εｍ，εｐは既知である。表面コンダクタンス算出部１４は、上式を用いて、粒子の導電率σｐを算出する。
【００４８】
表面コンダクタンス算出部１４は、粒子の導電率σｐを基に表面コンダクタンスＫを求める。そのときに使用される数式は以下のようなものである。
【００４９】
【数２】
2013127418.tif 000004
【００５０】
ここで、σｂは、粒子の材料の導電率であり、ｒは、粒子径（半径）である。この場合、σｐ，σｂ，ｒは既知である。表面コンダクタンス算出部１４は、上式を用いて、表面コンダクタンスＫを求める。
【００５１】
＜実際の測定例＞
次に、本発明に係る粒子測定装置１を用いた実際の測定について説明する。図１０は、９０ｎｍ，１００ｎｍの粒子径を有するポリスチレン粒についての測定結果である。いずれの粒子径であっても、周波数を高周波にしてゆくにつれ、ピーク値ＩＰは減少し、一度増加に転じた後、再び減少に転ずる。この測定結果によればクロスオーバー周波数は、９０ｎｍ径については、約６ＭＨｚ，１００ｎｍ径については約３ＭＨｚとなっている。
【００５２】
図１１は、図１０と同一の電圧条件でＯＮかＯＦＦまでの時間幅（図７参照）を同じくした状態での測定結果である。測定に用いた粒子は、１００ｎｍの粒子径を有するポリスチレン粒であるが、粒子表面がカルボキシル基で修飾されている。カルボキシル基は、プロトンを放出することで、負の電荷を帯びることが特徴の官能基である。したがって、ポリスチレン粒子の表面は、負の電荷を帯びている。図１１の測定結果によればクロスオーバー周波数は、約７ＭＨｚとなっている。つまり、図１０と図１１とを比較すれば分かるように、同じ１００ｎｍの粒子径を有するポリスチレン粒子であっても、カルボキシル基修飾の有無に応じて測定結果が異なる。これは、互いの粒子の間で表面コンダクタンスに違いがあるからである。このように、実施例１の装置によれば、粒子表面の性質を敏感に数値化することができる。
【００５３】
以上のように、実施例１の構成によれば、電極３ａ，３ｂに測定光を照射し、生じた回折光を測定する。この様にすれば、粒子の移動そのものを観察しなくても、回折光の強度を通じて粒子の移動を知ることができる。したがって、回折光強度によりクロスオーバー周波数ｆｃを算出するようにすれば、従来のように粒子の大きさに関係なくクロスオーバー周波数ｆｃを算出できる。つまり、本発明によれば、粒子に蛍光色素を付着しなくともクロスオーバー周波数ｆｃを算出できるので、より正確にクロスオーバー周波数ｆｃを算出することができる。
【００５４】
また、上述の構成は、本発明における粒子測定装置の具体的な態様を表したものとなっている。一定の時間だけ交流電圧を電極３ａ，３ｂに印加するようにし、交流電圧印加終了時点の回折光の強度を複数の周波数の間で比較することでクロスオーバー周波数ｆｃを算出すれば、より確実にクロスオーバー周波数ｆｃを算出できる。回折光の強度は、粒子の移動の大きさを表している。したがって、印加された交流電圧がクロスオーバー周波数ｆｃであると、粒子が誘電泳動されず、電圧印加の前後における回折光の強度変化も観察できなくなるはずである。したがって、複数の周波数の間で回折光の強度を比較すれば、より確実にクロスオーバー周波数ｆｃを算出できる。
【００５５】
また、本発明によれば、クロスオーバー周波数ｆｃをより正確に算出できる。したがって、本発明によれば、クロスオーバー周波数ｆｃを基に表面コンダクタンスＫをより正確に算出することができるのである。
【実施例２】
【００５６】
次に、実施例２に係る粒子測定装置１について説明する。実施例２に係る粒子測定装置１の全体構成としては、実施例１の装置と同じ構成となっている。異なる点は、周波数算出部１２の動作である。
【００５７】
＜クロスオーバー周波数の測定＞
次に、実施例２に係る粒子測定装置１がクロスオーバー周波数を測定する方法について説明する。検出部１１が出力する検出データは、周波数算出部１２に送出される。周波数算出部１２は、検出データを基にクロスオーバー周波数を算出する。クロスオーバー周波数を算出するためには、所定の測定を行わなければならない。以下、この測定の具体的な方法について説明する。この測定を行うに当たり各部に対する具体的な指示は、主制御部２１が行う。
【００５８】
図１２は、クロスオーバー周波数算出に伴う回折光の測定結果を表している。図１２におけるＯＮの位置は、所定の周波数の交流電圧を印加した時点を示している。交流電圧の印加を開始すると粒子の誘電泳動が起こり、回折光強度が上昇する。そして、図１２におけるＣＨＡＮＧＥの時点で所定の周波数の交流電圧の印加を終了するとともに、別の周波数の交流電圧の印加を開始する。この一連の動作が一回の測定である。なお、ＯＮの時点以前においては交流電圧は電極３ａ，３ｂに印加されていない。
【００５９】
このような測定は、交流電圧の周波数を変更しながら複数回繰り返される。このとき、変更されるのは、切り替え後の交流電圧の周波数（第２周波数）であり、切り替え前の交流電圧の周波数（第１周波数）は、測定を通じて一定である。また、交流電圧の印加開始から印加電圧切り替えまでの時間は、測定を通じて一定である。図１２においては、切替後の周波数を１．５ＭＨｚから２．５ＭＨｚまでとして４通りの測定を行っている。
【００６０】
周波数算出部１２は、周波数切替後の周波数と回折光強度のタイムコースとによりクロスオーバー周波数を算出する。図１２は、周波数算出部１２が出得した回折光強度のタイムコースを重ねて表している。図１２を見れば分かるように、各タイムコースの挙動は、交流電圧の切替前は同じであり、交流電圧切替（ＣＨＡＮＧＥ）後から異なっている。図１２に示している１．５ＭＨｚから２．５ＭＨｚまでの周波数の表示は、切替後の周波数の値とタイムコースとの対応関係を表している。
【００６１】
理想的には、粒子の誘電泳動は、交流電圧の周波数を高めるにつれ、小さくなり、周波数がクロスオーバー周波数に至ると発生しなくなる。そして、周波数をクロスオーバー周波数よりも高めると、粒子の誘電泳動の方向が逆転する。検出部１１が取得する回折光強度は、誘電泳動の強さを表している。したがって、ＣＨＡＮＧＥ後のタイムコースは、周波数が高まるにつれ、傾きが小さくなるはずである。
【００６２】
実際の測定の様子を示す図１２においては、周波数が１，５ＭＨｚから２．２ＭＨｚまでの間、高周波となるに従って傾きが減少しているので、この点、理想通りである。周波数を上げていくと、傾きは、第２周波数が２．２ＭＨｚで極小となり、そこから小さく増加する。つまり、第２周波数が２．２ＭＨｚで全ての粒子が電極３ａ，３ｂから離れる方向に移動していることになる。そして、周波数を更に上げると、再び回折光強度は理想から外れて増加傾向に転じる。この理由は、粒子が電極３ａ，３ｂから離れた場所に集められて、回折光に変化を及ぼすからであり、図９を用いて既に説明済みである。
【００６３】
周波数算出部１２は、タイムコースの傾きと周波数との関係より、傾きが低下し始める周波数と、極小となる切替後の周波数を算出する。そして、これら周波数の間の周波数がクロスオーバー周波数であると算出する。図１２の例においては、１．８ＭＨｚから２．２ＭＨｚまでの間のいずれかの周波数がクロスオーバー周波数であるということになる。
【００６４】
図１２において、クロスオーバー周波数をタイムコースの傾きが極小の２．２ＭＨｚと認定できない理由について説明する。クロスオーバー周波数は、粒子が誘電泳動されていない状態である。したがって、周波数がクロスオーバー周波数となっている場合における回折光強度のタイムコースは、ブラウン運動による自由拡散におけるタイムコースに近いものとなるはずである。自由拡散のタイムコースとは、具体的には図７におけるＯＦＦ以降のタイムコースである。
【００６５】
ところが、図１２においては、どの周波数においても自由拡散のタイムコースと一致しない。液体に分散する粒子には粒子径にバラツキがあり、これに伴ってクロスオーバー周波数にもバラツキがあるからである。図１２における２．２ＭＨｚのタイムコースは、全てのクロスオーバー周波数が異なる粒子の全てが電極３ａ，３ｂから離れる方向に動いているが故に傾きが極小となっているのである。ということは、実際に求めたいクロスオーバー周波数は、２．２ＭＨｚよりも低い周波数であり、２．２ＭＨｚではない。これが、クロスオーバー周波数を２．２ＭＨｚと認定できない理由である。
【００６６】
とはいえ、実施例２の構成によれば、クロスオーバー周波数がどの辺りの周波数となるかを知ることができる。また、実施例１の場合とは違い、タイムコースを比較してクロスオーバー周波数の測定を行うので、情報量が多い。したがって、実施例１よりも誤認の少ないクロスオーバー周波数の測定ができる。このように、周波数算出部１２は、交流電圧の周波数の切り替え後の回折光強度の強度変化を複数の第２周波数の間で比較することで、前記クロスオーバー周波数を算出する。
【００６７】
以上のように、実施例２の構成は、本発明における粒子測定装置の具体的な態様を表したものとなっている。電極３ａ，３ｂに印加する交流電圧の周波数を第１周波数から第１周波数と異なる第２周波数へ切替え、交流電圧の周波数の切り替え後の回折光の強度変化を複数の第２周波数の間で比較することでクロスオーバー周波数ｆｃを算出すれば、より確実にクロスオーバー周波数ｆｃを算出できる。回折光の強度は、粒子の誘電泳動の大きさを表している。したがって、第２周波数がクロスオーバー周波数ｆｃであると、粒子が誘電泳動されず、回折光の強度変化は自由拡散のときと同様な挙動を示すはずである。したがって、複数の周波数の間で回折光の強度を比較すれば、より確実にクロスオーバー周波数ｆｃを算出できる。
【００６８】
本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。
【００６９】
（１）上述の構成においては、粒子径を計測できる装置についての実施例を示しているが、単にクロスオーバー周波数の算出に特化した装置に本発明を適用することもできる。
【００７０】
（２）上述の構成において、実施例１のクロスオーバー周波数の算出方法と実施例２のクロスオーバー周波数の算出方法のいずれも可能にした装置として本発明を実施することもできる。
【００７１】
（３）上述の構成においては、ポリスチレン粒を計測に用いていたが、これに代えてラクトソームなどの他の粒子について計測を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００７２】
２     セル
３ａ，３ｂ    電極
４     電源
５     電源制御部（電源制御手段）
６     光源
１１   検出部（検出手段）
１２   周波数算出部（周波数算出手段）
１３   粒子径算出部（粒子径算出手段）
１４   表面コンダクタンス算出部（コンダクタンス算出手段）
【図１】
2013127418.tif 000005
【図２】
2013127418.tif 000006
【図３】
2013127418.tif 000007
【図４】
2013127418.tif 000008
【図５】
2013127418.tif 000009
【図６】
2013127418.tif 000010
【図７】
2013127418.tif 000011
【図８】
2013127418.tif 000012
【図９】
2013127418.tif 000013
【図１０】
2013127418.tif 000014
【図１１】
2013127418.tif 000015
【図１２】
2013127418.tif 000016
【図１３】
2013127418.tif 000017