(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象試料にレーザ光を照射して、該測定対象試料の溶媒中に分散しブラウン運動する粒子に当たってドップラーシフトにより生じる散乱光を電気的な検出信号に変換し、この検出信号をフーリエ変換して求めた光強度の周波数特性を逆演算して試料に含まれる粒子の粒径分布を算出する動的光散乱式粒径分布測定装置において、複数種類の溶媒を記憶する記憶部と、その記憶部に記憶されている複数種類の溶媒の一覧を示す溶媒名選択窓を表示可能とした溶媒リスト表示ウィンドと、前記複数種類の溶媒ごとの温度と粘性係数の近似曲線式を記憶する記憶部と、測定対象試料の温度を測定する温度センサとを有するとともに、前記溶媒名選択窓に表示される複数種類の溶媒の中から次の粒径分布の測定に用いる一つの溶媒が選択されたとき、その選択され溶媒に対応する温度と粘性係数の近似曲線式を自動的に設定するとともに、測定動作に伴い前記温度センサによって計測される温度を前記近似曲線式に入力して粘性係数を算出し、その算出した粘性係数をストークスアインスタインの式に代入して応答関数を求め、この応答関数と前記散乱光により生じる干渉光を検出する検出器による光信号から求められるパワースペクトルとから粒径分布の逆演算を行なう演算処理部を有することを特徴とする動的光散乱式粒径分布測定装置。
【請求項２】
測定対象試料にレーザ光を照射して、該測定対象試料の溶媒中に分散しブラウン運動する粒子に当たってドップラーシフトにより生じる散乱光を電気的な検出信号に変換し、この検出信号をフーリエ変換して求めた光強度の周波数特性を逆演算して試料に含まれる粒子の粒径分布を算出する動的光散乱式粒径分布測定方法において、複数種類の溶媒及びそれら複数種類の溶媒ごとの温度と粘性係数の近似曲線式を記憶すると共に、記憶された複数種類の溶媒の一覧を示す溶媒名選択窓に表示される複数種類の溶媒の中から次の粒径分布の測定に用いる一つの溶媒を選択することにより、その選択した溶媒に対応する温度と粘性係数の近似曲線式を自動的に設定し、測定動作に伴い温度センサによって計測される温度を前記近似曲線式に入力して粘性係数を算出し、その算出した粘性係数をストークスアインスタインの式に代入して応答関数を求め、この応答関数と前記散乱光により生じる干渉光を検出する検出器による光信号から求められるパワースペクトルとから粒径分布の逆演算を行なうことを特徴とする動的光散乱式粒径分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動的光散乱を利用した粒径分布測定装置および粒径分布測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、測定対象試料の溶媒（分散媒）中に分散する粒子の粒径分布を測定する粒径分布測定装置が提案されている。すなわち、この粒径分布測定装置は、測定対象試料に対して特定波長のレーザ光を照射し、粒子に当たって散乱した散乱光を検出器に入射させる。このとき、ブラウン運動する粒子に照射したレーザ光のドップラーシフトにより生じる散乱光の干渉光を検出して、この拡散光の検出信号をフーリエ変換して周波数解析することにより、測定した光強度の周波数特性を求めることができる。ついで、この光強度の周波数特性から粒径分布の測定を行うことが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、周波数特性から粒径分布を求めるためには、複雑な演算処理を行う必要があり、それだけ、高性能のコンピュータを必要としていた。また、演算結果が発散して、粒径分布を求められなくなることもあった。このため、周波数特性から粒径分布を求めるために、周波数特性をコンボリューション積分の形に変換してこれをデコンボリューションすることや、シフトバリアントな応答関数を用いて粒径分布をもとめることが考えられているが、この方法では分析精度が低下することは避けられなかった。
【０００４】
そこで、本出願人は１９９８年１０月３０日付けで、「粒子径分布解析方法」（特願平１０−３１００６３号）を出願している。この粒径分布解析方法を用いることにより、簡単な繰り返し演算を行うことにより、第１種フレドホルム積分方程式から粒径分布を逆演算することにより求めることができる。さらに、逆演算の過程で用いる応答関数を測定時の各種条件に合わせることにより、より正確な粒径分布を測定することができる。
【０００５】
ここで、逆演算によって求まる粒径分布をより正確なものとするためには、使用者が測定前に、測定時の試料の温度、光の屈折率、粘性係数などの各種条件を正確なパラメータとして数値入力することが重要であるが、この入力作業が煩わしいという課題もあった。とりわけ、光の屈折率、粘性係数などのパラメータは文献によっては異なる単位によって表わされることがあり、必要とされる単位径に変換した粘性係数などのパラメータを入力することは煩わしく、間違いが生じることも考えられる。
【０００６】
さらに、前述のパラメータのうち、粘性係数は溶媒の種類や温度によって大きく異なるものであり、これが粒径分布に大きな影響をあたえるゆえに、測定時の試料の温度を考慮に入れて粘性係数を入力しなければならないという問題もあった。また、文献値などでは各種溶媒の温度による粘性係数の変化について、２０℃，２５℃…などと、大まかな温度間隔における値しか知られていない場合が多かった。
【０００７】
このため、従来は使用者が粒径分布の測定前に文献値などで調べた大まかな粘性係数の変化からその時の粘性係数を推定するしかなかった。ところが、この粘性係数の推定値には個人差があり、文献値が少ないときには特に、測定時の温度での正確な粘性係数を知ることは困難であった。
【０００８】
本発明は、上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的とするところは、粒径分布の逆演算に不可欠な溶媒の粘性係数を測定時の温度から自動的かつ正確に算出し、粒径分布の算出のための演算に用いることができる動的光散乱式粒径分布測定装置および粒径分布測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の動的光散乱式粒径分布測定装置は、測定対象試料にレーザ光を照射して、該測定対象試料の溶媒中に分散しブラウン運動する粒子に当たってドップラーシフトにより生じる散乱光を電気的な検出信号に変換し、この検出信号をフーリエ変換して求めた光強度の周波数特性を逆演算して試料に含まれる粒子の粒径分布を算出する動的光散乱式粒径分布測定装置において、複数種類の溶媒を記憶する記憶部と、その記憶部に記憶されている複数種類の溶媒の一覧を示す溶媒名選択窓を表示可能とした溶媒リスト表示ウィンドと、前記複数種類の溶媒ごとの温度と粘性係数の近似曲線式を記憶する記憶部と、測定対象試料の温度を測定する温度センサとを有するとともに、前記溶媒名選択窓に表示される複数種類の溶媒の中から次の粒径分布の測定に用いる一つの溶媒が選択されたとき、その選択され溶媒に対応する温度と粘性係数の近似曲線式を自動的に設定するとともに、測定動作に伴い前記温度センサによって計測される温度を前記近似曲線式に入力して粘性係数を算出し、その算出した粘性係数をストークスアインスタインの式に代入して応答関数を求め、この応答関数と前記散乱光により生じる干渉光を検出する検出器による光信号から求められるパワースペクトルとから粒径分布の逆演算を行なう演算処理部を有することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の動的光散乱式粒径分布測定方法は、測定対象試料にレーザ光を照射して、該測定対象試料の溶媒中に分散しブラウン運動する粒子に当たってドップラーシフトにより生じる散乱光を電気的な検出信号に変換し、この検出信号をフーリエ変換して求めた光強度の周波数特性を逆演算して試料に含まれる粒子の粒径分布を算出する動的光散乱式粒径分布測定方法において、複数種類の溶媒及びそれら複数種類の溶媒ごとの温度と粘性係数の近似曲線式を記憶すると共に、記憶された複数種類の溶媒の一覧を示す溶媒名選択窓に表示される複数種類の溶媒の中から次の粒径分布の測定に用いる一つの溶媒を選択することにより、その選択した溶媒に対応する温度と粘性係数の近似曲線式を自動的に設定し、測定動作に伴い温度センサによって計測される温度を前記近似曲線式に入力して粘性係数を算出し、その算出した粘性係数をストークスアインスタインの式に代入して応答関数を求め、この応答関数と前記散乱光により生じる干渉光を検出する検出器による光信号から求められるパワースペクトルとから粒径分布の逆演算を行なうことを特徴としている。
【００１１】
したがって、複数種類の溶媒の中から使用者が次の粒径分布の測定に使用する一つの溶媒を選択するだけで、数値入力の煩わしさや入力ミスなどを発生することなく、溶媒種および測定時の温度条件に合った正確な粘性係数を求め、その正確な粘性係数を応答関数の演算パラメータとして入力することが可能であるので、究めて容易に、より正確な粘性係数を粒径分布の逆演算に反映させることができ、最終目的として可及的に正確な粒径分布を得ることができる。また、計算誤差や入力間違いによる粒径分布の不良を防ぐことができる。
【００１２】
なお、本出願人は１９９８年１０月３０日付けで、「粒度分布解析方法」（特願平１０−３０９９７８号：以下、先願の発明という）を出願しており、測定時の諸条件に合わせた演算パラメータの入力により、理論式を用いて粒径分布を解析する新たな解析方法を提案している。そして、本発明のように粘性係数の演算パラメータがより正確に入力されることにより、前記先願の発明において提案した粒径分布の解析をより精度良く行うことができるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の動的光散乱式粒径分布測定装置の構成を概略的に示す図である。図１において、１は測定部であり、例えば次のように構成されている。すなわち、２は溶媒３と測定対象の粒子（試料）４を収容するセル、５は粒子４にレーザ光６を照射する光源、７はレーザ光６をセル２内に集光させるレンズである。
【００１４】
８は粒子４による散乱光によって生じた干渉光９を反射するビームスプリッタ（またはレーザ光６の透過孔を設けた反射鏡）、１０は干渉光９を集光するレンズ、１１は干渉光９を電気的な検出信号に変換する検出器である。また、１２は前記検出信号を増幅するアンプ、１３はフィルタ、１４は検出信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器である。
【００１５】
加えて、１５はセル２に収容される試料３，４の温度を測定する温度センサであり、この温度センサ１５による信号もＡＤ変換器１４によってデジタル信号に変換される。なお、温度センサ１５は溶媒４に浸漬した状態で直接溶媒４の温度を測定するものであっても、セル２の外側から試料３，４の温度を測定するものであってもよい。
【００１６】
１６は前記測定部１を始めとする装置全体を制御するとともに、各種の演算を行なう測定制御部で、例えばパソコンよりなる。そして、パソコン１６は演算処理を行なうＣＰＵ１７に加えてメモリ１８やハードディスク１９などの記憶部や表示部２０やキーボード２１などの入出力部を有している。
【００１７】
また、前記メモリ１８やハードディスク１９には前記検出信号から粒径分布を求めるための解析プログラムや、溶媒の種類に対応する粘性係数や屈折率に関するデータを収納している。なお、この解析プログラムによる粒径分布の解析方法は先願の出願に示した方法を用いることができるので、その詳細は省略する。
【００１８】
上記構成の動的光散乱式粒径分布測定装置において、光源５を出たレーザ光６はビームスプリッタ８およびレンズ７を通過してセル２内に集光する。このとき、レーザ光６は溶媒３中に分散されたブラウン運動する粒子３に当たり、粒子３のブラウン運動によってドップラーシフトした光を散乱する。そして、このドップラーシフトした散乱光によって干渉光９が生じ、この干渉光９が検出器１１によって検出される。なお、干渉光９は散乱光同士の干渉によって生じることも、散乱光と非散乱光によって生じることもある。
【００１９】
そして、検出器１１によって検出された干渉光９の検出信号および温度センサ１５によって測定された試料３，４の温度がＡＤ変換器１４によってデジタル信号に変換されてパソコン１６に入力される。パソコン１６では、測定時における試料３，４の温度や溶媒３の種類などの情報をメモリ１８やハードディスク１９に収めているデータを用いて処理することにより溶媒３の粘性係数や屈折率などの各種パラメータを算出する。
【００２０】
図２は前記解析プログラムによる粒径分布の解析処理を行う前に行なう表示条件の設定方法を説明する図であって、前記パソコン１６の表示部２０に表示される画面の例である。図２では、とりわけ屈折率および粘性係数の設定の入力方法を説明しており、２２は表示条件を定める条件設定ウィンドウである。
【００２１】
図２に示す状態では、屈折率を設定するためのタグ２２ａが選択されており、本例の条件設定ウィンドウ２２は試料４の屈折率を設定する試料屈折率設定部２２ｂ、溶媒の屈折率を設定する溶媒屈折率設定部２２ｃ、および、溶媒の粘性係数を設定する溶媒粘性設定部２２ｄを有している。そして、溶媒粘性設定部２２ｄは温度をＸ、粘性係数をＹとする４次式（多項式近似式）Ｆｘによって表わされており、各係数ａ〜ｅの大きさによって温度に対する粘性係数の関係を表すことができるようにしている。
【００２２】
パソコン１６は前記温度センサ１５によって測定された温度を前記４次式Ｆｘに代入することにより、測定時の粘性係数を正確に求めることができる。使用者は従来と同じようにこれらの設定部２２ｂ〜２２ｄにおいてキーボード２１などの入力部を用いて各種設定を手動で、数値で入力を行うことも可能であるが、本例では条件設定ウィンドウ２２に分散溶媒リスト表示ボタン２２ｅを有している。
【００２３】
すなわち、使用者が分散溶媒リスト表示ボタン２２ｅを押すことにより、分散媒リスト表示ウィンドウ２３が表示される。この分散媒リスト表示ウィンドウ２３においては、一覧表示ボタンを押すことにより、パソコンの記憶部に記憶されている複数種類の溶媒の一覧を示す溶媒名選択窓２３ｂが表示され、使用者はこの溶媒名選択窓２３ｂに表示される複数種類の溶媒の中から次の粒径分布の測定に用いる一つの溶媒を選択することができるようにしている。
【００２４】
また、使用者が前記溶媒名選択窓２３ｂによって一つの溶媒を選択した後に、ＯＫボタン２３ｃを押すことにより、パソコン１６は既に登録されている選択した溶媒の屈折率および温度に対する粘性係数を表わす４次式Ｆｘが自動的に設定されるように構成されている。そして、粒径分布の測定が開始される。
【００２５】
図３は上述のようにして溶媒を選択した後に行なう粒径分布の解析処理の内容をブロック的な流れにして示す図である。図３において、２４は前記測定部１による測定動作を表わしており、この測定動作２４によって温度センサ１５から測定温度Ｘを検出し、検出器１１から光信号２５を検出することができる。一方、２６は前述の溶媒名選択窓２３ｂによる溶媒の選択動作を表わしており、上述した４次式による温度−粘性近似式Ｆｘを出力する。
【００２６】
次いで、パソコン１６は前記温度−粘性近似式Ｆｘに測定温度Ｘを入力することにより粘性算出２７を行ない、この粘性算出２７によって求められた粘性係数Ｙと前記測定温度Ｘは以下の式（１）に示すストークスアインスタインの関係式に代入されてローレンツ関数から応答関数を求める応答関数作成演算２８に用いられる。また、２９に示す粒径分布の逆演算では、前述のようにして求められた応答関数と前記光信号２５から求まったパワースペクトルとから粒径分布Ｆ（Ｄ）が算出される。
ＫＴ
Ｄ＝  ―――――                  …  式（１）
３πηＤｐ
但し、ηは粘性係数Ｙ，Ｔは測定温度Ｘ，Ｄｐは粒子径であり、それぞれ、単位は、〔ｍＰａＳｅｃ〕，〔Ｋ〕，〔ｍ〕である。
【００２７】
上述のように構成されることにより、測定時の試料３、４の温度や粘性係数ηなどの正確な条件が応答関数の作成に反映されるので、より正確な粒径分布Ｆ（Ｄ）の測定が可能となる。また、従来のように使用者が粘性係数の数値を入力する必要がないので、単位を間違えるなどの入力ミスが発生することがないだけでなく、簡便で容易により正確な粒径分布を求めることができる。
【００２８】
また、本例では、前記溶媒名選択窓２３ｂによる溶媒の選択によって溶媒の屈折率も得ることができるので、この屈折率を用いて、以下の式（２）に示すローレンツ分布を求めるために必要となる散乱ベクトルｇを求める時にも用いることができる。
４πｎ            θ
ｇ＝――――  ｓｉｎ  ―――                    …  式（２）
λ              ２
【００２９】
なお、上述した例では測定対象となる試料の溶媒３が予め用意されている例を開示しているが、本発明はこれを限定するものではない。すなわち、粒径分布の測定を開始する前に、溶媒３の温度に対する粘性係数ηを測定して、新たな溶媒を登録できるようにしてもよい。
【００３０】
例えば、図２に示す例においては、追加ボタン２３ｄが設けられており、この追加ボタン２３ｄを押すことにより、新たな溶媒３を追加登録可能としている。このようにすることにより、新たな溶媒３の追加として、例えば溶媒に対して分散剤を添加した場合や、２液を混合した場合などに対応することができる。
【００３１】
新規溶媒の追加は、例えば以下の手順で行なうことができる。すなわち、粘度計と温度センサによって新規溶媒の温度を変えたときの粘性係数ηを数点計測し、これらから最小自乗法などの演算法により多項式近似式を作成する。あるいは、文献などを参考にして温度に対する溶媒の粘性係数ηを数点入力し、これから多項式近似式を作成してもよい。そして、作成した多項式近似式はその各係数ａ〜ｅを任意に変更可能とすることにより、使用者によって変更可能とすることもできる。
【００３２】
そして、適当な溶媒名を付けて登録することにより、以後は溶媒名を選択するだけで新たな溶媒に付いても簡単に正確な測定を行うことができるようになる。また、溶媒の屈折率も同時に登録可能とすることにより、粘性係数と同時に溶媒名で呼び出すことが可能となる。
【００３３】
なお、上述の例では温度−粘性係数の関係式を４次式にした例を開示しているが、本発明は温度−粘性係数の関係式を表わす多項式近似式を４次に限定するものではないことは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、使用者は溶媒選択窓に表示される複数種類の溶媒の中から次の粒径分布の測定に使用する一つの溶媒を選択するだけで、数値を入力しなくても、測定時の温度条件に合った正確な粘性係数を求め、それを応答関数の演算パラメータとして自動的に入力することが可能である。従って究めて容易に、より正確な粘性係数を粒径分布の逆演算に用いることができ、最終目的として可及的に正確な粒径分布を得ることができる。また、計算誤差や入力間違いによる粒径分布の不良を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の動的光散乱式粒径分布測定装置の全体的な構成を示す図である。
【図２】  前記動的光散乱式粒径分布測定装置による溶媒の選択方法を示す図である。
【図３】  前記動的光散乱式粒径分布測定方法の処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
３…溶媒、４…測定対象試料、６…レーザ光、９…散乱光、１５…温度センサ、１７…演算処理部、１８，１９…記憶部、Ｆ（Ｄ）…粒径分布。
【図１】
0003820065.tif 000002
【図２】
0003820065.tif 000003
【図３】
0003820065.tif 000004