目次

分析機器解説シリーズ（３７）動的光散乱・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2
中央分析センター（筑紫地区）
装置利用経費表・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 6
中央分析センター工学分室（箱崎地区）
装置利用経費表・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7
お 知 ら せ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8

CENTER OF ADVANCED INSTRUMENTAL ANALYSISKYUSHU UNIVERSITY

★ 分析機器解説シリーズ（37）★
動 的 光 散 乱
理学部 町 田 光 男
１．はじめに微粒子による弾性的光散乱の理論が Rayleigh により提案されて以来、レーリー散乱は高分子やコロイド状粒子などの大きさや形状決定の 1 つの手段として発展してきた。さらに、レーザーの出現と光測定技術の進歩により散乱体の運動に依存した散乱光の揺動を時間の関数の形で記録し、解析することができるようになった。この手法はレーリー散乱に応用され、動的光散乱として確固たるものになっている。また、動的光散乱はレーリ一散乱光のスペクトル解析法として高感度かつ高精度な測定方法であり、高分子物理・化学やコロイド科学などの分野においてダイナミックス解明の実験手段として重要性を増しつつある。ここでは動的光散乱法の中心的役割を担う光子相関法の原理とその応用例を紹介する。
２．原理

分極率の時間的揺らぎによりレーリー散乱光の振動数は僅かにシフトする。従って、その変動がランダムであるなら散乱光は単色入射光の振動数と等しい中心振動数をもつ準弾性散乱光となる。
レーリー散乱で問題とする振動数シフトはメガヘルツ以下である場合がほとんどであり、これは通常の干渉分光法の分解能に比べるとはるかに低い振動数である。そこで、光子相関法では時間的に揺動する散乱光の自己相関を測定することにより散乱光の分光を行っている。
溶液中に単分散した球形ブラウン粒子について考える。ただし、粒子の濃度は散乱光相互の干渉が無視できる程度に希薄であるとする。このような系において、散乱光強度は粒子の並進ブラウン運動のために平均値のまわりでランダムに変動する。散乱光強度Ⅰの時間に関する自己相関関数は（T→∞）
C(τ)＝∫0T I(t)I(t＋τ)dt/T，で表される。光子相関法では C(τ)を直接測定する。散乱体が球形ブラウン粒子の場合にはゆらぎはガウス的であり、I(t)と I(t＋τ)の相関は遅延時間 T とともに指数関数的に減少する。この場合、自己相関関数はC(τ)＝〈I2〉(1＋exp(‑τ/τc))，τc＝1/2DQ2となる。ここで、Q は散乱ベクトルの大きさを、〈 . . 〉は時間平均を表す。また、並進拡散定数
D は溶媒の粘性系数η、粒子の流体力学的半径 R を用いて D＝kBT/6π ηR（kB はボルツマン定数、
T は絶対温度）で表される。このようにして相関時間τc の測定から粒子の流体力学的半径 R を決−2−

定することができる。
測定系（ホモダイン法）の概略を図−1 に示す．光源としては He−Ne レーザーあるいは Ar イオンレーザーが用いられる。レーザー光は散乱強度密度を増大させるためにレンズ L により試料中に集光される。試料からの散乱光はコヒーレンスの条件を満たすように配置された 2 つのピンホール
Pl、P2 を通して光電子増倍管で検出される。検出された光の自己相関関係はコリレータで解析される。測定系の詳細については文献 1 を参照していただきたい。

３．応用例
Morgan と Mande12) 、Arecchi3) によって始まった光子相関法はサブミクロンのディメンションを持つ系の動的情報を得る手段として非常に有効である。ここでは、コロイド分散系における結晶成長とグラス形成過程を調べた研究例を簡単に紹介する。
図−2 に、Megen ら 4) によって決定された poly‑(methylmethacrylate)(PMMA)サスペンションの動的構造因子 S(Qm，τ)を示す。測定は結晶化が完了する以前の準安定な液体状態の段階で行われている。また、これらの系において、半径 170nm の球状 PMMA 粒子は単分散しており、濃度φは PMMA 粒子の体積率で表されている。
−3−図−2 準安定液体状態にある PMMA サスペンションの動的構造因子
S(Qm,τ)4)。S(Qm,τ)は静的構造因子 S(Qm)で規格化してある。

S(Qm,τ)は 2 つの減衰成分から成り立っている。0.3 秒程度の速い成分は粒子の局所的な運動に、また、濃度の増加と共に遅くなる成分は束縛された長距離拡散に対応している。φが 0.542 以下では遅い成分の減衰時間は有限の値を示している。一方、φ＝0.554 以上の濃度においては遅い成分は発散し、準安定な液体状態が凍結され、ガラス状態が形成される。
４．おわりに以上、光子相関法について述べてきたが、この方法の利点はスペクトルの測定が相関時間の測定として行われ、動的な現象を直接観測できるという点にある。また、対象となりうるものも高分子溶液の他に、臨界点における揺らぎあるいは微粒子系における集団運動など非常に広範囲にわたると考えられる。

−4−

参考文載
1）大林康二、生嶋 明：日本物理学会誌 29（1974）349．
2）B．L．Morgan and L．Mandel：Phys．Rev．Lett．16（1966）1012.
3）F．T. Arecchi，E．Catti and A．Sona：Phys. Rev．Lett. 20（1966）27．
4）W．van Megen，P．N．Pusey and P．Bartlett：Phase Transitions 21（1990）207.

−5−中央分析センター（筑紫地区）装置利用経費表
No.
12345678910装置

利 用 経 費 (円)ＡＢ

名＊エスカスキャンニングオージェ表面分析装置
走査電子顕微鏡
蛍光Ｘ線分析装置
エネルギー分散型Ｘ線回折計＊４軸型自動Ｘ線回折計
島津Ｘ線回折計
集中法粉末Ｘ線回折計
Weissenberg カメラ
Ｘ線小角散乱装置＊質量分析計（JEOL‑OISG‑2 型）

1件当り1時間当り 1件当り

4,000
2,000

3,000

500

1,500

12

＊超伝導核磁気共鳴装置

2,000

13141516171819202122

核磁気共鳴吸収装置(JNM‑PHX60 型)＊核磁気共鳴吸収装置(JNM‑FX‑100 型)＊多核種用ＦＴ型ＮＭＲ(JNM‑FX‑100 型)
自記分光光度計
赤外分光光度計(IR‑440 型)
赤外分光光度計(5670 型)
回折格子遠赤外分光光度計
分光蛍光光度計
フーリェ変換赤外分光時計＊原子吸光・炎光発光・分光分析装置
元素分析計

24
25

＊電子式精密自動天秤
超高圧物性測定装置

26

示差走査熱量計

2728
2930313233
3435363739

双子型恒温壁熱量計
メスバウアー分光分析装置
誘電率測定装置
汎用型滴定記録装置
雰囲気中液体急冷装置＊単結晶育成炉
高周波２極スパッタ装置
動的粘弾性測定装置
ラバープレス＊水銀圧入式ポロシメーター
熱分析装置

1,000

5,000
10,0008,000
8,000
15,000電子スピン共鳴装置＊Ｃ，Ｈ，Ｎ

件数又は日1日(1) LM(m/e＜800)(2) LM(m/e≧800)(3) GC‑LM(4) HM(5) GC‑HM

1123500
1,000
1,000
4,000

2,000

考件数＋時間＋200 円/写真 1 枚

1,000
1,000
1,000

2,000
10,000
2,000
2,000

備

1時間当り

LM の解析は m/e≦1500
データ解析の場合は以下の経費を加算
2,000 円/ピーク
2,000 円/ピーク
5,000 円/ピーク
1 件は20 分以内。
20 分増すごとに2,000 円追加

6,000
500
3,000
3,000

試料は依頼者が調整
試料は依頼者が調整
500
500
700
500

チャート１枚
チャート１枚300

5,000＋100 円/チャート

1,200

原子吸光は光源が限られる
Ｃ，Ｈ
Ｃ，Ｈ，Ｎ
Ｎ

550
900
350
300
10,0001,000
1,500

1,000500
1,000
800

5,000

1 件は 2 週間以内
標準型
低温型件数又は日1,000500
5,000
10,0002,000
1,0001,000

ノズル持参
１日

1,000
1,000500＋液体窒素実費
１回500（１）上記経費表中、Ａ欄は担当オペレーターに依頼、Ｂ欄は依頼者が装置を利用した場合の経費を示します。
（２）上記経費表中の＊印は、担当オペレーターが操作する装置で依頼者は操作できません。
（３）利用時間は１時間単位で計算します。

−6−

中央分析センター工学分室（箱崎地区）
装置利用経費表（その１）
No.

装置名

利 用 経 費 (円)Ａ
Ｂ
1件当り 1時間当り 1件当り 1時間当り
1,000700
2,000
1,000700123

核磁気共鳴吸収装置(R‑24B)＊核磁気共鳴吸収装置(R‑600)
核磁気共鳴吸収装置(R‑90H)

4＊超伝導核磁気共鳴吸収装置(JNM‑GSX400)

2,000

5

＊超伝導核磁気共鳴吸収装置(Bruker AC‑250P)

2,000

6

ガスクロマトグラフ質量分析計

3,000

7891011121314151617

高速液体クロマトグラフ
Ｘ線回折計
Ｘ線発生装置
走査型電子顕微鏡(MSM‑6)
走査型電子顕微鏡(ABT‑32)(WET‑SEM)
超高分解能走査型電子顕微鏡＊透過型電子顕微鏡＊イオンコーティング装置
イオンコーティング装置＊イオンシンニング装置
フーリエ変換赤外分光光度計

1819202122

二波長分光光度計
分光けい光光度計
レーザーラマン分光光度計
円二色分散計
誘導結合プラズマ質量分析装置

23

原子吸光分析装置

1,500
1,500
2,000

備

考

基本料金 2,000 円
温度変化1点につき400円加算
長時間測定 3,500 円
長時間測定 3,500 円
温度変化 400 円/点(高温)1,000 円/点(低温)チャート 2m 以上の場合は
Ａ：1,000 円/m,
Ｂ： 500 円/m を加算

1,000
400
500
500

1,500
1,500
1,000

2,000200 円/写真１枚1,000

フィルム代は別料金20,000
4,000
2002002,000
1,500500

Nujol法
KBr法

2,500

1,000溶液法、ATR法

500250
300
1,000
500

700
1,500200

料金はｾﾝﾀｰへお尋ね下さい
基本経費 500 円を加算
検量線作成 500 円/件

1002425262728＊発光分析装置
熱天秤(TG‑30)
示差熱分析装置(DTA‑30)
示差走査熱量計
双子型恒温壁熱量計

1,000
1,000
1,000
1,000
3,000

29

金属中水素分析装置

600

30

シンクログラフ10031

シンクログラフ

10032
33
34
35
3637

ミクロフォトメーター
表面張力測定装置
インピーダンス測定装置
光透過式粒度分布測定器
表面積測定装置
精密天秤

500
500
500
2,000
校正 A:1,000 円/回
B: 600 円/回

300

50600
1,000
1,000300−7−注)1件についての測定時間が1時間を超える場合は１時間につき１件とみなして件数を加算する

300
100
500
500
100

ﾁｬｰﾄ 1m 当り 1 時間
ｼﾝｸﾛｯﾄは利用者負担
ﾁｬｰﾄ 100 円/m を加算中央分析センター工学分室（箱崎地区）
装置利用経費表（その２）装No.
3839404142

置利 用 経 費 (円)
備考Ａ
Ｂ
1件当り 1時間当り 1件当り 1時間当り
1,000
1,000 単位時間は 4 時間とする
100 フィルムは各自持参
150
1,000

名

プラズマデポジション装置
ガラスキャピラリー作成装置
金属顕微鏡
電気炉
画像処理解析装置

（１）上記経費表中、Ａ欄は担当オペレーターに依頼、Ｂ欄は依頼者が装置を利用した場合の経費を示します。
（２）上記経費表中の＊印は、担当オペレーターが操作する装置で依頼者は操作できません。
（３）利用時間は１時間単位で計算します。

★★★★★ お知らせ ★★★★★

新設装置の紹介
工学分室(箱崎地区)で使用していました微量水分測定装置が老朽化のため使用できなくなりましたので、下記の装置に更新しました。従来の微量水分の測定の他に固体の水分を容易に測定できる気化装置を付設しました。
京都電子工業㈱製カールフイツシヤ水分計一式
本体MKC−210

水分気化装置ADP−351

仕様〔1〕 本体 MKC−210形式

名称 MKC−210 カールフィッシャ水分計

測定

方式 カールフィシャ電量滴定方式制御方式 マイクロコンピュータによる定電流パルス時間制御

終 点 検 出 方 法 交流分極法
滴定状況表示水分過剰状態の表示（Pretitr） 測定粗可能状態の表示（Ready）
測定可能状態の表示（Stable）

終点表

示 電子音による報知攪拌

方法 マグネチックスターラによる攪拌、回転速度はキー入力設定

滴定

セル 容量 100ml（最大 150ml）

測定

範

囲 測定試料中の含水量 10μg〜100mg H20−8−検出感度 0.1μg H20
再現性、水メタノール 1mgH20 測定

滴定条件時間設定滴定開始遅延時間××××秒
滴定終了制限時間××××秒

滴 定 ス タ ー ト 自動スタートまたは任意手動スタートの設定可能
フ ァ イ ル 機 能 滴定条件および計算式の独立メモリすべてユーザ専用モード(5 モード)
濃度計算および統計計算・含水量（μg または mg H20）計算機

能・液体または固体試料を秤量して、水分測定する場合の濃度計算
・液体または固体試料をあらかじめ溶媒に溶解、水分抽出し、その一部を秤量して、水分測定する場合の濃度計算
・液体試料を容量で計算して、水分測定する場合の計算仕様〔2〕 水分気化装置 ADP−351（1）概 要ADP−351 水分気化装置はカールフィッシャ水分計に付設して、プラスチックペレットなどの固体中の水分を定量するときや、試料に滴定妨害成分を含む場合に使用する。試料を加熱して試料中の水分を気化させ、窒素または空気をキャリアガスに使って気化した水分を滴定セルに導入する装置である。
（2）特 長① 加熱管内での試料ボートの移動は、大気中の湿分の影響のないマグネット方式により加熱管の外部から行う。
② 加熱管は、透明導電性発熱ガラスを使用しているので、加熱管内の試料の状態が常に観察できる。
③ 加熱温度制御はマイクロコンピュータによる比例演算制御方式を採用しているので、すみやかに昇温し、かつ設定精度の信頼性に優れている。
④ 加熱温度の表示および設定は、見易い LED による 3 桁ディジタルである。
形
加式 model ADP−351
熱方式 透明導電性発熱ガラス

加 熱 温 度 範 囲 室温〜300℃

加熱温度調節制御方式

CPU による比例演算制御

設定範囲

0〜300℃最小設定 1℃

設定精度

±2℃

測 温 体

K 熱電対−9−温度

加表
熱示 LED3 桁ディジタル表示
管

試 料 ボ ー ト

パイレックスガラス管 外径φ30×全長約 345mm
パイレックスガラス製 長さ 68×幅 25×高さ 15mm
容量約 16ml

キ ャ リ ア ガ ス 窒素
シリカゲル筒（約 100g 入） 1 本ガス

乾燥ガス

流

量 100〜300ml／min

ゼオライト筒（約 100g 入） 1 本−10−