JP2002005888A - 表面電荷に起因する移動度及び効果 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 毛管セルを用いて粒子の速度分布を測定する
方法において電気浸透流れの影響を排除すること。 【解決手段】 分散液（７６）中の粒子（７８）又はセ
ル壁の電荷関連特性又は電荷誘導パラメータを自動的に
算定するための方法及び装置を提供する。粒子含有分散
液（７６）をセル（５２）内に供給する。分散液を光源
からの光で照射し、記粒子から散乱した光を検出空間か
ら検出する。分散液（７６）に第１の電場方向切換周波
数で電場を印加し、次いで、分散液（７６）に第２の電
場方向切換周波数で電場を印加する。第１周波数で電場
が印加されたときに散乱光から検出された信号を用いて
粒子の速度分布に関連した第１の値を得る。第２周波数
で電場が印加されている間に散乱光から導出された第２
の速度関連信号又は値を用いて粒子速度関連分布を修正
する。第１周波数は、粒子速度関連値の分布の許容し得
る解像度を得るのに十分に低い周波数とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面電荷、特に粒
子の電荷又は試験用セル（電池）の壁に生じる電荷に起
因する移動度（易動度）及び効果を同定又は測定するこ
とに関する。本発明は、特に、電気泳動移動度（泳動
度）の分野、及び、毛管セル（以下、単に「毛管」又は
「セル」とも称する）を用いた粒子の測定等に有用であ
る。

【０００２】

【従来の技術】粒子泳動の一般的な技術は、基本的に、
微小粒子又は生細胞の懸濁液を用意し、それを精密電場
に露呈し、それによって、粒子にその表面に生じる電荷
に因る安定した定常速度を得させることに関連してい
る。表面電荷は、例えば、表面の化学基のイオン化又は
外部の物質、分子又はイオンの吸収に起因する。この速
度を測定することにより、原理的に、表面電荷と、それ
に随伴して表面の近傍に群がり集まるイオンの層に起因
するゼータ（ζ）電位（界面動電位、運動電位）の算定
を可能にする。この速度は、しばしば、単位電場内にお
ける速度として表され、その場合、しばしば、電気泳動
移動度と称される。

【０００３】被検物（検体、検査試料）の表面又は性質
が不均質である場合は、いろいろな異なる粒子がそれぞ
れ異なる単位面積当たり電荷を有し、従って、それらの
粒子の速度が異なり、それらの速度のスペクトルを得れ
ば、その被検物のより詳細な特性を同定することが可能
である。

【０００４】時には、１つの粒子の電気泳動移動度を知
ることが必要な場合があり、多数の粒子の電気泳動移動
度の分布を知ることが必要な場合は多々ある。粒子の電
気泳動移動度を測定する方法は従来から幾つか提案され
ている。その方法の１つは、光学的直接観察による方法
であり、その場合、ユーザーは、粒子を含有した液体試
料（サンプル）にＤＣ電場を印加し、顕微鏡を用いてそ
れらの粒子を観察し、それらの粒子が所定の距離を移動
するに要する時間を測定する。電場内での粒子の速度を
知り、電場の強さを知ることによって、電気泳動移動度
を算定することができる。又、その移動度から、それら
の粒子の、例えばゼータ電位のような他の有用な特性を
導き出すこともできる。

【０００５】電極を直接液体試料内へ浸漬させた浴状試
料中の粒子速度を光学的直接測定によって測定すること
も知られている。その場合、毛管セルを用いて測定を行
う。即ち、毛管（ユーザーが粒子を視ることができるよ
うに光学的に透明である）内に試料分散液を装入し、毛
管の軸方向に電場を印加する。この方法では、電極を毛
管の両端に配置することができるので、電極を測定領域
から遠ざけることができる。

【０００６】毛管は、又、電場の精密な調整を可能に
し、被検物の良好な温度調整を可能にする。

【０００７】粒子の速度分布の測定が、毛管セル内の所
定の領域で行われる。これは、光学システムによって行
われる。簡単な像分析システム（基本的には、顕微鏡）
では、その観察は、速度の分布、従って、電気泳動移動
度を同定するのに十分な数の粒子の速度を記録するため
に懸濁液中の粒子の移動の速度を計ることから成る。

【０００８】印加電場は、電極の劣化を回避し、測定領
域からの粒子の永久的な沿い牛津を回避するために周期
的に極性を逆転される。この周期の逆関数が電場の周波
数である。

【０００９】粒子を含有した流体は、通常、イオンを有
しており、それらのイオンは、印加電場の影響下で移動
する。イオンの移動は、実際上、液体の流れを起こすこ
とがあり、液体中に分散した粒子の、観察される移動速
度は、その速度測定が行われる地点でのそれらの粒子の
電荷及びサイズ及び液体の局部的流れに依存する（によ
って決まる、左右される）。

【００１０】毛管セルでは、印加電場の周波数が１Ｈｚ
程度の低い周波数である場合、粒子の速度は観察地点の
位置によって左右される。従って、速度分布は、セル壁
（即ち、毛管の内壁）から離れた領域では見かけ上放物
線の形になる。これは、毛管の内壁上の電荷によって惹
起される液体の流れに起因する。この流れは電気浸透流
れと称されるものであり、その影響は、この毛管方式の
疑う余地のない利点を活用する上で克服しなければなら
ない主要な難点である。このことは斯界において周知で
ある。この難点を克服するために用いられている方法の
１つとして、セル壁に中性物質をコーチングし、いわゆ
る静止層（静止レベル）のところ、即ち、浸透流れとそ
の対向流れ（逆方向の流れ）とが相殺し合う速度ゼロの
部位で測定を行う方法がある。

【００１１】しかしながら、静止層（静止レベル）のと
ころで測定することは、直截的な方法ということからは
ほど遠い。理論的には、静止層は、限りなく薄いシート
であり、従って、この方法によって達成できることは、
せいぜい、静止層をを取り囲む、比較的小さい（例え
ば、内径５０μｍ×高さ５０μｍ×奥行き５０μｍ）測
定帯域を用いることである。その場合の主要な問題は、
光学的測定システムを、それが静止層における正しい微
小領域から測定をするのに十分に正確に、かつ、安定的
に、毛管に対して整列（心合）させることである。測定
装置の光学系の調心に僅かな誤差があっても、得られる
結果の信頼性を損なうことになる。現行の技術では、測
定装置の光学系を正しく調心するには長い時間を要し、
しかも、適正な調心（例えば、５μｍ未満の精度の調
心）を達成するには熟練と経験を有する操作者を必要と
する。

【００１２】又、粒子を照明するためと、位置選定の精
度を高めるために、レーザービームを用いて毛管の小領
域だけを照明することも知られている。その場合、レー
ザービームと検視／検出システム（光学系）の両方を空
間内の同じ地点に心合させ、その地点が静止レベル（静
止層）に位置していることを確認する必要がある。静止
レベルに位置していることの確認は、心合操作よりも面
倒である。この方式には、精密なエンジニアリング公差
と無塵製造技術が必要とされる。

【００１３】上述した問題から、高周波（例えば、≧１
００Ｈｚ）電場切換法の開発が導出された。電場の方向
を高周波数で切換える（反転する）と、電気浸透流れを
無視しうる度合にまで減少させることが判明しており、
従って、静止レベルの位置で測定するための慎重な心合
操作が必要でなくなる。この方法は、迅速電場反転（Ｆ
ＦＲ）電気泳動移動度測定法と称されることもある。

【００１４】しかしながら、この迅速方向切換は、自動
データ収集法を用いる器械でしか実施することができ
ず、電場が一定に維持されている時間が限られているの
で、移動度の差を識別又は解像（分析）する能力に直接
影響する。

【００１５】高周波測定では粒子は一方向にのみ移動す
る短い時間しか観察されないので、各粒子間の速度分布
の差が大きくなければ、解像（分析）できない。即ち、
閾値以下の速度差は、解像不能であるか、解像するのが
極めて困難である。従って、粒子の電気泳動移動度分布
の解像精度は、それだけ劣ることになる（ただし、心合
に関しては、それほど問題はない）。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、従来技術の上述した諸問題を解決することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】発明の概要 上記課題を解決するために、本発明は、その一側面によ
れば、分散液中の粒子又はセルの壁の電荷関連特性又は
電荷誘導パラメータ（電荷から導き出されるパラメー
タ）を自動的に算定する方法であって、粒子含有分散液
をセル内に供給する工程と、該分散液を光源からの光で
照射する工程と、前記粒子から散乱した光を所定の検出
空間から検出する工程と、前記分散液に第１の電場方向
切換周波数（以下、単に「第１周波数」と称する）で電
場を印加する工程と、該分散液に第２の電場方向切換周
波数（以下、単に「第２周波数」と称する）で電場を印
加する工程と、前記第１周波数で電場が印加されたとき
に前記散乱光から検出された信号を用いて前記粒子の速
度分布に関連した第１の値を得る工程と、前記第２周波
数で電場が印加されている間に散乱光から導出された第
２の速度関連信号又は値を用いて前記速度分布に関連し
た第１の値を修正し、修正された粒子速度関連分布を創
生する工程とから成り、前記第１周波数は、粒子速度関
連値の分布の許容し得る解像度（分析能力）を得るのに
十分に低い周波数とすることを特徴とする算定方法を提
供する。

【００１８】前記第２周波数は、前記第２の速度関連信
号又は値が、前記検出空間が位置している前記セル内の
正確な位置上で実質的に不変となるのに十分に高い周波
数とする。

【００１９】前記第２の速度関連信号又は値を用いての
前記第１値の修正は、前記第１信号値を前記検出空間の
位置に依存して（位置如何によって）起こる値の偏移
（シフト）分だけ補償する。

【００２０】本発明は、その別の側面によれば、分散液
中の粒子の電気泳動移動度を算定する方法であって、前
記分散液を毛管セル内に収容し、印加電場の比較的高い
反転周波数で粒子速度関連測定を行う工程と、前記高い
電場反転周波数での測定値だけを用いて得られる解像度
に比べて比較的高い、粒子速度分布の解像度を可能にす
るためにＤＣ電流下で又は比較的低い電場反転周波数で
前記セル内の分散液から粒子速度測定を行う取る工程
と、前記高周波数測定値（高周波数で得られた測定値）
を用いて前記低周波数で得られた粒子速度関連分布スペ
クトルを、該低周波数のスペクトル中の低周波数ピーク
の平均値を対応する前記高周波数のスペクトル中のピー
クの平均値の位置と実質的に合致させるように偏移（シ
フト）させ、それによって、該低周波数の形状ピークを
それと等価の高周波数のピークの位置に存在させたのと
実質的に同等の、平行移動された、修正されたスペクト
ルを創生する工程と、該修正されたスペクトルを用いて
前記分散液中の電気泳動移動度を算定又は表示する工程
とから成る算定方法を提供する。

【００２１】前記高い電場反転周波数は、粒子速度分布
中の１粒子ピークの平均速度の変動が、測定を行うセル
内の正確な位置上で実質的に不変となるような周波数と
する。

【００２２】本発明は、その更に別の側面によれば、毛
管内に保持された分散液中の粒子の電気泳動値を算定す
る方法であって、前記分散液の電気浸透流れを無視しう
る度合にまで減少させるのに十分に高い電場反転周波数
で粒子速度関連測定を行う工程と、観察すべき信号発生
領域が前記毛管の断面中に位置する部位如何によって電
気浸透流れが測定速度に有意の影響を及ぼすように十分
に低い電場反転周波数で速度関連測定を行う工程と、前
記低周波数で観察された速度の電気浸透流れの部分の効
果（作用）を相殺するために前記高周波数測定値を用い
ることによって導出されたオフセット値又はオフセット
量（以下、単に「オフセット」とも称する）を前記低周
波数測定値に与える工程とから成る算定方法を提供す
る。

【００２３】本発明は、その更に別の側面によれば、粒
子又は細胞の分散液の電気泳動移動度を測定する方法で
あって、毛管セルの断面の小部分である所定の試料空間
を選択することができる光学的技法を用いて該毛管セル
の断面の中心又はその近傍において前記測定を行い、印
加される電場の周波数を高レベルと低レベルとの間で変
更し、高レベルの周波数は、セルの壁上の電荷による流
体の電気浸透流れをセルの断面中心部において実質的に
ゼロとするような周波数とし、低レベル周波数は、電気
浸透流れの放物線状流れ特性を十分に確立するような周
波数とすることを特徴とする測定方法を提供する。

【００２４】測定する対象粒子は、例えば生細胞であ
る。

【００２５】電場の形状は、与えられる信号の性質に応
じて、正弦波又は方形波形状、又は、他の任意の周知の
形状とすることができる。

【００２６】本発明の上記どの実施形態においても、高
周波数で測定された１つ又は複数の移動度の分布の平均
移動度の測定値を用いて、該分布の平均値を同一又は類
似したものとするように低周波数で測定された移動度の
スペクトルを調節することができる。これに必要な調節
は、移動度のスペクトルの線形オフセットとすることが
できる。このオフセットの大きさが、電気浸透流れ速度
の１算定要素を構成する。この調節は、信号を取り込ん
だ後ではなく、信号を取り込む前に光学系に対して直接
（例えば、光変調器を用いて）行うこともできる。

【００２７】粒子分散液のゼータ電位分布及び、又は毛
管の壁のゼータ電位の同時算定を行うために電気泳動移
動度と電気浸透速度の換算を用いることも可能である。

【００２８】測定値は、２つ以上の異なる電場周波数
で、例えば数種の、又は多数（１０又は何１０）の異な
る周波数で取ることができる。

【００２９】本発明の方法は、毛管のほぼ中心軸線上に
位置する検出空間から測定を行うことを含むものとする
ことができる。

【００３０】前記第１の、即ち低い方の周波数は、例え
ば１Ｈｚ±１Ｈｚとすることができる。前記第２の、即
ち高い方の周波数は、例えば少くとも４０Ｈｚとするこ
とができる。

【００３１】本発明の方法は、上述した実施形態のうち
の任意の実施形態を用いて粒子及び粒子分散液の電気泳
動移動度及び電気浸透速度を表すパラメータを提供し、
それらのパラメータを用いて粒子分散液のゼータ電位分
布及び、又は毛管の壁のゼータ電位を算定することを含
むものとすることができる。

【００３２】本発明は、その更に別の側面によれば、毛
管粒子の電気泳動移動度分布算定装置であって、分散液
を収容するように構成された毛管セルを保持するための
ホルダーと、光源と、前記毛管セルの検出帯域から散乱
される光を検出するための検出器と、電場を発生するた
めの電場発生電極と、前記電極によって印加される電場
を制御するための制御器と、速度移動度分布を算定する
ために前記検出器によって検出された信号を処理するた
めの信号プロセッサとから成り、前記制御器は、第１の
低周波数と、少くとも１つの第２の高周波数で電場を印
加するようになされており、該第１の低周波数は、該第
２の高周波数で得られるより優れた速度分布解像を達成
するのに十分に低い周波数であり、該第２の高周波数
は、前記測定された速度分布が電気浸透流れによって実
質的に影響されないように十分に高い周波数であり、前
記信号プロセッサは、前記第１の周波数で得られた粒子
速度分布スペクトルを、それから前記電気浸透速度を除
外するためのオフセット量だけ偏移させることによって
修正するようになされており、該オフセット量は、前記
第１の電場反転周波数と前記第２の電場反転周波数の両
方で得られた測定値からの情報値を用いて算定されるこ
とを特徴とする算定装置を提供する。

【００３３】好ましい実施形態では、前記検出帯域は、
前記毛管の断面のほぼ中心に位置するようになされる。
前記光源は、レーザーであることが好ましく、前記第１
及び、又は第２の粒子速度分布を得るためにレーザード
ップラー速度計を用いることが好ましい。

【００３４】速度分布は、電気泳動移動度分布と１対１
で関連しており（単位電場強度を求めるには、測定帯域
における電場Ｅの強度（任意の特定の機械から設定され
る任意の電極電圧設定値に対して既知である）で除す
る）、本発明の範囲は、速度分布と電気泳動移動度分布
の両方を実質的に相互互換的にカバーするものとするこ
とを理解されたい。

【００３５】毛管セルは、本発明の測定装置又は算定装
置（以下、単に「装置」とも称する）内に設置しておく
ことが好ましいが、装置をセルを付けないで販売するこ
ともでき、セルは別途に購入し、セルに被検試料を装入
してから装置に装填するようにすることができる。

【００３６】好ましい実施形態では、測定されたスペク
トルの平均速度を求めるのに前記高周波数測定値が用い
られ、低周波数でのスペクトルの平均速度を用いて、オ
フセット値を求める（低周波数での平均速度スペクトル
の平均速度−高周波数での平均速度スペクトルの平均速
度＝電気浸透オフセット）。

【００３７】前記第１周波数は、１Ｈｚ±１Ｈｚ又は±
０．５Ｈｚとすることができ、実質的に１Ｈｚとするこ
とができる。前記第２周波数は、１００Ｈｚ±３０Ｈｚ
又は±１５Ｈｚ又は±１０Ｈｚ又は±５Ｈｚとすること
ができる。あるいは、第２周波数は、１００Ｈｚより大
幅に大きい、例えば３００、４００、５００、６００Ｈ
ｚ又はそれ以上としてもよい。第２周波数は、少くとも
４０Ｈｚとすることができる。

【００３８】好ましい実施形態では、本発明の装置は、
散乱光収束光学系と、検出帯域を２００μｍの精度又は
それ以上の精度、好ましくは約５０μｍの精度にまで位
置ぎめするための光学的心合調節（光学的調心）機構を
有する（ユーザーが心合調節機構を手動で制御すること
ができることが好ましい）。

【００３９】又、好ましい実施形態では、前記光源は、
検出帯域での光線をやはり２００μｍの精度又はそれ以
上の精度、好ましくは約５０μｍの精度にまで心合させ
るための、手動で制御することができる、あるいは、制
御器／プロセッサコンピュータによって制御される、光
源心合機構を有する。検出帯域の体積は、好ましくは１
００μｍ×１００μｍ×１００μｍ（例えば、１０^６μ
ｍ^３）である。

【００４０】前記制御器は、例えば方形波電場又は正弦
波電場を印加することができる。検出された信号は、粒
子の移動方向の転換時に近い時点で発生した検出信号を
無視するためにゲート制御するすることが好ましい。

【００４１】前記高周波数は、電気浸透流れに対して実
質的に平坦な放物線を創生するのに十分に、又は、セル
の断面の中央領域（信号を検出する帯域）において少く
とも実質的に平坦になるように十分に高い周波数である
ことが好ましい。

【００４２】本発明の装置は、粒子の速度分布及び、又
は電気泳動移動度分布及び、又はゼータ電位分布に関す
る情報を報知するためのディスプレー、プリンター又は
出力ポートを有することが好ましい。

【００４３】本発明は、その更に別の側面によれば、毛
管型電気泳動移動度分析器に搭載して作動させた場合、
本発明の上記のどの側面による方法をも実施することが
でき、又、本発明の別の側面による装置を構成すること
ができるコンピュータプログラムを備えたデータキャリ
ア（データ記憶媒体）を提供する。

【００４４】本発明は、その更に別の側面によれば、
（ｉ）分散液中の粒子、又は（ii）試験用セルのセル壁
の素材、又は（iii）粒子−セル壁間の吸引力の電荷関
連特性を算定する方法であって、粒子を含有した流体試
料をセル壁を有するセル内に装入する工程と、ＤＣ電流
の電場、又は、比較的低い周波数で方向を転換する電場
を印加する工程と、前記ＤＣ電流下での、又は、前記低
周波数での粒子速度測定を行う工程と、該低周波数より
実質的に高い高周波数で電場を印加したときの粒子速度
測定を行う工程と、前記低周波数での粒子速度測定値と
前記高周波数での測定値の両方を用いて電荷関連特性を
算定する工程とから成る算定方法を提供する。

【００４５】前記測定値は、前記セルの断面の中央部か
ら取ることが好ましく、前記セルは毛管であることが好
ましい。

【００４６】本発明者等は、低周波数又はＤＣ電流下で
必ずしも良好な解像を達成する必要はないが、静止レベ
ルを見出すために十分な配慮をする必要があること、
又、速度解像精度の劣るが、取得又は設定し易い高周波
数スペクトルを得る必要は必ずしもないが、心合精度に
敏感でない装置で組み合わせ／修正高周波数スペクトル
を得るために低周波数スペクトルを修正するために高周
波数での情報（測定値）を用いることが可能であること
を確認した。本発明者等は、又、高周波数の下では、毛
管の中央部で、静止レベルのところで取られたスペクト
ルの速度は、電気浸透が無視しうる程度であるため、ほ
とんど偏移されることがないこと、又、幅広にされたス
ペクトルを低周波数での測定値から得られたより鮮鋭な
スペクトルに代えることが可能であることを見出した。

【００４７】データキャリアには、毛管型電気泳動移動
度分析器に搭載して作動させた場合、本発明の上記のど
の側面による方法をも実施することができ、又、本発明
の別の側面による装置を構成することができるコンピュ
ータプログラムを組み入れることができる。

【００４８】本発明は、その更に別の側面によれば、粒
子の特性同定装置に使用するのに適する測定用セルであ
って、試料保持セルと、仕切部材とから成り、該試料保
持セルは、少くとも一部分が透明であり、分散液試料
（以下、単に「分散液」又は「試料」とも称する）を保
持するように構成されており、前記仕切部材は、該セル
の一方の壁に係合し、セルの試料保持空間を仕切ってセ
ルの基底面に近接する位置まで延長していることを特徴
とする測定用セルを提供する。

【００４９】前記仕切部材は、セルの前記壁に摩擦係合
するようにすることができる。

【００５０】測定領域は、仕切板の形とすることができ
る前記仕切部材と、セルの基底面との間に画定すること
ができる。仕切板の両側に存在する分散液の自由表面間
に前記測定領域を含む流路を画定することができる。電
極は、セルと一体的に設けることができる。作動におい
て、これらの電極は分散液に接触するようにすることが
でき、分散液にＡＣ電圧を通すことができる。このセル
は、電気泳動移動度の測定に用いることができる。

【００５１】本発明は、その更に別の側面によれば、試
験すべき流体を収容する、屈曲した毛管を有する電気泳
動移動度分布試料収容セルを提供する。

【００５２】好ましい実施形態では、前記毛管は、Ｕ字
形にされる。好ましくは、前記毛管は、チャンバー画定
部材と、該チャンバー画定部材によって画定されたチャ
ンバーを分割して該毛管の少くとも第１部分と該毛管の
少くとも第２部分とするように該チャンバー画定部材内
に配置された仕切部材とによって構成され、該第１部分
と第２部分とは該仕切部材の両側に設けられる。好まし
くは、該仕切部材は、更に、その一端とチャンバー画定
部材との間に位置する毛管の第３部分の一部分を画定す
るようにする。

【００５３】別の実施形態では、前記仕切部材とチャン
バー画定部材とが、それらの間に毛管の第３部分を画定
するが、前記毛管の第１部分と第２部分は、実際には、
毛管としなくてもよく、あるいは、全くなくてもよく、
あるいは、必ずしも狭い毛管ではなく、比較的幅広の試
料収容領域とすることができる。

【００５４】本発明の範囲は、毛管を有するサンプル収
容セルを提供する方法、及び、自動測定機械にも及ぶ。

【００５５】本発明のその他の目的、特徴及び利点は、
以下の好ましい実施形態の説明及び添付図から当業者に
は明らかになろう。

【００５６】

【発明の実施の形態】図１は、電場の影響下で移動する
毛管内の粒子の速度を測定する従来技術の光学的直接測
定法を示す。図１において、１０は、毛管型試験容器
（以下、単に「毛管」とも称する）１４の１領域１２か
ら光を収集する顕微鏡である。毛管１４は、透明壁１５
を有し、粒子１８の分散体を懸濁させた液体（分散液）
１６を収容している。幾つかの粒子の速度を算定し、従
って、粒子速度分布及び、又はそれらの粒子の電気泳動
移動度分布を算定するために、（例えば、通常は眼によ
って、あるいはデジタルカメラと適当な粒子追跡ソフト
ウエアによって、あるいは写真フィルムカメラと後現像
処理によって）観察が行われる。顕微鏡１０は、他の何
らかの視検装置又は光学的検出器であってもよい。

【００５７】図２は、従来技術の毛管内の電気浸透流れ
現象を示す。電気浸透流れは、粒子の分散体を支持する
液体の、イオンの存在に因る移動である。イオンは、電
場によっても移送される。イオンの分布は、毛管の壁上
に存在する電荷によって影響されるので、液体（及び液
体中に分散懸濁している粒子）の正味流れ（一方向の流
れと反対方向の流れとの差し引きの流れ）は、毛管の壁
からの距離に依存する。液体は、毛管の内周壁のところ
では矢印２２で示されるように一方向に流れ、毛管の中
心領域では矢印２０で示されるように反対の戻り方向に
流れる。（液体は一方向に流れた後、反対方向に戻さな
ければならない。さもないと、セルの一端に液体が溜ま
ってしまい、セルが液体で一杯になり、スペースがなく
なってしまうからである。）毛管セルの壁１５は、参照
番号２４で示されているように負に帯電しており、従っ
て、セル壁の内面に隣接する液体中の陽イオン２６を過
剰にする。図２の線３０は、毛管セル内の液体の速度を
示す。周縁流れ（セルの壁１５に近接して一方向に流れ
る流れ）と中心対向流れ（セルの断面でみて中心部即ち
中央部を反対方向に流れる流れ）とが接触し交わり、液
体の速度がゼロになる部位に筒状のシート（薄層）面３
２が存在する。これが、静止層即ち静止レベルであり、
従来技術の低周波数毛管セル式電気泳動移動度測定法で
は、この静止レベルの位置で粒子速度分布を測定しなけ
ればならない（あるいは、そうするように試みなければ
ならない）。この静止層の位置は、毛管の単純な形状に
対しては計算によって算出することができる（Ｒ．Ｊ．
Ｈｕｎｔｅｒ著「コロイド科学におけるゼータ電位」ア
カデミックプレス、１９８１年刊、１３１〜１３４頁参
照）。

【００５８】図４は、毛管セルの断面の２つの異なる測
定点で測定された粒子速度に対して、検出された散乱光
の正規化強度（Ｉ）をプロットしたグラフである。散乱
光の強度は、通常は、１秒当たりの放出光子カウント
（数）として測定されるが、散乱光の強度に比例する電
圧又は電流として測定することもできる。あるいは別法
として、像分析が行われる場合は、強度の測定は、粒子
カウント（数）の測定によって行うことができる。線４
０は、静止層即ち静止レベル４１からの測定値に関する
ものであり、線４２は、毛管４３の中心からの測定値に
関するものである。図に示されるように、毛管の中心で
測定された場合の検出ピークは、静止レベルで測定され
た場合の測定速度（Ｖ_１）とは異なる測定速度（Ｖ_２）
として得られる。この速度偏移（シフト）は、電気浸透
流れに関連して生じる。

【００５９】図４は、低周波数（例えば１Ｈｚ）の電場
を印加した場合の測定値を示す。

【００６０】図５は、図４の情報と等価の情報を示す
が、高周波数（例えば１００Ｈｚ）の電場を印加した場
合の測定値を示す。図４に示される示された要素と同様
な要素は、同じ番号にダッシュを付して示されており、
静止層での粒子速度はＶ_３で、セルの中心での粒子速度
はＶ_４で示されている。

【００６１】速度Ｖ_１及びＶ_３は、静止層での粒子速度
であり、電気泳動移動度を決定するのに適している。速
度はＶ_２及びＶ_４は、セルの中心での粒子速度であり、
実質的に、電気泳動移動速度と電気浸透速度との和であ
る。Ｖ_２−Ｖ_１は、セルの中心（又はＶ_２が測定された
他の任意の地点）での液体の流れに等しい。同様に、Ｖ
_４−Ｖ_３は、測定点での電気浸透流れに等しい。

【００６２】図４のＷ_１及び図５のＷ_２は、測定された
速度スペクトルの幅を表す。低周波数の電場を印加した
場合の図４では、速度スペクトルは、幅が狭く、正確な
情報が得られる。一方、高周波数の電場を印加した場合
の図５では、速度スペクトルは、幅が広く、粒子速度解
像度が劣り、粒子分散体の速度分布の解像度も劣る。

【００６３】図４では、静止レベルの領域の流体速度の
変化率は、大きい（実際、空間位置に対する流体速度の
変化率は静止レベル領域において最大である）。このこ
とは、測定が行われる位置に僅かな誤差があっても、そ
れがＶ_１の測定値に大きく影響することを意味する。他
方、高周波数の電場を印加した場合の図５では、静止レ
ベルにおける流体速度の変化率は、比較的低く、Ｖ_３の
測定値は、位置の差に比較的敏感でない。実際、Ｖ_３と
Ｖ_４の間には大きな差はない（そして、この差は、流体
の流れ変化に起因する測定された粒子速度の最大の変化
である）。図４は、急勾配の放物線状曲線を有し、その
曲線は、ちょうど従来技術の低周波数での測定技術にお
いて測定すべき領域において特に急な勾配である。これ
に対して、図５は、ほとんど平坦な曲線を有する。その
理由は、図５では高周波数での電気泳動移動度の測定値
が用いられているからである。先に述べたように、高周
波数での測定では、系の心合精度がほとんど問題になら
ない。

【００６４】図３は、本発明による電気泳動移動度を測
定器又は測定器械５０を示す。測定器械５０は、透明な
毛管セル５２と、電場Ｅを発生する１対の電極５３，５
４と、それらの電極の電圧をを制御する電源又は電圧制
御装置５６と、レーザー５８及びレーザー心合機構６０
と、集光／焦点合わせ光学系６２、検出器６４及び検出
器／光学系心合機構６６を含む散乱光検出装置６１と、
制御器／プロセッサ６８から成る。

【００６５】電極５３，５４は、それぞれ、チャンバー
ハウジング７２，７３によって画定されたチャンバー７
０，７１内に保持されている。チャンバーハウジング７
２，７３は、シール７４を介してセル５２の両端に結合
されて、液体７７とその中に分散された粒子７８を有す
る分散液（液体の試料）７６のための密閉空間をセル５
２内に形成する。

【００６６】セル５２は、典型的な例では、シリカ／ク
ォーツで形成され、長さ約５ｃｍ×幅約１ｃｍ×高さ約
１．５ｃｍとし、その中心に沿って軸方向に延長した断
面長方形の毛管内孔８０を有する。毛管内孔８０の断面
サイズは、約５ｍｍ×２ｍｍである。

【００６７】レーザー心合機構６０及び検出器／光学系
心合機構６６は、使用において創出されるレーザービー
ム８２が毛管内孔８０の断面のほぼ中心部を貫通する
（中心部と交差する）ことを保証し、検出装置６１の光
学系６２が、レーザービーム８２が毛管と交差する毛管
内孔８０の中心部の小容量の液体から発せられる散乱光
を観察すること（位置選択の向上）を保証するために、
製造時に予め設定されている。レーザービーム８２と検
出装置６１の中心光軸とが互いに直交し、毛管５２の中
心軸線と直交する。電場Ｅは、毛管５２の中心軸線に沿
って延在する。

【００６８】制御器６８は、電源（又は電圧制御装置）
５６が周期的に方向を転換（反転）する電場を創生する
ように該電源を制御する。制御器６８は、電場を２つの
（又は２つ以上の）異なる周波数の間で切り換えるよう
に構成されている。図３の例では、制御器６８は、高周
波数（例えば、１００Ｈｚ）と低周波数（例えば、１Ｈ
ｚ）との間で選択的に切り換えることができる。図示の
好ましい実施形態では、０．５Ｈｚの低周波数の方形波
電場と、１００Ｈｚの高周波数の方形波電場を選択的に
試料に印加することができる。

【００６９】制御器６８は、又、視検空間から検出され
た散乱光信号を検出器６４から受け取り、それらの信号
を分析して、毛管５２内へ導入された液体の試料７６の
粒子電気泳動移動度分布を創生する。検出器６４は、粒
子の像を映すのではなく、全電場信号を用いて、検出さ
れた強度の変化をモニターし、ドップラー偏移（ドップ
ラーシフト）された電場を求める（ドップラー偏移は速
度に関連する）。

【００７０】制御器プロセッサ６８は、Ｖ_２（低周波数
でセルの中心部で測定された測定値で、粒子の電気泳動
速度と液体の電気浸透速度の和）を表す信号と、Ｖ
_４（高周波数でセルの中心部で測定された測定値で、粒
子の電気泳動速度と液体の電気浸透速度の和）を表す信
号を受け取り、両方の信号を用いて、電気浸透流れに起
因する要素を実質的に随伴しない、粒子の電気泳動移動
度分布を表す「混合モード」値を創生する。

【００７１】この混合モードの、即ち補償（修正）され
た電気泳動移動度値は、この例では、低周波数で測定さ
れた粒子の速度分布の信号（Ｖ_２）からＶ_４ピークの中
心の値を差し引く（減じる）ことによって得られる。こ
のことは、低周波数での測定のために速度値のゼロ原点
を変えて再計算することであると考えることができ、速
度にオフセットを導入することに等しい。このオフセッ
トは、Ｖ_２ピークの中心を、図５に示されるようにＶ_３
（静止層）と実質的に同じであるＶ_４の値にまで移動さ
せるのに要するオフセットである。この計算結果は、Ｖ
_２−Ｖ_４［Ｖ_２−（Ｖ_２−Ｖ_４）＝Ｖ_４］である。Ｖ_２
は、実際、各々がわずかに異なる多数の速度の分布であ
り、Ｖ_４はある特定の数である。

【００７２】かくして、この器械は、高解像度のＶ_２ピ
ーク（より正確には、いろいろな異なる粒子からのピー
クの分布）を測定するものであると考えることができ
る。Ｖ _２ピークは、静止層で測定されず、粒子速度から
電気浸透流れの寄与分を差し引く（Ｖ_２−Ｖ_４）ことに
より、真の電気泳動速度からオフセットされている。し
かしながら、Ｖ_２は、実際上、高解像度での一定の範囲
の速度であり、Ｖ_４は、Ｖ_４ピークの中心の単一の速度
である。従って、この器械は、高解像度でのＶ_２分布を
Ｖ_４位置（実際上は、Ｖ_３、即ち静止層の位置と同じ）
へ平行移動するものである。

【００７３】かくして、本発明は、毛管の断面内で位置
の差に敏感でない（位置の差によって影響されにくい）
態様で測定することによって粒子の速度分布の良好な解
像を達成することができる。本発明は、高周波数での毛
管による電気泳動移動度測定の利点（位置の誤差があま
り問題にならない）と、低周波数での毛管による電気泳
動移動度測定の利点（優れた解像度）の両方を享受する
ことができる。

【００７４】本発明は、毛管の中心軸線での測定を好ま
しいとするが、毛管の断面中のどの位置で行われる測定
についても有効であることを理解されたい。（ただし、
セル壁に近すぎる位置での測定は望ましくない。）

【００７５】本発明の好ましい実施形態では、レーザー
ドップラー速度計の技法を用いる。その場合、コヒーレ
ント光源が散乱光を発し、その散乱光がコヒーレント光
源の分離された一部分と混合してドップラー技法により
速度を測定する。又、２つの光ビームからの散乱光を検
出するドップラー差法を用いても同様な計算結果を得る
ことができる。インコヒーレント光源を用いた場合は、
粒子の像を作像し、その像を処理して粒子の速度を算定
することができる。

【００７６】図６は、本発明の原理を説明する図であ
る。低周波数でのピークの中心線９０と、高周波数での
ピークの中心線９１との速度の差Δは、電気浸透流れが
粒子の測定速度に及ぼす効果に密接に関係している。本
発明によれば、低周波数での速度値からこの効果分を差
し引いて調整された速度の分布を求める。この速度分布
は、流体の流れがない静止レベルで測定を行った場合に
得られるものと実質的に同じである。

【００７７】図７は、それぞれ異なる速度で移動する異
なる粒子に関する、本発明によって得られた粒子速度分
布を示す。本発明によれば、１つのピークに関する速度
差Δを算定し、その同じΔ値を各粒子の低周波数での速
度値から差し引く。あるいは、整合した各対のピークに
ついてΔを算出し直してもよい。

【００７８】図８は、本発明の効果を説明する更に別の
図であり、ピーク９２，９３，９４９５が、高周波数、
低解像度では容易に解像することができないほどに互い
に近接している場合を示す。

【００７９】図６〜８のグラフにおいて、高ν及び低ν
のグラフ線及び修正分布のグラフ線の相対的な高さは、
実際の強度を表すものとして描かれたものではなく、見
易くするためにグラフ上のＩ（信号強度）の目盛を押し
広げて描いたものである。

【００８０】図９は、光電気周波数オフセット装置から
データを電子的に取得する前に、本発明に従ってオフセ
ットを課された検出信号と基準信号との直接比較を用い
る態様を説明する図である。

【００８１】図９において、周波数調節装置１００は、
レーザー光源１０１と、ビームスプリッター１０２と、
基準セル１０３と、光変調器１０４と、測定用セル１０
５と、比較器ユニット１０６とから成る。

【００８２】レーザー光源１０１は、光ビーム１０７を
発射し、光ビーム１０７はビームスプリッター１０２に
よって第１光ビーム部分１０７ａと第２光ビーム部分１
０７ｂに分割される。

【００８３】第１光ビーム部分１０７ａは、基準セル１
０３を通り、基準セル１０３内で低周波数及び高周波数
での粒子速度の測定が行われる。低周波数での粒子速度
の測定値と高周波数での粒子速度の測定値との差がオフ
セット周波数値として記憶される。このオフセット周波
数値（単に「オフセット値」又は「オフセット」とも称
する）は、形の電気浸透流れ特性を表す。オフセット周
波数値は、光変調器１０４へ送られる。

【００８４】第２光ビーム部分１０７ｂは、光変調器１
０４を通り、光変調器１０４内で、基準セル１０３から
受け取ったオフセット周波数と等価のオフセット周波数
を課せられる。次いで、第２光ビーム部分１０７ｂは、
測定用セル１０５を通り、測定用セル１０５において低
周波数での高解像度粒子速度測定が行われる。

【００８５】次いで、第１光ビーム１０７ａと第２光ビ
ーム部分１０７ｂの両方が比較器ユニット１０６へ送ら
れ、比較器ユニット１０６内で、コンピュータ等へ信号
を取り込む前に、両信号（１０７ａと１０７ｂ）間の比
較を行うことができる。

【００８６】本発明によれば、その多くの実施形態にお
いて、単に毛管の断面の公称中心を見出し、高周波数で
の測定を用いて平均ピーク位置と低周波数信号を求め、
そのピークの形状及び、又は高さの詳細を求める。それ
によって画定されたピークの中心を移行して低周波数ピ
ークの中心として用いる（一実施形態）。

【００８７】粒子の寸法が０．０５μｍ〜５０μｍであ
る場合、本発明の装置を用いて粒子分布を測定すること
ができる。

【００８８】毛管の中心を見出す操作は、２００±１０
０μｍまでの誤差で実施することができ、±５μｍの精
度を必要とした従来技術に比べて面倒ではない。本発明
で用いる電場の強さは、電極と、毛管の長さによって設
定される。毛管の断面積がイオン電流の流れを設定する
ので、これを利用して（イオン電流の流れを低くするこ
とによって）使用の加熱を制御することができる。

【００８９】本発明の方法の基本は電気泳動速度を減じ
去ることであるから、本発明に使用される高周波数は、
電気泳動速度が無視しうる程度に十分に低くされるよう
に、十分に高くされ、通常は、８０Ｈｚ以上、又は１０
０Ｈｚ又は２００Ｈｚ＋とする。高すぎる周波数及び、
又は強すぎる電場を用いると、ダイ電気泳動が起こるこ
とがあり、誤った計算結果を生じることになる。

【００９０】電場が反転されると、粒子がその移動方向
を転換する。移動方向の転換時点及びその前後におい
て、粒子の速度が一定ではなくなる（加速又は減速す
る）。従って、計数される信号（計算の結果に影響する
信号）が粒子の移動の終端速度期間だけからのものする
ために、通常、検出された信号を遷移点付近でゲート制
御する。実用的な目標は、１つの粒子の「真の」速度か
ら平均約２％以下の誤差に収めることである。

【００９１】本発明のシステムｈ、電場反転（逆転）の
ために２つ以上、例えば約３、４、５、１０以上、又は
２０以上の異なる周波数を用いることができる。

【００９２】図１３は、本発明による装置及び、又は方
法を用いて速度測定した１つの粒子に関して移動度対周
波数をプロットした代表的なグラフである。低周波数
（通常２Ｈｚ未満）では、電気浸透流れパターンは、毛
管セルの両側壁間で実質的に放物線状となり（図４参
照）、数１０Ｈｚ程度の高周波数では、セルの断面に沿
ってほぼ一定（平坦）である（図５参照）。しかしなが
ら、中間の周波数の場合、電気浸透流れパターンは、低
周波数でのパターンと高周波数でのパターンとの可変組
み合わせとなる。従って、低周波数での粒子速度の測定
と高周波数での粒子速度の測定（図１３においてそれぞ
れ点Ａと点Ｂ）を用いることは、電気浸透流れを補償す
るのに必要とされる周波数オフセットを算出するのに随
伴する計算上の複雑さを大幅に軽減することになる。

【００９３】ただし、中間周波数での電気浸透流れパタ
ーンの関数形状が知られていれば、２つ以上の粒子速度
測定を用いることが可能であり、周波数オフセットを計
算するために、それらうちの少くとも１つ（又は２つ以
上）の測定を中間周波数値（例えば、図１３のＣ_１、Ｃ
_２、Ｃ_３参照）で行うことができる。

【００９４】中間周波数値で周波数オフセットを計算す
るには、低周波数での測定値及び高周波数での測定値、
従って両者の差を求めるために、粒子速度の測定からの
電気浸透流れパターンのデコンヴォルーション（解析）
と、移動度対周波数曲線の外挿を行う必要がある。

【００９５】本発明によれば、高周波数での測定（以
下、単に「高周波数測定」とも称する）と低周波数での
測定（以下、単に「低周波数測定」とも称する）とをイ
ンターリーブさせる（交互に行う）ことができる。この
方法は、幾つかの高ν（周波数）下測定を連続して行
い、次いで、幾つかの低ν（周波数）下測定を連続して
行った場合に比べて、粒子の特性が変化することに因る
算定結果の歪みを回避するのに役立つ。本発明によれ
ば、高ν下測定と低ν下測定の対の測定を何回か、例え
ば１０回行って、その平均を取るか、あるいは、高ν下
測定からの信号と低ν下測定からの信号を積分し、その
積分値を処理して速度／移動度分布を算定する。

【００９６】電気泳動移動度測定のために毛管の断面の
どの地点においても測定することが可能であるが、それ
らの測定は、又、セルの壁の１つ又は複数の特性を測定
することができる。すべてのセル壁情報を表すデータ得
るために毛管の断面のほぼ中心部で測定することが好ま
しい。

【００９７】本発明によれば、分散液中の粒子の速度ス
ペクトルの詳細を画定する低周波数測定と、分散液の平
均移動度を測定する高周波数測定とを組み合わせる。低
周波数測定値を、高周波数測定値の平均値と同じである
と予測して調節する量は、セル壁の電荷の実効態様の測
定値である。これ（セル壁の電荷の測定値）は、補助的
なものであるが、潜在的有用性を持つ情報である。

【００９８】本発明に必要とされる計算及び算法は、慣
用のドップラー偏移による毛管式電気泳動移動度算法／
計算に必要とされるものと実質的に同じである。

【００９９】一実施形態においては、単純にＤＣ電流又
は低周波数の分布形状を計算し、低周波数でのスペクト
ルの中心を高周波数でのスペクトルの中心（両者とも、
散乱光データから算出する）上に位置づけすることによ
って、高解像度の電気泳動移動度スペクトルを包含した
複合計算結果（答え）を得ることができる。

【０１００】（ａ）セル壁が汚れていて清掃を必要とす
るかどうかを判定する（そして、装置がそのことをユー
ザーに知らせる自動的に表示する）ために、そして
（ｂ）分散液中の粒子がセル壁に付着した度合を判定す
るために、セル壁の電荷特性についての情報を用いるこ
とができる。上記（ｂ）の粒子がセル壁に付着する度合
は、セル壁又は粒子又はその両方についての追加の情報
を与えてくれる。セル壁は、本発明において望ましいと
考えられる材料で製造することができ、その材料の電荷
特性を算定することができる。

【０１０１】もちろん、粒子のゼータ電位を算定するた
めに速度測定値及び、又は電気泳動移動度測定値を用い
ることもでき、本発明の器械はそれを自動的に実行する
ことができる。又、本発明の器械は、ゼータ電位のディ
スプレー又はプリントアウトをするようにすることもで
きる。

【０１０２】以上の説明から明らかであるが、本発明の
粒子電気泳動移動度分布分析機によって用いられる計算
過程を図１０〜１２を参照して以下に説明する。

【０１０３】本発明の器械は、印加電場の振幅を予め記
憶されているプログラムから設定する。（あるいは、ユ
ーザーが、器械に設定されている幾つかの振幅のうちか
ら所望のものを選択するか、又は、ユーザーが振幅を手
操作で入力するようにしてもよい。）次いで、器械は、
使用すべき高周波数を設定する（やはり器械が自動的に
設定するか、あるいは、ユーザーが器械に設定されてい
る幾つかの周波数のうちから所望のものを選択するか。
又はユーザーが周波数を手操作で入力することができ
る。）器械は、高周波数電場で強度信号を収集し、その
信号の自己相関関数を算出する。器械は、所要量の光が
収集されるまで、あるいは、所定の時間が経過するまで
光を収集する。光を収集する工程は、通常１００〜１０
００マイクロ秒の間集積された順次の試料（サンプル）
を記録し、それらの試料をメモリーバッファーに保存す
ることを含む。光からその強度を表す電気信号への変換
は、アナログ式であってよく、Ａ／Ｄ変換器を用いてデ
ジタル電子信号、又は、デジタルデータ（この場合、個
々のフォトンが計数される）を得ることができる。

【０１０４】前記保存された試料から自己相関関数が創
出され、高周波数のための自己相関関数のデータ収集／
創出が完成したならば、その相関関数についてフーリエ
変換を実施することによって周波数分布が速度／移動度
分布に変換され、その速度／移動度分布が高周波数での
速度／移動度分布として保存される。ただし、別法とし
て、測定データについて直接フーリエ変換を実施し、次
いでそのフーリエ変換の計算結果を積分することによっ
て測定を直接的に実施することも可能である。

【０１０５】器械は、高周波数での粒子の速度／移動度
分布を確立した後、低周波数での測定を行い、下記の数
１中の式（ｄ）に従って改変／修正された粒子速度／移
動度分布を計算する。この結果は、スクリーンにディス
プレーされるか、プリントアウトされ、あるいは、その
スペクトル又はデータが器械から他の何らかの装置へエ
クスポートれる。数１の式は、粒子の電気泳動移動度分
布を得るために図３の装置によって用いられる数式であ
る。

【０１０６】

【数１】

【０１０７】図１２Ａ及び１３は、それぞれ、１００Ｈ
ｚの高周波数での代表的な粒子移動度スペクトルと、１
Ｈｚの低周波数での代表的な粒子移動度スペクトルを示
す。図から分かるように、図１２のピークは、図１１の
ピークより鋭いが、偏移されている。平均位置（ピーク
の中心）を算定し、その平均／中心ピーク位置の上に高
解像度データを重ねるために低解像度方法を用いる。低
周波数の反転電場は、ＤＣ電場としてもよい。

【０１０８】図１４は、図３の器械に用いるのに適した
測定用セル１１０を示す。この測定用セル１０５は、断
面正方形又は長方形のキュベット１１２と、キャップ１
１４から成る。キャップ１１４は、方形の端壁１１６
と、端壁から垂直に延長した側縁壁１１８を有する。側
縁壁１１８の対向した１対の側部１２２と１２４の間に
長方形の仕切板１２０が延設され、側縁壁１１８を越え
て内方へ突出している。

【０１０９】キュベット１１２は、その開放端１２８の
近傍で棚部１３０を形成するように内方へ折り曲げられ
た四方側壁１２６と、閉鎖端１２９を有する。キュベッ
ト１１２の１対の対向した側壁１２６には、それらの外
表面１３４をそれらの上下端の間の中間部位から被っ
て、棚部１３０を被い、更にそれらの側壁の内表面１３
６の一部を被うように延長した２つの電極１３２が設け
られている。電極１３２は、通常、金属で形成され、真
空蒸着によってキュベット壁１２６に被着される。

【０１１０】使用において、キュベット１１２に試料１
３８を部分的に満たし、キャップ１１４をキュベット１
１２に被せて、キャップの壁１１８の自由端１４０を棚
部１３０に当接させ、仕切板１２０の両側縁１４２を壁
１２６の内表面１３６に密封係合させる。仕切板１２０
は、キュベット１１２の底面１４４に近接する位置にま
で、通常は、底面１４４から１ｍｍ以内の位置にまで延
長しており、それによって両電極１３２の間に流路１４
６を画定する。試料１３８は、電極１３２と緊密に接触
する。流路１４６は、機能的には、Ｕ字形の毛管を構成
する。

【０１１１】セル１１０は、個々に、あるいは回転ラッ
クに複数個収容した形で器械内に装填される。ＡＣ電源
５６（図３参照）が、通常、導電ロッドを電極１３２に
接触させることによって、電極１３２に接続される。こ
の構成は、試料と外部からの電気接点との間の接触を排
除するので、１つの測定と次の測定との間での試料間汚
染のおそれを少なくすることができる。又、この測定用
セル１１０の構成によれば、多数のセルを１台の回転ラ
ックに載せることができるので、その場合、やはり試料
間汚染のおそれなしに、自動多重測定を実施することが
できる。これは、微小で、しかも高価な粒子を定期的に
測定し、できる限り小容量の試料を用いることが望まし
く、かつ、試料間汚染の回避が重要な関心事となる薬剤
の検定やバイオテクノロジィの分野において特に有利で
ある。

【０１１２】先に述べた測定構成におけるのと同様に試
料１３８を振動させるように電源５６から電極１３２の
間にＡＣ電圧を印加する。測定帯域１５０は、試料１３
８内に仕切板１２０の自由端１５２とキュベット１１２
の底面１４４の間に画定される。レーザー５８（図３参
照）からのレーザービームが測定帯域１５０を通して照
射される。散乱光を慣用の態様で検出するためにセル１
１０の周りに検出器６４（図３参照）が設置される。流
路１４６は、測定帯域１５０を通るレーザーの正確な信
号を必要とせず、ほぼ２００μｍの心合精度があれば十
分なような性質のものである。

【０１１３】図１５は、図１４の測定用セルの変型実施
形態を示す。この変型実施形態では、キャップ１１４の
端壁を貫通して１対の導電薄片１５４が固定されてい
る。使用において、キャップ１１４をキュベット１１２
に固定すると、薄片１５４が試料内に浸漬され、コネク
タ１５６を介してＡＣ電源５６（図３参照）に接続され
る。この例では、仕切板１２０は、キュベット１１２に
対して移動自在ではなく、キュベット１１２に固定され
ている。薄片１５４は、「薄片」と称されているが、例
えばロッド又はワイヤのような任意の好適な形態とする
ことができる。

【０１１４】キャップ１１４がキュベット１１２の開放
端を有効に密封するので、試料１３８の上方の空間内の
共振効果が減少され、汚染物の侵入が回避される。

【０１１５】測定用セル１１０は、従来の標準測定用セ
ルより所要容積が小さくてすみ、これは、高価な試料が
用いられる、例えばバイオテクノロジィ分析や薬剤検査
の分野において特に有利である。

【０１１６】図１４及び１５のセルは、図３の器械と組
み合わせてのみならず、任意の適当な装置と連携して使
用することができることは当業者には明らかであろう。

【０１１７】図１６Ａは、図１４及び１５の測定用セル
に類似した図１６Ｂの測定用セル１６０の垂直断面図で
ある。セル１６０は、前壁１６３と、後壁１６４と、側
壁１６５，１６６と、底壁１６７を有する直方形のキュ
ベット１６２から成る。側壁１６５，１６６の少くとも
最下方部分１６８は、本発明で用いられるレーザービー
ムに対して透明である（キュベット全体を透明にしても
よい）。キュベット１６２は、例えば、成形プラスチッ
ク材で製造される。キュベット１６２内には、仕切部材
１７０が固定位置に配設されている。仕切部材１７０
は、側壁１６５，１６６に接触、又はほぼ接触してお
り、場合によっては側壁に密封状態に圧接させてもよ
い。仕切部材１７０は、キュベット１６２の壁を形成し
ている部材とは別個の部材としてもよく、あるいは、キ
ュベットの壁と仕切部材は、（成形を容易にするため
に）２つ（又は２つ以上）の部品としてもよい。セル１
６０には、電極１７２，１７４と（例えば、方形波又は
正弦波電場を印加するための）ＡＣ電源１７６が接続さ
れる。

【０１１８】使用において、キュベット１６２に検査す
べき流体（例えば、液体又はガス中に懸濁又は分散され
た粒子（固形、液体又はガス））を一杯に又は部分的に
満たし、ＡＣ電場を印加し、セル１６０の底部の仕切部
材１７０の下端と底壁１６７との間の測定帯域を通して
レーザービームを照射する。

【０１１９】図１６Ｂを参照すると、静止層が線１８０
で示されている。底壁１６７の内面１８２から静止層１
８０までの距離は参照番号１８４で示されている。この
静止層が、レーザービーム１８６を流体に通すべき部位
である。ただし、本発明においては、レーザービームの
位置ぎめは、従来技術におけるほど厳密でなくてよく、
線１８０からの誤差±２００μｍまでの精度でよい（又
は、±５０μｍ、±１００μｍ、±３００μｍ程度でも
よい）。これは、±５μｍの精度が要求される従来技術
の構成に比べて桁違いにゆるい要件である。

【０１２０】ビームを必ずしもそれほど正確に位置づけ
しなくてもよいということは、本発明では試料の試験を
自動化することができること、即ち、本発明においては
器械がキュベットを位置づけすることができる程度の精
度で十分であるということを意味する。又、本発明にお
いては、キュベット（光学的に完全に平坦な表面を有し
ている必要はない）を製造するのにより安価な製造方法
（例えば、プラスチック成形）を用いることができる。
このことは、本発明によれば、使い捨てにするのに十分
に安価なキュベットを製造することができることを意味
する。即ち、本発明によれば、１回限りの使い捨てキュ
ベットを形成することができ、前の試料を除去するため
にキュベットを（おそらくは環境に有害な溶剤で）洗浄
するという問題を回避し、試料間汚染の問題も回避す
る。

【０１２１】従って、本発明は、例えば使い捨てキュベ
ットを備えた自動試験又は測定装置を提供することがで
きる。キュベット内への試料の充填レベル（液面の高
さ）は、決定的な重要性を有するものではなく、電極に
接触するのに十分な量の試料が存在すればよい。代表的
な試料の容量は、例えば０．２ｍｌ〜２ｍｌとすること
ができる。本発明による試験又は測定装置は、レーザー
による試験を実施する自動試験ステーションと、異なる
試料を順次に試験ステーションへ自動的に差し出すため
のキュベット／試料ホルダー交換器と、電子制御プロセ
ッサを含み、レーザー及び散乱光検出器を備え、更に必
要ならば試験結果を保存するためのメモリーを有するも
のとすることができる。試験を行う前に試料をキュベッ
トに導入するための自動キュベット充填器を設けること
もできる。図１６Ａ、１６Ｂのキュベットの寸法は、幅
１８８が約１０ｍｍ、奥行き１８９も約１０ｍｍであ
る。

【０１２２】図１６Ａ、１６Ｂのせる１６０のキュベッ
ト１６２と仕切部材１７０によって画定される毛管は、
図１６Ａにみられるように全体的にＵ字形に屈曲した非
直線状の毛管であり、試験は毛管のＵ字屈曲部の直線部
分で行われる。

【０１２３】本発明の試験器械は、その一側だけからセ
ルを装填し取り外すことができるようにするのが好都合
である。このセルは、実際上、器械に設けられた適当な
セル受容穴又はスロット内へ押し込み、そこから引き出
すことができるカートリッジである。従って、本発明の
器械は、そのユーザー操作部品のすべて又は大部分を器
械の同じ領域（例えば、頂部）に設置することができ、
それだけ操作を容易にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、電場の影響下で移動する毛管内の粒子
の速度を測定する従来技術の光学的直接測定法を示す概
略図である。

【図２】図２は、従来技術の毛管内の電気浸透流れ現象
を示す概略図であり、静止レベルを示す。

【図３】図３は、本発明による測定器械を示す概略図で
ある。

【図４】図４は、低周波数を用いて毛管の断面の２つの
異なる部位において粒子速度を測定することの効果を説
明する図である。

【図５】図５は、高周波数を用いて毛管の断面の２つの
異なる部位において粒子速度を測定することの効果を説
明する図である。

【図６】図６は、本発明の効果を示す概略図である。

【図７】図７は、本発明の効果を示す別の概略図であ
る。

【図８】図８は、本発明の効果を示す更に別の概略図で
ある。

【図９】図９は、本発明による光電気周波数オフセット
装置の概略図である。

【図１０Ａ】図１０Ａは、図３の装置の工程の前半のフ
ローチャートである。

【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図３の装置の工程の後半のフ
ローチャートである。

【図１１】図１１は、高周波数での代表的な粒子移動度
スペクトルを示す。

【図１２】図１２は、低周波数での代表的な粒子移動度
スペクトルを示す。

【図１３】図１３は、特定の媒体中の粒子の移動度対周
波数をプロットしたグラフである。

【図１４】図１４は、図３の器械に用いるのに適した測
定用セルの概略断面図である。

【図１５】図１５は、図３の器械に用いるのに適した測
定用セルの変型実施形態の概略断面図である。

【図１６】図１６Ａは、図１４及び１５の測定用セルに
類似した測定用セルの概略構成を示す垂直断面図であ
る。図１６Ｂは、図１６Ａの測定用セルの概略構成を示
す正面図である。

【符号の説明】

１０ 顕微鏡 １２ 領域 １４ 毛管 １５ 壁、透明壁 １８ 粒子 ２６ 陽イオン ３０ 液体の速度 ３２ 静止層、静止レベル ４０ 測定値 ４１ 静止レベル、静止層 ４２ 測定値 ４３ 毛管 ５０ 測定器械 ５２ セル、毛管、毛管セル ５３，５４ 電極 ５６ 電圧制御装置、電源 ５８ レーザー ６０ レーザー心合機構 ６１ 散乱光検出装置、検出装置 ６２ 光学系 ６４ 検出器 ６６ 光学系心合機構 ６８ プロセッサ、制御器、制御器／プロセッサ ７０，７１ チャンバー ７２，７３ チャンバーハウジング ７４ シール ７６ 試料 ７７ 液体 ７８ 粒子 ８０ 毛管内孔 ８２ レーザービーム ９０ 中心線 ９１ 中心線 ９２，９３，９４９５ ピーク １００ 周波数調節装置 １０１ レーザー光源 １０２ ビームスプリッター １０３ 基準セル １０４ 光変調器 １０５ 測定用セル １０６ 比較器ユニット １０７ 光ビーム １０７ａ 光ビーム部分 １０７ｂ 光ビーム部分 １１０ セル、測定用セル １１２ キュベット １１４ キャップ １１６ 端壁 １１８ 側縁壁 １１８ 壁 １２０ 仕切板 １２２ 側部 １２６ キュベット壁 １２６ 側壁 １２６ 四方側壁、壁 １２８ 開放端 １２９ 閉鎖端 １３０ 棚部 １３２ 電極 １３４ 外表面 １３６ 内表面 １３８ 試料 １４０ 自由端 １４２ 側縁 １４４ 底面 １４６ 流路 １５０ 測定帯域 １５２ 自由端 １５４ 導電薄片、薄片 １５６ コネクタ １６０ セル、測定用セル １６２ キュベット １６３ 前壁 １６４ 後壁 １６５，１６６ 側壁 １６７ 底壁 １６８ 最下方部分 １７０ 仕切部材 １７２，１７４ 電極 １７６ 電源 １８０ 静止層 １８２ 内面 １８６ レーザービーム

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月１３日（２００１．７．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図６】

【図３】

【図４】

【図５】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０Ｂ】

【図１１】

【図１２】

【図１４】

【図１０Ａ】

【図１５】

【図１６】

【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/26 ３３１Ａ (71)出願人 599117680 ＥＮＩＧＭＡ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＰＡＲ Ｋ ＧＲＯＶＥＷＯＯＤ ＲＯＡＤ，ＭＡ ＬＶＥＲＮ，ＷＯＲＣＥＳＴＥＲＳＨＩＲ Ｅ，ＷＲ14 １ＸＺ ＥＮＧＬＡＮＤ (72)発明者 フレイザ キース マック．ネイル‐ワト ソン イギリス，ダブリュアール214 １エスイ ー ウースターシア マルベルン，サマー ズ パーク アヴェニュ 41 (72)発明者 マルカム トラバー コナ イギリス，ダブリュアール14 ３エスティ ー ウースターシア マルベルン，トラホ イル クロウス ９ Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB12 CC16 EE02 FF08 GG01 GG06 JJ22 KK01 MM01 MM03 MM09 MM10 MM17 PP04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散液中の粒子又はセルの壁の電荷関連
   特性又は電荷誘導パラメータを自動的に算定する方法で
   あって、 粒子含有分散液をセル内に供給する工程と、該分散液を
   光源からの光で照射する工程と、前記粒子から散乱した
   光を検出空間から検出する工程と、前記分散液に第１の
   電場方向切換周波数で電場を印加する工程と、該分散液
   に第２の電場方向切換周波数で電場を印加する工程と、
   前記第１周波数で電場が印加されたときに前記散乱光か
   ら検出された信号を用いて前記粒子の速度分布に関連し
   た第１の値を得る工程と、前記第２周波数で電場が印加
   されている間に散乱光から導出された第２の速度関連信
   号又は値を用いて前記速度分布に関連した第１の値を修
   正し、修正された粒子速度関連分布を創生する工程とか
   ら成り、前記第１周波数は、粒子速度関連値の分布の許
   容し得る解像度を得るのに十分に低い周波数とすること
   を特徴とする算定方法。
2. 【請求項２】 前記第２周波数は、前記第２の速度関連
   信号又は値が、前記検出空間が位置している前記セル内
   の正確な位置上で実質的に不変となるのに十分に高い周
   波数であることを特徴とする請求項１に記載の算定方
   法。
3. 【請求項３】 前記第２の速度関連信号又は値を用いて
   の前記第１値の前記修正は、前記第１信号値をさもなく
   ば存在する値の偏移分だけ補償するものであることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の算定方法。
4. 【請求項４】 毛管粒子の電気泳動移動度分布算定装置
   であって、 分散液を収容するように構成された毛管セルを保持する
   ためのホルダーと、 光源と、 前記毛管セルの検出帯域から散乱される光を検出するた
   めの検出器と、 電場を発生するための電場発生電極と、 前記電極によって印加される電場を制御するための制御
   器と、 速度移動度分布を算定するために前記検出器によって検
   出された信号を処理するための信号プロセッサとから成
   り、 前記制御器は、第１の低周波数と、少くとも１つの第２
   の高周波数で電場を印加するようになされており、該第
   １の低周波数は、該第２の高周波数で得られるより優れ
   た速度分布解像を達成するのに十分に低い周波数であ
   り、該第２の高周波数は、前記測定された速度分布が電
   気浸透流れによって実質的に影響されないように十分に
   高い周波数であり、前記信号プロセッサは、前記第１の
   周波数で得られた粒子速度分布スペクトルを、それから
   前記電気浸透速度を除外するためのオフセット量だけ偏
   移させることによって修正するようになされており、該
   オフセット量は、前記第１の電場反転周波数と前記第２
   の電場反転周波数の両方で得られた測定値からの情報値
   を用いて算定されることを特徴とする算定装置。
5. 【請求項５】 前記光源は、レーザーであり、前記第１
   及び、又は第２の粒子速度分布を得るためにレーザード
   ップラー速度計が用い等れることを特徴とする請求項４
   に記載の算定装置。