JP2005121415A

JP2005121415A - 粒度分布測定装置

Info

Publication number: JP2005121415A
Application number: JP2003354788A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Totoki; 慎一郎十時
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12
Also published as: US7248363B2; US20050083524A1

Abstract

【課題】従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置に比して、より微小な粒径範囲まで粒度分布の測定が可能な粒度分布測定装置を提供する。
【解決手段】被測定粒子群Ｐに照射するレーザ光の光源として、紫外レーザ光を発生するレーザ２ａを用い、被測定粒子群Ｐによる回折・散乱光の空間強度分布を測定するフォトダイオードアレイ３ｂの検出面に、蛍光体３ｃを密着もしくは隣接して配置することにより、照射レーザ光の短波長化による粒度分布の測定下限を低下させ、しかも、紫外域の回折・散乱光の空間強度分布を、蛍光体３ｃにより発生した蛍光を介して通常のフォトダイオードアレイ３ｂで検出することにより、簡単な構成のもとに課題の解決を実現する。【選択図】図１

Description

本発明はレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置に関し、特に微小な粒子径範囲まで測定することのできる粒度分布測定装置に関する。

レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置においては、一般に、分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果をミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論を用いて粒度分布に換算する（例えば特許文献１参照）。

このようなレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置において、被測定粒子群に照射するレーザ光は可視レーザ光が用いられる（例えば特許文献２参照）また、被測定粒子群による回折・散乱光は例えばリングディテクタなどのフォトダイオードアレイによって検出される（前記特許文献１参照）。
特開平６−２４１９７５号公報特開２００１−３３３７６号公報

ところで、この種の粒度分布測定装置においては、粒径の測定範囲の下限が被測定粒子群に照射するレーザ光の波長に依存することが知られており、照射レーザ光の波長が短ければ短いほど、粒径の測定範囲の下限をより小さくすることが可能となるのであるが、可視レーザ光を用いる従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置では、従って、粒径の測定範囲の下限に限界がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、従来のレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置に比してより微小な粒子の測定が可能な粒度分布測定装置の提供を解決すべき課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の粒度分布測定装置は、分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から被測定粒子群の粒度分布を算出するレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置において、上記レーザ光を発生する光源として、紫外レーザ光を発生するレーザを用いるとともに、上記回折・散乱光の空間強度分布を測定するフォトダイオードアレイの検出面に密着もしくは隣接して、当該回折・散乱光の入射により発光する蛍光体が配置されていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記レーザとして、パルス状の紫外レーザ光を発生するレーザを用いる構成（請求項２）を好適に採用することができる。

本発明は、被測定粒子群に照射するレーザ光として紫外域のレーザ光を用いることにより、粒度の測定範囲の下限を下げるとともに、紫外光に対して感度の乏しいフォトダイオードの検出面に蛍光体を配することによって、回折・散乱光を効率的に検出しようとするものである。

すなわち、紫外レーザ光を発生するレーザを光源として、その出力光を被測定粒子群に照射することにより、照射レーザ光の波長に起因する測定範囲下限の粒子径を小さくすることができるのであるが、被測定粒子群による紫外域の回折・散乱光は、従来のリングディテクタをはじめとするフォトダイオードアレイでは殆ど感度を有さないために検出することはできない。紫外線の検出には、光電管、光電子増倍管、ガイガー−ミューラー計数管などが一般に知られているが、これらのものは、その構造上、回折・散乱光の空間強度分布の測定には適さず、用いることができない。そこで、本発明では、回折・散乱光の空間強度分布の測定に多用されているリングディテクタなどのフォトダイオードアレイを用いるとともに、その検出面に密着ないしは近接して蛍光体を設け、紫外域の回折・散乱光により蛍光体を発光させ、その光をフォトダイオードアレイで検出する、という構造を採用している。これにより、比較的簡単で安価な構成のもとに、従来装置では測定できなかった微小な粒子まで粒度分布の測定が可能となる。

また、請求項２に係る発明のように、レーザ光源として、パルス状の紫外レーザ光を出力するパルスレーザを用いることにより、光源のコストを低減させると同時に、フォトダイオードの応答が困難な短いパルスであっても、フォトダイオードの検出面に蛍光体を介在させているが故に、これを検出することが可能となる。

本発明によれば、被測定粒子群に照射するレーザ光を紫外レーザ光とするとともに、被測定粒子群による回折・散乱光を、フォトダイオードアレイの検出面に蛍光体を配した検出器を用いて検出するので、簡単で安価な構成のもとに、従来の装置では測定できなかった微小な粒子まで粒度分布の測定が可能となった。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図であり、機械的・光学的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

被測定粒子群Ｐを媒液中に分散させてなる試料懸濁液は、ポンプ等の駆動により図中矢印で示すようにフローセル１内を流される。フローセル１の材質は、紫外線を透過させることのできる例えば溶融石英等を採用することができる。このフローセル１の挟んでその両側に、照射光学系２と測定光学系３が配置されている。

照射光学系２は、紫外レーザ光を発生するレーザ２ａ、集光レンズ２ｂ、空間フィルタ２ｃおよびコリメートレンズ２ｄによって構成されている。紫外レーザ光を発生するレーザ２ａとしては、半導体レーザ励起固体レーザと非線形光学結晶を組み合わせた波長２６６ｎｍのレーザ装置や、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄガスレーザなどを採用することができる。

測定光学系３は、集光レンズ３ａと、リングディテクタ３ｂ、およびそのリングディテクタ３ｂの検出面（光入射面）に塗布ないしは隣接配置された蛍光体３ｃによって構成されている。リングディテクタ３ｂは、図２にその正面図を示すように、互いに半径の異なるリング状、半リング状もしくは１／４リング状の互いに独立した受光面（検出面）ｄを有するフォトダイオードを同心状に並べてなるフォトダイオードアレイである。また、蛍光体３ｃは、紫外線の入射により蛍光を発する例えばＺｎＳなどを用いることができ、リングディテクタ３ｂとの関係としては、塗料状のものをリングディテクタ３ｂの検出面ｄ・・ｄに塗布するか、あるいは透明なガラス等に分散させたものをリングディテクタ３ｂの表面に貼り合わせることができる。そして、リングディテクタ３ｂと蛍光体３ｃとは、蛍光体３ｃの表面が集光レンズ３ａの焦点位置に位置するように配置される。

リングディテクタ３ｄの各フォトダイオードの出力は、データサンプリング回路４に取り込まれる。データサンプリング回路４は、リングディテクタ３ｄの各フォトダイオードの出力を個別に増幅するアンプと、その各アンプの出力をデジタル化するＡ−Ｄ変換器を主体として構成されており、そのデジタル化後の各フォトダイオードの出力は、後述するように被測定粒子群Ｐによる回折・散乱光の空間強度分布データとしてコンピュータ５に取り込まれる。コンピュータ５は、その回折・散乱光の空間強度分布データを、ミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に基づく公知のアルゴリズムにより、被測定粒子群Ｐの粒度分布に換算して、その結果等を表示器６に表示し、あるいはプリンタ７により打ち出すことができる。

以上の実施の形態において、フローセル１内で分散している被測定粒子群Ｐに紫外レーザ光を照射することにより、その光は被測定粒子群Ｐによって回折・散乱を受ける。その回折・散乱光は集光レンズ３ａにより集光され、蛍光体３ｃの表面に回折・散乱像を結ぶ。この結像により、蛍光体３ｃはその各位置への入射光量に応じて発光し、その各位置における発光量がリングディテクタ３ｂの各受光面に入射することになり、従って、リングディテクタ３ｂの各フォトダイオードの出力は、被測定粒子群Ｐによる回折・散乱光の各回折・散乱角ごとの光量、つまり回折・散乱光の空間強度分布を表すことになる。

前記したように、粒度分布の測定範囲の下限は、被測定粒子群Ｐに照射するレーザ光の波長に依存するため、紫外レーザ光を用いる本発明の実施の形態によれば、従来のこの種の装置に比してより微小な粒径範囲まで粒度分布を測定することが可能となる。しかも、光源に用いるレーザ２ａを除いては、リングディテクタ３ｂの検出面ｄ・・ｄに蛍光体３ｃを塗布または貼り付けるだけであって、特に特殊な測定光学系を用いないが故に、比較的低コストで上記の作用効果を奏することができる。

また、レーザ２ａとしてパルス状の紫外レーザ光を出力するものを用いれば、コストをより低減させることができる。この場合、蛍光体３ｃとしては、蓄光性ないしは残光性に優れたものを用いることにより、短パルスのレーザ光であってもリングディテクタ３ｂを構成する各フォトダイオードが十分に反応してその蛍光を検出することができる。

なお、以上の実施の形態においては、前方所定角度の回折・散乱光の集光レンズ並びに蛍光体を配したリングディテクタで検出した例を示したが、側方並びに後方散乱光を検出するためのフォトダイオードを設けて、その各フォトダイオードの検出面に蛍光体を配してもよい。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的・光学的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。図１におけるリングディテクタ３ｂの受光面の例を示す正面図である。

符号の説明

１フローセル
２照射光学系
２ａレーザ
３測定光学系
３ａ集光レンズ
３ｂリングディテクタ
３ｃ蛍光体
４データサンプリング回路
５コンピュータ
６表示器
７プリンタ
ｄ受光面
Ｐ被測定粒子群

Claims

分散状態の被測定粒子群にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その測定結果から被測定粒子群の粒度分布を算出するレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置において、
上記レーザ光を発生する光源として、紫外レーザ光を発生するレーザを用いるとともに、上記回折・散乱光の空間強度分布を測定するフォトダイオードアレイの検出面に密着もしくは隣接して、当該回折・散乱光の入射により発光する蛍光体が配置されていることを特徴とする粒度分布測定装置。
上記レーザが、パルス状の紫外レーザ光を発生するレーザであることを特徴とする請求項１に記載の粒度分布測定装置。