JP2008039699A - 微粒子配向用磁場印加装置及び微粒子構造解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場発生部と、該磁場発生部を駆動する駆動部と、前記磁場発生部及び駆動部を三軸方向制御する方向制御部とを設け、磁場発生部の中心に配設された試料に、時間的に変動する磁場を任意の方向から印加可能とすることによって、小型で、既存の構造解析装置のアタッチメントとして使用することができ、微粒子が懸濁した試料によって擬単結晶状態を達成することができ、ｉｎ ｓｉｔｕで結晶構造の解析が可能となるようにする。
【解決手段】磁場発生部と、該磁場発生部を駆動する駆動部と、前記磁場発生部及び駆動部を三軸方向制御する方向制御部とを有し、前記磁場発生部の中心に配設された試料に、時間的に変動する磁場を任意の方向から印加して、前記試料中の微粒子を三次元配向させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微粒子配向用磁場印加装置及び微粒子構造解析方法に関し、より詳細には、懸濁液中の微粒子に時間的に変動する磁場を印加することによって微粒子を三次元的に配向させる装置、及び、該装置によって配向させた微粒子の構造をその場解析する方法に関するものである。

従来、医薬等の分野では、化合物の結晶構造を解析するためにＸ線構造解析が多く利用されている。試料である化合物が大きな単結晶で得られる場合にはＸ線による単結晶の構造解析が可能であり、Ｘ線構造解析を利用した結晶構造解析がほとんどルーティーン化されているので、短時間で結晶構造解析を行うことができる。しかしながら、多くの場合、化合物の大きな単結晶を得ることは容易でなく、粉末状態の試料によってＸ線構造解析を行わざるを得ない。試料が粉末である場合、Ｘ線構造解析によって得られる情報量は、試料が単結晶である場合に比較して、極めてわずかであり、結晶構造の解明に不十分である。

もっとも、粉末結晶がすべて同じ方向に配向した試料、すなわち、擬単結晶試料を得ることができるのであれば、このような試料のＸ線回折像は、単結晶の試料のＸ線回折像と同一であると期待される。

近年、超伝導技術の進歩によって１０〔Ｔ〕程度の強磁場を容易に利用することができるようになってきたのに伴い、従来、その効果が小さくてほとんど省みられることのなかった弱磁性体に及ぼす磁場効果が注目されるようになっている。特に、磁場を用いた配向制御は進歩が著しく、微結晶の三次元配向が達成されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。この場合、微結晶の結晶軸が三次元的に固定され、擬単結晶化される。
特開２００６−５７０５５号公報 再公表２００４−０３０８０７号公報 特表平１１−５１３６５５号公報

しかしながら、前記従来の方法では、精度の高い配向制御を行うことは困難であった。すなわち、三次元配向達成のための本質的要素は、時間的に変動する磁場である時間変動楕（だ）円磁場の印加にあるが、前記従来の方法では、磁場、特に強磁場を動的に動かすことは困難であるので、もっぱら微結晶を懸濁した試料を静磁場中で回転運動させる方法が採られてきた。しかし、試料を回転運動させると配向の乱れが起こるので、精度の高い配向制御を行うことは困難である。

また、前記従来の方法では、強磁場中で試料を回転させ所定の配向を得た後、液体である媒体の樹脂前駆体を紫外線硬化させることによって配向を固定し、その後に試料を取り出し、外部のＸ線構造解析に供していた。しかし、微結晶が樹脂前駆体に溶解する場合も多く、利用が限られていた。

さらに、強磁場を得るためには、もっぱら大型の超伝導磁石が用いられてきたが、超伝導磁石の利用には制限がある。

本発明は、前記従来の問題点を解決して、磁場発生部と、該磁場発生部を駆動する駆動部と、前記磁場発生部及び駆動部を三軸方向制御する方向制御部とを設け、磁場発生部の中心に配設された試料に、時間的に変動する磁場を任意の方向から印加可能とすることによって、小型で、既存の構造解析装置のアタッチメントとして使用することができ、微粒子が懸濁した試料によって擬単結晶状態を達成することができ、ｉｎ ｓｉｔｕで結晶構造の解析が可能となる微粒子配向用磁場印加装置及び微粒子構造解析方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の微粒子配向用磁場印加装置においては、磁場発生部と、該磁場発生部を駆動する駆動部と、前記磁場発生部及び駆動部を三軸方向制御する方向制御部とを有し、前記磁場発生部の中心に配設された試料に、時間的に変動する磁場を任意の方向から印加して、前記試料中の微粒子を三次元配向させる。

本発明の他の微粒子配向用磁場印加装置においては、さらに、前記磁場発生部は、永久磁石、バルク超伝導体磁石、電磁石、パルス磁場発生装置又は超伝導磁石を備える。

本発明の更に他の微粒子配向用磁場印加装置においては、さらに、前記駆動部は、前記磁場発生部を機械的に運動させることによって時間的に変動する磁場を発生させる機械的駆動部である。

本発明の更に他の微粒子配向用磁場印加装置においては、さらに、前記駆動部は、時間的に変動する磁場を電気的に発生させる電気回路的駆動部である。

本発明の更に他の微粒子配向用磁場印加装置においては、さらに、前記機械的駆動部は、楕円歯車又はオフセンター歯車を備え、前記楕円歯車又はオフセンター歯車が出力する非等速回転を前記磁場発生部に伝達することによって非等速回転的時間変動磁場を発生させる。

本発明の更に他の微粒子配向用磁場印加装置においては、さらに、前記電気回路的駆動部は、前記パルス磁場発生装置の駆動電源である。

本発明の更に他の微粒子配向用磁場印加装置においては、さらに、前記方向制御部は、前記磁場発生部及び駆動部を一体的に三軸方向制御する。

本発明の微粒子構造解析方法においては、磁気的に二軸異方性を有する微粒子が懸濁した試料に時間的に変動する磁場を印加して前記微粒子を三次元配向させ、前記微粒子が三次元配向した状態の試料に対してビームを照射して回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定を行う。

本発明の他の微粒子構造解析方法においては、さらに、本発明の微粒子配向用磁場印加装置を使用して前記微粒子を三次元配向させる。

本発明の更に他の微粒子構造解析方法においては、さらに、前記微粒子は二軸結晶である。

本発明の更に他の微粒子構造解析方法においては、さらに、前記回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定は、Ｘ線回折法、中性子回折法、赤外分光法、紫外・可視分光法又は核磁気共鳴法のいずれかによる測定である。

本発明によれば、微粒子配向用磁場印加装置は、磁場発生部と、該磁場発生部を駆動する駆動部と、前記磁場発生部及び駆動部を三軸方向制御する方向制御部とを有し、前記磁場発生部の中心に配設された試料に、時間的に変動する磁場を任意の方向から印加して、前記試料中の微粒子を三次元配向させる。

この場合、小型で、既存の構造解析装置のアタッチメントとして使用することができる。また、微粒子が懸濁した試料によって擬単結晶状態を達成することができ、ｉｎ ｓｉｔｕで結晶構造の解析が可能となる。

また、微粒子構造解析方法は、磁気的に二軸異方性を有する微粒子が懸濁した試料に時間的に変動する磁場を印加して前記微粒子を三次元配向させ、前記微粒子が三次元配向した状態の試料に対してビームを照射して回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定を行う。

この場合、微粒子が懸濁した試料によって擬単結晶状態を達成することができ、ｉｎ ｓｉｔｕで結晶構造の解析が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置の構成を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態における微粒子構造解析方法に使用される装置の概略構成を示す側面図である。

図において、１０は、本実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置であり、配設された試料に時間的に変動する磁場を任意の方向から印加することができるようになっている。そして、図２には、前記微粒子配向用磁場印加装置１０を利用して行う微粒子構造解析方法において使用される装置の一例が示されている。前記微粒子構造解析方法においては、時間的に変動する磁場を微粒子が懸濁している試料に印加することによって前記微粒子を三次元配向させ、前記試料にビームを照射して回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定を行うようになっている。この場合、前記回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定は、Ｘ線回折法、中性子回折法、赤外分光法、紫外・可視分光法又は核磁気共鳴法によって行われる。

本実施の形態においては、説明の都合上、Ｘ線回折法によって回折測定を行う場合について説明する。また、試料は、いかなる技術分野におけるものであってもよいが、例えば、医薬分野、バイオテクノロジー分野、高分子材料分野等における有機化合物、無機化合物、生体物質等である。

なお、本実施の形態において、微粒子配向用磁場印加装置１０の各部の構成及び動作を説明するために使用される上、下、左、右、前、後等の方向を示す表現は、絶対的なものでなく相対的なものであり、前記微粒子配向用磁場印加装置１０の各部が図に示される姿勢である場合に適切であるが、その姿勢が変化した場合には姿勢の変化に応じて変更して解釈されるべきものである。

図２には、Ｘ線回折法によって回折測定を行うための装置の例が示されており、基台２１の上に、Ｘ線検出器２２及びＸ線源２３が相互に対向するように配設されている。また、前記Ｘ線検出器２２とＸ線源２３との間には試料を保持する微粒子配向用磁場印加装置１０が配設される。前記Ｘ線源２３から放出されたビームとしてのＸ線は、コリメータ２４を通して、微粒子配向用磁場印加装置１０に保持されている試料に照射される。そして、該試料を反射又は透過した回折Ｘ線は、Ｘ線検出器２２によってその強度が測定される。

ここで、微粒子配向用磁場印加装置１０は、基台２１の上に配設されたゴニオメータステージ（ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒ ｓｔａｇｅ）１１を有する。該ゴニオメータステージ１１は、例えば、電子顕微鏡において試料を入射電子線に対して傾斜して観察するために用いられる装置であって、傾斜機能を持ったステージであり、方向制御部として機能する。図１に示される例において、ゴニオメータステージ１１は、固定ステージ１１ａ、第１可動ステージ１１ｂ及び第２可動ステージ１１ｃを備え、該第２可動ステージ１１ｃ上に載置されているオブジェクトを中心軸上にある点に対して回転させる。この場合、前記第１可動ステージ１１ｂ及び第２可動ステージ１１ｃは、図示されないアクチュエータによって駆動され、互いに直交する二軸方向にスライドするようになっている。これにより、三軸方向制御が行われ、微粒子配向用磁場印加装置１０に保持された試料のＸ線源２３からコリメータ２４を通して照射されたＸ線に対する向きを任意に調節することができる。なお、前記ゴニオメータステージ１１は、図１に示される例に限定されるものではなく、いかなる構造を有するものであってもよい。

図１に示されるように、前記微粒子配向用磁場印加装置１０は、試料に磁場を印加する磁場印加ユニット３０、及び、該磁場印加ユニット３０の後述される磁場発生部５１を駆動する駆動部としての駆動ユニット４０を有する。そして、該駆動ユニット４０は、駆動源としてのモータ４１、該モータ４１の出力を変換する出力変換器６０、及び、該出力変換器６０の後述される出力回転軸６６に取り付けられた駆動プーリ４２を備える。また、前記磁場印加ユニット３０は、支持フレーム３２、及び、該支持フレーム３２に回転可能に取り付けられた磁場発生部ホルダ３３を備える。そして、前記駆動プーリ４２及び磁場発生部ホルダ３３の周囲には、歯付ベルト（コッグドベルト）等の駆動ベルト３７が掛け回され、該駆動ベルト３７によって駆動プーリ４２の回転が磁場発生部ホルダ３３に伝達される。

次に、前記磁場印加ユニット３０の構成について詳細に説明する。

図３は本発明の実施の形態における磁場発生部の構成を示す図、図４は本発明の実施の形態における磁場印加ユニットに磁場発生部を取り付けるための構造を示す部分断面図である。なお、図３において、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

図において、５１は磁場発生部であり、図３に示されるように、該略円形の厚板状の部材である。そして、前記磁場発生部５１は、リング状の枠部材５２、該枠部材５２の両面を塞（ふさ）ぐ円板状の蓋（ふた）部材５３、及び、枠部材５２と蓋部材５３とによって画定される空間内に収容された磁場発生源５４を備える。該磁場発生源５４は、例えば、永久磁石であるが、バルク超伝導体磁石、電磁石、パルス磁場発生装置、超伝導磁石等であってもよい。ここでは、説明の都合上、前記磁場発生源５４が永久磁石である場合について説明する。なお、前記磁場発生源５４は、図３に示されるような状態において、矢印Ａで示される方向の１〔Ｔ〕以下の磁場を発生するようになっている。

また、前記磁場発生部５１は、その中心部を厚さ方向に貫通する円孔（こう）状の空間である試料収容空間５５を備える。試料は、図示されない試料保持部材によって保持され、前記試料収容空間５５内に載置される。この場合、前記試料及び試料保持部材は、支持フレーム３２に固定され、試料収容空間５５の内壁その他磁場発生部５１のいかなる部分にも接触しないようになっている。これにより、磁場発生部５１が回転しても、試料は静止した状態を維持して、前記試料収容空間５５内に位置することができる。

そして、前記磁場発生部５１は、図４に示されるように、磁場発生部ホルダ３３内に収容されて保持される。該磁場発生部ホルダ３３は、概略円形の板状部材である第１ホルダ部３３ａ及び第２ホルダ部３３ｂから成り、磁場発生部５１を厚さ方向の両側から挟み込むようにして保持する。この場合、前記磁場発生部５１の円形の外周近傍には、複数の貫通孔５６が形成され、該貫通孔５６に挿入された固定用ボルト３６を締結することによって、第１ホルダ部３３ａ及び第２ホルダ部３３ｂは、磁場発生部５１と一体的に固定される。

また、前記磁場発生部ホルダ３３は、図４に示されるように、磁場発生部５１を保持した状態で、支持フレーム３２に回転可能に取り付けられる。該支持フレーム３２は、概略矩（く）形の板状部材である第１フレーム部３２ａ及び第２フレーム部３２ｂから成り、基板部３１に固定されている。この場合、前記第１フレーム部３２ａと第２フレーム部３２ｂとは、所定の間隔を開けた状態で基板部３１に固定され、前記磁場発生部ホルダ３３が第１フレーム部３２ａと第２フレーム部３２ｂとの間の空間に収容される。

なお、前記第１フレーム部３２ａ及び第２フレーム部３２ｂの中央部には、円形のホルダ保持開口３２ｃが形成されている。また、第１ホルダ部３３ａ及び第２ホルダ部３３ｂは、中央部において両側に突出する円筒状の突出部３３ｃを備える。そして、第１ホルダ部３３ａ及び第２ホルダ部３３ｂの突出部３３ｃは、ベアリング３５を介して、第１フレーム部３２ａ及び第２フレーム部３２ｂのホルダ保持開口３２ｃ内に回転可能に取り付けられている。これにより、磁場発生部ホルダ３３は、磁場発生部５１を保持した状態で、支持フレーム３２の第１フレーム部３２ａと第２フレーム部３２ｂとの間の空間に収容される。なお、磁場発生部ホルダ３３及び磁場発生部５１は、試料収容空間５５の中心軸を中心として回転する。

また、磁場発生部ホルダ３３の円柱側面状の外周側面には、駆動ベルト３７の歯と噛（か）み合うための噛み合い歯３４が形成されている。これにより、磁場発生部ホルダ３３及び磁場発生部５１の回転を正確に制御することができる。さらに、前記突出部３３ｃには、第１ホルダ部３３ａ及び第２ホルダ部３３ｂの厚さ方向に貫通するＸ線通過開口３３ｄが形成されている。これにより、Ｘ線源２３から放出されたＸ線の通過線が支持フレーム３２の回転軸線と一致するように微粒子配向用磁場印加装置１０を配設することによって、すなわち、図４において、試料収容空間５５の右側又は左側の横方向にＸ線源２３が位置するように微粒子配向用磁場印加装置１０を配設することによって、Ｘ線が試料収容空間５５内に載置された試料に照射され、該試料を反射又は透過した回折Ｘ線の強度がＸ線源２３と反対側に位置するＸ線検出器２２によって測定される。

なお、試料を保持する試料保持部材は支持フレーム３２に固定される。また、駆動ユニット４０も基板部３１に固定される。そのため、磁場印加ユニット３０と駆動ユニット４０との相対的位置関係は、一定に維持され、前記ゴニオメータステージ１１によって一体的に三軸方向制御される。

次に、前記駆動ユニット４０の構成について詳細に説明する。

図５は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置の上面図、図６は本発明の実施の形態における駆動ユニットの構造を示す部分断面図、図７は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置の背面図、図８は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置のモータ制御装置を示す図、図９は本発明の実施の形態における駆動ユニットの出力変換器のギヤを示す第１の図、図１０は本発明の実施の形態における駆動ユニットの出力変換器のギヤを示す第２の図である。なお、図８において、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図であり、図９及び１０において、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。

図５及び６に示されるように、モータ４１の出力軸は、カップリング４３を介して、出力変換器６０の入力回転軸６５に接続されている。なお、前記モータ４１は、通常の電動モータであるが、速度可変モータであればいかなる種類のものであってもよい。また、前記モータ４１及び出力変換器６０は駆動用基板部４４に固定されているが、該駆動用基板部４４は、図６及び７に示されるように、防振装置４５を介して基板部３１の上に取り付けられている。そのため、モータ４１及び出力変換器６０が振動を発生した場合であっても、該振動が磁場印加ユニット３０又はゴニオメータステージ１１に伝達されることが防止される。

なお、前記モータ４１の出力軸の回転速度は、図８に示されるようなモータ制御装置によって制御される。該モータ制御装置は、制御基板７１並びに該制御基板７１に取り付けられた速度コントローラ７２、電源部７３、端子部７４及びコンデンサ７５を備える。必要に応じて速度コントローラ７２を操作することによって、前記モータ４１の出力軸の回転速度を調節することができる。

また、前記出力変換器６０は、入力回転軸６５に取り付けられた第１ギヤ６１、及び、該第１ギヤ６１と噛み合う出力回転軸６６に取り付けられた第２ギヤ６２を備える。前記モータ４１の出力軸の回転は等速回転であるが、前記第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２を経て、出力回転軸６６から出力される回転は非等速回転となっている。そのため、出力回転軸６６に取り付けられた駆動プーリ４２の回転は非等速回転となり、駆動プーリ４２の回転が駆動ベルト３７によって伝達された磁場発生部ホルダ３３及び磁場発生部５１の回転も非等速回転となる。なお、駆動プーリ４２の外周側面には、駆動ベルト３７の歯と噛み合うための噛み合い歯が形成されている。また、前述のように、磁場発生部ホルダ３３の外周側面には、駆動ベルト３７の歯と噛み合うための噛み合い歯３４が形成されている。これにより、駆動プーリ４２の非等速回転が磁場発生部ホルダ３３及び磁場発生部５１に正確に伝達される。

ここで、前記第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２は、図９に示されるようなオフセンターギヤから成る。図９に示される例において、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２は、外形、すなわち、基準ピッチ線がほぼ円形のギヤであるが、本実施の形態において、オフセンターギヤは、ギヤの図形上の中心と回転軸の中心とがオフセットしているギヤであれば、基準ピッチ線がいかなる形状のものであってもよい。このように、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２をオフセンターギヤの組み合わせとすることによって、等速回転の入力を非等速回転の出力に変換することができる。

また、前記第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２は、図１０に示されるような楕円ギヤから成るものであってもよい。図１０に示される例において、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２は、外形、すなわち、基準ピッチ線が楕円形のギヤであるが、オフセンターギヤではなく、ギヤの図形上の中心と回転軸の中心とが一致している。すなわち、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２は、等速回転の入力を非等速回転の出力に変換することができるものであれば、いかなる種類のギヤの組み合わせであってもよい。

なお、本実施の形態においては、モータ４１の出力軸の回転が減速されることなく第１ギヤ６１に伝達されるようになっているが、必要に応じて、減速用のギヤ列を出力変換器６０内に配設し、モータ４１の出力軸の回転が減速されてから第１ギヤ６１に伝達されるようにすることもできる。

次に、前記構成の微粒子配向用磁場印加装置１０の動作について説明する。

図１１は本発明の実施の形態における二軸結晶の磁化軸を説明する図、図１２は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場の印加による二軸結晶の擬単結晶化を説明する図、図１３は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場を印加した場合のＸ線回折像を示す写真、図１４は本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場を印加しない場合のＸ線回折像を示す写真である。

本実施の形態においては、有機化合物、無機化合物又は生体物質の二軸結晶の微粒子の懸濁体を試料とする。なお、前記二軸結晶は、例えば、斜方晶、単斜晶、三斜晶等であり、微粒子は、例えば、粉末である。また、前記微粒子のサイズは、結晶の異方性磁化率の大きさによって変動するが、１０〔μｍ〕以下である。

まず、微粒子配向用磁場印加装置１０の動作の基本的な考え方を図１１及び１２を参照しながら説明する。図１１及び１２において、８１は有機化合物、無機化合物又は生体物質の微粒子状の二軸結晶である。該二軸結晶８１は、非磁性体であるが、磁気的に二軸異方性を有する。具体的には、図１１に示されるように、互いに直交する三軸方向に関して３つの異なる磁化率χ₁ 、χ₂ 及びχ₃ を有する。なお、各磁化率の大小関係は、χ₁ ＞χ₂ ＞χ₃ であるものとする。また、磁化率がχ₁ である軸を磁化容易軸と称し、磁化率がχ₃ である軸を磁化困難軸と称する。

そして、前記二軸結晶８１は、静磁場中に置かれると、二軸結晶８１自体の磁気エネルギーを最小化するために、磁化容易軸が静磁場と平行になるように配向する。また、前記二軸結晶８１に、ｘｙ平面上で回転する回転磁場を印加すると、該回転磁場の角速度ωが系の緩和時間τに比較して非常に大きいとき、すなわち、ωτ＞＞１のときには、磁化困難軸が回転面に対して垂直な方向、すなわち、ｚ軸方向に配向する。

そこで、静磁場と回転磁場との組み合わせと考えることができる楕円磁場を二軸結晶８１に印加すると、磁化容易軸がｘ軸方向に配向し、磁化困難軸がｚ軸方向に配向した状態を得ることができる。すなわち、三次元配向させることができる。なお、磁化容易軸及び磁化困難軸をｘ軸及びｚ軸方向に配向させれば、残りの軸も自動的にｙ軸方向に配向されるのであるから、三次元配向は二軸配向と同義である。

前記楕円磁場は、角速度が一定でない非等速回転的時間変動磁場である。すなわち、ｘｙ平面上で回転する磁場の方向がｘ軸及びその近傍の方向の範囲内にあるときは、角速度が低いためにゆっくりと回転するので、静磁場とほぼ同様の影響を二軸結晶８１に与える。これに対し、磁場の方向がｘ軸及びその近傍の方向の範囲外にあるときは、角速度が高いために速く回転するので、回転磁場とほぼ同様の影響を二軸結晶８１に与える。そのため、ｘｙ平面上で回転する磁場の方向がｘ軸及びその近傍の方向の範囲内にあるときは、磁化容易軸がｘ軸方向に配向し、回転の効果により、磁化困難軸がｚ軸方向に配向する。

このように、楕円磁場を印加することによって１つの二軸結晶８１を三次元配向させることができるのであるから、図１２（ａ）に示されるように微粒子状の二軸結晶８１が多数存在する場合であっても、楕円磁場を印加することによって図１２（ｂ）に示されるように、すべての二軸結晶８１を三次元配向させることができる。これにより、多数の微粒子状の二軸結晶８１が三次元的に同一方向に配向された状態、すなわち、擬単結晶化された状態を作り出すことができる。

本実施の形態においては、まず、所望の物質の微粒子状の二軸結晶８１を任意の懸濁媒体に懸濁したものを試料として用意する。なお、試料中には、被懸濁体としての微粒子状の二軸結晶８１が多数含まれるものとする。そして、前記試料を微小な筒状の容器に充填（てん）し、該容器を試料保持部材に取り付けた状態で、磁場発生部５１の試料収容空間５５内に載置する。

続いて、モータ制御装置の速度コントローラ７２、電源部７３等を操作して、モータ４１を駆動し、所望の回転速度で回転させる。すると、出力変換器６０によってモータ４１の等速回転が非等速回転に変換されて出力され、駆動プーリ４２及び駆動ベルト３７を介して、磁場発生部ホルダ３３に伝達される。これにより、該磁場発生部ホルダ３３に保持された磁場発生部５１が非等速回転するので、図３において矢印Ａで示される方向の磁場は、非等速回転的時間変動磁場としての楕円磁場となる。したがって、試料収容空間５５内に載置された試料中の二軸結晶８１は、楕円磁場が印加された状態となり、図１２（ｂ）に示されるように、三次元配向され、擬単結晶化された状態となる。

なお、磁場発生部５１が非等速回転することによって発生する楕円磁場における磁場の角速度の大きさ、角速度の変化の態様等は、モータ４１の回転速度、第１ギヤ６１及び第２ギヤ６２の形状、駆動プーリ４２の外径と磁場発生部ホルダ３３の外径との比等を調節することによって、適宜調節することができる。これにより、試料中の二軸結晶８１を擬単結晶化された状態とするために最適の楕円磁場を発生させることができる。

そして、試料中の二軸結晶８１が擬単結晶化された状態となったら、Ｘ線検出器２２及びＸ線源２３を作動させて、前記試料のＸ線回折法による回折測定を行う。なお、Ｘ線回折法による回折測定は、公知の技術であるので、説明を省略する。

図１３には、このようにして二軸結晶８１が擬単結晶化された状態となった試料にＸ線を照射するＸ線回折法による回折測定を行った結果が示されている。図１３に示される例は、二軸結晶８１がＬ−ａｌａｎｉｎｅの微結晶（長さ約２０〔μｍ〕）である場合のＸ線回折像である。なお、図１３の写真では、右半分と左半分とでコントラストが変更されている。図１３から、結晶構造の解析に十分なＸ線回折像を得することができたことが分かる。

これに対し、図１４には、前述したような楕円磁場が印加しなかった試料のＸ線回折法による回折測定を行った結果が示されている。図１４に示される例も、図１３に示される例と同様に、二軸結晶８１がＬ−ａｌａｎｉｎｅの微結晶（長さ約２０〔μｍ〕）である場合のＸ線回折像である。なお、図１４の写真でも、右半分と左半分とでコントラストが変更されている。図１４から、結晶構造の解析に十分なＸ線回折像を得ることができないことが分かる。

このように、本実施の形態においては、出力変換器６０によってモータ４１の等速回転を非等速回転に変換して出力し、試料収容空間５５内に試料が収容されている磁場発生部５１を非等速回転させることによって楕円磁場を発生させ、試料中の二軸結晶８１を三次元配向して擬単結晶化された状態とするようになっている。これにより、所望の物質の結晶構造の解析に十分なＸ線回折像を得ることができる。また、所望の物質の微粒子状の二軸結晶８１を容易に擬単結晶化された状態とすることができる。

さらに、微粒子配向用磁場印加装置１０は、簡素な構成でありながら、容易に最適な楕円磁場を発生させることができる。また、微粒子配向用磁場印加装置１０は、簡素な構成であるため、製造コストを低下させることができる。さらに、微粒子配向用磁場印加装置１０は、簡素な構成であるため、小型化することができ、Ｘ線検出器２２及びＸ線源２３が配設された基台２１上に配設することができる。そのため、ｉｎ ｓｉｔｕで単結晶構造の解析を行うことができる。

なお、本実施の形態においては、楕円磁場を発生させる場合について説明したが、二軸結晶８１を三次元配向させることができるような非等速回転的時間変動磁場であれば、楕円磁場以外の磁場を発生させてもよい。

また、本実施の形態においては、駆動部としての駆動ユニット４０が機械的駆動部であり、磁場発生部５１を非等速回転させることによって非等速回転的時間変動磁場を発生させる例についてのみ説明したが、磁場発生源５４がパルス磁場発生装置である場合には、パルス磁場発生装置の駆動電源を磁場発生部５１の電気的駆動部として使用することによって、磁場発生部５１を非等速回転させることなく、電気的な手段によって磁場発生源５４に非等速回転的時間変動磁場を発生させることができる。

さらに、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態における微粒子構造解析方法に使用される装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態における磁場発生部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における磁場印加ユニットに磁場発生部を取り付けるための構造を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置の上面図である。 本発明の実施の形態における駆動ユニットの構造を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置の背面図である。 本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場印加装置のモータ制御装置を示す図である。 本発明の実施の形態における駆動ユニットの出力変換器のギヤを示す第１の図である。 本発明の実施の形態における駆動ユニットの出力変換器のギヤを示す第２の図である。 本発明の実施の形態における二軸結晶の磁化軸を説明する図である。 本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場の印加による二軸結晶の擬単結晶化を説明する図である。 本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場を印加した場合のＸ線回折像を示す写真である。 本発明の実施の形態における微粒子配向用磁場を印加しない場合のＸ線回折像を示す写真である。

符号の説明

１０ 微粒子配向用磁場印加装置
１１ ゴニオメータステージ
４０ 駆動ユニット
５１ 磁場発生部

Claims (11)

1. （ａ）磁場発生部と、
   （ｂ）該磁場発生部を駆動する駆動部と、
   （ｃ）前記磁場発生部及び駆動部を三軸方向制御する方向制御部とを有し、
   （ｄ）前記磁場発生部の中心に配設された試料に、時間的に変動する磁場を任意の方向から印加して、前記試料中の微粒子を三次元配向させることを特徴とする微粒子配向用磁場印加装置。
2. 前記磁場発生部は、永久磁石、バルク超伝導体磁石、電磁石、パルス磁場発生装置又は超伝導磁石を備える請求項１に記載の微粒子配向用磁場印加装置。
3. 前記駆動部は、前記磁場発生部を機械的に運動させることによって時間的に変動する磁場を発生させる機械的駆動部である請求項１に記載の微粒子配向用磁場印加装置。
4. 前記駆動部は、時間的に変動する磁場を電気的に発生させる電気回路的駆動部である請求項１に記載の微粒子配向用磁場印加装置。
5. 前記機械的駆動部は、楕円歯車又はオフセンター歯車を備え、前記楕円歯車又はオフセンター歯車が出力する非等速回転を前記磁場発生部に伝達することによって非等速回転的時間変動磁場を発生させる請求項３に記載の微粒子配向用磁場印加装置。
6. 前記電気回路的駆動部は、前記パルス磁場発生装置の駆動電源である請求項４に記載の微粒子配向用磁場印加装置。
7. 前記方向制御部は、前記磁場発生部及び駆動部を一体的に三軸方向制御する請求項１に記載の微粒子配向用磁場印加装置。
8. （ａ）磁気的に二軸異方性を有する微粒子が懸濁した試料に時間的に変動する磁場を印加して前記微粒子を三次元配向させ、
   （ｂ）前記微粒子が三次元配向した状態の試料に対してビームを照射して回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定を行うことを特徴とする微粒子構造解析方法。
9. 前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の微粒子配向用磁場印加装置を使用して前記微粒子を三次元配向させる請求項８に記載の微粒子構造解析方法。
10. 前記微粒子は二軸結晶である請求項８に記載の微粒子構造解析方法。
11. 前記回折測定、散乱測定及び／又は分光学測定は、Ｘ線回折法、中性子回折法、赤外分光法、紫外・可視分光法又は核磁気共鳴法のいずれかによる測定である請求項８に記載の微粒子構造解析方法。

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