JP2009145356A - Method for estimating particle shape in liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体中に分散している粒子の形状とその形状の大きさを推定する方法に関するものである。 The present invention relates to a shape of particles dispersed in a liquid and a method for estimating the size of the shape.
従来、液体中に分散しているたんぱく質、高分子化合物、界面活性剤ミセル、その他分子集合体などの被測定物の粒子はナノメートルぐらいの大きさであり、これらの粒子は電子顕微鏡もしくは原子間力顕微鏡を用いて観測するのが一般的であった。これらの粒子を電子顕微鏡で観測するためには、まず液体中の被測定物である試料を凍結し脱水するなどの化学的処理を行ない、そして真空下において観測しなければならなかった。そのためこの化学的処理の過程において粒子の形態が変化してしまう可能性があり、電子顕微鏡で観察された粒子の像が液体中における粒子の形態と異なる場合があった。また原子間力顕微鏡においては、真空下に限らず液体中において観測することができる利点があるが、観測できる大きさには限界があった。 Conventionally, particles of objects to be measured such as proteins, polymer compounds, surfactant micelles, and other molecular aggregates dispersed in a liquid are about a nanometer in size. It was common to observe with a force microscope. In order to observe these particles with an electron microscope, first, a chemical treatment such as freezing and dehydrating a sample as an object to be measured in a liquid must be performed, and observation must be performed under vacuum. For this reason, the particle morphology may change during the chemical treatment, and the particle image observed with an electron microscope may be different from the particle morphology in the liquid. The atomic force microscope has an advantage that it can be observed not only in a vacuum but also in a liquid, but there is a limit to the size that can be observed.
そのために、液体に直接的に電磁波(中性子、X線、光)を照射して測定する散乱法が用いられていた。この散乱法の一般的に行われている方法としてギニエ法がある。この方法は、横軸に散乱ベクトルの2乗をとり、縦軸に散乱強度の対数で表わすと、散乱ベクトルの2乗の小さい領域で、散乱ベクトルの2乗と散乱強度の対数の間に右下がりの比例関係が成立する。この比例関係の 直線を外挿すると原点散乱強度が求められ、その原点散乱強度から粒子の分子量などが計算することができ、この比例関係の直線の傾きから、粒子の大まかな大きさを示す慣性 半径が計算することができるというものである。 Therefore, a scattering method has been used in which a liquid is directly irradiated with an electromagnetic wave (neutron, X-ray, light) and measured. As a generally performed method of the scattering method, there is a Guinier method. This method takes the square of the scattering vector on the horizontal axis and the logarithm of the scattering intensity on the vertical axis, and in the region where the square of the scattering vector is small, between the square of the scattering vector and the logarithm of the scattering intensity, The decreasing proportional relationship is established. Extrapolating this proportional line yields the origin scattering intensity, and the molecular weight of the particle can be calculated from the origin scattering intensity. From the slope of this proportional line, the inertia indicating the approximate size of the particle The radius can be calculated.
また、小角X線散乱法に基づいて得られる散乱X線スペクトラムより、横軸を散乱ベクトルkの2乗(k2=(4πsinΘ/λ)2)、縦軸を強度Yの常用対数(Log10Y)とする標準スペクトラムf(k2)を求め、更に、粒子径Di(ここでi=1〜nの 自然数)に対応する傾き(−αDi)を有する直線群Li(Log10Yi=−αDik2i+
Log10βiで表わす。)の一次結合(ΣLi)で表される合成スペクトラムg(k2)により、標準スペクトラムf(k2)を近似したときの直線群Liのy切片(Log10βi)と傾き(−αDi)より、所定の粒子径Diに対する粒子含有率を求める粒度分布測定方法が知られている(たとえば、特許文献1)。
Further, from the scattered X-ray spectrum obtained based on the small-angle X-ray scattering method, the horizontal axis is the square of the scattering vector k (k 2 = (4πsinΘ / λ) 2 ), and the vertical axis is the common logarithm of the intensity Y (Log 10). Y) is obtained as a standard spectrum f (k 2 ), and further a straight line group Li (Log 10 Yi = −αDik) having a slope (−αDi) corresponding to the particle diameter Di (where i = 1 to n is a natural number). 2 i +
It is expressed as Log 10 βi. ) From the y-intercept (Log 10 βi) and the slope (−αDi) of the straight line group Li when the standard spectrum f (k 2 ) is approximated by the composite spectrum g (k 2 ) represented by the linear combination (ΣLi). There is known a particle size distribution measuring method for obtaining a particle content with respect to a predetermined particle diameter Di (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された方法では、粒子の形状が球形であることを仮定して所定の粒子径が求められているために、実際の液体中に分散している粒子は球形以外の粒子も存在することから、実際の液体中に分散している粒子の形状と形状にもとづいた大きさが求めることができなかった。
However, in the method described in
本発明は、液体中における粒子の形状のみならず、その形状の大きさを明らかにする粒子形状推定方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a particle shape estimation method for clarifying not only the shape of particles in a liquid but also the size of the shape.
本発明の第1の態様は、液体中に分散している粒子の形状を推定する粒子形状推定方法であって、液体中の粒子に光を照射する光照射ステップと、粒子から散乱された散乱光を検出する散乱光検出ステップと、該散乱光検出ステップにより検出された各散乱光の検出強度(Y1)と散乱角(Θ)を散乱光ごとに記憶する記憶ステップと、記憶ステップにより記憶された散乱角(Θ)、光照射ステップにより粒子に照射された光の波長(λ)から散乱光ごとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)を算出して、散乱ベクトル(k)と該散乱ベクトル(k)の算出に用いられた散乱角(Θ)ごとの散乱光の検出強度(Y1)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の検出強度(Y)を縦軸にした実験化グラフを求める実験グラフ化ステップと、散乱光の強度(Y)を散乱ベクトル(k)を変数として表わした粒子モデル式で、粒子の形状によってそれぞれ異なる粒子モデル式があらかじめ記憶手段に記憶されており、該記憶手段に記憶された粒子モデル式を選択する粒子モデル式選択ステップと、該粒子モデル式選択ステップで選択され、粒子の形状と粒子の密度に関する数を未知数とする粒子モデル式の未知数にあらかじめ定められた初期値を代入し、粒子モデル式を設定する粒子モデル式初期値設定ステップと、該粒子モデル式 初期値設定ステップにより初期値が代入された粒子モデル式に、実験グラフ化ステップにより算出された散乱ベクトル(k)を代入して、散乱光の算出強度(Y2)を算出して、散乱ベクトル(k)と散乱光の算出強度(Y2)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした粒子モデル式設定グラフを求める粒子モデル式 設定グラフ化ステップと、実験グラフ化ステップで求められた実験化グラフと粒子モデル式設定グラフ化ステップによって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数を設定し、該設定された粒子の形状と粒子の密度に関する数と該実験化グラフと該粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を記憶するグラフ差2乗最小値記憶ステップと、該粒子モデル式選択ステップにより選択されたすべて粒子モデル式について、グラフ差2乗最小値記憶ステップにより記憶された実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値のうち一番小さい値の粒子モデル式を選定し、該粒子モデル式から粒子の形状を推定する粒子形状推定ステップと、を有する。 A first aspect of the present invention is a particle shape estimation method for estimating the shape of particles dispersed in a liquid, a light irradiation step for irradiating light in particles in the liquid, and scattering scattered from the particles The scattered light detection step for detecting light, the storage step for storing the detection intensity (Y1) and the scattering angle (Θ) of each scattered light detected by the scattered light detection step for each scattered light, and the storage step. The scattering vector k (k = 4πsinΘ / λ, where π is the circular ratio) is calculated for each scattered light from the scattering angle (Θ) and the wavelength (λ) of the light irradiated to the particles by the light irradiation step, and the scattering vector (K) and the detected intensity (Y1) of the scattered light for each scattering angle (Θ) used for the calculation of the scattered vector (k), the detected intensity of the scattered light with the scattered vector (k) as the horizontal axis An experimental graph for obtaining an experimental graph with (Y) on the vertical axis A particle model expression expressing the intensity of the scattered light (Y) with the scattering vector (k) as a variable, and different particle model expressions depending on the shape of the particles are stored in advance in the storage means. The particle model formula selection step for selecting the particle model formula stored in the memory, and the particle model formula selection step, which is selected in the particle model formula selection step, is determined in advance as an unknown number of the particle model formula with the number related to the particle shape and the particle density as an unknown number. A particle model initial value setting step for setting the particle model formula by substituting the initial value, and a scattering calculated by the experimental graphing step to the particle model formula in which the initial value is substituted in the particle model formula initial value setting step Substituting the vector (k), the calculated intensity (Y2) of the scattered light is calculated, and the scattered vector (k) and the calculated intensity (Y2) of the scattered light are used. Particle model formula for obtaining a particle model formula setting graph with the scattering vector (k) on the horizontal axis and the intensity (Y) of scattered light on the vertical axis. The number related to the particle shape and particle density of the particle model formula is set so that the square of the difference between the graph and the particle model formula setting graph obtained by the graph modeling step is set to a minimum, and the set number is set. Graph difference square minimum value storing step for storing the number relating to particle shape and particle density, and the minimum square value of the difference between the experimental graph and the particle model equation setting graph, and selecting by the particle model equation selecting step The smallest value of the minimum squares of the differences between the experimental graph stored by the graph difference square minimum value storage step and the particle model formula setting graph for all the particle model formulas And a particle shape estimation step of estimating a particle shape from the particle model equation.
本発明によれば、粒子モデル式選択ステップにより 選択されたすべて粒子モデル式について、実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を求め、その最小値のうちの一番小さい値の粒子モデル式を選定することによって、該粒子モデル式から粒子の形状を推定することができる。 According to the present invention, for all particle model formulas selected in the particle model formula selection step, the minimum value of the square of the difference between the experimental graph and the particle model formula setting graph is obtained, and the smallest of the minimum values is obtained. By selecting the value particle model equation, the particle shape can be estimated from the particle model equation.
本発明の第2の態様は、液体中に分散している粒子の形状と該形状の大きさを推定する粒子形状推定方法であって、液体中の粒子に光を照射する光照射ステップと、粒子から散乱する散乱光を検出する散乱光検出ステップと、該散乱光検出ステップにより検出された各散乱光の検出強度(Y1)と散乱角(Θ)を散乱光ごとに記憶する記憶ステップと、
記憶ステップにより記憶された散乱角(Θ)、光照射 ステップにより粒子に照射された光の波長(λ)から散乱光ごとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)を算出して、散乱ベクトル(k)と該散乱ベクトル(k)の算出に用いられた散乱角(Θ)ごとの散乱光の検出強度(Y1)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした実験化グラフを求める 実験グラフ化ステップと、散乱光の強度(Y)を散乱ベクトル(k)を変数として表わした粒子モデル式で、粒子の形状によってそれぞれ異なる粒子モデル式があらかじめ記憶手段に記憶されており、該記憶手段に記憶された粒子モデル式を選択する粒子モデル式選択ステップと、該粒子モデル式選択ステップで選択され、粒子の形状と粒子の密度に関する数を未知数とする粒子モデル式の未知数にあらかじめ定められた初期値を代入し、粒子モデル式を設定する粒子モデル式初期値設定ステップと、該粒子モデル式 初期値設定ステップにより初期値が代入された粒子モデル式に、実験グラフ化ステップにより算出された散乱ベクトル(k)を代入して、散乱光の算出強度(Y2)を算出して、散乱ベクトル(k)と散乱光の算出強度(Y2)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした粒子モデル式設定グラフを求める粒子モデル式 設定グラフ化ステップと、実験グラフ化ステップで求められた実験化グラフと粒子モデル式設定グラフ化ステップによって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数を設定し、該設定された粒子の形状と粒子の密度に関する数と該実験化グラフと該粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を記憶するグラフ差2乗最小値記憶ステップと、該粒子モデル式選択ステップにより選択されたすべて粒子モデル式について、グラフ差2乗最小値記憶ステップにより記憶された実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値のうち一番小さい値の粒子モデル式を選定し、該粒子モデル式から粒子の形状を推定し、グラフ差2乗最小値記憶ステップにより設定された該粒子モデル式の粒子の大きさに関する数から粒子の大きさを推定する粒子形状推定ステップと、を有する。
A second aspect of the present invention is a particle shape estimation method for estimating the shape of particles dispersed in a liquid and the size of the shape, a light irradiation step of irradiating light on particles in the liquid; A scattered light detection step for detecting scattered light scattered from the particles, and a storage step for storing the detected intensity (Y1) and the scattering angle (Θ) of each scattered light detected by the scattered light detection step for each scattered light;
Scattering vector k (k = 4πsinΘ / λ, π is the pi) is calculated for each scattered light from the scattering angle (Θ) memorized by the memory step and the wavelength (λ) of the light irradiated to the particles by the light irradiation step. Then, using the scattering vector (k) and the detected intensity (Y1) of the scattered light for each scattering angle (Θ) used for the calculation of the scattering vector (k), the scattering vector (k) is plotted on the horizontal axis. Obtain an experimental graph with the scattered light intensity (Y) on the vertical axis. An experimental graphing step, and a particle model formula that expresses the scattered light intensity (Y) with the scattering vector (k) as a variable. Different particle model formulas are stored in advance in the storage means, a particle model formula selection step for selecting the particle model formula stored in the storage means, and a particle shape and a particle selected in the particle model formula selection step. Density of Substituting a predetermined initial value for the unknown number of the particle model formula with the number relating to the unknown as the unknown, setting the particle model formula initial value, and setting the initial value in the particle model formula initial value setting step By substituting the scattering vector (k) calculated in the experimental graphing step into the particle model equation, the calculated intensity (Y2) of the scattered light is calculated, and the scattered vector (k) and the calculated intensity of the scattered light ( Y2), a particle model equation setting graph for obtaining a particle model equation setting graph with the scattering vector (k) on the horizontal axis and the intensity (Y) of scattered light on the vertical axis is obtained in the setting graphing step and the experimental graphing step. The particle shape and particle shape of the particle model formula so that the square of the difference between the obtained experimental graph and the particle model formula setting graph obtained by the particle model formula setting graph step is minimized. A graph difference squared minimum value that stores a number relating to the density of the particle, a number relating to the set particle shape and particle density, and a minimum square value of the difference between the experimental graph and the particle model formula setting graph For all the particle model formulas selected by the storage step and the particle model formula selection step, the minimum square value of the difference between the experimental graph stored by the graph difference square minimum value storage step and the particle model formula setting graph is set. The particle model formula with the smallest value is selected, the shape of the particle is estimated from the particle model formula, and the particle size is calculated from the number related to the particle size of the particle model formula set by the graph difference square minimum value storing step. And a particle shape estimation step for estimating the size of.
本発明によれば、粒子モデル式選択ステップにより 選択されたすべて粒子モデル式について、実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を求め、その最小値のうちの一番小さい値の粒子モデル式を選定することによって、該粒子モデル式から粒子の形状を推定することができ、該粒子モデル式の粒子の大きさに関する数から粒子の大きさを推定することができる。これにより、液体中の粒子の形状のみならず、その粒子の形状にともなった様々な大きさをも明らかにすることができる。 According to the present invention, for all particle model formulas selected in the particle model formula selection step, the minimum value of the square of the difference between the experimental graph and the particle model formula setting graph is obtained, and the smallest of the minimum values is obtained. By selecting a particle model equation of value, the shape of the particle can be estimated from the particle model equation, and the particle size can be estimated from the number related to the particle size of the particle model equation. Thereby, not only the shape of the particle | grains in a liquid but various sizes accompanying the shape of the particle | grain can be clarified.
本発明の第3の態様は、第1または第2の態様に加え、粒子モデル式初期値設定ステップは、粒子の形状により格別に定まる粒子モデル式として Y=n×Δβ2×V2×P×S(式中、nは粒子の数密度、Vは粒子の体積、Δβは粒子と溶媒の散乱長密度の差、Pは粒子形状因子(散乱ベクトルkの 関数)、Sは構造因子(散乱ベクトルkの関数))を用いることを特徴とする。 In the third aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the particle model equation initial value setting step is a particle model equation that is determined by the shape of the particles. Y = n × Δβ 2 × V 2 × P × S  (where n is the number density of the particles, V is the volume of the particles, Δβ is the difference between the scattering length densities of the particles and the solvent, P is the particle shape factor (a function of the scattering vector k)) , S uses a structure factor (a function of the scattering vector k)).
本発明の第4の態様は、第1または第2の態様に加え、実験グラフ化ステップは、あらかじめ記憶された粒子に照射された光の波長(λ)と散乱角(Θ)をもとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)を算出することを特徴とする。 In the fourth aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the experimental graphing step is based on the wavelength (λ) and scattering angle (Θ) of the light irradiated to the previously stored particles. A scattering vector k (k = 4π sin Θ / λ, where π is a pi) is calculated.
本発明によれば、散乱光の散乱角(Θ)は検出位置によりあらかじめ求めることができることから、散乱ベクトルkを算出する際に、あらかじめ記憶された粒子に照射された光の波長(λ)と散乱角(Θ)を使用することにより、容易に散乱ベクトルkを算出することができる。 According to the present invention, since the scattering angle (Θ) of the scattered light can be obtained in advance based on the detection position, when calculating the scattering vector k, the wavelength (λ) of the light irradiated on the previously stored particles and By using the scattering angle (Θ), the scattering vector k can be easily calculated.
本発明の第5の態様は、第1または第2の態様に加え、光照射ステップにより液体中に照射される光は、X線または中性子であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the light irradiated into the liquid by the light irradiation step is X-rays or neutrons.
本発明によれば、X線または中性子を照射した場合でも粒子の形状を推定することができる。 According to the present invention, the shape of particles can be estimated even when irradiated with X-rays or neutrons.
以下、本発明の粒子形状推定方法の一実施形態について図面を参照にしながら説明する。図1は、本発明の一実施形態における粒子形状推定方法に用いられる粒子形状推定装置のブロック図である。 Hereinafter, an embodiment of a particle shape estimation method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a particle shape estimation apparatus used in a particle shape estimation method according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、粒子形状推定装置1は、X線発生源2、スリット3、容器4、真空パス5、検出器6、コンピュータ部7を有する。
As shown in FIG. 1, the particle
X線発生源2は、X線を発生し液体中の粒子(被測定物)に波長λのX線を照射するものである。なお、本実施形態では、光発生源としてX線発生源2を用いて説明したが、これに限らず、散乱法を用いることができるものであればよく、中性子を発生する中性子発生源などでもよい。
The
スリット3は、X線発生源2によって発生させたX線を特定の領域に絞るもので、このスリット3により絞られたX線は、石英セルまたは雲母セルなどの容器4に収納された液体中の粒子に照射される。この粒子にあたったX線は粒子により散乱される。
The
粒子にあたって散乱されたX線(散乱光)は、真空パス5を通り、散乱光が発せられる散乱角(Θ)ごとに検出器6により散乱光の強度(Y1)が検出される。具体的には、検出器6には、散乱光を検出するための散乱光検出部(図示略)が複数(本実施形態では256個)有しており、それぞれの散乱光検出部により散乱光の強度(Y1)と散乱角(Θ)が検出される。そして、この検出器6により散乱光が発せられる散乱角(Θ)ごとに検出された散乱光の強度(Y1)は、それぞれ関連づけて後述するコンピュータ部7の記憶手段8に記憶される。なお、この散乱光検出部(図示略)は、特定位置に配置されているため、散乱光検出部により検出される散乱角(Θ)は散乱光検出部ごとに特定値となることから、散乱光検出部ごとの散乱角(Θ)を後述するコンピュータ部7の記憶手段8にあらかじめ記憶し、その記憶手段8に記憶されている散乱角(Θ)を用いてもよい。
The X-rays (scattered light) scattered by the particles pass through the
次に、コンピュータ部7内の処理について説明する。コンピュータ部7は、記憶手段8と、実験グラフ化手段(実験スペクトル算出手段)9と、粒子モデル式選択手段10と、粒子モデル式初期値設定手段11と、粒子モデル式設定グラフ化手段(幾何学スペクトル算出手段)12と、グラフ差2乗最小値記憶手段13、粒子形状推定手段14とを有している。
Next, processing in the
記憶手段8は、上述したように、検出器6により 検出された散乱光の光強度(Y1)と散乱角(Θ)を散乱光ごとに記憶するとともに、後述する散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)も記憶するものである。また、記憶手段8には、X線発生源2から発生したX線の波長(λ)も記憶され、後述する粒子の形状により格別に定まる粒子モデル式(幾何学モデル式(数式1に数式2〜数式19を代入した式))も記憶されている。なお、本実施形態では、記憶手段8によりX線発生源2から発生したX線の波長(λ)や、粒子の形状により格別に定まる粒子モデル式(幾何学モデル式(散乱法による式))を記憶させたが、これに限らず、それぞれ別々の記憶手段にX線発生源2から発生したX線の波長λや、粒子の形状により格別に定まる粒子モデル式(幾何学モデル式(散乱法による式))を記憶させてもよい。
As described above, the
粒子モデル式(散乱法の基本式)は、次式であらわされる。
n :粒子の数密度
V :粒子の体積
Δβ:散乱長密度の差
P :粒子形状因子(散乱ベクトルk(4πsinΘ/λ)の関数)
S :構造因子(散乱ベクトルk(4πsinΘ/λ)の関数)
ここで、粒子の体積V、形状因子P、構造因子Sは、粒子の形状に関する数を構成するものである。
The particle model formula (basic formula of the scattering method) is expressed by the following formula.
n: number density of particles V: volume of particles Δβ: difference in scattering length density P: particle shape factor (function of scattering vector k (4πsinΘ / λ))
S: Structure factor (function of scattering vector k (4πsinΘ / λ))
Here, the volume V, the shape factor P, and the structure factor S of the particles constitute numbers related to the shape of the particles. 
上述した粒子モデル式(数式1)の各変数は粒子の形状により異なるので、下記の式(数式2〜数式19)を上述した粒子モデル式(数式1)に代入することにより、粒子の形状により格別に定まる粒子モデル式がそれぞれ求めることができる。
Since each variable of the above-described particle model formula (Formula 1) varies depending on the shape of the particle, substituting the following formulas (
粒子の形状が球の場合は、粒子の形状モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
粒子の形状が中空球の場合は、粒子モデル式( 数式1)に代入される式は次式で表される。
d:厚さ
希薄系の場合は、S=1であり、濃厚系の場合は、 S≠1である。希薄系の場合と濃厚系の場合をそれぞれわけて計算する必要がある。
When the shape of the particle is a hollow sphere, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
粒子の形状が二重層球の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
粒子の形状の断面が円の楕円体の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
v :短軸と長軸の軸比
粒子濃度が、希薄系の場合は、S=1であり、濃厚系の場合は、 S≠1である。それぞれわけて計算する必要がある。
When the cross section of the particle shape is an ellipsoid with a circle, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
v: Axis ratio between short axis and long axis When the particle concentration is dilute, S = 1, and when rich, S ≠ 1. Each needs to be calculated separately.
粒子の形状が中空であり断面が円の楕円体の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
d:厚さ
v:短軸と長軸の軸比
粒子濃度が、希薄系の場合は、S=1であり、濃厚系の場合は、 S≠1である。それぞれわけて計算する必要がある。
In the case of an ellipsoid having a hollow particle shape and a circular cross section, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
d: thickness
v: Axis ratio between short axis and long axis When the particle concentration is dilute, S = 1, and when rich, S ≠ 1. Each needs to be calculated separately.
粒子の形状の断面が二重層の円の楕円体の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
粒子の形状の断面が楕円の楕円体の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
b :y 軸における長さ
c :z 軸における長さ
粒子濃度が、希薄系の場合は、S=1であり、濃厚系の場合は、 S≠1である。それぞれわけて計算する必要がある。
When the cross section of the particle shape is an ellipsoid, the formula substituted into the particle model formula (Formula 1) is expressed by the following formula.
b: Length in y-axis
c: Length on the z-axis S = 1 when the particle concentration is lean, and S ≠ 1 when dense. Each needs to be calculated separately.
粒子の形状が中空であり断面が楕円の楕円体の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
b :楕円体の中空部分の断面の楕円のy 軸における長さ
c :楕円体の中空部分の断面の楕円のz 軸における長さ
d :厚さ
粒子濃度が、希薄系の場合は、S=1であり、濃厚系の場合は、 S≠1である。それぞれわけて計算する必要がある。
In the case of an ellipsoid having a hollow particle shape and an elliptical cross section, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
b: Length of the ellipsoid in the y-axis of the cross section of the hollow part
c: Length of the ellipsoid hollow section in the z-axis of the ellipse
d: Thickness When the particle concentration is lean, S = 1, and when it is dense, S ≠ 1. Each needs to be calculated separately.
粒子の形状の断面が二重層の楕円の楕円体の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
粒子の形状が円柱の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
(i)希薄系の場合
粒子濃度が濃い場合は、Random phase approxima tion (RPA) 近似とPolymer reference interaction site model (PRISM) 近似の二つが知られている。
(ii−1)RPA近似の場合
H:円柱の高さ
J1(x) :第一次ベッセル関数
x :任意のパラメータ
When the shape of the particle is a cylinder, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
(I) Dilute system
(Ii-1) RPA approximation
H: Cylinder height
J 1 (x): First-order Bessel function
x: Any parameter
粒子の形状が中空円柱の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
(i)希薄系の場合
粒子濃度が濃い場合は、Random phase approxima tion (RPA) 近似とPolymer reference interaction site model (PRISM) 近似の二つが知られている。
(ii−1)RPA近似の場合
d :厚さ
H:円柱の高さ
J1(x) :第一次ベッセル関数
x :任意のパラメータ
When the shape of the particle is a hollow cylinder, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
(I) Dilute system
(Ii-1) RPA approximation
d: thickness
H: Cylinder height
J 1 (x): First-order Bessel function
x: Any parameter
粒子の形状が二重層円柱の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
(i)希薄系の場合
粒子濃度が濃い場合は、Random phase approxima tion (RPA) 近似とPolymer reference interaction site model (PRISM) 近似の二つが知られている。
(ii−1)RPA近似の場合
(I) Dilute system
(Ii-1) RPA approximation
粒子の形状が楕円柱の場合は、粒子モデル式( 数式1)に代入される式は次式で表される。
(i)希薄系の場合
粒子濃度が濃い場合は、Random phase approxima tion (RPA) 近似とPolymer reference interaction site model (PRISM) 近似の二つが知られている。
(ii−1)RPA近似の場合
b :底面のy軸における長さ
H:円柱の高さ
When the shape of the particle is an elliptic cylinder, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
(I) Dilute system
(Ii-1) RPA approximation
b: Length of bottom surface in y-axis
H: Cylinder height
粒子の形状が中空楕円柱の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
(i)希薄系の場合
粒子濃度が濃い場合は、Random phase approxima tion (RPA) 近似とPolymer reference interaction site model (PRISM) 近似の二つが知られている。
(ii−1)RPA近似の場合
b :底面の y 軸における長さ
H:円柱の高さ
d:厚さである。
When the shape of the particle is a hollow elliptic cylinder, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
(I) Dilute system
(Ii-1) RPA approximation
b: Bottom length on the y-axis
H: Cylinder height
d: Thickness.
粒子の形状が二重層楕円柱の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
(i)希薄系の場合
粒子濃度が濃い場合は、Random phase approxima tion (RPA) 近似とPolymer reference interaction site model (PRISM) 近似の二つが知られている。
(ii−1)RPA近似の場合
b :底面の y 軸における長さ
H:円柱の高さ
d:厚さである。
When the shape of the particle is a double-layered elliptic cylinder, the equation substituted into the particle model equation (Equation 1) is expressed by the following equation.
(I) Dilute system
(Ii-1) RPA approximation
b: Bottom length on the y-axis
H: Cylinder height
d: Thickness.
多成分系の球の場合は、粒子モデル式(数式1)に代入される式は次式で表される。
Rav:平均粒径
σ2:分散である。
(ii)粒径分布がシュルツ・ジム分布(Schultz-Zimm 分布)の場合は、次式であらわされるD(R)を上式に代入する。
Rav :平均粒径
σ2:分散
Г(x) :ガンマ関数
x :任意の値
RmaxとRminは、Rmax=Rav+0.1とRmin=Rav−0.1と設定し、式(35の5)を算出して、式(35の3)の条件にならなければ、Rmax=Rmax +0.1 とRmin=Rmin−0.1を設定しなおして、式(35の5)を算出する。この操作を式(35の3)の条件になるまで繰り返して、式(35の3)の条件を満たせば、RmaxとRminが決定される。
In the case of a multi-component sphere, the formula assigned to the particle model formula (Formula 1) is expressed by the following formula.
Rav: Average particle diameter σ 2 : Dispersion.
(Ii) When the particle size distribution is a Schulz-Zimm distribution (Schultz-Zimm distribution), D (R) expressed by the following equation is substituted into the above equation.
Rav: average particle size σ 2 : dispersion Γ (x): gamma function
x: Any value
Rmax and Rmin are set as Rmax = Rav + 0.1 and Rmin = Rav−0.1, the equation (35-5) is calculated, and if the condition of the equation (35-3) is not satisfied, Rmax = Re-set Rmax +0.1 and Rmin = Rmin−0.1, and calculate the equation (5 of 35). This operation is repeated until the condition of expression (35-3) is satisfied, and if the condition of expression (35-3) is satisfied, Rmax and Rmin are determined.
実験グラフ化手段(実験スペクトル算出手段)9は、記憶手段8により記憶された散乱角(Θ)と粒子に照射された光の波長(λ)から散乱光ごとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)を算出し、その算出された散乱ベクトル(k)と該散乱ベクトル(k)の算出に用いられた散乱角(Θ)の散乱光の検出強度(Y1)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした実験化グラフを求めるものである。なお、粒子から発せられる散乱光は、それぞれの粒子に照射される角度などにより異なるものであり、それぞれの粒子に対応する散乱光の強度(Y1)と散乱光から発せられる散乱角(Θ)が検出される。そして、その検出されたそれぞれの粒子に対応する散乱光の強度(Y1)と散乱光から発せられる散乱角(Θ)と波長(λ)が散乱ベクトルの関係式k=(4πsinΘ/λ)に代入されて、縦軸に散乱光の強度(Y)、横軸に散乱ベクトル(k)としてグラフ化が行なわれる。 The experimental graphing means (experimental spectrum calculating means) 9 calculates a scattering vector k (k = 4πsinΘ /) for each scattered light from the scattering angle (Θ) stored in the storage means 8 and the wavelength (λ) of the light applied to the particles. λ and π are circular ratios), and the calculated scattering vector (k) and the detected intensity (Y1) of the scattered light at the scattering angle (Θ) used for calculating the scattering vector (k) are used. Thus, an experimental graph is obtained with the scattering vector (k) on the horizontal axis and the intensity (Y) of scattered light on the vertical axis. The scattered light emitted from the particles differs depending on the angle irradiated to each particle, and the intensity (Y1) of the scattered light corresponding to each particle and the scattering angle (Θ) emitted from the scattered light are different. Detected. Then, the intensity (Y1) of the scattered light corresponding to each detected particle, the scattering angle (Θ) and the wavelength (λ) emitted from the scattered light are substituted into the relational expression k = (4πsinΘ / λ) of the scattering vector. Then, graphing is performed with the intensity of scattered light (Y) on the vertical axis and the scattering vector (k) on the horizontal axis.
粒子モデル式選択手段10は、記憶手段8により記憶されている上述した粒子モデル式(粒子の形状により格別に定まる粒子モデル式(数式1に数式2〜数式19を代入した粒子モデル式)の中からあらかじめ定められた順序で粒子モデル式を一つずつ選択するものである。これにより、粒子の形状によりそれぞれ異なる粒子モデル式(数式1に数式2〜数式19を代入した各粒子モデル式)が一つずつ選択される。上述したように、この段階では選択された粒子モデル式のうち、粒子の形状に関する数と粒子の数密度(n)と散乱長密度(Δβ)は未知数の状態である。なお、本実施形態では、記憶手段8に記憶されているすべての粒子モデル式を1つずつ選択したが、これに限らず、記憶手段8に記憶されているすべての粒子モデル式をすべて一度に選択してもよく、また複数の粒子モデル式ごと分割して選択してもよい。さらに、また記憶手段8に記憶されている粒子モデル式のうち一部の粒子モデル式のみ選択する方法でもよい。
The particle model formula selection means 10 includes the above-described particle model formula stored in the storage means 8 (a particle model formula determined by the shape of the particle (a particle model formula obtained by substituting
粒子モデル式初期値設定手段11は、粒子の形状と粒子の密度に関する数を未知数(粒子の形状に関する数と粒子の数密度(n)と散乱長密度(Δβ))とする粒子モデル式の未知数にあらかじめ定められた(予想される)初期値を代入するものである。これにより、粒子モデル式選択手段10により選択された粒子モデル式について、その粒子モデル式の未知数に所定数(初期値)が代入され、粒子モデル式を定めることができる。 The particle model formula initial value setting means 11 is an unknown number of particle model formulas in which the number related to the shape of the particle and the density of the particle is an unknown (number related to the shape of the particle, the number density of the particle (n), and the scattering length density (Δβ)). Is substituted with a predetermined (expected) initial value. Thereby, for the particle model formula selected by the particle model formula selection means 10, a predetermined number (initial value) is substituted for the unknown number of the particle model formula, and the particle model formula can be determined.
粒子モデル式設定グラフ化手段12は、粒子モデル式初期値設定手段11により初期値が代入された粒子モデル式に、実験グラフ化手段9により算出された散乱ベクトル(k)を代入して、散乱光の算出強度(Y2)を算出して、その算出された散乱光の散乱ベクトル(k)と散乱光の算出強度(Y2)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした粒子モデル式設定グラフを求めるものである。これにより、初期値が代入された粒子モデル式の粒子モデル式設定グラフを求めることができる。 The particle model formula setting graphing means 12 substitutes the scattering vector (k) calculated by the experimental graphing means 9 into the particle model formula into which the initial value has been substituted by the particle model formula initial value setting means 11, and performs scattering. The calculated light intensity (Y2) is calculated, and using the calculated scattered light scattering vector (k) and the calculated scattered light intensity (Y2), the scattered vector (k) is plotted on the horizontal axis. A particle model formula setting graph with the strength (Y) on the vertical axis is obtained. Thereby, the particle model formula setting graph of the particle model formula into which the initial value is substituted can be obtained.
グラフ差2乗最小値記憶手段13は、実験グラフ化手段9で求められた実験化グラフと粒子モデル式設定グラフ化手段12によって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の 粒子の形状と粒子の密度に関する数が設定され、設定された粒子の形状と粒子の密度に関する数と該実験化グラフと該粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を 記憶する。具体的には、まず実験グラフ化手段9で求められた実験化グラフと粒子モデル式設定グラフ化手段12によって求められた粒子モデル式設定グラフを比較する。そして、上記粒子モデル式初期値設定手段11で初期値が代入された粒子の形状と粒子の密度に関する数を変化させ、実験グラフ化手段9で求められた実験化グラフと粒子モデル式設定グラフ化手段12によって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数を求める。これにより、粒子モデル式選択手段10により選択された粒子モデル式について、実験化グラフと近似するグラフを求めることができる。
The graph difference squared minimum
粒子形状推定手段14は、粒子モデル式選択手段10により選択されたすべて粒子モデル式(数式1に数式2〜数式19を代入した粒子モデル式)の粒子モデル式設定グラフについて、グラフ差2乗最小値記憶手段13により記憶された実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を比較し、そのうちの差が最も小さい値の粒子モデル式を選定する。これにより、粒子モデル式選択手段10により 選択されたすべて粒子モデル式の粒子モデル式設定グラフのうちで、実験化グラフと最も近似するグラフを求めることができる。そして、該粒子モデル式から粒子の形状が推定され、グラフ差2乗最小値記憶手段13により設定された該粒子モデル式の粒子の大きさに関する数から粒子の大きさが推定することができる。なお、本実施形態では、粒子の形状と大きさを求めるようにしたが、粒子の形状のみ求めるものでもよい。
The particle
次に、本発明の粒子形状推定方法について、図2を参照にしながら説明する。図2は、本発明の一実施形態における粒子形状推定方法のフローチャートである。 Next, the particle shape estimation method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of a particle shape estimation method according to an embodiment of the present invention.
S11において、X線発生源2の電源スイッチ(図示略)がONかが判断される。そして、S11でYESと判断された場合には、S12により、粒子に照射されるX線の波長が入力されているかが判断される。この粒子に照射されるX線の波長はX線波長入力部(図示略)により入力される。なお、本実施形態では、X腺波長入力部によりX線の波長を入力する方法をとったが、これに限らず、X線波長入力部を設けず、あらかじめ 記憶手段8に記憶された一定の波長のX線を粒子に照射させるようにしてもよい。また、本実施形態では、X線を粒子に照射させるようにしたが、これに限らず、中性子などでもよく光であればX線に限定されない。そして、S12でYESと判断された場合は、S13に進む。
In S11, it is determined whether the power switch (not shown) of the
S13において、X線発射スイッチ(図示略)がONにされたかが判断される。そして、S13でYESの場合は、S14に進む。なお、本実施形態が、電源スイッチとX線発射スイッチをそれぞれ別々の設けた態様について説明したが、これに限らず、電源 スイッチとX線発射スイッチを1つのスイッチで兼ねてもよい。 In S13, it is determined whether an X-ray emission switch (not shown) is turned on. If YES in S13, the process proceeds to S14. In addition, although this embodiment demonstrated the aspect which each provided the power switch and the X-ray emission switch separately, not only this but a power switch and an X-ray emission switch may serve as one switch.
S14において、容器4内の液体中の粒子に向けてX線が発射される。具体的には、X線発生源2から発射されたX線は、スリット3を介し液体中の粒子に照射される。そして、粒子に向けて照射されたX線は、粒子に当たることにより散乱し散乱光となる。なお、液体中に複数の粒子が存在するので、それぞれの粒子について散乱光が発生する。
In S <b> 14, X-rays are emitted toward the particles in the liquid in the
S15において、粒子に当たって散乱した光(散乱光)の強度(強度(Y1))と、その散乱光の散乱角(Θ)を検出器6により検出する。具体的には、検出器6には、散乱光を検出するための散乱光検出部(図示略)が複数(本実施形態では256個)有しており、それぞれの散乱光検出部により散乱光の強度(Y1)と散乱角(Θ)が検出される。なお、X線が照射される粒子は複数存在するので、それぞれの粒子についての散乱光の光強度(Y1)と散乱角(Θ)が対応付けられて検出される。なお、上述したように、散乱光検出部により検出される散乱角(Θ)は散乱光検出部ごとに特定値となることから、散乱光検出部により検出された散乱角(Θ)を用いずに、記憶手段8に記憶されている各散乱光検出部の散乱角(Θ)を用いてもよい。
In S15, the
S16において、検出された散乱光の強度(Y1)と散乱角(Θ)が記憶手段8に記憶される。なお、X線が照射される粒子は複数存在するので、それぞれの粒子についての散乱光の光強度(Y1)と散乱角(Θ)が対応付けられて記憶される。 In S16, the detected scattered light intensity (Y1) and scattering angle (Θ) are stored in the storage means 8. Since there are a plurality of particles irradiated with X-rays, the light intensity (Y1) of the scattered light and the scattering angle (Θ) are stored in association with each other.
S17において、X線発生源2から粒子に照射された光の波長(λ)と、記憶手段8に記憶されている散乱光のそれぞれの散乱角(Θ)を用いて、散乱光ごとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)が算出される。そして、その算出された散乱ベクトル(k)と該散乱ベクトル(k)の算出に用いられた散乱角(Θ)の散乱光の検出強度(Y1)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした実験化グラフ(図3参照)が求められる。すなわち、粒子から散乱される散乱光は、それぞれの粒子に照射されるX線の角度などにより異なるもので、それぞれの粒子に対応する散乱光の強度(Y1)と散乱光から発せられる散乱角(Θ)が検出される。そして、その検出されたそれぞれの粒子に対応する散乱光の強度(Y1)と散乱角(Θ)から求められた散乱ベクトル(k)を用いて、横軸に散乱ベクトル(k)、縦軸に散乱光の強度(Y)をとって実験化グラフ(図3参照)が求められる。なお、上述したように、散乱光の散乱角(Θ)と散乱光の強度(Y1)は検出器6により検出されるが、検出器6には散乱光を検出するための散乱光検出部(図示略)が複数(本実施 形態では256個)有しており、それぞれの散乱光検出部により散乱光の強度(Y1)と散乱角(Θ)が検出される。したがって、各散乱光検出部により検出される散乱角(Θ)は散乱光検出部ごとに定まった散乱角(Θ)となる。ここで、図3からわかるように、それぞれの散乱角(Θ)から求められた散乱ベクトル(k)に対応した強度(Y1)が求められている。なお、図3は、本発明の一実施形態における実験化グラフを示す図である。
In S17, using the wavelength (λ) of the light irradiated to the particle from the
S18において、記憶手段8により記憶されている 粒子の形状(球形状の粒子、中空球形状の粒子など)により格別に定まる粒子モデル式、すなわち、数式1に数式2〜数式19を代入したそれぞれの粒子モデル式の中からあらかじめ定められた順序で一つずつ選択される。これにより、粒子の形状によりそれぞれ異なる粒子モデル式(数式1に数式2〜数式19を代入した各粒子モデル式)が選択される。なお、この段階では、選択された粒子モデル式は、粒子の形状に関する数と粒子の数密度(n)と散乱長密度(Δβ)が未知数の状態である。なお、本実施形態では、粒子の形状が二重層円柱の希薄系の粒子モデル式(数式1に数式19を代入した式)が選択された場合について説明する。
In S18, the particle model formula determined by the shape of the particles (spherical particles, hollow sphere particles, etc.) stored in the storage means 8, that is, the
S19において、S18により選択された二重層円柱の希薄系の 粒子モデル式は、粒子の形状に関する数と粒子の密度に関する数(R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ)、βcore(粒子の中心部分の散乱長密度)、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)、および、n(粒子の数密度))が未知数であるので、その粒子モデル式の未知数にあらかじめ定められた(予想される)初期値が代入される。具体的には、n(粒子の数密度)の初期値として5×10−16が代入され、βcore(粒子の中心部分の散乱長密度)の初期値として8.026μÅ−2が代入され、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)の初期値として9.697μÅ−2が代入され、βsolvent(溶媒の散乱長密度)の初期値として9.216μÅ−2が代入され、R(底面の円の半径)の初期値として33Åが代入され、H(円柱の高さ)の初期値として20Åが代入される。また、S(構造因子)は「1」が代入される(数式19の2参照)。これにより、粒子モデル式選択手段10により選択された粒子モデル式について、その粒子モデル式の未知数に所定数(初期値)が代入され、未知数が存在しない粒子モデル式を定めることができる。 In S19, the dilute particle model formula of the double-layer cylinder selected in S18 is a number related to the shape of the particle and a number related to the density of the particles (R (radius of the bottom circle), d (thickness), H (cylinder). ), Βcore (scattering length density of the central part of the particle), βshell (scattering length density of the outer part of the particle), and n (number density of the particle)) are unknown numbers, A predetermined (expected) initial value is assigned to the unknown. Specifically, 5 × 10 −16 is substituted as an initial value of n (particle number density), and 8.026 μÅ− 2 is substituted as an initial value of β core (scattering length density of the central portion of the particle). The initial value of β shell (scattering length density of the outer part of the particle) is substituted with 9.697 μÅ− 2 , the initial value of β solvent (scattering length density of solvent) is substituted with 9.216 μÅ− 2 , and R (bottom surface). 33 代 入 is substituted as the initial value of the radius of the circle, and 20 代 入 is substituted as the initial value of H (the height of the cylinder). In addition, “1” is substituted for S (structural factor) (see Formula 19-2). As a result, for the particle model formula selected by the particle model formula selection means 10, a predetermined number (initial value) is substituted for the unknown number of the particle model formula, and a particle model formula without an unknown number can be determined.
S20において、S19により初期値が代入された粒子モデル式に、S17により算出された散乱ベクトル(k)を代入して、散乱光の算出強度(Y2)が算出される。そして、その算出された散乱光の散乱ベクトル(k)と散乱光の算出強度(Y2)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした粒子モデル式設定グラフが求められる。これにより、初期値が代入された粒子モデル式の粒子モデル式設定グラフが求められる(図省略)。なお、この粒子モデル式設定グラフは、粒子の形状が二重層円柱の希薄系の粒子モデル式の粒子モデル式設定グラフである。 In S20, the scattered light calculated intensity (Y2) is calculated by substituting the scattering vector (k) calculated in S17 into the particle model equation in which the initial value is substituted in S19. Then, using the calculated scattering vector (k) of the scattered light and the calculated intensity (Y2) of the scattered light, the particle having the scattering vector (k) on the horizontal axis and the intensity (Y) of the scattered light on the vertical axis. A model formula setting graph is required. Thereby, a particle model formula setting graph of the particle model formula into which the initial value is substituted is obtained (not shown). This particle model equation setting graph is a particle model equation setting graph of a dilute particle model equation in which the particle shape is a double-layered cylinder.
S21において、S17により求められた実験化グラフとS20により求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数(R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ)、βcore(粒子の中心部分の散乱長密度)、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)、およびn(粒子の数密度))が設定される。すなわち、初期値が 代入された粒子の形状と粒子の密度に関する数(R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ)、β core(粒子の中心部分の散乱長密度)、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)、およびn(粒子の数密度))を変化させて、S17により求められた実験化グラフとS20により求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるようにされる。これは、シンプレックス法(別名:ポリトトープ法)、ガウスジョルダン法などを用いて、コンピュータ処理に行われる。そして、その設定(変更)された粒子の形状と粒子の 密度に関する数(R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ)、βcore(粒子の中心部分の散乱長密度)、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)、およびn(粒子の数密度))と該実験化グラフと該粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値が記憶される。具体的には、S17により求められた実験化グラフとS20によって求められた粒子モデル式設定グラフを比較し、S20により初期値が代入された粒子の形状と粒子の密度に関する数((R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ)、βcore(粒子の中心部分の散乱長密度)、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)、およびn(粒子の数密度))を変化させ、S17により求められた実験化グラフの個々の値とS20によって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗の合計値が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数((R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ)、βcore(粒子の中心部分の散乱長密度)、βshell(粒子の外側部分の散乱長密度)、およびn(粒子の数密度))が求められる。これにより、S18により選択された粒子モデル式について、実験化グラフと近似するグラフが求められる(図4参照)。ここで、図4は、本発明の一実施形態における2乗値が最小のときの二重層円柱の希薄系の粒子化モデル式設定グラフを示す図である。 In S21, the number (R (bottom surface) of particle shape and particle density in the particle model equation is set so that the square of the difference between the experimental graph obtained in S17 and the particle model equation setting graph obtained in S20 is minimized. ), D (thickness), H (cylinder height), βcore (scattering length density in the central part of the particle), βshell (scattering length density in the outer part of the particle), and n (number of particles) Density)) is set. In other words, the number of particle shape and initial density (R (radius of the bottom circle)), d (thickness), H (cylinder height), β core (scattering at the center of the particle) (Long density), β shell (scattering length density of the outer part of the particle), and n (number density of the particle)), the experimental graph obtained by S17 and the particle model formula setting graph obtained by S20 The square of the difference is minimized. This is performed by computer processing using a simplex method (also known as a polytope method), a Gauss-Jordan method, or the like. Then, the number (R (radius of the bottom circle)), d (thickness), H (cylinder height), βcore (scattering of the central part of the particle) regarding the set (changed) particle shape and particle density. (Long density), β shell (scattering length density of the outer portion of the particle), and n (number density of the particle)) and the square of the difference between the experimental graph and the particle model formula setting graph are stored. Specifically, the experimental graph obtained in S17 and the particle model formula setting graph obtained in S20 are compared, and the number ((R (bottom surface) of the particle shape and particle density into which the initial values are substituted in S20). ), D (thickness), H (cylinder height), βcore (scattering length density in the central part of the particle), βshell (scattering length density in the outer part of the particle), and n (number of particles) The density of the particles in the particle model formula is minimized so that the sum of the squares of the differences between the individual values in the experimental graph obtained in S17 and the particle model formula setting graph obtained in S20 is minimized. Number related to shape and particle density ((R (radius of the bottom circle), d (thickness), H (cylinder height), βcore (scattering length density at the center of the particle), βshell (outer part of the particle) Scattering length density) and n (number density of particles)) As a result, a graph that approximates the experimental graph is obtained for the particle model formula selected in S18 (see FIG. 4), where FIG. It is a figure which shows the dilute type | system | group granulation model type | formula setting graph of a double layer cylinder.
S22において、粒子モデル式がすべて選択されたかが判断される。すなわち、記憶手段8に記憶されているすべての粒子モデル式(数式1に数式2〜数式19を代入した粒子モデル式)が、S18の粒子モデル式選択ステップにより 選択されたがが判断される。なお、本実施形態では、記憶手段8に記憶されているすべての粒子モデル式が選択されたかを判断したが、これに限らず、記憶手段8に記憶されている一部の粒子モデル式を選択する場合は、その一部の粒子モデルをすべて選択したかにより判断される。そして、すべての粒子モデル式が選択されていない場合は、S18に戻り、すべての 粒子モデル式が選択されるまでS18→S19→S20→S21→S22→S18の処理が行なわれる。そして、S22ですべての粒子モデル式が選択されたと判断された場合には、S23に進む。
In S22, it is determined whether all the particle model formulas have been selected. That is, it is determined that all the particle model formulas stored in the storage unit 8 (particle model formulas obtained by substituting
S23において、S18により選択されたすべて粒子モデル式( 数式1に数式2〜数式19を代入した粒子モデル式)の粒子モデル式設定グラフについて、グラフ差2乗最小値記憶手段13により記憶された実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値(合計値)を比較し、そのうちの最も小さい値の粒子モデル式が選定される。これにより、S18により選択されたすべて粒子モデル式の 粒子モデル式設定グラフのうちで、実験化グラフと最も近似するグラフを求めることができる。本実施形態では、差の2乗の最小値が一番小さい粒子モデル式は二重層 円柱であった(図5参照)。なお、説明の便宜上、図5は、記憶手段8に記憶されているすべての粒子モデル式についてグラフ化していない。そして、差の2乗の最小値が一番小さい粒子モデル式から粒子の形状(本実施形態では二重層円柱の希薄系)と推定され、グラフ差2乗最小値記憶手段13に記憶された該粒子モデル式の粒子の大きさに関する数から粒子の大きさ((R(底面の円の半径)、d(厚さ)、H(円柱の高さ))が推定される。ここで、図5は、本 発明の一実施形態における実験化グラフとそれぞれの粒子モデル式設定グラフとを比較した図である。
In S23, for the particle model formula setting graph of all the particle model formulas selected in S18 (particle model formulas obtained by substituting
以上説明したように、本発明によれば、粒子モデル式選択 ステップ18により選択されたすべて粒子モデル式について、実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の合計値の最小値を求め、その最小値のうちの一番小さい値の粒子モデル式を選定し、該粒子モデル式から粒子の形状を推定することができ、該粒子モデル式の粒子の大きさに関する数から粒子の大きさを推定することができる。これにより、液体中の粒子の形状のみならず、その粒子の形状にともなった様々な大きさをも明らかにすることができる。 As described above, according to the present invention, the minimum value of the sum of the squares of the differences between the experimental graph and the particle model formula setting graph is obtained for all the particle model formulas selected in the particle model formula selection step 18. The particle model formula having the smallest value among the minimum values can be selected, and the shape of the particle can be estimated from the particle model formula, and the particle size can be estimated from the number related to the particle size of the particle model formula. Can be estimated. Thereby, not only the shape of the particle | grains in a liquid but various sizes accompanying the shape of the particle | grain can be clarified.
1 粒子形状推定装置
2 X線発生源
3 スリット
4 容器
5 真空パス
6 検出器
7 コンピュータ部
8 記憶手段
9 実験グラフ化手段
10 粒子モデル式選択手段
11 粒子モデル式初期値設定手段
12 粒子モデル式設定グラフ化手段
13 グラフ差2乗最小値記憶手段
14 粒子形状推定手段
DESCRIPTION OF
Claims (5)
液体中の粒子に光を照射する光照射ステップと、
粒子から散乱された散乱光を検出する散乱光検出ステップと、
該散乱光検出ステップにより検出された各散乱光の検出強度(Y1)と散乱角(Θ)を散乱光ごとに記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップにより記憶された散乱角(Θ)、前記光 照射ステップにより粒子に照射された光の波長(λ)から散乱光ごとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)を算出して、前記散乱ベクトル(k)と該散乱 ベクトル(k)の算出に用いられた散乱角(Θ)ごとの散乱光の検出強度(Y1)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の検出強度(Y)を縦軸にした実験化グラフを求める実験グラフ化ステップと、
散乱光の強度(Y)を散乱ベクトル(k)を変数として表わした粒子モデル式で、粒子の形状によってそれぞれ異なる粒子モデル式があらかじめ記憶手段に記憶されており、該記憶手段に記憶された粒子モデル式を選択する粒子モデル式選択ステップと、
該粒子モデル式選択ステップで選択され、粒子の 形状と粒子の密度に関する数を未知数とする粒子モデル式の未知数にあらかじめ定められた初期値を代入し、粒子モデル式を設定する粒子モデル式初期値設定ステップと、
該粒子モデル式初期値設定ステップにより初期値が代入された粒子モデル式に、前記実験グラフ化ステップにより算出された前記散乱ベクトル(k)を代入して、散乱光の算出強度(Y2)を算出して、前記散乱ベクトル(k)と散乱光の算出強度(Y2)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした粒子モデル式設定グラフを求める粒子モデル式設定グラフ化ステップと、
前記実験グラフ化ステップで求められた実験化グラフと前記粒子モデル式設定グラフ化ステップによって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数を設定し、該設定された粒子の形状と粒子の密度に関する数と該実験化グラフと該粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を記憶するグラフ差2乗最小値記憶ステップと、
該粒子モデル式選択ステップにより選択されたすべて粒子モデル式について、前記グラフ差2乗最小値記憶ステップにより記憶された実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値のうち一番小さい値の粒子モデル式を選定し、該粒子モデル式から粒子の形状を推定する粒子形状推定ステップと、
を有する粒子形状推定方法。 A particle shape estimation method for estimating the shape of particles dispersed in a liquid,
A light irradiation step of irradiating particles in the liquid with light;
A scattered light detection step for detecting scattered light scattered from the particles;
A storage step for storing the detection intensity (Y1) and the scattering angle (Θ) of each scattered light detected by the scattered light detection step for each scattered light;
Scattering vector k (k = 4π sin Θ / λ, π is the pi) for each scattered light from the scattering angle (Θ) stored in the storage step and the wavelength (λ) of the light irradiated on the particles in the light irradiation step. The scattered vector (k) and the detected intensity (Y1) of scattered light for each scattering angle (Θ) used for calculating the scattered vector (k) An experimental graphing step for obtaining an experimental graph with the detected intensity (Y) of scattered light as the vertical axis on the axis;
A particle model expression representing the intensity (Y) of scattered light with the scattering vector (k) as a variable, and different particle model expressions are stored in advance in the storage means depending on the shape of the particles, and the particles stored in the storage means A particle model formula selection step for selecting a model formula;
The initial value of the particle model formula that is selected in the particle model formula selection step and sets the particle model formula by substituting a predetermined initial value for the unknown number of the particle model formula with the number related to the particle shape and the density of the particle as an unknown. Configuration steps;
The scattered light calculated intensity (Y2) is calculated by substituting the scattering vector (k) calculated in the experimental graphing step into the particle model equation in which the initial value is assigned in the particle model equation initial value setting step. Then, using the scattering vector (k) and the calculated intensity (Y2) of the scattered light, a particle model equation setting graph with the scattering vector (k) on the horizontal axis and the scattered light intensity (Y) on the vertical axis is shown. The desired particle model formula setting graphing step,
Particle shape and particle shape of the particle model formula so that the square of the difference between the experimental graph obtained in the experimental graphing step and the particle model formula setting graph obtained in the particle model formula setting graph step is minimized. A graph difference squared minimum value that stores a number relating to the density of the particle, a number relating to the set particle shape and particle density, and a minimum square value of the difference between the experimental graph and the particle model formula setting graph A memory step;
For all the particle model formulas selected in the particle model formula selection step, the first of the minimum square values of the differences between the experimental graph stored in the graph difference square minimum value storage step and the particle model formula setting graph is the first. A particle shape estimation step of selecting a particle model equation having a small value and estimating the shape of the particle from the particle model equation;
A particle shape estimation method comprising:
液体中の粒子に光を照射する光照射ステップと、
粒子から散乱された散乱光を検出する散乱光検出ステップと、
該散乱光検出ステップにより検出された各散乱光の検出強度(Y1)と散乱角(Θ)を散乱光ごとに記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップにより記憶された散乱角(Θ)、前記光 照射ステップにより粒子に照射された光の波長(λ)から散乱光ごとに散乱ベクトルk(k=4πsinΘ/λ、πは円周率)を算出して、前記散乱ベクトル(k)と該散乱 ベクトル(k)の算出に用いられた散乱角(Θ)ごとの散乱光の検出強度(Y1)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の検出強度(Y)を縦軸にした実験化グラフを求める実験グラフ化ステップと、
散乱光の強度(Y)を散乱ベクトル(k)を変数として表わした粒子モデル式で、粒子の形状によってそれぞれ異なる粒子モデル式があらかじめ記憶手段に記憶されており、該記憶手段に記憶された粒子モデル式を選択する粒子モデル式選択ステップと、
該粒子モデル式選択ステップで選択され、粒子の 形状と粒子の密度に関する数を未知数とする粒子モデル式の未知数にあらかじめ定められた初期値を代入し、粒子モデル式を設定する粒子モデル式初期値設定ステップと、
該粒子モデル式初期値設定ステップにより初期値が代入された粒子モデル式に、前記実験グラフ化ステップにより算出された前記散乱ベクトル(k)を代入して、散乱光の算出強度(Y2)を算出して、前記散乱ベクトル(k)と散乱光の算出強度(Y2)を用いて、散乱ベクトル(k)を横軸に、散乱光の強度(Y)を縦軸にした粒子モデル式設定グラフを求める粒子モデル式設定グラフ化ステップと、
前記実験グラフ化ステップで求められた実験化グラフと前記粒子モデル式設定グラフ化ステップによって求められた粒子モデル式設定グラフの差の2乗が最小になるように粒子モデル式の粒子の形状と粒子の密度に関する数を設定し、該設定された粒子の形状と粒子の密度に関する数と該実験化グラフと該粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値を記憶するグラフ差2乗最小値記憶ステップと、
該粒子モデル式選択ステップにより選択されたすべて粒子モデル式について、前記グラフ差2乗最小値記憶ステップにより記憶された実験化グラフと粒子モデル式設定グラフの差の2乗の最小値のうち一番小さい値の粒子モデル式を選定し、該粒子モデル式から粒子の形状を推定し、前記グラフ差2乗最小値記憶ステップにより設定された該粒子モデル式の粒子の大きさに関する数から粒子の大きさを推定する粒子形状推定ステップと、
を有する粒子形状推定方法。 A particle shape estimation method for estimating the shape of particles dispersed in a liquid and the size of the shape,
A light irradiation step of irradiating particles in the liquid with light;
A scattered light detection step for detecting scattered light scattered from the particles;
A storage step for storing the detection intensity (Y1) and the scattering angle (Θ) of each scattered light detected by the scattered light detection step for each scattered light;
Scattering vector k (k = 4π sin Θ / λ, π is the pi) for each scattered light from the scattering angle (Θ) stored in the storage step and the wavelength (λ) of the light irradiated on the particles in the light irradiation step. The scattered vector (k) and the detected intensity (Y1) of scattered light for each scattering angle (Θ) used for calculating the scattered vector (k) An experimental graphing step for obtaining an experimental graph with the detected intensity (Y) of scattered light as the vertical axis on the axis;
A particle model expression representing the intensity (Y) of scattered light with the scattering vector (k) as a variable, and different particle model expressions are stored in advance in the storage means depending on the shape of the particles, and the particles stored in the storage means A particle model formula selection step for selecting a model formula;
The initial value of the particle model formula that is selected in the particle model formula selection step and sets the particle model formula by substituting a predetermined initial value for the unknown number of the particle model formula with the number related to the particle shape and the density of the particle as an unknown. Configuration steps;
The scattered light calculated intensity (Y2) is calculated by substituting the scattering vector (k) calculated in the experimental graphing step into the particle model equation in which the initial value is assigned in the particle model equation initial value setting step. Then, using the scattering vector (k) and the calculated intensity (Y2) of the scattered light, a particle model equation setting graph with the scattering vector (k) on the horizontal axis and the scattered light intensity (Y) on the vertical axis is shown. The desired particle model formula setting graphing step,
Particle shape and particle shape of the particle model formula so that the square of the difference between the experimental graph obtained in the experimental graphing step and the particle model formula setting graph obtained in the particle model formula setting graph step is minimized. A graph difference squared minimum value that stores a number relating to the density of the particle, a number relating to the set particle shape and particle density, and a minimum square value of the difference between the experimental graph and the particle model formula setting graph A memory step;
For all the particle model formulas selected in the particle model formula selection step, the first of the minimum square values of the differences between the experimental graph stored in the graph difference square minimum value storage step and the particle model formula setting graph is the first. A particle model equation having a small value is selected, the shape of the particle is estimated from the particle model equation, and the particle size is determined from the number related to the particle size of the particle model equation set by the graph difference square minimum value storing step. A particle shape estimation step for estimating the thickness;
A particle shape estimation method comprising:
The particle shape estimation method according to claim 1 or 2, wherein the light irradiated into the liquid in the light irradiation step is X-rays or neutrons.
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