JP2011007605A - Particle size measurement apparatus and particle size measurement method - Google Patents

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慎一郎 十時
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle size measurement apparatus and a particle size measurement method for calculating a particle size of a particle group which can not be electrophoresed even if a voltage is applied.SOLUTION: The particle size measurement apparatus 10 is provided with: a measurement cell 1 in which a medium passes in the first configuration direction; an introduction port group 16 having a plurality of introduction ports 16a formed in the second configuration direction at a configuration interval, and introducing a sample containing the to-be-measured particle group in the medium from a plurality of the introduction ports 16a into the measurement cell 1; a light source 4a for irradiating the to-be-measured particle group within the measurement cell 1 with a measurement light in the third configuration direction; and a detector 50 for detecting a diffraction light intensity due to a diffraction light generated by irradiating the to-be-measured particle group within the measurement cell 1 with the measurement light. The appratus 10 diffuses the to-be-measured particle group in the second configuration direction within the medium while the to-be-measured particle group passes in the first configuration direction within the measurement cell 1, and is also provided with a particle size calculating section 35 for calculating the particle size of the to-be-measured particle group based on a change in the diffraction light intensity in the first configuration direction.

Description

本発明は、光学的手法(例えば、誘導回折格子法(IG法)等)を用いて被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径測定装置及び粒子径測定方法に関し、特に媒体中で形成した被測定粒子群の粒子密度分布による過渡的な回折格子(以下、「密度回折格子」ともいう)を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置及び粒子径測定方法に関する。   The present invention relates to a particle size measuring apparatus and a particle size measuring method for calculating the particle size of a group of particles to be measured using an optical method (for example, an induction diffraction grating method (IG method), etc.), and particularly formed in a medium. Using a transient diffraction grating (hereinafter also referred to as “density diffraction grating”) based on the particle density distribution of the particle group to be measured, the diffusion coefficient of the particle group to be measured is calculated, and further the particle diameter is calculated from the diffusion coefficient. The present invention relates to a particle diameter measuring apparatus and a particle diameter measuring method.

媒体(例えば、水等の液体や、ゲル等)中に分散させた粒子群の粒子径dの測定は、製薬や化学や研磨剤やセラミックスや顔料等の粒子径dが品質に影響を与える製品について行われている。さらに、粒子径dが100nm以下である粒子は、一般にナノ粒子と称され、同じ材質であっても通常のバルク物質とは異なる性質を表すことから、さまざまな分野で利用され始めている。   Measurement of particle size d of particles dispersed in a medium (eg, liquid such as water, gel, etc.) is a product whose particle size d such as pharmaceutical, chemical, abrasive, ceramics and pigments affects quality. Has been done about. Furthermore, particles having a particle diameter d of 100 nm or less are generally referred to as nanoparticles, and even if they are the same material, they exhibit properties different from ordinary bulk materials, and thus are beginning to be used in various fields.

ナノ粒子の粒子径dを測定する測定方法として、媒体中に粒子群を分散させた試料に、空間周期パターンを有する電界分布を発生させることによって、粒子群を誘電泳動作用(若しくは電気泳動作用)で移動させることで、媒体中に粒子群の密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ密度回折格子を形成させて、この密度回折格子にレーザ光(測定光)を照射することによって、密度回折格子による回折光強度It0を検出した後、電界分布を発生させることを停止することによって、媒体中で粒子群を拡散させることでぼやけていく密度回折格子による回折光強度Iの時間変化を計測することにより、粒子群の拡散係数Dを算出し、さらには拡散係数Dから粒子径dを算出する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As a measurement method for measuring the particle diameter d of the nanoparticles, the electric field distribution having a spatial periodic pattern is generated in a sample in which the particles are dispersed in a medium, thereby causing the particles to undergo dielectrophoretic action (or electrophoretic action). By moving with the above, a density diffraction grating in which a dense region and a sparse region of particle groups are periodically arranged in a medium is formed, and laser light (measurement light) is irradiated to the density diffraction grating, after detecting the diffracted light intensity I t0 by density grating, by stopping to generate an electric field distribution, the time of the diffracted light intensity I t by density diffraction grating go blurred by diffusing particles in a medium A method is disclosed in which the diffusion coefficient D of the particle group is calculated by measuring the change, and further the particle diameter d is calculated from the diffusion coefficient D (see, for example, Patent Document 1).

このような測定方法によれば、粒子径dが小さくなればなるほど拡散係数Dが大きくなるので、形成した密度回折格子が早く消失することを利用している。具体的には、電界分布を発生させることを停止した拡散開始時間tから密度回折格子が消失するときまでの間、試料にレーザ光を照射して回折光強度Iを検出しつづけることにより、回折光強度Iの時間変化を計測している。
図10aは、電界分布を発生させるための電圧値Vと時間tとの関係を示すグラフであり、図10bは、回折光強度Iと時間tとの関係を示すグラフである。なお、図10aでは、周波数fと電圧値Vと印加時間Δtとの電圧を印加している。そして、印加時間Δtの開始時間が誘電泳動作用開始時間tとなるとともに、印加時間Δtの終了時間が拡散開始時間tとなり、拡散開始時間tに検出された回折光強度Iが回折光強度It0となる。
According to such a measuring method, since the diffusion coefficient D increases as the particle diameter d decreases, the fact that the formed density diffraction grating disappears earlier is utilized. Specifically, until when the density grating disappears that to generate an electric field distribution from the diffusion start time t 0 of stopping, by continuing to detect the diffracted light intensity I t by irradiating a laser beam to the sample , it measures the time change of the diffracted light intensity I t.
FIG. 10A is a graph showing the relationship between the voltage value V for generating the electric field distribution and the time t, and FIG. 10B is a graph showing the relationship between the diffracted light intensity I and the time t. In FIG. 10a, it applies a voltage between the frequency f n and the voltage value V n and the applied time Delta] t n. Then, the start time of the application time Delta] t n is the dielectrophoretic effect start time t s, end time becomes 0 diffusion start time t of the application time Delta] t n, detected spreading start time t 0 diffracted light intensity I t Becomes the diffracted light intensity It0 .

そして、回折光強度Iの時間変化から拡散係数Dを算出するために、下記式(1)を用いている。
=It0exp(−2Dqt)・・・・・(1)
ここで、q=2π/Λ、tは拡散開始時間tから経過した時間、It0は拡散開始時間tに検出された回折光強度、Iは時間tに検出された回折光強度、Λは密度回折格子の格子間隔である。
次に、拡散係数Dを算出したら、下記式(2)で示すアインシュタインストークスの関係を用いて、絶対温度Tと媒体の粘度μとを入力することにより、拡散係数Dから粒子径dを算出している。
D= KT/ 3πμd ・・・・・(2)
ここで、Kはボルツマン定数である。
Then, in order to calculate the diffusion coefficient D from the time change of the diffracted light intensity I t, and using the following equation (1).
I t = I t0 exp (−2Dq 2 t) (1)
Here, q = 2π / Λ, t is time elapsed from the diffusion starting time t 0, I t0 the diffracted light intensity detected in the diffusion starting time t 0, I t is the diffracted light intensity detected in the time t, Λ is the grating spacing of the density diffraction grating.
Next, after calculating the diffusion coefficient D, the particle diameter d is calculated from the diffusion coefficient D by inputting the absolute temperature T and the viscosity μ of the medium using the Einstein-Stokes relationship represented by the following formula (2). ing.
D = K B T / 3πμd ····· (2)
Here, K B is the Boltzmann constant.

図6は、このような測定方法を用いる粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。また、図7は、試料キュベット(セル)の一例を示す斜視図である。
粒子径測定装置210は、試料が収容される試料キュベット201と、試料キュベット201に設けられている電極対202に対して交流電圧を印加する交流電源203と、試料キュベット201に対してレーザ光(測定光)を照射するレーザ光源204と、第1次の回折光強度Iを検出するための検出光学系150と、増幅器6と、粒子径測定装置210全体を制御する制御部207とを備える。
FIG. 6 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a particle size measuring apparatus using such a measuring method. FIG. 7 is a perspective view showing an example of a sample cuvette (cell).
The particle diameter measuring apparatus 210 includes a sample cuvette 201 in which a sample is accommodated, an AC power source 203 that applies an AC voltage to an electrode pair 202 provided in the sample cuvette 201, and a laser beam ( comprises a laser light source 204 for irradiating the measurement light), a detection optical system 150 for detecting the first-order diffracted light intensity I t, an amplifier 6, and a control unit 207 for controlling the overall particle size measurement device 210 .

試料キュベット201は、長方形状の底面212と、4個の側壁211とを有するガラス製のものであり、光透過性を有する。そして、試料キュベット201の内部には、試料が収容されるようになっている。
試料キュベット201の一つの側壁211の表面(内面)には、電極対202が形成されている。図8は、電極対202が形成された側壁211の一例を示す平面図であり、図9は、試料キュベット201の断面の一部を示す断面図である。
電極対202は、左側電極221と右側電極222とからなる。
左側電極221は、幅L(例えば、1μm)の直線状の電極片221aが間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片221aの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部221bが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
右側電極222についても左側電極221と同様であり、幅L(例えば、1μm)の直線状の電極片222が間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片222aの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部222bが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
そして、電極片221aと電極片222aとの各間隔が、それぞれ一定距離S(例えば、10μm)を空けて配置される。
また、接続部221bの上端部と接続部222bの上端部とには、交流電源203が接続される。
The sample cuvette 201 is made of glass having a rectangular bottom surface 212 and four side walls 211, and has optical transparency. A sample is accommodated in the sample cuvette 201.
An electrode pair 202 is formed on the surface (inner surface) of one side wall 211 of the sample cuvette 201. FIG. 8 is a plan view showing an example of the side wall 211 on which the electrode pair 202 is formed, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of the cross section of the sample cuvette 201.
The electrode pair 202 includes a left electrode 221 and a right electrode 222.
The left electrode 221 includes linear electrode pieces 221a having a width L (for example, 1 μm) arranged in parallel with a space therebetween, and linearly connecting the outer ends of these electrode pieces 221a electrically. A connection portion 221b is provided to form a so-called comb electrode.
The right electrode 222 is the same as the left electrode 221, and linear electrode pieces 222 having a width L (for example, 1 μm) are arranged in parallel with a space therebetween, and one side ends on the outer sides of these electrode pieces 222a are arranged. A linear connection portion 222b that is electrically connected is provided to form a so-called comb-shaped electrode.
And each space | interval of the electrode piece 221a and the electrode piece 222a is arrange | positioned at predetermined distance S (for example, 10 micrometers), respectively.
Further, the AC power source 203 is connected to the upper end portion of the connection portion 221b and the upper end portion of the connection portion 222b.

これにより、電極対202に交流電源203からの交流電圧が印加されることにより、試料キュベット201内に電界分布が形成される。すると、電気力線が集中する電極片221aと電極片222aとの間に、誘電泳動によって粒子群が凝集する。一方、電極片221aと電極片221aとの間と、電極片222aと電極片222aとの間とには、誘電泳動によって粒子群が存在しなくなる。よって、粒子群が凝集する領域Pは、格子間隔Λとなるように形成される(図9a参照)。すなわち、粒子群が凝集する領域Pは、他の領域より粒子密度が高くなり、屈折率が異なることから、格子間隔Λの密度回折格子が形成される。
また、電極対202に交流電源203からの交流電圧が印加されなければ、試料キュベット201内に電界分布が形成されないので、電気力線が集中する領域もなく、粒子群は媒体中で均一に存在する(図9b参照)。すなわち、粒子密度が均一になり、屈折率が同じになっている。
Accordingly, an electric field distribution is formed in the sample cuvette 201 by applying an AC voltage from the AC power source 203 to the electrode pair 202. Then, a particle group aggregates by the dielectrophoresis between the electrode piece 221a and the electrode piece 222a where electric lines of force concentrate. On the other hand, no particle group exists due to dielectrophoresis between the electrode pieces 221a and 221a and between the electrode pieces 222a and 222a. Accordingly, the region P in which the particle group is aggregated is formed so as to have the lattice interval Λ (see FIG. 9a). That is, the region P in which the particle group is aggregated has a higher particle density than the other regions and has a different refractive index, so that a density diffraction grating having a lattice interval Λ is formed.
In addition, if an AC voltage from the AC power source 203 is not applied to the electrode pair 202, an electric field distribution is not formed in the sample cuvette 201. Therefore, there is no region where electric lines of force are concentrated, and particles are present uniformly in the medium. (See FIG. 9b). That is, the particle density is uniform and the refractive index is the same.

なお、電極対202の材料としては、例えば、ITO等が挙げられ、ITOの屈折率は2.0程度であり、試料キュベット201の側壁211の材料として高屈折率ガラス(例えば、商品名「s−LAH79」;オハラ社製;屈折率2.0)を用いることで、電極対202と側壁211との屈折率差をなくすことにより、レーザ光の照射時に電極対202による回折光が発生することを抑えることができる。   Examples of the material of the electrode pair 202 include ITO, and the refractive index of ITO is about 2.0. As a material of the side wall 211 of the sample cuvette 201, high refractive index glass (for example, a trade name “s -LAH79 "; manufactured by OHARA; refractive index 2.0) eliminates the refractive index difference between the electrode pair 202 and the side wall 211, thereby generating diffracted light by the electrode pair 202 during laser light irradiation. Can be suppressed.

交流電源203には、粒子群に誘電泳動を引き起こすことができる周波数fと電圧値Vと印加時間Δtとの交流電圧が印加できる交流電源が用いられる。具体的には、電圧値1〜100V、周波数10kHz〜10MHz程度のうちから自由に選択して、選択した交流電圧を印加できる交流電源等を使用する。
レーザ光源204は、粒子群に応じて種類を選択すればよいが、例えば、He−Neレーザ光源(波長λ=0.6328μm)である。そして、試料キュベット201にレーザ光が照射されるようになっている。
The AC power source 203 is an AC power source that can apply an AC voltage having a frequency f n , a voltage value V n, and an application time Δt n that can cause dielectrophoresis in the particle group. Specifically, an AC power source or the like that can be freely selected from a voltage value of 1 to 100 V and a frequency of about 10 kHz to 10 MHz and can apply the selected AC voltage is used.
The type of the laser light source 204 may be selected according to the particle group, and is, for example, a He—Ne laser light source (wavelength λ = 0.6328 μm). The sample cuvette 201 is irradiated with laser light.

検出光学系150は、第1次の回折光強度Iを検出する検出器151と、不要なノイズ光を避けるために直径1mmの円形状(面積:0.785mm)のピンホールを有するピンホール板152と、レーザ光源204の光軸Lの位置を把握するための光軸調整用受光部153とからなる。
検出器151は、1個のフォトダイオード(受光素子)からなる。そして、検出器151の直前には、レーザ光源204から出射されたレーザ光のうち、粒子群による密度回折格子で回折した次数mの回折光のみを検出するように、ピンホールが配置される。
ここで、密度回折格子の格子間隔Λ、レーザ光の波長λ、回折角θ、次数mとすると、下記式(3)が成立する。
mλ=Λ・sinθ・・・・・(3)
よって、例えば、λ=0.6328μm、Λ=18μmとしたとき、m=1次の回折光はθ≒2°に現れるので、光軸Lに対して角度θ≒2°となる光が、ピンホールを通過するように、ピンホール板152が配置される。
Detecting optical system 150 includes a detector 151 for detecting the first-order diffracted light intensity I t, circular diameter 1mm to avoid unnecessary noise light (area: 0.785 mm 2) pins having a pin hole It comprises a hall plate 152 and an optical axis adjusting light receiving portion 153 for grasping the position of the optical axis L of the laser light source 204.
The detector 151 is composed of one photodiode (light receiving element). In front of the detector 151, a pinhole is arranged so as to detect only the diffracted light of the order m diffracted by the density diffraction grating by the particle group out of the laser light emitted from the laser light source 204.
Here, when the lattice spacing Λ of the density diffraction grating, the wavelength λ of the laser beam, the diffraction angle θ, and the order m, the following formula (3) is established.
mλ = Λ · sinθ (3)
Therefore, for example, when λ = 0.6328 μm and Λ = 18 μm, m = 1st-order diffracted light appears at θ≈2 °, so that light having an angle θ≈2 ° with respect to the optical axis L is pinned. A pinhole plate 152 is disposed so as to pass through the hole.

特開2006−84207号公報JP 2006-84207 A

ところで、電気的に粒子群を泳動させるために、荷電した粒子群に対しては電圧を印加することにより静電泳動を利用し、分極した粒子群に対しては電圧を印加することにより誘電泳動を利用している。しかしながら、電圧値1〜100V、周波数10kHz〜10MHz程度のうちから選択して、選択した電圧を印加しても、粒子群を泳動させることが困難である試料が存在することがあった。   By the way, in order to electrically migrate particles, electrostatic electrophoresis is used by applying voltage to charged particles, and dielectrophoresis is applied to polarized particles. Is used. However, even when a voltage value of 1 to 100 V and a frequency of about 10 kHz to 10 MHz are selected and a selected voltage is applied, there may be a sample in which it is difficult to migrate the particle group.

本件発明者は、上記課題を解決するために、電圧を印加しても泳動させることができない粒子群の粒子径を算出することができる方法について検討を行った。
そこで、電圧を印加して粒子群を泳動させることにより、密度回折格子を形成するのではなく、X方向(第二設定方向)に20μm(設定間隔)で並ぶように形成された直径5μmの円形状の導入口から、試料を測定場所の媒体中に導入することにより、密度回折格子を形成することを見出した。さらに、電界分布を発生させることを停止することによって、時間tが経てば経つほど、媒体中で粒子群を拡散させることにより、密度回折格子をぼやかしていくのではなく、測定場所の媒体をY方向(第一設定方向)に通過させることによって、導入口から下流(Y方向)に行けば行くほど、媒体中で粒子群を拡散させることにより、密度回折格子をぼやかしていくことを見出した。
In order to solve the above problems, the present inventor has studied a method capable of calculating the particle diameter of a particle group that cannot be migrated even when a voltage is applied.
Thus, by applying a voltage to migrate the particle group, a density diffraction grating is not formed, but a circle having a diameter of 5 μm formed so as to be arranged at 20 μm (set interval) in the X direction (second set direction). It has been found that a density diffraction grating is formed by introducing a sample into a medium at a measurement site from a shape introduction port. Furthermore, by stopping the generation of the electric field distribution, as the time t passes, the density diffraction grating is not blurred by diffusing the particle group in the medium. It has been found that by passing in the direction (first setting direction), the density diffraction grating becomes blurred by diffusing the particle group in the medium as it goes downstream (Y direction) from the introduction port.

すなわち、本発明の粒子径測定装置は、媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、前記測定セル内の被測定粒子群に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器とを備え、前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置であって、前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部を備えるようにしている。   That is, the particle size measuring device of the present invention is formed such that the measurement cell through which the medium passes in the first setting direction and the plurality of inlets are set at a set interval in the second setting direction perpendicular to the first setting direction. The first setting is made for the inlet group for introducing the sample containing the group of particles to be measured in the medium into the measurement cell from the plurality of inlets, and the group of particles to be measured in the measurement cell. A light source that irradiates measurement light in a third setting direction that is perpendicular to the direction and the second setting direction, and diffracted light intensity by diffracted light generated by irradiating the measurement light to the group of particles in the measurement cell A particle size measuring device for diffusing the measured particle group in the second setting direction in the medium while passing the measured particle group in the first setting direction in the measurement cell. Based on the change in the diffracted light intensity in the first setting direction. The so that comprise a part out particles diameter calculation for calculating the particle diameter of the particles to be measured.

ここで、「測定光」としては、レーザ光が好ましいが、これに限らず、LEDによる光、分光器で分光された光、干渉フィルタやバンドパスフィルタ等で波長範囲が制限された光を用いてもよい。
また、「媒体」としては、内部で被測定粒子群が泳動できるものであればよく、例えば、水や油等の液体等が挙げられる。
また、「回折光強度」とは、検出器で検出される数値そのものでなくてもよく、密度回折格子が消失した後にも検出されている初期余剰光の光強度が存在する場合もあるので、検出器で検出される数値と初期余剰光の数値との差分であることが好ましい。
また「設定間隔」とは、測定光を照射することにより被測定粒子群によって回折光が発生させることができる間隔であればよく、例えば、5μm以上50μm以下の範囲で任意に設定される。
Here, as the “measurement light”, laser light is preferable, but not limited to this, light by an LED, light dispersed by a spectroscope, light having a wavelength range limited by an interference filter, a bandpass filter, or the like is used. May be.
Further, the “medium” is not limited as long as the group of particles to be measured can migrate inside, and examples thereof include liquids such as water and oil.
In addition, the “diffracted light intensity” does not have to be the numerical value itself detected by the detector, and there may be the light intensity of the initial excess light that is detected even after the density diffraction grating disappears. The difference between the numerical value detected by the detector and the numerical value of the initial surplus light is preferable.
Further, the “set interval” may be an interval at which diffracted light can be generated by the particle group to be measured by irradiating measurement light, and is arbitrarily set within a range of 5 μm to 50 μm, for example.

本発明の粒子径測定装置では、測定セル内を媒体が第一設定方向(Y方向)に通過する。そして、測定セル内に試料を導入するための複数の導入口が、第二設定方向(X方向)で設定間隔となるように形成されている。これにより、測定セル内に導入されたばかりの被測定粒子群は、複数の導入口が形成された位置に対応するように密な領域と、複数の導入口が形成されていない位置に対応するように疎な領域とが設定間隔で並ぶ空間周期的な濃度変化が発生し、すなわち被測定粒子群による密度回折格子が形成される。複数の導入口が形成された位置付近yで被測定粒子群に向けて光源から測定光を照射することで、密度回折格子による回折光が生じる。このとき、密度回折格子が安定して形成されているので、回折光強度Iy0は強くなっている。 In the particle size measuring apparatus of the present invention, the medium passes through the measurement cell in the first setting direction (Y direction). And the several inlet for introducing a sample in a measurement cell is formed so that it may become a setting space | interval in a 2nd setting direction (X direction). Thereby, the particle group to be measured just introduced into the measurement cell corresponds to a dense region corresponding to a position where a plurality of inlets are formed and a position where a plurality of inlets are not formed. Spatial periodic concentration changes occur at a set interval, that is, a density diffraction grating is formed by a group of particles to be measured. By irradiating the measurement light from the light source toward the particle group to be measured near the position y 0 where the plurality of introduction ports are formed, diffracted light by the density diffraction grating is generated. At this time, since the density diffraction grating is stably formed, the diffracted light intensity I y0 is increased.

そして、被測定粒子群が測定セル内を第一設定方向(Y方向)に通過しながら、媒体中で第二設定方向(X方向)に拡散していく、すなわち密度回折格子が崩れてぼやけていくことになる。つまり、被測定粒子群に向けて光源から測定光を照射する位置が、第一設定方向(Y方向)にずれていくと、密度回折格子が崩れてぼやけていくことになるので、回折光強度Iはどんどん弱くなっていく。そこで、第一設定方向(Y方向)での回折光強度Iの変化を取得する。
最後に、第一設定方向(Y方向)での回折光強度Iの変化に基づいて、上記式(1)及び式(2)における時間tの代わりに位置yに関する式を代入することにより、被測定粒子群の拡散係数Dを算出して、粒子径dを算出する。
The measured particle group diffuses in the second setting direction (X direction) in the medium while passing through the measurement cell in the first setting direction (Y direction), that is, the density diffraction grating is broken and blurred. Will go. That is, if the position where the measurement light is irradiated from the light source toward the particle group to be measured is shifted in the first setting direction (Y direction), the density diffraction grating will be broken and blurred. I y is getting weaker. Therefore, a change in the diffracted light intensity I y in the first setting direction (Y direction) is acquired.
Finally, on the basis of the change in the diffracted light intensity I y in the first setting direction (Y direction), by substituting the expression for the position y instead of the time t in the above expressions (1) and (2), The particle diameter d is calculated by calculating the diffusion coefficient D of the particles to be measured.

以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、電圧を印加しても泳動させることができない被測定粒子群の粒子径を算出することができる。   As described above, according to the particle size measuring apparatus of the present invention, the particle size of a group of particles to be measured that cannot be migrated even when a voltage is applied can be calculated.

(その他の課題を解決するための手段および効果)
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記光源は、第一設定方向における設定範囲に測定光を広げるビーム拡張器を有し、前記検出器は、第一設定方向における設定範囲に複数個の受光素子が並べられように配置されているようにしてもよい。
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記光源及び検出器の組、又は、前記測定セルを、第一設定方向に移動させる駆動部を有するようにしてもよい。
さらに、本発明の粒子径測定装置においては、前記測定セル内に媒体を導入するポンプと、前記ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、前記ポンプ制御部は、前記測定セル内を第一設定方向に流れる媒体の流速を調整するようにしてもよい。
本発明の粒子径測定装置によれば、被測定粒子群が測定セル内の第一設定方向に通過しながら、媒体中で被測定粒子群が第二設定方向に拡散していく変化を、正確に計測することができ、その結果、被測定粒子群の粒子径を正確に算出することができる。
(Means and effects for solving other problems)
In the particle size measurement apparatus of the present invention, the light source has a beam expander that spreads measurement light in a setting range in the first setting direction, and a plurality of detectors are provided in the setting range in the first setting direction. The light receiving elements may be arranged side by side.
Moreover, in the particle diameter measuring apparatus of this invention, you may make it have a drive part which moves the set of the said light source and a detector, or the said measurement cell to a 1st setting direction.
Furthermore, the particle size measuring apparatus of the present invention includes a pump for introducing a medium into the measurement cell, and a pump control unit for controlling the pump, and the pump control unit first sets the inside of the measurement cell. The flow rate of the medium flowing in the direction may be adjusted.
According to the particle size measuring apparatus of the present invention, the change in which the measured particle group diffuses in the second setting direction in the medium while the measured particle group passes in the first setting direction in the measurement cell can be accurately performed. As a result, the particle diameter of the particle group to be measured can be accurately calculated.

また、本発明の粒子径測定方法は、媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、前記測定セル内の被測定粒子群に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器とを備え、前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置を用いた粒子径測定方法であって、前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出工程を含むようにしている。   Further, the particle size measuring method of the present invention is formed so that the measurement cell through which the medium passes in the first setting direction and the plurality of inlets are set at a set interval in the second setting direction perpendicular to the first setting direction. The first setting is made for the inlet group for introducing the sample containing the group of particles to be measured in the medium into the measurement cell from the plurality of inlets, and the group of particles to be measured in the measurement cell. A light source that irradiates measurement light in a third setting direction that is perpendicular to the direction and the second setting direction, and diffracted light intensity by diffracted light generated by irradiating the measurement light to the group of particles in the measurement cell A particle diameter measuring device that diffuses the measured particle group in the second setting direction in the medium while passing the measured particle group in the first setting direction in the measurement cell. A method for measuring a particle size, wherein the diffracted light in the first setting direction Based on a change in time, the it is to include the particle diameter calculation step of calculating the particle diameter of the particles to be measured.

本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。1 is a schematic configuration block diagram showing an overall configuration of a particle size measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 測定セルの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a measurement cell. 図2aに示すA−A’線の断面図である。It is sectional drawing of the A-A 'line shown to FIG. 2a. 図2aに示すB−B’線の断面図である。It is sectional drawing of the B-B 'line shown to FIG. 2a. 本発明の他の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the whole structure of the particle diameter measuring apparatus which is other one Embodiment of this invention. 測定セルの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a measurement cell. 図4aに示すC−C’線の断面図である。It is sectional drawing of the C-C 'line shown to FIG. 4a. 図4aに示すD−D’線の断面図である。It is sectional drawing of the D-D 'line | wire shown to FIG. 4a. 回折光強度と位置との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a diffracted light intensity and a position. 従来の粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the whole structure of the conventional particle diameter measuring apparatus. 従来の試料キュベットの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the conventional sample cuvette. 電極対が形成された側壁の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the side wall in which the electrode pair was formed. 試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of cross section of a sample cuvette. 電圧値と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。It is the graph which shows the relationship between a voltage value and time, and the graph which shows the relationship between diffracted light intensity and time.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

<実施形態1>
図1は、本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
なお、本実施形態は、XYZ座標が設定されており、被測定粒子群を媒体中でY方向に通過させながら、X方向に分散させていくことにより、被測定粒子群の拡散係数Dを算出し、さらには拡散係数Dから被測定粒子群の粒子径dを算出するものである。また、媒体の粘度μは既知であるものを使用している。
粒子径測定装置10は、測定セル1と、被測定粒子群が注入される試料注入部11と、媒体を貯留する媒液タンク12と、媒液タンク12の媒体を測定セル1に導く第一ポンプ13と、媒液タンク12の媒体を試料注入部11に導く第二ポンプ14と、測定セル1からの試料を貯留する廃液タンク15と、試料注入部11からの試料を測定セル1の内部に導く導入口群16と、レーザ光(測定光)を照射するレーザ光源装置4と、回折光強度Iを検出するための検出光学系5と、増幅器6と、粒子径測定装置10全体を制御する制御部7とを備える。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a particle size measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
In this embodiment, XYZ coordinates are set, and the diffusion coefficient D of the particle group to be measured is calculated by dispersing the particle group to be measured in the Y direction while passing through the medium in the Y direction. Furthermore, the particle diameter d of the particle group to be measured is calculated from the diffusion coefficient D. A medium having a known viscosity μ is used.
The particle diameter measuring apparatus 10 includes a measurement cell 1, a sample injection part 11 into which a group of particles to be measured is injected, a liquid tank 12 for storing a medium, and a first medium for guiding the medium in the liquid tank 12 to the measurement cell 1. The pump 13, the second pump 14 that guides the medium in the liquid tank 12 to the sample injection unit 11, the waste liquid tank 15 that stores the sample from the measurement cell 1, and the sample from the sample injection unit 11 inside the measurement cell 1 A laser light source device 4 for irradiating laser light (measurement light), a detection optical system 5 for detecting the diffracted light intensity I y , an amplifier 6, and the entire particle diameter measuring device 10. And a control unit 7 for controlling.

ここで、図2aは、測定セルの一例を示す断面図であり、図2bは、図2aに示すA−A’線の断面図であり、図2cは、図2aに示すB−B’線の断面図である。なお、図2cには、レーザ光源装置4と検出光学系5とも示している。
測定セル1は、Y方向(第一設定方向)に空洞を有する四角筒状であり、底面1aと天面1bと2個の側壁1cとを有するガラス製のものであり、Z方向(第三設定方向)に光透過性を有する。そして、測定セル1の一端部(Y方向の−側)は、媒液タンク12と第一ポンプ13を介して連結されるとともに、測定セル1の他端部(Y方向の+側)は、廃液タンク15と連結される。これにより、制御部7によって第一ポンプ13を作動させると、媒体が測定セル1内をY方向の−側から+側に通過するようになっている。
試料注入部11は、被測定粒子群が注入されるようになっている。そして、試料注入部11の一端部は、媒液タンク12と第二ポンプ14を介して連結されるとともに、試料注入部11の他端部は、導入口群16と連結される。これにより、制御部7によって第二ポンプ14を作動させると、試料注入部11で被測定粒子群が媒体中に含有される試料が作製され、その試料が導入口群16に導かれていくようになっている。
Here, FIG. 2a is a cross-sectional view showing an example of a measurement cell, FIG. 2b is a cross-sectional view taken along the line AA 'shown in FIG. 2a, and FIG. 2c is a cross-sectional view taken along the line BB' shown in FIG. FIG. In FIG. 2c, the laser light source device 4 and the detection optical system 5 are also shown.
The measurement cell 1 has a rectangular tube shape having a cavity in the Y direction (first setting direction), and is made of glass having a bottom surface 1a, a top surface 1b, and two side walls 1c, and a Z direction (third). Light transmission in setting direction). And while one end part (− side in the Y direction) of the measurement cell 1 is connected via the liquid tank 12 and the first pump 13, the other end part (+ side in the Y direction) of the measurement cell 1 is It is connected to the waste liquid tank 15. Accordingly, when the first pump 13 is operated by the control unit 7, the medium passes through the measurement cell 1 from the − side in the Y direction to the + side.
The sample injection unit 11 is configured to inject a group of particles to be measured. One end of the sample injection section 11 is connected to the medium tank 12 via the second pump 14, and the other end of the sample injection section 11 is connected to the inlet group 16. Thus, when the second pump 14 is operated by the control unit 7, a sample in which the measured particle group is contained in the medium is prepared in the sample injection unit 11, and the sample is guided to the inlet group 16. It has become.

導入口群16は、底面1aの一端部(Y方向の−側)付近に形成されている。導入口群16は、直径5μm(=L)の円形状の複数の導入口16aからなる。そして、複数の導入口16aが、X方向(第二設定方向)に20μm(設定間隔S)で並ぶように配置されている。このとき、両端の導入口16aは、側壁1cと充分な間隔を空けるように形成されていることが好ましく、導入口16aの直径は、1μm以上10μm以下であることが好ましい。
これにより、複数の導入口16aから、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル1内に導入することにより、被測定粒子群が測定セル1内をY方向に通過することになる。このとき、被測定粒子群は、導入口群16付近では、複数の導入口16aが形成された位置に対応するように密な領域となり、複数の導入口16aが形成されていない位置に対応するように疎な領域となる(図2a、図2c参照)。つまり、X方向において密な領域と疎な領域とが20μmで並ぶ空間周期的な濃度変化が発生し、すなわち被測定粒子群による密度回折格子が形成される。
そして、被測定粒子群が測定セル1内をY方向に通過しながら、媒体中でX方向に拡散していく、すなわち密度回折格子が徐々に崩れてぼやけていくことになる。
The introduction port group 16 is formed in the vicinity of one end portion (− side in the Y direction) of the bottom surface 1a. The inlet group 16 includes a plurality of circular inlets 16a having a diameter of 5 μm (= L). The plurality of introduction ports 16a are arranged so as to be arranged at 20 μm (setting interval S) in the X direction (second setting direction). At this time, the introduction ports 16a at both ends are preferably formed so as to be sufficiently spaced from the side wall 1c, and the diameter of the introduction port 16a is preferably 1 μm or more and 10 μm or less.
Thus, by introducing a sample containing the group of particles to be measured in the medium from the plurality of inlets 16a into the measurement cell 1, the group of particles to be measured passes through the measurement cell 1 in the Y direction. . At this time, the particle group to be measured is a dense region in the vicinity of the introduction port group 16 so as to correspond to the position where the plurality of introduction ports 16a are formed, and corresponds to the position where the plurality of introduction ports 16a are not formed. Thus, the area becomes sparse (see FIGS. 2a and 2c). That is, a spatial periodic concentration change occurs in which dense and sparse regions are arranged at 20 μm in the X direction, that is, a density diffraction grating is formed by a group of particles to be measured.
Then, the particle group to be measured diffuses in the X direction in the medium while passing through the measurement cell 1 in the Y direction, that is, the density diffraction grating gradually collapses and becomes blurred.

レーザ光源装置4は、レーザ光を照射するレーザ光源4aと、Y方向における設定範囲y0〜y6(=Δy)に測定光を広げるビーム拡張器4bとを有する。レーザ光源4aは、被測定粒子群に応じて種類を選択すればよいが、例えば、He−Neレーザ光源(波長λ=0.6328μm)である。そして、測定セル1内の被測定粒子群に対して、Z方向(第三設定方向)にレーザ光を照射するようになっている。このとき、レーザ光は、ビーム拡張器4bによって測定セル1内の設定範囲y0〜y6の被測定粒子群に対して、Z方向にレーザ光が照射されるようになっている。
検出光学系5は、Y方向における設定範囲y0〜y6に複数個(例えば、7個)のフォトダイオード(受光素子)50aが順番に並べられように配置されている検出器50と、レーザ光源4aから出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した次数m=1の回折光のみを検出するためのシリンドリカルレンズ51とを有する(図2c参照)。これにより、1番目(y0)のフォトダイオード50aによって、第1次の回折光強度Iy0を検出し、2番目(y1)のフォトダイオード50aによって、第1次の回折光強度Iy1を検出するように、Y方向での第1次の回折光強度Iの変化を検出する。
The laser light source device 4 includes a laser light source 4a that irradiates laser light, and a beam expander 4b that spreads measurement light in a setting range y0 to y6 (= Δy) in the Y direction. The type of the laser light source 4a may be selected according to the group of particles to be measured. For example, it is a He—Ne laser light source (wavelength λ = 0.6328 μm). The group of particles to be measured in the measurement cell 1 is irradiated with laser light in the Z direction (third setting direction). At this time, the laser beam is irradiated in the Z direction to the measured particle group in the setting range y0 to y6 in the measurement cell 1 by the beam expander 4b.
The detection optical system 5 includes a detector 50 in which a plurality of (for example, seven) photodiodes (light receiving elements) 50a are arranged in order in a set range y0 to y6 in the Y direction, and a laser light source 4a. And a cylindrical lens 51 for detecting only the diffracted light of order m = 1 diffracted by the density diffraction grating by the group of particles to be measured (see FIG. 2c). Accordingly, the first (y0) photodiode 50a detects the first-order diffracted light intensity Iy0 , and the second (y1) photodiode 50a detects the first-order diffracted light intensity Iy1 . Thus, a change in the first-order diffracted light intensity I y in the Y direction is detected.

制御部7は、CPU30とメモリ40とを備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置(図示せず)と、キーボードやマウス等を有する入力装置(図示せず)とが連結されている。また、CPU30が処理する機能をブロック化して説明すると、第一ポンプ13及び第二ポンプ14の制御を行うポンプ制御部31と、レーザ光源装置4の制御を行うレーザ光源制御部32と、光強度Iを取り込む光強度取得制御部36と、粒子径dを算出する粒子径算出部35とからなる。 The control unit 7 includes a CPU 30 and a memory 40, and is connected to a display device (not shown) having a monitor screen and an input device (not shown) having a keyboard, a mouse, and the like. Further, the functions processed by the CPU 30 will be described as a block. The pump control unit 31 that controls the first pump 13 and the second pump 14, the laser light source control unit 32 that controls the laser light source device 4, and the light intensity. It consists of a light intensity acquisition control unit 36 that captures I y and a particle size calculation unit 35 that calculates the particle size d.

レーザ光源制御部32は、Z方向にレーザ光を照射(ON)したり照射停止(OFF)したりするようにレーザ光源4aの制御を行う。
光強度取得制御部36は、複数個のフォトダイオード50aによって光強度Iを取得して、Y方向での第1次の回折光強度Iの変化を検出していく制御を行う。
The laser light source control unit 32 controls the laser light source 4a so as to irradiate the laser beam in the Z direction (ON) or stop the irradiation (OFF).
The light intensity acquisition control unit 36 performs control to acquire the light intensity I x by the plurality of photodiodes 50a and detect a change in the first-order diffracted light intensity I x in the Y direction.

ポンプ制御部31は、第一ポンプ13及び第二ポンプ14の制御を行う。
例えば、粒子径dが小さくなればなるほど拡散係数Dが大きくなるため、測定中において密度回折格子が素早く崩れてぼやけていくときには、第一ポンプ13及び第二ポンプ14を用いて流量を多くすることで、測定セル1内を通過する試料の速度sを速くして測定セル1内の設定範囲y0〜y6を通過する時間を短くし、その結果、密度回折格子を測定セル1のY方向長さに対して徐々に崩してぼやけさせていくようにする。
一方、粒子径dが大きくなればなるほど拡散係数Dが小さくなるため、測定中において密度回折格子が徐々に崩れてぼやけていくときには、第一ポンプ13及び第二ポンプ14を用いて流量を少なくすることにより、測定セル1内を通過する試料の速度sを遅くして測定セル1内の設定範囲y0〜y6を通過する時間を長くし、その結果、密度回折格子を測定セル1のY方向長さに対して素早く崩してぼやけさせていくようにする。
The pump control unit 31 controls the first pump 13 and the second pump 14.
For example, since the diffusion coefficient D increases as the particle diameter d decreases, the flow rate is increased using the first pump 13 and the second pump 14 when the density diffraction grating quickly collapses and becomes blurred during measurement. Thus, the speed s of the sample passing through the measurement cell 1 is increased to shorten the time for passing through the set range y0 to y6 in the measurement cell 1, and as a result, the density diffraction grating is made to be the length of the measurement cell 1 in the Y direction. In contrast, it gradually collapses and blurs.
On the other hand, since the diffusion coefficient D decreases as the particle diameter d increases, the flow rate is decreased using the first pump 13 and the second pump 14 when the density diffraction grating gradually collapses and becomes blurred during measurement. As a result, the speed s of the sample passing through the measurement cell 1 is slowed down and the time for passing through the set range y0 to y6 in the measurement cell 1 is lengthened. As a result, the density diffraction grating is lengthened in the Y direction of the measurement cell 1. It will quickly break down and blur.

粒子径算出部35は、光強度取得制御部36で得られたY方向での第1次の回折光強度Iの変化に基づいて、上記式(1)及び式(2)における時間tの代わりに位置yに関する式を代入することにより、被測定粒子群の拡散係数Dを算出して、粒子径dの分布を算出する制御を行う(粒子径算出工程)。測定セル1内をY方向に流れる媒液の流速sと位置yとから上記式(1)及び式(2)に代入すべき時間tは、t=y/sから計算される。
ここで、図5は、回折光強度と位置との関係を示すグラフである。縦軸に回折光強度Iをとるとともに、横軸に位置yをとっている。Y方向に進めば進むほど、回折光強度Iは弱くなっている。
このようなY方向での第1次の回折光強度Iの変化によれば、図10bに示す時間tにおける拡散開始時間tと、図5に示す位置yにおける拡散開始位置yとが対応することになり、図10bに示す回折光強度It0と、図5に示す回折光強度Iy0とが対応することになる。そして、図10bに示す時間tにおける拡散開始時間tから経過した時間tと、位置y/流速sとが対応することになるので、図10bに示す回折光強度Iと、回折光強度Iy/sとが対応することになる。
以上のように、実施形態1の粒子径測定装置10によれば、電圧を印加しても泳動させることができない被測定粒子群の粒子径を算出することができる。
Based on the change in the first-order diffracted light intensity I y in the Y direction obtained by the light intensity acquisition controller 36, the particle diameter calculator 35 calculates the time t in the above equations (1) and (2). Instead, by substituting an expression relating to the position y, the diffusion coefficient D of the particle group to be measured is calculated, and control for calculating the distribution of the particle diameter d is performed (particle diameter calculating step). The time t to be substituted into the above equations (1) and (2) from the flow velocity s and the position y of the liquid medium flowing in the Y direction in the measurement cell 1 is calculated from t = y / s.
Here, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the diffracted light intensity and the position. With taking a diffracted light intensity I t on the vertical axis, taking a position y on the horizontal axis. The further in the Y direction, the weaker the diffracted light intensity I y becomes.
According to such a change in the first-order diffracted light intensity I y in the Y direction, the diffusion start time t 0 at time t shown in FIG. 10b and the diffusion start position y 0 at position y shown in FIG. Accordingly, the diffracted light intensity It0 shown in FIG. 10b corresponds to the diffracted light intensity Iy0 shown in FIG. Then, the time t that has elapsed since the diffusion starting time t 0 at time t shown in FIG. 10b, since the position y / velocity s will correspond, the diffracted light intensity I t shown in FIG. 10b, the diffracted light intensity I y / s corresponds.
As described above, according to the particle size measuring apparatus 10 of the first embodiment, the particle size of the measured particle group that cannot be migrated even when a voltage is applied can be calculated.

<実施形態2>
図3は、本発明の他の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
本実施形態は、上述した実施形態1と異なり、測定セル101をY方向に移動させるようになっている。
<Embodiment 2>
FIG. 3 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a particle size measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
In the present embodiment, unlike the above-described first embodiment, the measurement cell 101 is moved in the Y direction.

粒子径測定装置110は、測定セル101と、被測定粒子群が注入される試料注入部11と、媒体を貯留する媒液タンク12と、媒液タンク12の媒体を測定セル101に導く第一ポンプ13と、媒液タンク12の媒体を試料注入部11に導く第二ポンプ14と、測定セル101からの試料を貯留する廃液タンク15と、試料注入部11からの試料を測定セル101の内部に導く導入口群116と、レーザ光(測定光)を照射するレーザ光源装置104と、回折光強度Iを検出するための検出光学系105と、増幅器6と、測定セル101を移動させるセル駆動部54と、粒子径測定装置110全体を制御する制御部107とを備える。 The particle diameter measuring apparatus 110 includes a measurement cell 101, a sample injection unit 11 into which a group of particles to be measured is injected, a liquid tank 12 that stores a medium, and a first medium that guides the medium in the liquid tank 12 to the measurement cell 101. The pump 13, the second pump 14 that guides the medium in the liquid tank 12 to the sample injection unit 11, the waste liquid tank 15 that stores the sample from the measurement cell 101, and the sample from the sample injection unit 11 inside the measurement cell 101 , A laser light source device 104 that emits laser light (measurement light), a detection optical system 105 for detecting the diffracted light intensity I y , an amplifier 6, and a cell that moves the measurement cell 101. The drive part 54 and the control part 107 which controls the particle diameter measuring apparatus 110 whole are provided.

ここで、図4aは、測定セルの一例を示す断面図であり、図4bは、図4aに示すC−C’線の断面図であり、図4cは、図4aに示すD−D’線の断面図である。なお、図4cには、レーザ光源装置104と検出光学系105とも示している。
測定セル101は、Y方向(第一設定方向)に空洞を有する四角筒状であり、底面101aと天面101bと2個の側壁101cとを有するガラス製のものであり、Z方向(第三設定方向)に光透過性を有する。そして、測定セル101の一端部(Y方向の−側)は、媒液タンク12と第一ポンプ13を介して連結されるとともに、測定セル101の他端部(Y方向の+側)は、廃液タンク15と連結される。これにより、制御部107によって第一ポンプ13を作動させると、媒体が測定セル101内をY方向の−側から+側に通過するようになっている。
試料注入部11は、被測定粒子群が注入されるようになっている。そして、試料注入部11の一端部は、媒液タンク12と第二ポンプ14を介して連結されるとともに、試料注入部11の他端部は、導入口群116と連結される。これにより、制御部107によって第二ポンプ14を作動させると、試料注入部11で被測定粒子群が媒体中に含有される試料が作製され、その試料が導入口群116に導かれていくようになっている。
4a is a cross-sectional view showing an example of the measurement cell, FIG. 4b is a cross-sectional view taken along the line CC ′ shown in FIG. 4a, and FIG. 4c is a line DD ′ shown in FIG. 4a. FIG. FIG. 4 c also shows the laser light source device 104 and the detection optical system 105.
The measurement cell 101 has a rectangular tube shape having a cavity in the Y direction (first setting direction), is made of glass having a bottom surface 101a, a top surface 101b, and two side walls 101c, and is formed in the Z direction (third). Light transmission in setting direction). And while one end part (− side in the Y direction) of the measurement cell 101 is connected via the liquid tank 12 and the first pump 13, the other end part (+ side in the Y direction) of the measurement cell 101 is It is connected to the waste liquid tank 15. Accordingly, when the first pump 13 is operated by the control unit 107, the medium passes through the measurement cell 101 from the negative side to the positive side in the Y direction.
The sample injection unit 11 is configured to inject a group of particles to be measured. One end of the sample injection section 11 is connected to the medium tank 12 via the second pump 14, and the other end of the sample injection section 11 is connected to the inlet group 116. As a result, when the second pump 14 is operated by the control unit 107, a sample in which the measured particle group is contained in the medium is prepared in the sample injection unit 11, and the sample is guided to the inlet group 116. It has become.

導入口群116は、測定セル101の一端部(Y方向の−側)に形成されている。導入口群116は、直径5μm(=L)の円形状の複数の導入口116aからなる。そして、複数の導入口116aが、X方向(第二設定方向)に20μm(設定間隔S)で並ぶように配置されている。なお、実施形態1と比較すると、導入口群116は、測定セル1の底面1aに形成されている導入口群16と異なり、測定セル101の側部に形成されている。よって、複数の導入口116aの間から媒体は測定セル101内に導入されることになる。また、導入口116aは、Z方向から見ると円形となる導入口16aと異なり、Y方向から見ると円形となっている。
これにより、複数の導入口116aから、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル101内に導入することにより、被測定粒子群が測定セル101内をY方向に通過することになる。このとき、被測定粒子群は、導入口群116a付近では、複数の導入口116aが形成された位置に対応するように密な領域となり、複数の導入口116aが形成されていない位置に対応するように疎な領域となる(図4a、図4c参照)。つまり、X方向において密な領域と疎な領域とが20μmで並ぶ空間周期的な濃度変化が発生し、すなわち被測定粒子群による密度回折格子が形成される。
そして、被測定粒子群が測定セル101内をY方向に通過しながら、媒体中でX方向に拡散していく、すなわち密度回折格子が徐々に崩れてぼやけていくことになる。
The introduction port group 116 is formed at one end (−side in the Y direction) of the measurement cell 101. The inlet group 116 includes a plurality of circular inlets 116a having a diameter of 5 μm (= L). The plurality of inlets 116a are arranged so as to be arranged at 20 μm (set interval S) in the X direction (second set direction). In comparison with the first embodiment, the inlet group 116 is formed on the side portion of the measurement cell 101, unlike the inlet group 16 formed on the bottom surface 1 a of the measurement cell 1. Therefore, the medium is introduced into the measurement cell 101 from between the plurality of introduction ports 116a. Further, the introduction port 116a is circular when viewed from the Y direction, unlike the introduction port 16a that is circular when viewed from the Z direction.
Thus, by introducing a sample containing the particles to be measured in the medium into the measurement cell 101 from the plurality of inlets 116a, the particles to be measured pass through the measurement cell 101 in the Y direction. . At this time, the particle group to be measured is a dense region in the vicinity of the inlet group 116a so as to correspond to a position where the plurality of inlets 116a are formed, and corresponds to a position where the plurality of inlets 116a are not formed. Thus, the area becomes sparse (see FIGS. 4a and 4c). That is, a spatial periodic concentration change occurs in which dense and sparse regions are arranged at 20 μm in the X direction, that is, a density diffraction grating is formed by a group of particles to be measured.
Then, the measured particle group diffuses in the X direction in the medium while passing through the measurement cell 101 in the Y direction, that is, the density diffraction grating gradually collapses and becomes blurred.

レーザ光源装置104は、レーザ光を照射するレーザ光源4aを有する。レーザ光源4aは、被測定粒子群に応じて種類を選択すればよいが、例えば、He−Neレーザ光源(波長λ=0.6328μm)である。そして、測定セル1内の被測定粒子群に対して、Z方向(第三設定方向)にレーザ光を照射するようになっている。
検出光学系105は、1個のフォトダイオード(受光素子)52と、レーザ光源4aから出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した次数m=1の回折光のみを検出するための凸レンズ53とを有する(図4c参照)。これにより、フォトダイオード52によって、第1次の回折光強度Iを検出する。
The laser light source device 104 includes a laser light source 4a that emits laser light. The type of the laser light source 4a may be selected according to the group of particles to be measured. For example, it is a He—Ne laser light source (wavelength λ = 0.6328 μm). The group of particles to be measured in the measurement cell 1 is irradiated with laser light in the Z direction (third setting direction).
The detection optical system 105 includes only one diffracted light of order m = 1 diffracted by the density diffraction grating of the measured particle group out of the laser light emitted from one photodiode (light receiving element) 52 and the laser light source 4a. And a convex lens 53 for detection (see FIG. 4c). Accordingly, the first-order diffracted light intensity I y is detected by the photodiode 52.

セル駆動部54は、測定セル101をY方向に移動させるものである。ところで、実施形態2では、レーザ光は、測定セル1内の狭い範囲の被測定粒子群に対して、Z方向にレーザ光が照射されるようになっている。よって、Y方向での第1次の回折光強度Iの変化を検出することができないので、測定セル101をY方向に移動させる。これにより、測定セル101を初期位置(y0)に配置したときには、フォトダイオード52によって、第1次の回折光強度Iy0を検出し、測定セル101を第一位置(y1)に配置したときには、フォトダイオード52によって、第1次の回折光強度Iy1を検出するように、Y方向での第1次の回折光強度Iの変化を検出する。 The cell driving unit 54 moves the measurement cell 101 in the Y direction. By the way, in Embodiment 2, laser light is irradiated in the Z direction onto a group of particles to be measured in a narrow range in the measurement cell 1. Therefore, since the change in the first-order diffracted light intensity I y in the Y direction cannot be detected, the measurement cell 101 is moved in the Y direction. Thereby, when the measurement cell 101 is arranged at the initial position (y0), the first-order diffracted light intensity I y0 is detected by the photodiode 52, and when the measurement cell 101 is arranged at the first position (y1), by the photodiode 52, so as to detect the first-order diffracted light intensity I y1, detecting a first-order variation of the diffracted light intensity I y in the Y direction.

制御部107は、CPU30とメモリ40とを備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置(図示せず)と、キーボードやマウス等を有する入力装置(図示せず)とが連結されている。また、CPU30が処理する機能をブロック化して説明すると、第一ポンプ13及び第二ポンプ14の制御を行うポンプ制御部31と、レーザ光源装置4の制御を行うレーザ光源制御部32と、光強度Iを取り込む光強度取得制御部36と、粒子径dを算出する粒子径算出部35と、セル駆動部54の制御を行う駆動部制御部34とからなる。 The control unit 107 includes a CPU 30 and a memory 40, and is connected to a display device (not shown) having a monitor screen and an input device (not shown) having a keyboard, a mouse, and the like. Further, the functions processed by the CPU 30 will be described as a block. The pump control unit 31 that controls the first pump 13 and the second pump 14, the laser light source control unit 32 that controls the laser light source device 4, and the light intensity. The light intensity acquisition control unit 36 that captures I y , the particle size calculation unit 35 that calculates the particle size d, and the drive unit control unit 34 that controls the cell drive unit 54.

駆動部制御部34は、測定セル101をY方向に移動させるセル駆動部54の制御を行う。
例えば、まず、測定セル101を初期位置(y0)に所定の時間配置し、次に、測定セル101を第一位置(y1)に配置するように移動することを繰り返し、測定セル101を初期位置(y0)から第六位置(y6)まで配置していく。これにより、Y方向での第1次の回折光強度Iの変化を検出する。
以上のように、実施形態2の粒子径測定装置110によれば、電圧を印加しても泳動させることができない被測定粒子群の粒子径を算出することができる。
The drive unit control unit 34 controls the cell drive unit 54 that moves the measurement cell 101 in the Y direction.
For example, first, the measurement cell 101 is arranged at the initial position (y0) for a predetermined time, and then the measurement cell 101 is repeatedly moved so as to be arranged at the first position (y1). Arrange from (y0) to the sixth position (y6). Thereby, a change in the first-order diffracted light intensity I y in the Y direction is detected.
As described above, according to the particle size measuring apparatus 110 of the second embodiment, the particle size of the particle group to be measured that cannot be migrated even when a voltage is applied can be calculated.

(他の実施形態)
上述した粒子径測定装置10、110では、検出器151が、第1次の回折光強度Iを検出しているものとする構成を示したが、第2次やさらに高次の回折光強度Iを検出するものとする構成としてもよい。また、実施形態2では測定セル101を移動するようにしたが、レーザ光源4aとレンズ53とフォトダイオード52との組を測定セル101に対して移動する構成としてもよい。さらに、実施形態2の測定セル101の代わりに、実施形態1の測定セル1を用いてもよい。同様に、実施形態1の測定セルの代わりに、実施形態2の測定セル101を用いてもよい。
(Other embodiments)
In the particle diameter measuring device 10, 110 described above, the detector 151, a configuration has been shown to be assumed to detect the first-order diffracted light intensity I t, the diffracted light intensity of the second Tsugiya higher order it may be configured to detects the I t. In the second embodiment, the measurement cell 101 is moved. However, the set of the laser light source 4a, the lens 53, and the photodiode 52 may be moved with respect to the measurement cell 101. Furthermore, instead of the measurement cell 101 of the second embodiment, the measurement cell 1 of the first embodiment may be used. Similarly, instead of the measurement cell of the first embodiment, the measurement cell 101 of the second embodiment may be used.

本発明は、媒体中で形成した被測定粒子群による密度回折格子を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置等に使用することができる。   The present invention uses a density diffraction grating formed by a group of particles to be measured formed in a medium, calculates the diffusion coefficient of the group of particles to be measured, and further uses it for a particle size measuring device that calculates the particle diameter from the diffusion coefficient. can do.

1、101:測定セル
4a:レーザ光源
10、110、100:粒子径測定装置
16、116:導入口群
16a、116a:導入口
35:粒子径算出部
50、151:検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 101: Measurement cell 4a: Laser light source 10, 110, 100: Particle diameter measuring device 16, 116: Inlet port group 16a, 116a: Inlet port 35: Particle diameter calculating part 50, 151: Detector

Claims (5)

媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、
複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、
前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、
前記測定セル内の被測定粒子群に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器とを備え、
前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置であって、
前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部を備えることを特徴とする粒子径測定装置。
A measuring cell through which the medium passes in a first setting direction;
A plurality of introduction ports are formed at a set interval in a second setting direction perpendicular to the first setting direction, and a sample containing a group of particles to be measured in the medium is measured from the plurality of introduction ports. A group of inlets to be introduced into the cell;
A light source for irradiating measurement light in a third setting direction perpendicular to the first setting direction and the second setting direction with respect to the group of particles to be measured in the measurement cell;
A detector for detecting the intensity of diffracted light due to diffracted light generated by irradiating measurement light to a group of particles to be measured in the measurement cell;
A particle size measuring device that diffuses the particles to be measured in the second setting direction in the medium while passing the particles to be measured in the first setting direction in the measurement cell,
A particle diameter measuring apparatus comprising: a particle diameter calculating unit that calculates a particle diameter of the measured particle group based on a change in diffracted light intensity in the first setting direction.
前記光源は、第一設定方向における設定範囲に測定光を広げるビーム拡張器を有し、
前記検出器は、第一設定方向における設定範囲に複数個の受光素子が並べられように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の粒子径測定装置。
The light source has a beam expander that spreads measurement light to a setting range in a first setting direction,
The particle size measuring apparatus according to claim 1, wherein the detector is arranged so that a plurality of light receiving elements are arranged in a setting range in a first setting direction.
前記光源及び検出器の組、又は、前記測定セルを、第一設定方向に移動させる駆動部を有することを特徴とする請求項1に記載の粒子径測定装置。   The particle size measuring apparatus according to claim 1, further comprising a drive unit that moves the set of the light source and the detector or the measurement cell in a first setting direction. 前記測定セル内に媒体を導入するポンプと、
前記ポンプを制御するポンプ制御部とを備え、
前記ポンプ制御部は、前記測定セル内を第一設定方向に流れる媒体の流速を調整することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の粒子径測定装置。
A pump for introducing a medium into the measurement cell;
A pump control unit for controlling the pump,
The particle size measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the pump control unit adjusts a flow rate of a medium flowing in the measurement cell in a first setting direction.
媒体が第一設定方向に通過する測定セルと、複数の導入口が、第一設定方向と垂直となる第二設定方向で設定間隔となるように形成されており、当該複数の導入口から、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を測定セル内に導入する導入口群と、前記測定セル内の被測定粒子群に対して、第一設定方向及び第二設定方向と垂直となる第三設定方向に測定光を照射する光源と、前記測定セル内の被測定粒子群に測定光を照射することにより発生する回折光による回折光強度を検出する検出器とを備え、前記被測定粒子群を測定セル内の第一設定方向に通過させながら、前記媒体中で被測定粒子群を第二設定方向に拡散させていく粒子径測定装置を用いた粒子径測定方法であって、
前記第一設定方向での回折光強度の変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出工程を含むことを特徴とする粒子径測定方法。
The measurement cell through which the medium passes in the first setting direction and a plurality of inlets are formed so as to be set intervals in the second setting direction perpendicular to the first setting direction, from the plurality of inlets, An inlet port group for introducing a sample containing the group of particles to be measured into the medium into the measurement cell, and a first set direction and a second set direction perpendicular to the group of particles to be measured in the measurement cell. A light source that irradiates measurement light in three setting directions, and a detector that detects the intensity of diffracted light generated by diffracted light generated by irradiating the measurement particle group in the measurement cell with the measurement light. A particle size measuring method using a particle size measuring apparatus that diffuses a group of particles to be measured in a second setting direction in the medium while passing the group in a first setting direction in a measurement cell,
A particle diameter measuring method comprising a particle diameter calculating step of calculating a particle diameter of the measured particle group based on a change in diffracted light intensity in the first setting direction.
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