JP2012032308A

JP2012032308A - 光散乱強度測定方法及び動的光散乱測定装置

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Publication number: JP2012032308A
Application number: JP2010172957A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Ishii; 勝弘石井; Soichiro Nakamura; 崇市郎中村; Yuki Sato; 悠貴佐藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: JP5498308B2

Abstract

【課題】微粒子を高い濃度で含有する分散液であっても、微粒子の平均粒径やその分布の測定を、高い精度及び簡便な操作で可能とする低コヒーレンス光源を用いた光散乱強度測定方法及び動的光散乱測定装置を提供する。
【解決手段】低コヒーレンス光源を有するマッハツェンダー型又はマイケルソン型の干渉計を使用し、分散液に分散された微粒子の動的特性を測定する光散乱強度測定方法であり、前記微粒子に光を照射し、かつ、後方散乱光を集光する照射集光部を前記分散液に挿し入れて測定する光散乱強度測定方法。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、光散乱強度測定方法及び動的光散乱測定装置に関する。

動的光散乱法はいまや確立した技術となり、これを利用した微粒子の粒径測定器は幅広く利用されている（例えば非特許文献１参照）。利点としては必要なパラメータが少ないこと、非破壊の測定が可能であること、かつ取扱いが簡便であることが挙げられる。この動的光散乱法は、原理的に単散乱理論、つまり一度散乱された光は再度他の微粒子に散乱されないで検出できるという理論が適用できる環境下で高い精度の測定を実現する。例えば微粒子が０．０１質量％以下である希薄な粒子含有溶液において精度良く粒径に関する測定値が得られる。しかし他方、粒径、及び屈折率にもよるが、微粒子の濃度が高く多重散乱、つまり一度散乱された光が他の微粒子に当たって再度散乱されるという現象の影響が無視できない場合、前述の粒径測定器により単散乱理論を前提として求められる微粒子の動的特性は、実際と違ってくる。

図６は、上記のような光散乱現象の粒子濃度による相違をモデル化して示す説明図である。一般に希薄系において、粒子Ｓ_１は自由にブラウン運動でき、光Ｌの散乱は１回のみ起きると仮定できる（図６（ａ）参照）。これに対し、濃厚系では１回以上の散乱が混在するため（図６（ｂ）参照）、単散乱を前提とした測定では現象が理論とも実測とも一致せず測定できないこととなる。

BERNE, B.J.,「DYNAMIC LIGHT SCATTERING WITH APPLICATION TO CHEMISTRY,BIOLOGY,AND PHYSICS」JOHNWILEY,1976

これに対し、本発明者らは先に、微粒子を高い濃度で含有する分散液において高い精度で粒径に関する測定を可能にする動的光散乱測定装置及び光散乱強度測定方法を開発した（特願２００９−１５９３０７号明細書参照）。これは、低コヒーレンス光源を有する動的光散乱測定装置にマッハツェンダー型干渉計を組み込んだものである。これにより、微粒子が高い濃度で含有される分散液における、精度の良い粒径測定を可能とするものである。さらに、本発明者らは、かかる低コヒーレンス光源を用いた測定技術における特有の課題を抽出し、これを解決して、より精度が良く、かつ簡便な測定操作を可能とする動的光散乱測定装置及び光散乱強度測定方法について研究開発を進めた。また、その技術を、低コヒーレンス光源を利用したマイケルソン型干渉計を組み込んだ装置においても適用しうるものとし、汎用性の高い技術として提供することを検討した。

そこで本発明は、微粒子を高い濃度で含有する分散液であっても、微粒子の平均粒径やその分布の測定を、高い精度及び簡便な操作で可能とする低コヒーレンス光源を用いた光散乱強度測定方法及び動的光散乱測定装置を提供することを課題とする。

上記の課題は以下の手段により解決された。
（１）低コヒーレンス光源を有するマッハツェンダー型又はマイケルソン型の干渉計を使用し、分散液に分散された微粒子の動的特性を測定する光散乱強度測定方法であり、前記微粒子に光を照射し、かつ、後方散乱光を集光する照射集光部を前記分散液に挿し入れて測定することを特徴とする光散乱強度測定方法。
（２）前記照射集光部が、光ファイバの端部であることを特徴とする（１）に記載の光散乱強度測定方法。
（３）前記干渉計がマッハツェンダー型であり、前記低コヒーレンス光源からの光を第１の光カプラーで分岐し、一方の光を参照光とし、他方の光は前記照射集光部を介して前記微粒子分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とし、前記参照光と前記散乱光とを第２の光カプラーで結合することを特徴とする（１）又は（２）に記載の光散乱強度測定方法。
（４）前記干渉計がマイケルソン型であり、前記低コヒーレンス光源からの光を光カプラーで分岐し、一方の光を参照光とし、他方の光は前記照射集光部を介して前記微粒子分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とし、前記参照光と前記散乱光とを前記光カプラーに戻してそこで結合することを特徴とする（１）又は（２）に記載の光散乱強度測定方法。
（５）前記低コヒーレンス光源のコヒーレンス長が0.1〜100μｍであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の光散乱強度測定方法。
（６）散乱光の光路長分解が可能であり、ブラウン運動により粒径及び／又は粒径分布の計測が可能である（１）〜（５）のいずれかに記載の光散乱強度測定方法。
（７）低コヒーレンス光源と、マッハツェンダー型又はマイケルソン型の干渉計と、分散液に分散された微粒子に光を照射し、その後方散乱光を集光する照射集光部とを有し、前記微粒子の動的特性を測定する動的光散乱測定装置であり、前記照射集光部が前記分散液に挿し入れられて測定を行う構造とされたことを特徴とする動的光散乱測定装置。
（８）前記照射集光部が、光ファイバの端部であることを特徴とする（７）に記載の動的光散乱測定装置。
（９）前記干渉計はマッハツェンダー型であり、前記低コヒーレンス光源の光を分岐し２つの光を生成する第１の光カプラーと、一方の光を参照光とし、他方の光は前記照射集光部を介して前記微粒子分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とし、前記参照光及び前記散乱光を結合する第２の光カプラーとを有することを特徴とする（７）又は（８）に記載の動的光散乱測定装置。
（１０）前記干渉計はマイケルソン型であり、前記低コヒーレンス光源の光を分岐し２つの光を生成する光カプラーと、その一方の光が参照光として前記光カプラーに戻す反射具とを有し、他方の光は前記照射集光部で分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とされ、前記参照光及び前記散乱光とが前記光カプラーで結合されることを特徴とする（７）又は（８）に記載の動的光散乱測定装置。
（１１）前記低コヒーレンス光源のコヒーレンス長が0.1〜100μｍであることを特徴とする（７）〜（１０）のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。

本発明の低コヒーレンス光源を用いた光散乱強度測定方法及び動的光散乱測定装置により、微粒子を高い濃度で含有する分散液であても、微粒子の平均粒径やその分布の測定が、高い精度及び簡便な操作で可能となる。

マッハツェンダー型の干渉計を備えた本発明の動的光散乱測定装置の一実施形態を概略的に示す装置構成図である。図１に示した装置の照射集光部の周辺を模式的に示した要部拡大断面図である。マイケルソン型の干渉計を備えた本発明の動的光散乱測定装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。本発明の装置に適用可能なセル構造の一例を示す断面図である。本発明の装置に適用可能なセル構造の別の例を示す断面図である。実施例２の解析結果及びコリメーターレンズを使用して測定をした解析結果を示す粒径分布のグラフである。微粒子の濃度が低い希薄系の分散液及び微粒子の濃度が高い濃厚系の分散液において、それぞれ光散乱現象をモデル化して示した説明図である。レンズを介して試料セルに光を照射し散乱光を集光する方法（従来例）を示す断面図である。

以下に、本発明の光散乱強度測定方法の好ましい実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。かかる実施形態として、マッハツェンダー型の干渉計を用いた動的光散乱測定装置（第１実施形態）と、マイケルソン型の干渉計を用いた動的光散乱測定装置（第２実施形態）とに区別して説明するが、両者は同一又は対応する技術的特徴を有する単一の発明概念を形成するものである。なお、本説明は、本実施形態の説明により限定して解釈されるものではない。

［第１実施形態］
図１ａは、マッハツェンダー型の干渉計を備えた本発明の動的光散乱測定装置の一実施形態を概略的に示した構成図である。図１ｂには、その照射集光部の周辺を模式的に示した要部拡大断面図である。本実施形態においては、光源としてＳＬＤ（Super Luminescent Diode）からなる低コヒーレンス光源１を用いる。本実施形態におけるマッハツェンダー型の干渉計を構成する光学系は、光分岐機構である第１光カプラー２、光ファイバＦ₂〜Ｆ₇、光ファイバ中と空気中との接合器であるコリメーターレンズ８a、８b、位相変調器１０、光ファイバＦ_５からの光を光ファイバＦ_１に導き、光ファイバＦ_１からの光を光ファイバＦ_６へ導く光路変換機であるサーキュレーター３、及び、光結合機構である第２光カプラー４により構成される。さらに、光カプラー４には、光ファイバＦ_７が接続され、光ファイバＦ_７には、検出器５が接続され、ＢＮＣケーブル６ａを介して、電気信号読取部であるＡ／Ｄボード６が接続され、データ処理及び解析を行うＰＣ７に接続される。分散液（測定試料）Ｓは媒体Ｓ_２に微粒子Ｓ_１を分散させたものである。

図１（ｂ）に要部拡大断面図を示したように、分散液Ｓに分散された微粒子Ｓ_１に照射し散乱光を集光する照射集光部は、光ファイバＦ_１の照射集光部（光ファイバ端部）Ｆ_１ａであることが好ましい。光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａは、例えばコア２３、クラッド２２、それぞれの照射集光部端面（光ファイバ端面）Ｆ_１bが略同一平面であるように、光ファイバＦ_１を例えば切断した面を端面とすればよい。さらに、測定の便を図って、光ファイバＦ_１を固定することができるようにハウジングを備えてもよい。

光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａは、セルの底及び壁面、及び特異的な対流や壁面への吸着効果を取り込まないように、セル１１の底及び壁面から必要な距離だけ離して挿し入れることが必要である。また、セルの底及び壁面に対して光ファイバＦ_１の端面Ｆ_１bを、５０μｍ以上隔たるようにし、好ましくは２００μｍ以上隔たらせ、さらに好ましくは、１０００μｍ以上、隔たらせる。

本実施形態において採用される低コヒーレンス光源１のＳＬＤは、波長を特に限定されないが、例えば０．１２５〜２μｍであることが好ましく、０．２５０〜１．５μｍであることがより好ましい。そのコヒーレンス長としていえば、例えば０．１〜１００μｍが好ましく、１〜５０μｍがより好ましい。あるいは、光ファイバＦ_２〜Ｆ_７は、空間伝播で構成してもよい。光カプラー２については、分岐比を測定対象に応じて変更可能であることが好ましい。
分割された一方の光が導かれる光路の途中には、コリメーターレンズ８a、８ｂ、及び変調器１０からなる位相変調部を構成する。位相変調部は、図示したように光を空間に出して変調を行ってもよいし、光ファイバの中で変調させてもよい。あるいは、このような位相変調部を、他方の光が導かれる光路の途中に設けられたサーキュレーター３及び光ファイバＦ_１と同じように構成し、分散液Ｓに代えて振動可能なミラーを備えることにより任意の位相を与えるようにして、光に変調をかけることも可能である。さらに、光ファイバＦ_３と光ファイバＦ_４との間に減衰器を介在させて、光量を調整することも、必要により可能である。Ａ／Ｄボード６及びＰＣ７については、スペクトラムアナライザ等でも代用可能である。サーキュレーター３としては、１：１の光カプラーを使うことができる。以上の各構成要素と、光カプラー４及び検出器５のそれぞれについては、必要な仕様を備えた市販品を採用することが可能である。

以下に、本実施形態における参照光及び散乱光（測定光）の光路について説明する。
（参照光）
低コヒーレンス光源１の光は、光ファイバＦ_２を伝播後、光カプラー２に入射され、第１光カプラー２で２つの光に分割される。光カプラー２で分割された一方の光は、光ファイバＦ_３を通り、コリメーターレンズ８aで平行光線にされ、位相変調器１０を通り、コリメーターレンズ８bにより光ファイバＦ_４に入り、光カプラー４に到達する。この光が本実施形態における参照光である。第１光カプラー２から第２光カプラー４まで、参照光は、所定の値に固定される光路長ｄ_ｒｅｆを有する。

（散乱光）
これに対して、第１光カプラー２で分割された他方の光は、光ファイバＦ_５を通り、サーキュレーター３により光ファイバＦ_１を通り、光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａから分散液Ｓに入射光Ｌ_１のように入射される。その結果で生じる後方散乱光が、図示した散乱光Ｌ_２のように再び光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａに入射し、光ファイバＦ_１を通って、サーキュレーター３により光ファイバＦ_６を通り、光カプラー４に達する。この光が本実施形態における散乱光である。第１光カプラー２から分散液Ｓ内で散乱が起きた箇所までの光路長ｄ₁と、分散液Ｓ内で散乱が起きた箇所から第２光カプラー４までの光路長ｄ₂とにより、第１光カプラー２から第２光カプラー４まで、散乱光は、光路長ｄ_ｓｃａ=ｄ₁＋ｄ₂を有する。従って、光路長ｄ_ｓｃａには、界面Ｐ_１から散乱位置Ｐ_２までの往復の距離が含まれる。また、自由にブラウン運動をする微粒子Ｓ_１の挙動により、散乱光の強度には、時間的な揺らぎ変動を有する。

従って、位相変調器１０により調整された位相変調も加味し、参照光の光路長ｄ_ｒｅｆと対応する特定の光路長ｄ_ｓｃａを有する位置にある微粒子Ｓ_１からの後方散乱光を、検出器５で光強度として測定することができる。測定された光強度は、前述のような時間的な揺らぎ変動を有するので、自己相関関数を求めることにより、ブラウン運動速度を示す拡散係数、及び微粒子の粒径分布を求めることができる。そのため、一度、コリメーターレンズ８aと８ｂ間の距離を動かして参照光の光路長を調整した後は、測定をする分散液Ｓの入ったセル１１を取り替えても、光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａが分散液Ｓと接触するため、同じ光路長ｄ_ｓｃａを有する位置の微粒子Ｓ_１について、同様に高い精度で測定をすることが可能である。

［第２実施形態］
以下に、マイケルソン型の干渉計を備えた本発明の動的光散乱測定装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図２に、概略的な構成図を示す。

マイケルソン型の干渉計を構成する光学系は、光分岐機構である光カプラー１２、光ファイバＦ_１、Ｆ₈、Ｆ_９、Ｆ_１０、参照光処理部１３（参照光用ミラー１３ｂ、ピエゾ駆動装置１３ａ）、及び検出器１４により構成される。データ処理は、前述のマッハツェンダー型と同様に、Ａ／Ｄボード６及びＰＣ７を用いて、データ処理及び解析を行う。以上の各構成要素のそれぞれについては、必要な仕様を備えた市販品を採用することが可能である。

以下に、本実施形態における参照光及び測定光（散乱光）の光路について説明する。
（参照光）
低コヒーレンス光源１の光は、光ファイバＦ_８を伝播後、光カプラー１２に入射され、光カプラー１２で２つの光に分割される。光カプラー１２で分割された一方の光は、光ファイバＦ_９を通り、参照光用ミラー１３ｂで光路長を任意に変えられて反射される。このとき、参照光用ミラー１３ｂを、ピエゾ駆動装置１３ａにより振動させることで変調を加える。参照光用ミラー１３ｂからの反射光は、再び光ファイバＦ_９に入り、光カプラー１２及び光ファイバＦ_１０を経由して検出器１４に到達する。この光が本実施形態における参照光である。

（散乱光）
これに対して、光カプラー１２で分割された他方の光は、光ファイバＦ_１を通り、光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａから分散液Ｓに入射される。その結果で生じる後方散乱光が、再び光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａに入射し、光ファイバＦ_１を通り、光カプラー１２を経由して光ファイバＦ_１０を通り、検出器１４に達する。この光が本実施形態における散乱光である。検出器１４に入射された参照光と散乱光の処理については、前述のマッハツェンダー型の干渉計の場合と同様である。従って、参照光用ミラー１３により調整された参照光の光路長ｄ_ｒｅｆ’と対応する特定の光路長ｄ_ｓｃａ’を有する位置にある微粒子Ｓ_１からの後方散乱光を、検出器１４で光強度として測定することができる。そのため、一度、参照光用ミラー１３により光路長を調整した後は、測定をする分散液Ｓの入ったセル１１を取り替えても、光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａが分散液Ｓと接触するため、同じ光路長ｄ_ｓｃａ’を有する位置の微粒子Ｓ_１について同様に高い精度で測定をすることが可能である。その他、好ましい形態は、第１実施形態と同様である。

以上のような動的光散乱測定装置のいずれかを使用し、分散液Ｓに分散された微粒子Ｓ_１の動的特性を測定する本発明の光散乱強度測定方法は、微粒子Ｓ_１に光を照射し、かつ、後方散乱光を集光する照射集光部を分散液Ｓに挿し入れて測定することを特徴とし、より簡便に、かつ、高い精度で測定をすることが可能である。なお、微粒子の動的特性とは、微粒子の分散液中でのブラウン運動により特定される特性であり、粒径やその分布等を含む。また、光散乱光の光路長分解とは、試料により生じた散乱光の中から、特定の光路長で散乱した光を検出する機能である。詳しく言うならば、単散乱光がメインの光路長の短い領域と多重散乱光がメインの光路長が長い領域の区別するための機能である。かつ、セル/分散液、若しくはファイバ端面/分散液の界面近傍で生じた散乱光と界面ら離れた深部で生じた散乱光の区別を行うことが出来る機能である。

図３及び図４に、本発明のために好適な種々のセルの一例を断面図等で示す。
図３に断面図を示したように、粘度計や温度計２０と一緒に分散液Ｓの中に光ファイバＦ_１の照射集光部Ｆ_１ａが挿し入れられる構造を備えたセル１１が好適である。ブラウン運動により粒径及び粒径分布の計測を可能とするためには、ブラウン運動が温度により変化することから、正確な温度を同時に測定することが必須である。従って、光ファイバＦ１の照射集光部（端部）Ｆ_１ａを、温度計２０と一緒に分散液Ｓの中に挿し入れることにより、微粒子の挙動と温度とを同時に測定することができ、高い精度で測定することが可能となる。また、このような構造は、他の形状のセルの場合においても、適用されることが好ましい。

また、図４に断面図を示したように、バイアル瓶２１等を用いて、光ファイバＦ_１が蓋２１ａを垂直に貫通した状態で、照射集光部（端部）Ｆ_１ａが分散液Ｓ内に挿し入れられるように、蓋２１ａに光ファイバＦ_１を一体に固定してもよい。これにより、さらに簡便に測定をすることが可能となる。

高濃度かつナノメートルオーダーの微細粒子を含有する分散液における測定には、第１実施形態（マッハツェンダー型の干渉計を用いた実施形態）を適用することが好ましい。第１実施形態によれば、粒径１００ｎｍ未満の微粒子が含有され（実際的には１０ｎｍ以上である）、微粒子の濃度が高い分散液において、極めて高い精度で粒径測定を簡便に行うことができるのみでなく、粒径１００ｎｍ未満の微粒子と、粒径１００ｎｍ以上の粒子を含んだ多分散状態の分散液において、広い粒径測定、あるいはそれらの散乱係数の測定と算出、及び拡散係数の算出が可能になる。なお多分散状態とは、典型的には、互いに異なる粒径をもつ微粒子が分散液中に存在し、その粒径分布において２つ以上のピークを示す状態を言う。ただし、広い粒径範囲にブロードに粒径分布が存在したものでもよく、これも多分散に含みうる。
さらに、参照光強度と散乱光強度を適切な強度比に合わせるために、図１（図１ａ、図１ｂ）に示したマッハツェンダー型の干渉計における第１光カプラー２の分岐比を調整することで、このような調整をしなかった場合に対して約１０〜１００倍以上の感度向上を達成することができる。なお、このような感度の向上には第２実施形態であるマイケルソン型の干渉計における光カプラーを調整しても実現することができる。

上記第１及び第２実施形態により、カラーフィルタやインクジェット用インクといった顔料を含有する分散液において、微粒子を高い濃度で含有する条件下（濃度は特に限定されないが、例えば０．０００１〜５０質量％、好ましくは、０．００１〜５０質量％、さらに好ましくは０．０１〜３０質量％）での凝集状態の定量化が可能となり、さらに、それを利用した品質管理及び工程管理が可能となる。また、測定対象として、無機・有機粒子を選ばず、記録媒体等に用いられる磁性粒子や、医療・バイオ分野等に用いられる各種粒子など、広範な分野において、微粒子を高い濃度で含有する条件下における挙動評価に展開可能な光散乱解析に適用できる。さらに、微粒子に限らず、多重散乱や場所間差が生じる溶液中のゲル構造や高分子構造の解析に適用可能である。

本発明は、以上のように示された実施形態に限定されるものではない。例えば、光ファイバを用いた干渉計以外で、空間伝播型の干渉計を用いることもできる。また、その他の種々の変更を施すことが可能である。

以下に、既に上記で述べた点を含むが、本発明の好ましい実施形態により得られる特有の利点について述べる。

Ａ．測定操作の効率化（焦点合わせ、及び光路調整の不要化）
まず、本発明の動的光散乱測定装置及び光散乱強度測定方法の特徴に関する理解に資する目的で、要部においてこれとは異なる、コリメーターレンズ８と対物レンズ９とを利用した照射集光部を有する装置について説明する（図７参照）。このような照射集光部による測定では、通常、試料セル１１の内部で微粒子の散乱が効果的に生じる位置（散乱位置）Ｐ_２が測定に適した光路長になるよう焦点合わせ、及び散乱光と参照光の光路調整をしなければならない。測定試料の性質や求められる測定精度によっては、高度に熟練した操作が強いられることもあり、この焦点合わせが測定の工程上の負担となることがある。一方、上記本発明の好ましい実施形態によれば、図１ｂに基づいて説明したとおり、照射集光部となる光ファイバの先端部を試料分散液の内部にほぼ任意に挿入すればよい。それにより、照射集光部の端面Ｆ_１ｂから散乱位置Ｐ_２までの距離は試料内で自ずと定まるため、煩雑な焦点合わせ、及び散乱光と参照光の光路調整を行う必要がなく好ましい。なお、高濃度分散液における測定では、上記焦点合わせが特に困難な場合があり、本発明の上記実施形態によりこのような状況を特に好適に改善することができる。また、本発明によれば、ファイバ端部を測定対象に漬けさえすればよく、微量の測定試料を好適に扱うことができる点でも好ましい。

Ｂ．測定形態の多様化（別の測定機器との組み合わせの容易化）
本発明の好ましい実施形態によれば、上述のように照射集光部を、市販の振動式粘度測定装置や温度制御システム等の検出部と一緒に分散液の中に挿し入れて利用することができる。したがって例えば粘度や温度等と微粒子のサイズに関する情報とを同時に測定収集することができ、従来困難であった多項目の同時測定・同時評価が可能となる。これにより、微量サンプルへの対応や、試料の状態にズレのない精度の高い測定が求められる分野において、その対応が可能となる。

Ｃ．試料セルの外表面の影響の排除（霜付着の影響の排除）
図７に示した装置構成では、測定試料の温度やセルの壁部の材質によっては、セル１１の表面に霜が着くことや、あるいは、別の要因でセルの外表面に曇りや傷が生じることがある。本発明の上記好ましい実施形態によれば、これらの影響を完全に排除することができ、測定環境やセルの材質、試料温度などの制約が解消され、極めて精度の高い測定が可能となる。

以下に、本発明について実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明がこれにより限定して解釈されるものではない。

［分散液の作製］
市販のポリスチレン水分散液１０１ａ、１０２ａ、及び１０３ａを購入して、透過型電子顕微鏡で粒径の評価を行った。その結果、ポリスチレン水分散液１０１ｂ、１０２ｂ、及び１０３ｂに含まれたポリスチレン粒子の中心粒径はそれぞれ２５２nｍ、９９ｎｍ、及び２３ｎｍであった。その後、ポリスチレン水分散液１０１ｂ、１０２ｂ、及び１０３ｂを用いて、微粒子の濃度を１０質量％に調製した分散液１０１、１０２、及び１０３を得て、それぞれバイアル瓶に入れた。

（実施例１）
本実施例においては、図１に概略的な構成図及び要部拡大断面図を示したマッハツェンダー型の干渉計を備えた動的光散乱測定装置を使用した。使用した低コヒーレンス光源１は、コヒーレンス長が１７μｍである。前述の分散液１０１について、本実施例の動的光散乱測定装置を用いて、光ファイバＦ_１の端部Ｆ_１ａを分散液１０１の中に約１ｍｍの深さＤで挿し入れた。上記設定条件において、各分散液試料の微粒子の粒径に関する測定を行った。その後、変調周波数周辺のスペクトルに対して、キュムラント平均粒径を導出した。解析結果の評価を表１に示す。

図５（ａ）に、試料１０２の解析結果をグラフで示す。図５（ｂ）には、参考例として、光ファイバＦ_１の先に、図７に示したようにコリメーターレンズ８及び対物レンズ９を使用して測定をした解析結果をグラフで示す。この結果から、本発明の測定装置（実施例）によれば、従来のレンズを利用した測定装置と同等の精度で微粒子の粒径の測定が可能であることが分かる。

（実施例４〜６）
本実施例においては、図２に概略的な構成図を示したマイケルソン型の干渉計を備えた動的光散乱測定装置を使用した。それ以外は、それぞれ実施例１〜３と同様にして、測定及び解析を行った。解析結果の評価を表１に示す。

以上の結果から分かるように、本発明によれば、微粒子の平均粒径及びその分布を精度よくかつ簡便に測定できることが分かる。特に、マッハツェンダー型の干渉計を用いることにより、高濃度分散液においてナノメートルサイズの微細な粒子であっても、精度良く測定可能であることが分かる。

１低コヒーレンス光源
２光カプラー（第１カプラー）
３サーキュレーター
４光カプラー（第２カプラー）
５検出器
６Ａ／Ｄボード
６ａＢＮＣケーブル
７ＰＣ
８コリメーターレンズ
９対物レンズ
１０位相変調器
１１セル
１２光カプラー
１３参照光用ミラー（反射具）
１４検出器
１５スペクトラムアナライザ
２０粘度計又は温度計
２１バイアル瓶
２１ａ蓋
Ｆ_１〜Ｆ_１０光ファイバ
Ｆ_１ａ照射集光部（光ファイバ端部）
Ｆ_１ｂ照射集光部端面（光ファイバ端面）
Ｌ光
Ｌ_１入射光
Ｌ_２散乱光
Ｐ_１界面
Ｐ_２散乱位置
Ｓ分散液
Ｓ_１微粒子
Ｓ_２媒体

Claims

低コヒーレンス光源を有するマッハツェンダー型又はマイケルソン型の干渉計を使用し、分散液に分散された微粒子の動的特性を測定する光散乱強度測定方法であり、前記微粒子に光を照射し、かつ、後方散乱光を集光する照射集光部を前記分散液に挿し入れて測定することを特徴とする光散乱強度測定方法。
前記照射集光部が、光ファイバの端部であることを特徴とする請求項１に記載の光散乱強度測定方法。
前記干渉計がマッハツェンダー型であり、前記低コヒーレンス光源からの光を第１の光カプラーで分岐し、一方の光を参照光とし、他方の光は前記照射集光部を介して前記微粒子分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とし、前記参照光と前記散乱光とを第２の光カプラーで結合することを特徴とする請求項１又は２に記載の光散乱強度測定方法。
前記干渉計がマイケルソン型であり、前記低コヒーレンス光源からの光を光カプラーで分岐し、一方の光を参照光とし、他方の光は前記照射集光部を介して前記微粒子分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とし、前記参照光と前記散乱光とを前記光カプラーに戻してそこで結合することを特徴とする請求項１又は２に記載の光散乱強度測定方法。
前記低コヒーレンス光源のコヒーレンス長が0.1〜100μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光散乱強度測定方法。
散乱光の光路長分解が可能であり、ブラウン運動により粒径及び／又は粒径分布の計測が可能である請求項１〜５のいずれかに記載の光散乱強度測定方法。
低コヒーレンス光源と、マッハツェンダー型又はマイケルソン型の干渉計と、分散液に分散された微粒子に光を照射し、その後方散乱光を集光する照射集光部とを有し、前記微粒子の動的特性を測定する動的光散乱測定装置であり、前記照射集光部が前記分散液に挿し入れられて測定を行う構造とされたことを特徴とする動的光散乱測定装置。
前記照射集光部が、光ファイバの端部であることを特徴とする請求項７に記載の動的光散乱測定装置。
前記干渉計はマッハツェンダー型であり、前記低コヒーレンス光源の光を分岐し２つの光を生成する第１の光カプラーと、一方の光を参照光とし、他方の光は前記照射集光部を介して前記微粒子分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とし、前記参照光及び前記散乱光を結合する第２の光カプラーとを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の動的光散乱測定装置。
前記干渉計はマイケルソン型であり、前記低コヒーレンス光源の光を分岐し２つの光を生成する光カプラーと、その一方の光が参照光として前記光カプラーに戻す反射具とを有し、他方の光は前記照射集光部で分散液に照射され集光されることにより得られる散乱光とされ、前記参照光及び前記散乱光とが前記光カプラーで結合されることを特徴とする請求項７又は８に記載の動的光散乱測定装置。
前記低コヒーレンス光源のコヒーレンス長が0.1〜100μｍであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。