JP2020052043A - 粒子分析用の基板、粒子分析システム、及び粒子の分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子を高精度且つ簡便に分析することが可能な粒子分析システムを提供すること。【解決手段】基板１０と、粒子２２が分散する分散液から分取した液滴２０を、基板１０の表面１０ａに所定の間隔で配置する供給部３０と、液滴２０が配置された前記基板１０の表面１０ａの画像を取得する撮像部５０と、画像に基づいて粒子２２を分析する分析部６０と、を備える、粒子分析システム１００を提供する。【選択図】図１

Description

本開示は、粒子分析用の基板、粒子分析システム、及び粒子の分析方法に関する。

ＥＵの欧州委員会では、「ナノマテリアルの定義に関する欧州委員会勧告」の中で、「ナノマテリアル」とは、非結合状態、または強凝集体（アグリゲート）又は弱凝集体（アグロメレート）であり、個数濃度のサイズ分布で５０％以上の粒子について、１つ以上の外径が１ｎｍから１００ｎｍのサイズ範囲である粒子を含む、自然の、または偶然にできた、または製造された材料（マテリアル）を意味する旨が定義されている。この定義に該当するか否かを判定するためには、一次粒子の粒径及び粒度分布を測定する必要がある。

ナノ粒子の粒径及び粒度分布を測定する方法としては、動的光散乱法（ＤＬＳ）、及びレーザー解析散乱法（ＬＤ）等の方法が考えられる。しかしながら、ナノ粒子の場合、単量体である一次粒子が二量体及び三量体等の凝集体になりやすく、粒子数ベースの粒度分布を評価することは通常困難である。このため、現状では、粒子数ベースの粒度分布を測定するには，粒子をその粒径ごとにわける分級プロセスとＤＬＳやＴＥＭ（電子顕微鏡）等の粒径計測技術（非特許文献１参照）を組み合わせる必要がある。

しかしながら、分級プロセスには多大な労力や時間がかかる。また、非特許文献１では、電子顕微鏡による観察の場合、観察視野が狭く、サンプリング方法及び分散液中におけるナノ粒子の分散方法によって測定結果がばらつく。このため、方法の標準化の必要性が指摘されている。

経済産業省 研究会、ナノ物質の管理に関する検討会、第３回計測技術ワーキンググループ 配布資料、平成２４年６月２２日、インターネット(URL:http://www.meti.go.jp/policy/chemical_management/files/nanomaterial/120622_keisokuWG3.pdf)

本開示は、粒子を高精度且つ簡便に分析することが可能な粒子の分析方法及び粒子分析システムを提供する。また、そのような粒子の分析方法及び粒子分析システムに好適に用いられる粒子分析用の基板を提供する。

本開示の一側面に係る粒子の分析方法は、粒子が分散する分散液から分取した液滴を、基板の表面に所定の間隔で配置する配置工程と、液滴が配置された基板の表面の画像に基づいて、分散液又は粒子を分析する分析工程と、を有する。

上記分析方法では、基板の表面に粒子を含有する液滴を所定の間隔で配置している。このため、液滴が乾燥する際の液架橋力によって粒子同士が凝集することが抑制される。したがって、粒子同士の凝集による影響を低減し、分散液又は粒子を高い精度で簡便に分析することができる。例えば、分散液に含まれる種々の形態の粒子のうち、一次粒子（単量体）の割合を高くして一次粒子の粒径及び粒度分布を高精度且つ簡便に求めることができる。また例えば、分散液に含まれる粒子のモル濃度を分析することもできる。

上記粒子はナノ粒子であることが好ましい。ナノ粒子のように小さい粒子は凝集体になり易いが、上記分析方法であれば、一次粒子の分析を高精度及び簡便に行うことができる。

分析工程では、粒子の有無、個数、濃度、粒径、粒度分布及び組成の少なくとも一つを分析してよい。このような粒子及び分散液に関する種々の情報を簡便に求めることができる。

上記基板に配置される液滴の２０％以上が粒子の二次粒子を含まず一次粒子のみを含んでよい。これによって、画像に一次粒子が表示される頻度を高くして、高い精度で一次粒子の粒径及び粒度分布を分析することができる。

配置工程では、液滴を吐出するノズル、又は基板を移動しながら、液滴を基板の表面に配置してよい。これによって、多数の液滴を円滑に基板の表面に配置することができる。

配置工程では、インクジェットノズルから液滴を吐出して表面に液滴を配置してもよい。これによって、高い位置精度で基板の表面に多数の液滴を配置することが可能となり、一次粒子の粒径及び粒度分布の分析精度を一層高くすることができる。

上記分析方法では、分散液における粒子のモル濃度をＣ［ｍｏｌ／Ｌ］、分散液から分取される液滴の体積をＶ［Ｌ］、及び、アボガドロ数をＮ_Ａとしたときに下記式（１）を満たしてよい。
０．６＜Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ＜１．８ （１）
これによって、上記基板に配置される液滴のうち、粒子の二次粒子を含む液滴の割合を低減し、一次粒子のみを含む液滴の割合を高くすることができる。したがって、一次粒子の粒径及び粒度分布の分析精度をさらに向上することができる。

配置工程では、基板に設けられた位置決め部に粒子を配置してもよい。これによって、多数の粒子を所望の位置に精度よく配置することができる。このため、粒子の分析を一層円滑に行うことができる。

本開示の一側面に係る粒子分析システムは、基板と、粒子が分散する分散液から分取した液滴を、基板の表面に所定の間隔で配置する供給部と、液滴が配置された基板の表面の画像を取得する撮像部と、画像に基づいて分散液又は粒子を分析する分析部と、を備える。

上記粒子分析システムは、基板の表面に粒子を含有する液滴を所定の間隔で配置する供給部を備える。このため、液滴が乾燥する際の液架橋力によって粒子同士が凝集することが抑制される。このように、粒子同士の凝集による影響を低減したうえで、撮像部で取得された画像に基づいて分析を行うことから、粒子を高い精度で簡便に分析することができる。例えば、一次粒子の粒径及び粒度分布を高精度且つ簡便に求めることができる。また例えば、分散液に含まれる粒子のモル濃度を分析することもできる。

上記粒子はナノ粒子であることが好ましい。ナノ粒子のように小さい粒子は凝集体になり易いが、上記粒子分析システムであれば、一次粒子の分析を高精度及び簡便に行うことができる。

分析部では、粒子の有無、個数、濃度、粒径、粒度分布及び組成の少なくとも一つを分析してよい。このような粒子及び分散液に関する種々の情報を高精度で簡便に求めることができる。

上記粒子分析システムにおいて、基板に配置される液滴の２０％以上が粒子の二次粒子を含まず一次粒子のみを含んでよい。これによって、画像に一次粒子のみが表示される頻度を高くして、一次粒子の粒径及び粒度分布を、高い精度で簡便に分析することができる。

上記供給部は、液滴を吐出するノズル又は基板を移動させながら液滴を基板の表面に配置してよい。これによって、多数の液滴を円滑に基板の表面に配置することができる。ノズルは、圧電方式のものであってもよいし、静電方式のものであってよい。

供給部はインクジェットノズルを有してよい。これによって、高い位置精度で基板の表面に多数の液滴を配置することが可能となり、一次粒子の粒径及び粒度分布の分析精度を一層高くすることができる。インクジェットは圧電方式のものであってよい。

上記粒子分析システムは、粒子を含む分散液を収容する収容部を有してよい。分散液における粒子のモル濃度をＣ［ｍｏｌ／Ｌ］、分散液から分取される液滴の体積をＶ［Ｌ］、及び、アボガドロ数をＮ_Ａとしたときに下記式（１）を満たしてよい。
０．６＜Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ＜１．８ （１）
これによって、上記基板に配置される液滴のうち、粒子の二次粒子を含む液滴の割合を低減し、一次粒子のみを含む液滴の割合を高くすることができる。したがって、一次粒子の粒径及び粒度分布の分析精度をさらに向上することができる。

基板は表面に粒子を位置決めする位置決め部を有してよい。これによって、多数の粒子を所望の位置に精度よく配置することができる。このため、粒子の分析を一層円滑に行うことができる。

本開示の一側面に係る粒子分析用の基板は、粒子が分散する分散液から分取した液滴が所定の間隔で配置される表面を有し、液滴が配置された基板の表面の画像に基づいて分散液又は粒子が分析される。

上記基板の表面には、粒子を含有する液滴が所定の間隔で配置される。このため、液滴の乾燥の際に液架橋力によって粒子同士が凝集することが抑制される。したがって、粒子同士の凝集による影響を低減し、分散液又は粒子を高い精度で簡便に分析することができる。例えば、この基板を用いて、一次粒子の粒径及び粒度分布を高精度且つ簡便に求めることができる。また例えば、分散液に含まれる粒子のモル濃度を求めることもできる。

上記粒子はナノ粒子であることが好ましい。ナノ粒子のように小さい粒子は凝集体になり易いが、上記基板であれば、一次粒子の分析を高精度及び簡便に行うことができる。

上記画像に基づいて、粒子の有無、個数、濃度、粒径、粒度分布及び組成の少なくとも一つを分析してよい。このような粒子及び分散液に関する種々の情報を高精度で簡便に求めることができる。

上記液滴の２０％以上が粒子の二次粒子を含まず一次粒子のみを含んでよい。これによって、一次粒子の粒径及び粒度分布の分析精度を十分に高くすることができる。

上記表面に、粒子を位置決めする位置決め部を有してよい。これによって、多数の粒子を所望の位置に精度よく配置することができる。このため、粒子の分析を一層円滑に行うことができる。

上記表面に粒子が配置されていてよい。このような基板であれば、速やかに粒子の粒径等を分析することができる。

本開示によれば、粒子を高精度且つ簡便に分析することが可能な粒子の分析方法及び粒子分析システムを提供することができる。また、そのような粒子の分析方法及び粒子分析システムに好適に用いられる粒子分析用の基板を提供することができる。

図１は、一実施形態に係る粒子分析システムを模式的に示す図である。 図２は、粒子分析システムの一例を示す図である。 図３（Ａ）は、ナノ粒子の単量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。図３（Ｂ）は、ナノ粒子の単量体、二量体及び三量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。 図４は、粒子の分析方法に用いられる基板の一例を示す図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、粒子分析システムの一例を示す図である。 図６は、所定の間隔で基板の表面に配置されたナノ粒子を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。 図７（Ａ）は、基板の表面に配置されたナノ粒子の単量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。図７（Ｂ）は、基板の表面に配置されたナノ粒子の二量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。図７（Ｃ）は、基板の表面に配置されたナノ粒子の三量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。 図８は、実施例１で分析されたナノ粒子（一次粒子）の個数基準の粒度分布を示すグラフである。 図９は、比較例１のナノ粒子を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。 図１０は、実施例５で分析されたナノ粒子（一次粒子）の個数基準の粒度分布を示すグラフである。 図１１は、ｘ方向に沿う任意の行におけるナノ粒子の位置誤差を模式的に示す図である。 図１２は、実施例６の粒子が配列した基板１１の表面１１ａの顕微鏡写真である。 図１３は、実施例６〜８において、分散液における粒子の濃度と、一つの液滴に含まれる粒子（一次粒子）の個数毎の頻度との関係を示すグラフである。 図１４は、基板の表面上におけるナノ粒子の配置位置と、液滴中心との位置ズレを測定する方法を説明するための図である。 図１５（ａ）は、比較例２で基板の表面に配置された粒子を示す走査型電子顕微鏡の観察画像の写真である。図１５（ｂ）は、実施例９で基板の表面に配置された粒子を示す走査型電子顕微鏡の観察画像の写真である。 図１６は、分散液（Ｃ）及び分散液（Ｄ）を用いたときの一つの液滴に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数と液滴数との関係を示すグラフである。 図１７は、分散液（Ｂ）、分散液（Ｄ）及び分散液（Ｅ）を用いたときの一つの液滴に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数と液滴数との関係を示すグラフである。 図１８は、実施例１０の分散液（Ｅ）に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数基準の粒径分布を示すグラフである。 図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、実施例１０において基板の表面に配置されたナノ粒子を走査型電子顕微鏡で観察したときの画像を示す写真である。 図２０は、分散液の希釈率（ｋ）と粒子数（Ｎ）の関係を示すグラフである。

以下、場合により図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、各要素の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、粒子分析システムの一実施形態を模式的に示す図である。図１のナノ粒子分析システム１００は、基板１０と、ナノ粒子２２が分散する分散液から分取した液滴２０を、基板１０の表面１０ａに所定の間隔Ｄで配置する供給部３０と、基板１０の表面１０ａに配置されたナノ粒子２２の画像を取得する撮像部５０と、画像に基づいてナノ粒子２２のキャラクタライジングを行う分析部６０と、を備える。

本実施形態のナノ粒子は、１つ以上の外径が１ｎｍから１００ｎｍの範囲にある粒子の割合が、個数基準で５０％以上のものを含む。ナノ粒子は、天然物に由来するものであってもよいし、合成物であってもよい。なお、本開示はナノ粒子に限定されるものではなく、１つ以上の外径が１ｎｍから１０μｍの範囲にある粒子の割合が、個数基準で５０％以上のものであってよい。

基板１０は、シリコン製、ガラス製、又は金属製であってもよい。基板１０の表面には、液滴２０を位置決めする位置決め部を有していてもよい。位置決め部は、リソグラフィ技術によって形成された所定のパターンであってもよい。例えば、疎水性の表面層を有する基板１０をリソグラフィ技術によってエッチングし、親水性と疎水性の部分をグリッド状又は線状に形成して位置決め部を構成してもよい。これによって、供給部３０から供給される液滴２０の場所が多少ずれても、分散液の物性に応じてナノ粒子２２が位置決め部に位置決めされることとなる。例えば、分散液が水分散液である場合は、親水性の部分に位置決めされることとなる。このようにして、ナノ粒子２２の位置決め精度を高くすることができる。

供給部３０は、例えばインクジェットノズルを備えており、供給部３０は基板１０に対して図１の右方向に移動しながら所定量の液滴２０を断続的に供給する。これによって、供給部３０は、基板１０の表面１０ａにナノ粒子２２を含む液滴２０を所定の間隔Ｄで配置する。所定の間隔Ｄは、隣接する液滴同士が接触しない程度に離れるように設定する。間隔Ｄは、必ずしも一定や等間隔である必要はなく、ナノ粒子２２を効率的に分析する観点から、予め定めた間隔とすることができる。なお、別の実施形態では、供給部３０を固定し、基板１０を図１の左方向に移動させながら、供給部３０から液滴２０を断続的に供給してもよい。

間隔Ｄを小さくすることによって、限られたエリアに多数のナノ粒子を配置することができる。したがって、撮像部５０で観察される視野が狭くても、多くのナノ粒子２２を観察することが可能となる。

供給部３０は、ナノ粒子を含む分散液を収容する収容部４０に接続されている。収容部４０には、溶媒中にナノ粒子が分散する分散液が収容されている。溶媒は、有機溶媒であってもよいし、水であってもよい。分散液におけるナノ粒子２２のモル濃度をＣ［ｍｏｌ／Ｌ］、収容部４０から供給部３０によって基板１０の表面１０ａに供給される液滴２０の体積をＶ［Ｌ］、及び、アボガドロ数をＮ_Ａとしたとき、一つの液滴２０に含まれるナノ粒子の個数の期待値は、Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａで算出することができる。この期待値は、下記式（１）を満たしてよいし、下記式（２）を満たしてよい。これによって、高い確率で液滴２０に含まれるナノ粒子を単量体にすることができる。
０．６＜Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ＜１．８ （１）
０．９＜Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ＜１．２ （２）

基板１０の表面１０ａに配置された液滴２０が乾燥すると、表面１０ａにはナノ粒子２２が残存する。液滴２０は、例えば恒温器に入れて加熱して乾燥させてもよいし、大気中に放置して乾燥させてもよい。溶媒として揮発性のものを用いれば、液滴２０を短時間で乾燥させることができる。

撮像部５０は、基板１０の表面１０ａにおけるナノ粒子２２の画像を取得する。撮像部５０は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）であってよいし、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であってもよい。分析部６０において取得した画像の画像解析を行って、ナノ粒子２２を分析する。ナノ粒子２２の粒径、粒度分布、個数及び組成の少なくとも一つを求めてもよい。ナノ粒子２２の粒径は、投影面積に基づく相当径であってよい。例えば、撮像部５０としてＴＥＭ又はＳＥＭを用い、分析部６０では、ナノ粒子２２の有無を判別したり、ナノ粒子２２の面積相当径を求めたりしてもよい。また例えば、撮像部５０としてＡＦＭを用い、分析部６０においてナノ粒子２２の高さ相当径を求めてもよい。

分析部６０ではナノ粒子２２の粒径及び粒度分布の分析を行ってもよい。また、分析部６０では、ナノ粒子２２の形状の特徴を抽出し、特徴分布の評価を行ってもよい。そのような評価としては、例えば真円度又は楕円率等が挙げられる。このように、ナノ粒子分析システム１００は、ナノ粒子のキャラクタライジングを行うことができる。また、液滴２０にナノ粒子２２が含まれる割合を計測することによって、分散液におけるナノ粒子のモル濃度を求めてもよい。

液滴は、ナノ粒子２２を含むものと含まないものがあってもよい。この場合、分析部６０では、液滴が配置された場所の画像に基づいて、ナノ粒子２２の有無又は個数を判定してもよい。この判定結果に基づいて、分散液に含まれるナノ粒子２２のモル濃度を求めることもできる。このような場合、分析部６０は、分散液を分析することとなる。また、分散液を水で希釈して希釈率（ｋ）の異なる複数の分散液を調製し、それぞれの分散液について分析を行ってもよい。

分析部６０はＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の主記憶装置、キーボード及びマウス等の入力デバイス、ディスプレイ等の出力デバイス、データの送受信を行うためのネットワークカード等の通信モジュール、ハードディスク等の補助記憶装置などを含む通常のコンピュータシステムとして構成されてよい。

ナノ粒子分析システム１００の各構成は自動化されてもよい。これによって、基板１０の表面１０ａに配置される液滴２０の個数を多くすれば、ナノ粒子２２の形状、粒径及び個数に関する情報量を増やして、ナノ粒子２２の分析精度を十分に高くすることができる。

基板１０の表面１０ａにナノ粒子２２が高密度アレイとして配列されていれば、撮像部５０の画像領域が小さくても、多数のナノ粒子２２を効率よく分析することができる。収容部４０の分散液のモル濃度が不明である場合、液滴２０がナノ粒子２２を含む割合から分散液におけるナノ粒子２２のモル濃度を求めてもよい。

ナノ粒子分析システム１００は、ナノ粒子２２の組成を分析する組成分析部を備えていてもよい。組成分析部は、エネルギー分散型又は波長分散型Ｘ線分析装置であってもよいし、ラマン分光分析装置であってもよい。組成分析部を備えることによって、ナノ粒子２２の組成を求めることができる。分析部６０が、組成と、粒径等の他の情報を併せて分析してもよい。

図２は、ナノ粒子分析システムの変形例を示す図である。図２のナノ粒子分析システムでは、ビーカー４２に、溶媒２４中にナノ粒子２２が分散した分散液が収容されている。すなわち、ビーカー４２は収容部として機能する。分散液におけるナノ粒子の分散性向上のため、マグネチックスターラー、ミキサー、超音波バス、又は超音波ホモジナイザーを用いて分散処理を行ってもよい。これによって、弱凝集体をばらばらにして、ナノ粒子の二次粒子（多量体）に対する一次粒子（単量体）の割合を高くすることができる。

ピペット３２を用いて、ビーカー４２から所定量の分散液を分取する。このとき、上記式（１）を満たすような量（Ｖ）を分取すると、分析精度を高くすることができる。基板１０の表面１０ａに、ピペット３２から液滴２０を滴下する。分取及び滴下の操作を繰り返して、基板１０の表面１０ａに所定の間隔Ｄで液滴２０を配置する。ピペット３２は供給部として機能する。

液滴２０を乾燥して溶媒を除去することによって、基板１０の表面１０ａには所定の間隔でナノ粒子２２が配置される。図１のナノ粒子分析システム１００と同様の撮像部を用いて、ナノ粒子２２の画像を取得し、当該画像に基づいてナノ粒子２２を分析する。これによって、ナノ粒子２２の一次粒子の粒径及び個数基準の粒度分布を高精度且つ簡便に測定することができる。

図３（Ａ）は、ナノ粒子の単量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。図３（Ｂ）は、ナノ粒子の単量体、二量体及び三量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。基板１０の表面１０ａに配置された液滴２０には、図３（Ａ）に示すようなナノ粒子２２の単量体（一次粒子）が含まれてもよいし、図３（Ｂ）に示すような二量体及び三量体等の多量体（二次粒子）が含まれていてもよい。

撮像部５０で取得される画像のうち、図３（Ｂ）に示されるようなナノ粒子の二次粒子（多量体）の割合を減らし、図３（Ａ）に示される一次粒子（単量体）の割合を増やせば、測定されるナノ粒子２２の一次粒子の粒径及び粒度分布を高精度に測定することができる。基板１０の表面１０ａに配置された液滴２０の全数に対し、二次粒子を含まず一次粒子のみが含まれる液滴２０の割合は、２０％以上、３０％以上又は４０％以上であってよい。当該割合を高くすることによって、ナノ粒子の粒径及び個数基準の粒度分布の精度を高くすることができる。本開示における二次粒子は、図３（Ｂ）に示すような多量体のみならず強凝集体も含む。

図４は、ナノ粒子の分析方法に用いられる基板の一例を示す図である。図４の基板１０の表面１０ａには、ナノ粒子２２（一次粒子）が高密度アレイとして配列している。基板１０の表面１０ａは、９つの領域７０に区画されており、各領域７０には、８個×１３個＝１１４個のナノ粒子が並んで配置されている。基板１０の表面１０ａには、領域７０が９つあるため、表面１０ａには合計で１０２６個のナノ粒子２２が配置されている。図４の上部には一部拡大図を示している。隣り合うナノ粒子２２の横方向の間隔Ｄ１と縦方向の間隔Ｄ２は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ナノ粒子２２は、所定の方向に沿って並ぶように配置されることによって、撮像部５０で取得される画像からナノ粒子２２を検知することが容易となる。間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２は、例えば１〜１００μｍであってよいし、２〜５０μｍであってもよい。なお、間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２は、所定の間隔でありさえすればよく、例えば一定間隔であってよい。基板１０の長さＬ１及びＬ２は、例えば１〜２０ｍｍであってよく、１〜１０ｍｍであってもよい。図４の基板１０は、ナノ粒子マイクロアレイ（ナノパーティクルアレイ）ということもできる。図４の基板１０は、多数のナノ粒子２２が表面１０ａに配置されているため、短時間で効率よくナノ粒子２２の粒径等を計測することができる。

図１，２，４に示される基板１０は、一次粒子の粒径及び個数基準の粒度分布を高精度且つ簡便に測定するために好適に用いることができる。すなわち、基板１０は、粒子分析用（ナノ粒子分析用）に好適に用いられる。上記実施形態は、ナノ粒子２２を分析するための基板１０の使用の一例ということもできる。基板１０の表面１０ａには、ナノ粒子２２が付着して所定の間隔Ｄで配置されていてもよいし、ナノ粒子２２が配置されていなくてもよい。

一実施形態に係る粒子の分析方法は、上述のナノ粒子分析システム又はナノ粒子分析用の基板を用いたナノ粒子の分析方法である。この分析方法は、ナノ粒子が溶媒中に分散した分散液を調製する調製工程と、基板の表面に分散液（ナノ粒子を含有する液滴）を所定の間隔で配置する配置工程と、基板の表面の画像に基づいてナノ粒子を分析する分析工程と、を有する。

調製工程は、溶媒とナノ粒子とを混合して分散液を調製する。分散液におけるナノ粒子のモル濃度Ｃ［ｍｏｌ／Ｌ］は、上記式（１）又は（２）を満たす範囲に調製してもよい。また、分散液を水で希釈して希釈率（ｋ）の異なる複数の分散液を調製してもよい。分散液は、インクジェットノズルに分散液を供給するための収容部に収容してもよいし、図２に示すビーカーのような容器に収容してもよい。

配置工程は、基板の表面に向けて分散液を吐出又は滴下等によって供給し、表面に液滴を配置する。液滴の位置決め精度を高くするため、基板には液滴を位置決めするための位置決め部が設けられていてもよい。液滴には、ナノ粒子の単量体のみが含まれてもよいし、多量体が含まれてもよい。ナノ粒子の粒径及び粒度分布の測定精度向上の観点から、単量体のみを含む液滴の割合が２０％以上であってよく、３０％以上又は４０％以上であってもよい。

分析工程では、液滴が配置された基板の表面の画像に基づいて、例えば、ナノ粒子の粒径、粒度分布、ナノ粒子の個数、及びナノ粒子の組成の少なくとも一つを分析してよい。画像は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像であってよいし、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の画像であってもよい。この画像の画像解析を行って、ナノ粒子を分析する。分析では、ナノ粒子の有無を判定して検出確率を求めてもよいし、ナノ粒子の粒径、粒度分布、個数及び組成の少なくとも一つを求めてもよい。例えば、ＴＥＭ又はＳＥＭの画像から、各液滴におけるナノ粒子の有無を判定したり、ナノ粒子の面積相当径を求めたりしてもよい。また例えば、ＡＦＭ画像から、ナノ粒子の高さ相当径を求めてもよい。

分析工程ではナノ粒子の粒径及び粒度分布の分析を行ってもよい。また、ナノ粒子の形状の特徴を抽出し、特徴分布の評価を行ってもよい。そのような評価としては、例えば真円度又は楕円率等が挙げられる。このように、本実施形態の分析方法は、ナノ粒子のキャラクタライジングを行うことができる。また、液滴にナノ粒子が含まれる割合を算出することによって、分散液におけるナノ粒子のモル濃度を求めてもよい。

本実施形態に係るナノ粒子の分析方法は、ナノ粒子分析システムの説明内容に基づいて実施することができる。したがって、ナノ粒子分析システムの説明内容は、ナノ粒子の分析方法にも適用される。また、ナノ粒子の分析方法の説明内容もナノ粒子分析システムに適用される。

上述のナノ粒子分析システム又はナノ粒子の分析方法によれば、液架橋力によるナノ粒子同士の凝集が抑制される。このため、分散液中に含まれるナノ粒子のモル濃度、ナノ粒子の粒径、粒度分布及び形態等を高い精度で簡便に分析することができる。例えば、ナノ粒子の一次粒子の粒径及び粒度分布を高精度且つ簡便に測定することも可能であるし、分散液中におけるナノ粒子全体のうちの凝集粒子の割合を求めることもできる。

本開示は、ナノ粒子を高精度且つ簡便に分析することが可能なナノ粒子の分析方法及びナノ粒子分析システムを提供することができる。また、そのようなナノ粒子の分析方法及びナノ粒子分析システムに好適に用いられるナノ粒子分析用の基板を提供することができる。

以上、本開示の幾つかの実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、分析される粒子はナノ粒子に限定されず、サブミクロン粒子であってもよい。

実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ポリスチレン製のナノ粒子が純水中に分散された市販の試料（Thermo Fisher Scientific社製、粒子径標準粒子３０００シリーズ、製品番号：３５００Ａ、平均粒径：４９９±５ｎｍ）を準備した。この試料を純水で希釈して、ナノ粒子のモル濃度を０．１８ｐｍｏｌ／Ｌに調整した。図５（Ａ）に示すようなシリコン製の基板１１とインクジェットのノズル３１とを備えるナノ粒子分析システム１１０を用い、図５（Ｂ）に示すように基板１１の表面１１ａに、調整後の試料の液滴２０（１０ｐＬ）を５０μｍ間隔で計４５０個配置した。ナノ粒子分析システム１１０は、液滴２０の吐出状態を監視する監視部７５として、ＣＣＤカメラ７１とこれに接続された顕微鏡７３、及びＬＥＤ光源７２を備えている。また、ナノ粒子分析システム１１０は、ｘ−ｙ方向に移動可能な下側ステージ８２と、ｚ方向に移動可能な上側ステージ８４を備えている。

一つの液滴２０に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）は、１．０８個とした。配置後、液滴２０が乾燥してシリコン基板の表面にナノ粒子が残存した。

図６は、所定の間隔（約５０μｍの一定間隔）でシリコン基板の表面に格子状に並ぶように配置されたナノ粒子を撮影した走査型電子顕微鏡の写真である。このようにシリコン基板の表面に所定の間隔で並ぶように配置されたナノ粒子を、走査型電子顕微鏡で観察した。観察画像から、各液滴に含まれていた一次粒子の個数を計測した。その結果を表１に示す。

表１に示すとおり、個数基準で約４６％の液滴が、ナノ粒子の二次粒子を含まず、一次粒子（単量体）のみを含んでいた。また、液滴の中には二量体及び三量体の他に、４つ以上のナノ粒子で構成される多量体（凝集体）を含んでいたものもあった。一次粒子の数×検出比率で算出される個数平均値は、１．０８個であった（ただし、４個以上は、４個として算出）。

図７（Ａ）は、実施例１におけるナノ粒子の単量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真（倍率：１００００倍）である。図７（Ｂ）は、実施例１におけるナノ粒子の二量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真（倍率：１００００倍）である。図７（Ｃ）は、実施例１におけるナノ粒子の三量体を撮影した走査型電子顕微鏡の写真（倍率：１００００倍）である。

画像処理ソフトウエア（Ｉｍａｇｅ Ｊ）を用いて、単量体として観察されたナノ粒子の粒径（面積相当径）と、個数基準の粒度分布を求めた。図８は、粒度分布の分析結果を示すグラフである。図８に示すとおり、ナノ粒子（一次粒子）の粒径は、４６０〜５４０ｎｍの範囲にあることが確認された。個数基準の平均粒径は４９７．２ｎｍであり、標準偏差は１７．９ｎｍであった。平均粒径の結果は市販品の公称値とよく整合していた。

（実施例２）
ナノ粒子のモル濃度を０．３５ｐｍｏｌ／Ｌに調整したこと、試料の液滴を８．３ｐＬとしたこと以外は、実施例１と同様にして液滴をシリコン基板の表面に５０μｍの一定間隔で計２７０個配置した。すなわち、一つの液滴に含まれるナノ粒子の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）は、１．７５個とした。実施例１と同様にして、走査型電子顕微鏡の観察画像から、各液滴に含まれていたナノ粒子の個数を計測した。その結果を表２に示す。

表１及び表２の結果から、個数の期待値が大きくなると、ナノ粒子が含まれない液滴の割合は減少する一方で、二量体以上のナノ粒子を含む液滴の割合が増加することが確認された。実施例１と同様にして、個数基準の平均粒径と標準偏差を計測したところ、平均粒径は５１４．７ｎｍ、標準偏差は３０．１ｎｍであった。

（実施例３）
ナノ粒子のモル濃度を０．１３ｐｍｏｌ／Ｌに調整したこと、試料の液滴を８．３ｐＬとしたこと以外は、実施例１と同様にして液滴をシリコン基板の表面に５０μｍの一定間隔で計２００個配置した。すなわち、一つの液滴に含まれるナノ粒子の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）は、０．６５個とした。実施例１と同様にして、走査型電子顕微鏡の観察画像から、各液滴に含まれていたナノ粒子の個数を計測した。その結果を表３に示す。

表１及び表３の結果から、期待値が小さくなると、二量体以上のナノ粒子を含む液滴の割合を小さくできるものの、ナノ粒子を含まない液滴の割合が大きくなることが確認された。

（実施例４）
ナノ粒子のモル濃度を０．２３ｐｍｏｌ／Ｌに調整したこと、試料の液滴を８．３ｐＬとしたこと以外は、実施例１と同様にして液滴をシリコン基板の表面に５０μｍの一定間隔で計２００個配置した。すなわち、一つの液滴に含まれるナノ粒子の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）は、１．１４個とした。実施例１と同様にして、走査型電子顕微鏡の観察画像から、各液滴に含まれていたナノ粒子の個数を計測した。その結果を表４に示す。

実施例４では、ナノ粒子の単量体のみを含む液滴の割合が約４０％であり、実施例１の次に高かった。これらの結果から、個数の期待値を１に近づければ、ナノ粒子の単量体のみを含む液滴の割合を高くできることが確認された。実施例１と同様にして、個数基準の平均粒径と標準偏差を計測したところ、平均粒径は４８７．２ｎｍ、標準偏差は２９．１ｎｍであった。

（比較例１）
シリカ粒子（ナノ粒子）が溶媒中に分散している市販の分散液を基板に滴下して乾燥させた。図９は、基板の表面に配置されたナノ粒子の走査型電子顕微鏡の写真である。図９に示すとおり、液滴を所定の間隔で配置することなく、数ｍＬの分散液をまとめて基板に滴下した比較例１では、ナノ粒子が凝集していることが確認された。これは、乾燥の際に、液架橋力によって液滴に含まれるナノ粒子が凝集したものと考えられる。このように凝集すると、画像処理によって単量体の粒径及び粒度分布を測定することは困難である。また、分散液におけるナノ粒子の分散性を評価することも困難である。

（実施例５）
実施例１とは、ナノ粒子の粒径が異なる試料を準備した。すなわち、試料として、ポリスチレン製のナノ粒子が純水中に分散された市販の試料（Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製、型番：６４０１０）を準備した。販売元から提供される、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で決定された試料中の粒子情報の公称値は以下のとおりであった。
・平均粒径：１００±１．３ｎｍ
・変動係数（ＣＶ）：１２．１０％

この試料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、シリコン製の基板の表面に液滴（約１０ｐＬ）を５０μｍ間隔で計８０個配置した。一つの液滴に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）は、１．０１個とした。配置後、液滴が乾燥してシリコン基板の表面にナノ粒子が残存した。

シリコン基板の表面に所定の間隔で並ぶように配置されたナノ粒子を、走査型電子顕微鏡で観察した。観察画像から、各液滴に含まれていた一次粒子の個数を計測した。その結果を表５に示す。

表５に示すとおり、個数基準で５５％の液滴が、ナノ粒子の二次粒子を含まず、一次粒子（単量体）のみを含んでいた。また、液滴の中には二量体及び三量体の他に、４つ以上のナノ粒子で構成される多量体（凝集体）を含んでいたものもあった。（一次粒子の数）×（検出比率）で算出される個数平均値は、０．９７個であった（ただし、４個以上は、４個として算出）。

画像処理ソフトウエア（Ｉｍａｇｅ Ｊ）を用いて、単量体として観察されたナノ粒子の粒径（面積相当径）と、個数基準の粒度分布を求めた。図１０は、粒度分布の分析結果を示すグラフである。図１０に示すとおり、ナノ粒子（一次粒子）の粒径は、８０〜１５０ｎｍの範囲にあることが確認された。個数基準の平均粒径は１１５．７ｎｍであり、標準偏差は１７．４ｎｍであった。平均粒径の結果は市販品の公称値と若干乖離していた。この要因としては、走査型電子顕微鏡で観察する際、Ａｕ膜を塗布していたが、高倍率での観察条件であり、チャージアップが発生して粒子像がぼやけていたことが挙げられる。したがって、走査型電子顕微鏡の観察条件を調整すれば、測定精度を上げることは可能である。

基板上に配列したナノ粒子の位置決め精度を以下の手順で評価した。２４０μｍ×１６０μｍのエリア内において二次元のｘ−ｙ座標系を作成した。そして、配列したナノ粒子粒子の位置座標（ｘ，ｙ）により，ｘ（ｙ）方向に沿って各行（列）における最小二乗法による直線を求めた。各ナノ粒子の位置座標から最小二乗法による直線までの最短距離を計測し、これをナノ粒子の位置誤差とした。図１１は、ｘ方向に沿う任意の行におけるナノ粒子の位置誤差を模式的に示す図である。

その結果、ｘ方向に沿って配列したナノ粒子の位置誤差の平均値は２．３μｍであり、標準偏差は２．０μｍであった。ｙ方向に沿って配列したナノ粒子の位置誤差の平均値は３．２μｍであり、標準偏差は２．５μｍであった。

（実施例６）
ＪＳＲ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製の平均粒径１．００５μｍの粒子の分散液を準備した。販売元から提供される重量濃度から算出した分散液中の粒子数の濃度は１．８×１０^１０個／ｍＬ（モル濃度：２９．８９ｐｍｏｌ／Ｌ）である。この試料を純水で希釈して、粒子のモル濃度を０．２０ｐｍｏｌ／Ｌに調整した。調整後、約５０分間、分散液を超音波分散させた。実施例１と同様に、図５（Ａ）に示すようなシリコン製の基板１１と、インクジェットのノズル３１（クラスターテクノロジー社のパルスインクジェット）を備える粒子分析システム１１０を用い、図５（Ｂ）に示すように、基板１１の表面１１ａに超音波分散後の試料の液滴２０を５０μｍ間隔で計２０７個配置した。吐出される液滴の体積は８．７ｐＬとした。一つの液滴に含まれる粒子（一次粒子）の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）は、１．０５個とした。配置後、液滴が乾燥して基板の表面に粒子が残存した。

図１２は、粒子が配列した基板１１の表面１１ａの顕微鏡写真である。顕微鏡としては、共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス社製、装置名：ＬＥＸＴ ＯＬＳ−４０００）を用いた。

基板１１の表面１１ａに所定の間隔で並ぶように配置された粒子を、走査型電子顕微鏡で観察した。観察画像から、各液滴に含まれていた一次粒子の個数を計測した。その結果は表６に示すとおりであった。

（実施例７，８）
粒子のモル濃度を０．１６ｐｍｏｌ／Ｌ及び０．１２ｐｍｏｌ／Ｌに調整したこと以外は、実施例６と同様にして、ノズル３１を用いて液滴を吐出して基板１１の表面１１ａ上に粒子を配列させた。そして、実施例６と同様にして各液滴に含まれていた一次粒子の個数を計測した。その結果は表６に示すとおりであった。

実施例６の粒子の分散液（０．２０ｐｍｏｌ／Ｌ）では、６９．１％の比率で粒子の単量体が検出された。「一次粒子の数」×「検出比率」で算出される個数平均値は、１．３６個であり（ただし、４個以上は、４個として算出）、期待値（１．０５個）よりも大きかった。

粒子の濃度を実施例６よりも低くした実施例７，８では、実施例６と同様にして算出した個数平均値は、それぞれ１．０８個及び０．８８個であった。これらは、いずれも期待値（それぞれ、０．８４個及び０．６３個）よりも大きかった。期待値に対する個数平均値の比は、いずれも約１．３であった。このように、期待値と個数平均値にズレがあるのは、市販の分散液における粒子の重量濃度の公称値に誤差があるためと考えられる。

図１３は、実施例６〜８において、分散液における粒子のモル濃度と、一つの液滴に含まれる粒子（一次粒子）の個数毎の頻度との関係を示すグラフである。この結果から、分散液における粒子の濃度を調整することによって、１個の粒子（一次粒子）を含む液滴の比率を調整できることが確認された。

実施例５と同様にして、実施例６の粒子の位置誤差の平均値を求めた。また、粒子のピッチ間隔も求めた。その結果、縦方向（ｙ方向）における位置誤差の平均値は１．２８μｍであり、ピッチ間隔の平均値は４９．８３μｍであった。

粒子の位置誤差が生じる原因としては、液滴の着弾位置のズレ、及び、粒子の固定位置と液滴の中心とのズレが推測される。そこで、実施例６で基板の表面上に配置された液滴の着弾痕から、液滴の着弾位置の誤差の平均値を求めた。着弾位置の誤差の平均値は、粒子の位置誤差の平均値と同様にして求めた。その結果、着弾位置の誤差の平均値は１．４３μｍであった。

図１４に示すような走査型電子顕微鏡の画像を用いて、基板の表面上における粒子の固定位置の液滴中心からの位置ズレを評価した。液滴中心は、着弾痕に沿って描かれる円の中心として求めた。測定された位置ズレの平均値は４．５μｍであった。したがって，配列された粒子の位置誤差を生じる主な原因は、粒子が固定される位置と、液滴の中心とのズレであることが分かった。したがって、基板の表面に吐出される液滴の体積を小さくすることによって、粒子の配列の位置誤差を低減できると考えられる。

（実施例９）
ＪＳＲ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製のポリスチレン製の粒子（型番：ＳＣ−１０３−Ｓ）の分散液を準備した。販売元から提供される、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で決定された粒子情報の公称値は以下のとおりであった。
・平均粒径：１．００５±０．０２１μｍ
・変動係数（ＣＶ）：２．３１％

この分散液における粒子の固形分の濃度は１重量％、粒子のモル濃度は２９．９ｐｍｏｌ／Ｌ、比重は１．０５であった。この試料を脱イオン水で１５０倍に希釈して、粒子のモル濃度を０．２０ｐｍｏｌ／Ｌに調整した。

実施例１と同様に、図５（Ａ）に示すようなシリコン製の基板１１とインクジェットのノズル３１を備える粒子分析システム１１０を用い、図５（Ｂ）に示すようにして基板１１の表面１１ａに超音波分散後の試料の液滴２０（８．１ｐＬ）を５０μｍ間隔で配置した。

基板１１の表面１１ａにおいて、２０７個の液滴を走査型電子顕微鏡で観察した。図１５（ｂ）は、走査型電子顕微鏡による観察画像の写真である。観察の結果、２０７個の液滴のうち、１７０個の液滴には、１個の一次粒子（サブミクロン粒子）が観察された。また、２６個の液滴には２個以上の二次粒子が観察された。「一次粒子の数」×「検出比率」で算出される個数平均値は、１．０５個であった。基板１１の表面１１ａにおける６０μｍ×６０μｍの領域には４つの粒子が存在していた。

実施例６と同様にして、基板の表面上における粒子の固定位置と、液滴中心との位置ズレを評価した。３つの粒子について位置ズレを測定したところ、その平均値は１．２μｍであり、標準偏差は１．０μｍであった。

（比較例２）
実施例９と同じ粒子の分散液を用いて、粒子のモル濃度が０．２０ｐｍｏｌ／Ｌである分散液を調製した。この分散液を基板の表面に滴下して乾燥させた。液滴の体積は１０μＬとした。図１５（ａ）は、基板の表面に配置された粒子の走査型電子顕微鏡の写真である。図１５（ａ）に示すとおり、殆どの一次粒子が凝集していた。基板の表面の中央領域（６０μｍ×６０μｍ）における粒子数は１８２個であり、そのうち、凝集していない一次粒子の個数は１８個であった。このように凝集していない一次粒子の割合が極めて低いことから、画像処理によって単量体の粒径及び粒度分布を測定することは困難である。また、分散液におけるナノ粒子の分散性を評価することも困難である。

（実施例１０）
ＪＳＲ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製のポリスチレン製のナノ粒子の分散液（型番：ＳＣ−０１６−Ｓ）を準備した。この分散液における固形分（ナノ粒子）の重量濃度は１重量％、モル濃度は８４６７．５ｐｍｏｌ／Ｌであった。この分散液の販売元による、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で決定された粒子情報の公称値は以下のとおりであった。
・平均粒径：１５２±７ｎｍ
・変動係数（ＣＶ）：２．４６％

この分散液を脱イオン水で、４２３３８倍又は３２５６７倍に希釈して、ナノ粒子の濃度が０．２０ｐｍｏｌ／Ｌである分散液（Ａ）と、０．２６ｐｍｏｌ／Ｌである分散液（Ｂ）を調製した。

上記分散液（Ａ），（Ｂ）とは別の分散液を以下の手順で調製した。ＪＳＲ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製のポリスチレン製のナノ粒子の分散液（型番：ＳＣ−０５２−Ｓ）を準備した。この分散液における固形分（ナノ粒子）の重量濃度は１重量％、モル濃度は２４３．７ｐｍｏｌ／Ｌであった。この分散液の販売元による、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で決定された粒子情報の公称値は以下のとおりであった。
・平均粒径：４９８±３ｎｍ
・変動係数（ＣＶ）：１．１５％

この分散液を脱イオン水で、１２１９倍又は９３７倍に希釈して、ナノ粒子の濃度が０．２０ｐｍｏｌ／Ｌである分散液（Ｃ）と、０．２６ｐｍｏｌ／Ｌである分散液（Ｄ）を調製した。分散液（Ｂ）と分散液（Ｄ）を１：１の重量比で混合して分散液（Ｅ）を調製した。これらのモル濃度は、販売元による重量濃度を、ナノ粒子の平均粒径と比重（理論値）とアボガドロ数を用いて算出した値である。

上述のとおり調製した分散液（Ａ）〜（Ｅ）をフィルタでろ過した。分散液（Ａ）及び分散液（Ｂ）のろ過には、孔径０．２２μｍのフィルタを用いた。分散液（Ｃ）、分散液（Ｄ）及び分散液（Ｅ）のろ過には、孔径１．２μｍのフィルタを用いた。

実施例１と同様に、図５（Ａ）に示すようなシリコン製の基板１１とインクジェットのノズル３１を備えるナノ粒子分析システム１１０を用い、図５（Ｂ）に示すようにして基板１１の表面１１ａに超音波分散後の試料（分散液（Ａ）〜（Ｅ））の液滴２０（８．１ｐＬ）を５０μｍ間隔で配置した。そして、実施例１と同様にして各液滴（１００個）に含まれていた一次粒子の個数を計測した。

図１６は、分散液（Ｃ）及び分散液（Ｄ）を用いたときの一つの液滴に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数と液滴数との関係を示すグラフである。図１７は、分散液（Ｂ）、分散液（Ｄ）及び分散液（Ｅ）を用いたときの一つの液滴に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数と液滴数との関係を示すグラフである。図１６に示すとおり、ナノ粒子の濃度が０．２０ｐｍｏｌ／Ｌである分散液（Ｃ）の場合、一つの液滴内に含まれる一次粒子の数が１個である液滴の比率は６０．２％であった。ナノ粒子の濃度が０．２６ｐｍｏｌ／Ｌである分散液（Ｄ）の場合も、一つの液滴内に含まれる一次粒子の数が１個である液滴の比率が最も高かった。図１７に示すとおり、粒径の異なるナノ粒子含む分散液（Ｅ）を用いた場合でも、一つの液滴内に含まれる一次粒子の数が１個である液滴の比率が最も高かった。

分散液（Ａ）〜（Ｅ）のそれぞれについて、平均粒子数を求めた。この平均粒子数は、「一次粒子の数」×「検出比率」の計算式で算出される。結果は表７に示すとおりであった。表７には、一つの液滴に含まれるナノ粒子（一次粒子）の個数の期待値（Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ）も併せて示した。

分散液（Ｂ）及び分散液（Ｃ）の平均粒子数は約１個であった。分散液（Ａ）では、平均粒子数と期待値との差が０．２個を超えていた。このように期待値と一致しない理由としては、市販品の公称の重量濃度の誤差と、フィルタを用いたろ過の影響が考えられる。分散液（Ａ）で求めた平均粒子数は、０．７７（個）であったことから、以下の計算式でモル濃度（校正値）を求めた。
モル濃度（校正値）＝０．７７／Ｖ／Ｎ_Ａ

その結果、分散液（Ａ）のモル濃度（校正値）は、０．１６ｐｍｏｌ／Ｌであった。これは、本開示のナノ粒子の分析方法及び分析システムによって、ナノ粒子を含む分散液のモル濃度を校正することが可能であることを意味する。分散液（Ｂ）〜（Ｅ）についても同様に校正したモル濃度を表７に示す。

分散液（Ｅ）の場合、平均粒子数は１．０４であり、このうち、粒径が１５２ｎｍのナノ粒子の平均粒子数は０．３８であった。すなわち、分散液（Ｅ）に含まれる粒径が１５２ｎｍのナノ粒子の平均粒子数は、平均粒径が１５２ｎｍであるナノ粒子のみを含む分散液（Ｂ）の平均粒子数よりも小さかった。平均粒径が１５２ｎｍであるナノ粒子の濃度が０．１３ｐｍｏｌ／である分散液の場合、粒子数の期待値は０．４９個である。上述の平均粒子数（０．３８個）がこの期待値（０．４９個）よりも小さいのは、粒径が１５２ｎｍであるナノ粒子が、粒径が４９８ｎｍのナノ粒子に隠れていてカウントされていない可能性が考えられる。

分散液（Ｅ）を用いて基板の表面上に配置された合計１５９個の一次粒子（ナノ粒子）の直径を、画像解析法によって測定した。その結果、一次粒子の平均粒径は３５３．３ｎｍであった。図１８は、一次粒子の粒径分布を示す図である。図１８に示すとおり１５４．１ｎｍと４８４．４ｎｍの２箇所にピークがあった。一つ目のピークは、市販品の公称値である平均粒径（１５２ｎｍ）とほぼ一致していた。また、二つ目のピークは、市販品の公称値である平均粒径（４９８ｎｍ）とほぼ一致していた。このように、サイズの異なる粒子を含む混合物であっても、本開示のナノ粒子の分析方法及び分析システムを用いて、ナノ粒子の粒径分布を正確に測定できることが確認された。

図１９は、基板１１の表面１１ａに配置されたナノ粒子を走査型電子顕微鏡で観察したときの画像を示す写真である。図１９（ａ）は、１５２μｍのナノ粒子を含む分散液を吐出した場合の液滴の着弾痕内におけるナノ粒子のＳＥＭ写真である。図１９（ｂ）は、４９８μｍのナノ粒子を含む分散液を吐出したとき場合の液滴の着弾痕内におけるナノ粒子のＳＥＭ写真である。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）中、点線は液滴の着弾痕を示している。いずれも、着弾痕内にナノ粒子が配置されていることが確認された。

（実施例１１）
実施例１０で用いたＪＳＲ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社製のポリスチレン製のナノ粒子を含む２種類の分散液（分散液Ｆ：ＳＣ−０５２−Ｓ（粒径：４９８ｎｍ）、分散液Ｇ：ＳＣ−０１６−Ｓ（粒径：１５２ｎｍ））を準備した。これらを蒸留水で希釈して、ナノ粒子の濃度が異なる複数の分散液を調製した。ナノ粒子のモル濃度が０．２９ｐｍｏｌ／Ｌの分散液を基準（希釈率ｋ＝１）とし、希釈率ｋが０．７〜０．９の分散液を調製した。各分散液のナノ粒子のモル濃度を、販売元から提示されるナノ粒子の重量濃度と平均粒径と比重（理論値）と希釈率から計算した。また、分散液を所定の希釈率で希釈した希釈液について、８．１ｐＬの液滴を１００個配置した場合のナノ粒子の個数の期待値を、ｋ×Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａで計算した。期待値は、表８に示すとおりであった。

実施例１と同様に、図５（Ａ）に示すようなシリコン製の基板１１とインクジェットのノズル３１を備えるナノ粒子分析システム１１０を用い、図５（Ｂ）に示すようにして基板１１の表面１１ａに超音波分散後の分散液の液滴２０（８．１ｐＬ）を５０μｍ間隔で配置した。そして、実施例１と同様にして各液滴（１００個）に含まれていた一次粒子の個数を計測した。このような計測を、分散液Ｆ，Ｇを所定の希釈率で希釈した各分散液について行った。結果は表８に示すとおりであった。

表８に示すとおり、実測された粒子数は、どちらの粒径の場合も期待値よりも少なかった。この要因としては、市販品の公称濃度の誤差、フィルタを用いたろ過の影響、及び液滴サイズのばらつき等の要因が考えられる。

図２０は、分散液の希釈率（ｋ）を横軸に、実測した粒子数（Ｎ）を縦軸にとったときの両者の関係を示すグラフである。これらの関係を回帰直線（Ｎ＝α×ｋ＋ｐ）で表すと、回帰直線の傾きαは、Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａとなる。そこで、分散液Ｆ，Ｇのそれぞれの回帰直線の傾きαを求め、そのαから分散液Ｆ，Ｇにおけるナノ粒子のモル濃度Ｃを求めた。その結果は、表８に示すとおりであった。このように、希釈率が異なる分散液を調製し、それぞれの粒子数を分析することによって、希釈前（ｋ＝１）の分散液におけるナノ粒子のモル濃度を分析できることが確認された。なお、実測されたモル濃度は、モル濃度の計算値（０．２９ｐｍｏｌ／Ｌ）と一致しなかった。これは、市販品の公称濃度の誤差、フィルタを用いたろ過の影響、及び液滴サイズのばらつき等の要因が考えられる。

本開示によれば、ナノ粒子を高精度且つ簡便に分析することが可能なナノ粒子の分析方法及びナノ粒子分析システムが提供される。また、そのようなナノ粒子の分析方法及びナノ粒子分析システムに好適に用いられるナノ粒子分析用の基板が提供される。

１０，１１…基板，１０ａ，１１ａ…表面，２０…液滴，２２…ナノ粒子（粒子），２４…溶媒，３０…供給部，３１…ノズル，３２…ピペット，４０…収容部，４２…ビーカー，５０…撮像部，６０…分析部，７０…領域，７１…ＣＣＤカメラ，７２…ＬＥＤ光源，７３…顕微鏡，７５…監視部，８２…下側ステージ，８４…上側ステージ，１００，１１０…ナノ粒子分析システム（粒子分析システム）。

Claims (22)

1. 粒子が分散する分散液から分取した液滴を、基板の表面に所定の間隔で配置する配置工程と、
   前記液滴が配置された前記基板の表面の画像に基づいて、前記分散液又は粒子を分析する分析工程と、を有する、粒子の分析方法。
2. 前記粒子がナノ粒子である、請求項１に記載の分析方法。
3. 前記分析工程では、粒子の有無、個数、濃度、粒径、粒度分布及び組成の少なくとも一つを分析する、請求項１又は２に記載の粒子の分析方法。
4. 前記基板に配置される液滴の２０％以上が、粒子の二次粒子を含まず一次粒子のみを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の分析方法。
5. 前記配置工程では、前記液滴を吐出するノズル、又は前記基板を移動しながら、前記液滴を前記基板の表面に配置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の分析方法。
6. 前記配置工程では、インクジェットノズルから前記液滴を吐出して前記表面に前記液滴を配置する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の分析方法。
7. 前記分散液における粒子のモル濃度をＣ［ｍｏｌ／Ｌ］、前記分散液から分取される液滴の体積をＶ［Ｌ］、及び、アボガドロ数をＮ_Ａとしたときに下記式（１）を満たす、請求項１〜６のいずれか一項に記載の分析方法。
   ０．６＜Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ＜１．８ （１）
8. 前記配置工程では、前記基板に設けられた位置決め部に前記粒子を配置する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の分析方法。
9. 基板と、
   粒子が分散する分散液から分取した液滴を、前記基板の表面に所定の間隔で配置する供給部と、
   前記液滴が配置された前記基板の表面の画像を取得する撮像部と、
   前記画像に基づいて前記分散液又は粒子を分析する分析部と、を備える、粒子分析システム。
10. 前記粒子がナノ粒子である、請求項９に記載の粒子分析システム。
11. 前記分析部では、粒子の有無、個数、濃度、粒径、粒度分布及び組成の少なくとも一つを分析する、請求項９又は１０に記載の粒子分析システム。
12. 前記基板に配置される液滴の２０％以上が、粒子の二次粒子を含まず一次粒子のみを含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の粒子分析システム。
13. 前記供給部は、前記液滴を吐出するノズル又は基板を移動させながら前記液滴を前記基板の表面に配置する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の粒子分析システム。
14. 前記供給部はインクジェットノズルを有する、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の粒子分析システム。
15. 前記分散液を収容する収容部を有し、
    前記分散液における粒子のモル濃度をＣ［ｍｏｌ／Ｌ］、前記分散液から分取される液滴の体積をＶ［Ｌ］、及び、アボガドロ数をＮ_Ａとしたときに下記式（１）を満たす、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の粒子分析システム。
    ０．６＜Ｖ×Ｃ×Ｎ_Ａ＜１．８ （１）
16. 前記表面に、粒子を位置決めする位置決め部を有する、請求項９〜１５のいずれか一項に記載の粒子分析システム。
17. 粒子が分散する分散液から分取した液滴が所定の間隔で配置される表面を有し、
    前記液滴が配置された前記表面の画像に基づいて前記分散液又は粒子が分析される、粒子分析用の基板。
18. 前記粒子がナノ粒子である、請求項１７に記載の基板。
19. 前記画像に基づいて、粒子の有無、個数、濃度、粒径、粒度分布及び組成の少なくとも一つが分析される、請求項１７又は１８に記載の基板。
20. 前記液滴の２０％以上が粒子の二次粒子を含まず一次粒子のみを含む、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の基板。
21. 前記表面に、粒子を位置決めする位置決め部を有する、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の基板。
22. 前記表面に粒子が配置されている、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の基板。