JP2021135240A - 移動粒子の評価方法及び評価装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の一実施形態である第1の実施形態に係る移動粒子の評価方法について説明する。本評価方法においては、レーザー光を照射すると発光又は散乱により粒子から光が出射される現象を利用することで、移動速度等の粒子の状況を評価する。本評価方法の実施に当たっては、図1に示す評価装置1が用いられる。評価装置1は、レーザー光源11、ビームスプリッター12、複数のミラー13、レンズ14〜16、分光器17、光電子増倍管18、オシロスコープ19及び解析部20を備えている。レーザー光源11から出射されたレーザー光はビームスプリッター12によって2本の光路を形成するように分割される。これら2本の光路は複数のミラー13によってレンズ14へと導かれる。レンズ14は、上記2本の光路を経たレーザー光をサンプルSにおいて重ね合わせる。これにより、図2(a)〜図2(c)に一例を示す干渉縞がサンプルS上に形成される。図2(a)〜図2(c)の干渉縞においては、図中の上下方向に沿って延びた複数本の光の筋が図中の左右方向に関して間隔dで並んでいる。なお、間隔dは、レンズ14からの2本の光路間の角度を2*θとし、レーザー光の波長をλとするとき、d=λ/(2*sinθ)で求められる。
第1の実施例では、サンプルとして直径が500ナノメートルである真球のポリスチレン粒子を用いた。このサンプルを所定の濃度となるように純水に混合し、スライドグラス上に滴下して均等に広げ、そのスライドグラスをデシケーター中に約半日置いて乾燥させた。その後、スライドガラスを、図1の構成と同様の構成を有する実験系中のサンプルの位置に設置すると共に、スライドグラスをスピーカーのコーンの部分に張り付け、スピーカーを振動させた。これにより、スライドガラス上の粒子を移動させつつ、本実施形態に係る移動粒子の評価方法に基づいて粒子の状況を評価した。なお、実験系において使用した機材は以下の通りである。レーザー光源11としては、KLASTECH(登録商標)製のSCHERZO(登録商標)シリーズ(50mWタイプ)を用いた。分光器17としては、リツー応用光学製のMC−10Nを用いた。光電子増倍管18としては、浜松ホトニクス(登録商標)製のR928を用いた。
透明な外壁を有する光学セルに純水(18.6℃)を充填し、第1の実施例と同じ実験系中のサンプルの位置に設置した。そして、第1の実施例と同じポリスチレンの粒子を第1の実施例とは異なる濃度で水と混合し、これを上記光学セル中の純水に1〜2滴添加して、水中で移動する粒子の状況を、本実施形態に係る移動粒子の評価方法に基づいて評価した。なお、干渉縞は、粒子が落下する方向ではなく、落下する方向とは直交する方向に関して光の筋が並ぶように形成した。このため、本実施例において導出された粒子の速度は、落下する方向とは直交する方向に関する。また、干渉縞の間隔dは2.01*10^(−6)(m)とした。図9は、これにより算出した自己相関関数I’(τ)を示す。図9のグラフには矢印で示す位置にピークが表れた。ピーク同士の間隔は概ね2000ミリ秒であった。一方、ポリスチレンの粒子径及び水温に基づいて求めた水中の拡散係数D=8.52*10^(−13)(m^2/秒)に基づくと、粒子の速度Vは1.31*10^(−6)となる。この速度Vと上記dに基づくと、自己相関関数に表れるピークの間隔はd/V=1540ミリ秒となる。このように、理論値と実験値が概ね対応していることが示される。
本発明の別の実施形態である第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においては、第1の実施形態と同様、評価装置1が用いられる。本実施形態に係る移動粒子の評価方法は、周期的に発生する粒子出射光を上記数式1に示す自己相関関数I’(τ)によって捉えることで、粒子の配置上の不均一性を以下の通りに評価する。
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
1 評価装置
11 レーザー光源
20 解析部
Claims (6)
- 粒子が光の干渉縞を横断することに起因して前記粒子からの光の強度に生じる周期的な変化に基づいて、前記粒子における前記光の干渉縞を横断する速度、前記粒子の拡散速度及び前記粒子の配置上の不均一性の少なくともいずれかを評価することを特徴とする移動粒子の評価方法。
- 前記周期的な変化の周期と前記干渉縞の間隔とに基づいて前記横断する速度を導出することを特徴とする請求項1に記載の移動粒子の評価方法。
- 前記粒子からの光の強度の時間変化に関する自己相関に基づいて前記周期的な変化を評価することを特徴とする請求項1又は2に記載の移動粒子の評価方法。
- 前記周期的な変化として前記自己相関に表れるピークの高さにおける遅延時間に対する変化に基づいて前記拡散速度を評価することを特徴とする請求項3に記載の移動粒子の評価方法。
- 前記周期的な変化として前記自己相関に表れるピークの高さに基づいて前記不均一性を評価することを特徴とする請求項3に記載の移動粒子の評価方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の評価方法に使用される装置であって、
光の干渉縞を形成する光学系と、
前記光学系が形成した光の干渉縞を粒子が横断する際に発生する前記粒子からの光の強度に関する自己相関を導出する導出手段と、を備えていることを特徴とする移動粒子の評価装置。
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