JP5498308B2 - Light scattering intensity measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、光散乱強度測定方法に関する。
The present invention relates to a method for measuring light scattering intensity.
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。 The dynamic light scattering method is now an established technology, and particle size measuring devices for fine particles using this method are widely used (see, for example, Non-Patent Document 1). Advantages include fewer required parameters, non-destructive measurement, and easy handling. This dynamic light scattering method realizes high-accuracy measurement in an environment where a single scattering theory, that is, a theory that once scattered light can be detected without being scattered again by other fine particles can be applied. For example, in a dilute particle-containing solution having fine particles of 0.01% by mass or less, a measurement value relating to the particle diameter can be obtained with high accuracy. However, on the other hand, depending on the particle size and refractive index, if the effect of the phenomenon that the concentration of fine particles is high and multiple scattering, that is, once scattered light hits other fine particles and is scattered again, is not negligible, The dynamic characteristics of fine particles required by a measuring instrument on the premise of single scattering theory are different from actual ones.
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S1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。 FIG. 6 is an explanatory diagram modeling and showing the difference in the light scattering phenomenon as described above depending on the particle concentration. In general, in a dilute system, it can be assumed that the particle S 1 can freely perform Brownian motion and the light L is scattered only once (see FIG. 6A). On the other hand, in the dense system, since one or more scatterings are mixed (see FIG. 6B), in the measurement based on the single scattering, the phenomenon does not match the theory and the actual measurement, and the measurement cannot be performed.
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。 In contrast, the present inventors have previously developed a dynamic light scattering measurement apparatus and a light scattering intensity measurement method that enable measurement of particle diameter with high accuracy in a dispersion containing fine particles at a high concentration (special characteristics). Application 2009-159307). This is a dynamic light scattering measurement apparatus having a low coherence light source and incorporating a Mach-Zehnder interferometer. This enables accurate particle size measurement in a dispersion containing fine particles at a high concentration. Furthermore, the present inventors have extracted a specific problem in the measurement technique using such a low-coherence light source, solved this, and made a dynamic light scattering measurement that enables a more accurate and simple measurement operation. Research and development on the device and light scattering intensity measurement method were advanced. In addition, we considered that the technology can be applied to an apparatus incorporating a Michelson interferometer using a low-coherence light source, and considered providing it as a highly versatile technology.
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を提供することを課題とする。
Therefore, the present invention provides a light scattering intensity using a low-coherence light source that enables measurement of the average particle size and distribution of fine particles with high accuracy and simple operation even in a dispersion containing fine particles at a high concentration. It is an object to provide a measurement method .
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の干渉計を使用し、微粒子を分散させた分散液中の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である第1の光ファイバの端部を分散液に挿し入れて、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、マッハツェンダー型の干渉計は、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、分岐した一方の光を参照光とし、他方の光は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、参照光と前記散乱光とを第2の光カプラーで結合するものであり、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て位相変換器を介して第2の光カプラーに第2乃至第4の光ファイバで導き参照光とし、第1の光カプラーで分岐した照射光を第5の光ファイバでサーキュレーターに導き、サーキュレーターから照射光を第1の光ファイバで分散液中に導き、分散液中から散乱光を第1の光ファイバでサーキュレーターに導き、サーキュレーターから散乱光を第6の光ファイバで第2の光カプラーに導くイバで導き、サーキュレーターから第2の光カプラーに散乱光を第6の光ファイバで導くことを特徴とする光散乱強度測定方法。
(2)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)に記載の光散乱強度測定方法。
(3)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)または(2)に記載の光散乱強度測定方法。
The above problem has been solved by the following means.
(1) An irradiation condensing unit that uses a Mach-Zehnder type interferometer having a low coherence light source, irradiates light to the fine particles in the dispersion in which the fine particles are dispersed , and collects backscattered light . 1 is a light scattering intensity measurement method in which the end of one optical fiber is inserted into a dispersion to measure the dynamic characteristics of fine particles. A Mach- Zehnder interferometer uses light from a low- coherence light source as a first light. branches at the coupler, one of the light branching and reference light, the other light is a scattered light obtained by being light collector is irradiated to the fine particle dispersion through the irradiation condensing unit, the the reference light scattering Light is coupled by a second optical coupler, the light from the low coherence light source is branched by the first optical coupler, and the second to fourth light is coupled to the second optical coupler via the phase converter. The first optical coupler is guided by a fiber and used as a reference light. The irradiating light branched off at-is guided to the circulator by the fifth optical fiber, the irradiating light from the circulator is guided to the dispersion liquid by the first optical fiber, and the scattered light from the dispersion liquid is guided to the circulator by the first optical fiber. The scattered light from the circulator is guided by Iva that guides the scattered light to the second optical coupler through the sixth optical fiber, and the scattered light is guided from the circulator to the second optical coupler by the sixth optical fiber. Method.
( 2 ) The method for measuring light scattering intensity according to (1) , wherein the coherence length of the low- coherence light source is 0.1 to 100 μm.
( 3 ) The method for measuring light scattering intensity according to (1) or (2) , wherein optical path length decomposition of scattered light is possible and particle size and / or particle size distribution can be measured by Brownian motion.
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。 The light scattering intensity measurement method using the low coherence light source of the present invention enables measurement of the average particle size and distribution of fine particles with high accuracy and simple operation even in a dispersion containing fine particles at a high concentration. Become.
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。
Hereinafter, preferred embodiments of the light scattering intensity measurement method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As such an embodiment, a dynamic light scattering measurement apparatus using a Mach-Zehnder interferometer (first embodiment) and a dynamic light scattering measurement apparatus using a Michelson interferometer will be described separately. Both form a single inventive concept with the same or corresponding technical features. Note that this description is not construed as being limited by the description of this embodiment.
[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F5からの光を光ファイバF1に導き、光ファイバF1からの光を光ファイバF6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F7が接続され、光ファイバF7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S2に微粒子S1を分散させたものである。
[First Embodiment]
FIG. 1a is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a dynamic light scattering measurement apparatus of the present invention equipped with a Mach-Zehnder interferometer. FIG. 1 b is an enlarged cross-sectional view of a main part schematically showing the periphery of the irradiation condensing part. In the present embodiment, a low
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S1に照射し散乱光を集光する照射集光部は、光ファイバF1の照射集光部(光ファイバ端部)F1aであることが好ましい。光ファイバF1の端部F1a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)F1bが略同一平面であるように、光ファイバF1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F1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。 As shown the enlarged sectional view in FIG. 1 (b), the irradiation condensing section for condensing the scattered light is irradiated to the microparticles S 1 dispersed in the dispersion liquid S is irradiated condensing the optical fiber F 1 Part (optical fiber end) F 1a is preferred. Face end F 1a of the optical fiber F 1, for example a core 23, cladding 22, so that each of the irradiated condensing section end surface (end surface optical fiber) F 1b is substantially coplanar, where the optical fiber F 1 and example cut May be the end face. Furthermore, the aim of flights measurement, may comprise a housing to be able to fix the optical fiber F 1.
光ファイバF1の端部F1a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F1の端面F1b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。
The end F 1a of the optical fiber F 1 is inserted at a necessary distance from the bottom and wall surface of the
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。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F1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F3と光ファイバF4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。
The wavelength of the SLD of the low
In the middle of the optical path through which one of the divided lights is guided, a phase modulation unit including
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F2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F3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F4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drefを有する。
Below, the optical path of the reference light and scattered light (measurement light) in this embodiment is demonstrated.
(Reference light)
The light of the low coherence
(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F5を通り、サーキュレーター3により光ファイバF1を通り、光ファイバF1の端部F1aから分散液Sに入射光L1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L2のように再び光ファイバF1の端部F1aに入射し、光ファイバF1を通って、サーキュレーター3により光ファイバF6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dsca=d1+d2を有する。従って、光路長dscaには、界面P1から散乱位置P2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S1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。
(Scattered light)
In contrast, the other of the lights divided by the first
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drefと対応する特定の光路長dscaを有する位置にある微粒子S1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F1の端部F1aが分散液Sと接触するため、同じ光路長dscaを有する位置の微粒子S1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。
Therefore, in consideration of the phase modulation adjusted by the
以下に、マイケルソン型の干渉計を備えた参考例として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。
Hereinafter, an embodiment of a dynamic light scattering measurement apparatus as a reference example provided with a Michelson interferometer will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows a schematic configuration diagram.
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F1、F8、F9、F10、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。
The optical system constituting the Michelson interferometer includes an
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F8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F9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F9に入り、光カプラー12及び光ファイバF10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。
Below, the optical path of the reference light and measurement light (scattered light) in this embodiment is demonstrated.
(Reference light)
The light from the low-
(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F1を通り、光ファイバF1の端部F1a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F1の端部F1aに入射し、光ファイバF1を通り、光カプラー12を経由して光ファイバF10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dref’と対応する特定の光路長dsca’を有する位置にある微粒子S1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F1の端部F1aが分散液Sと接触するため、同じ光路長dsca’を有する位置の微粒子S1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。
(Scattered light)
In contrast, the other of the lights divided by the
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S1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S1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。 Use one of the above-described dynamic light scattering measuring apparatus, the light scattering intensity measuring method of the present invention for measuring the dynamic characteristics of the dispersion particles S 1 dispersed in S is in particulate S 1 light The irradiation condensing part which irradiates and condenses backscattered light is inserted in the dispersion liquid S, and it can measure, and it can measure more simply and with high precision. The dynamic characteristics of the fine particles are characteristics specified by the Brownian motion in the fine particle dispersion, and include the particle size, distribution thereof, and the like. The optical path length decomposition of light scattered light is a function of detecting light scattered by a specific optical path length from scattered light generated by a sample. More specifically, single scattered light is a function for distinguishing between a region having a short main optical path length and multiple scattered light being a region having a long main optical path length. In addition, it is a function capable of distinguishing between scattered light generated in the vicinity of the cell / dispersion liquid or fiber end face / dispersion interface and scattered light generated in a deep part away from the interface.
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F1の照射集光部F1a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)F1a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。
3 and 4 show examples of various cells suitable for the present invention in cross-sectional views.
As shown in the sectional view of FIG. 3, the
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F1が蓋21aを垂直に貫通した状態で、照射集光部(端部)F1a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F1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。
Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 4, the irradiation condensing part (end part) F 1a is the dispersion liquid S in the state where the optical fiber F 1 vertically penetrates the
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。
The first embodiment (embodiment using a Mach-Zehnder type interferometer) is preferably applied to the measurement in the dispersion liquid containing fine particles of high concentration and nanometer order. According to the first embodiment, it is possible to easily perform particle size measurement with extremely high accuracy in a dispersion containing fine particles having a particle size of less than 100 nm (actually 10 nm or more) and having a high concentration of fine particles. In addition, it is possible to measure a wide particle size, or to measure and calculate their scattering coefficient, and to calculate a diffusion coefficient in a dispersion liquid containing a fine particle having a particle size of less than 100 nm and a particle having a particle size of 100 nm or more. Is possible. The polydispersed state typically refers to a state in which fine particles having different particle diameters are present in the dispersion and show two or more peaks in the particle size distribution. However, a broad particle size distribution may exist in a wide particle size range, and this may be included in polydispersion.
Furthermore, in order to adjust the reference light intensity and the scattered light intensity to an appropriate intensity ratio, the branching ratio of the first
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。 According to the first and second embodiments, in a dispersion containing pigments such as a color filter and an ink jet ink, under conditions containing fine particles at a high concentration (the concentration is not particularly limited, for example, 0.0001 to 50% by mass) , Preferably 0.001 to 50% by mass, more preferably 0.01 to 30% by mass), and the aggregation state can be quantified, and further, quality control and process management using the same can be performed. In addition, the measurement target is not limited to inorganic and organic particles, and in a wide range of fields such as magnetic particles used in recording media and various particles used in the medical and bio fields, etc. It can be applied to light scattering analysis that can be developed for behavioral evaluation. Furthermore, the present invention is not limited to fine particles, and can be applied to analysis of gel structures and polymer structures in solutions that cause multiple scattering and differences between places.
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。その他の種々の変更を施すことが可能である。
The present invention is not limited to the embodiment shown above . It is possible to apply the other various changes.
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。 In the following, including the points already mentioned above, the specific advantages obtained by the preferred embodiments of the present invention will be described.
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)P2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F1bから散乱位置P2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。
A. Efficient measurement operation (no need for focusing and optical path adjustment)
First, for the purpose of contributing to an understanding of the characteristics of the dynamic light scattering measurement device and the light scattering intensity measurement method of the present invention, an irradiation condensing unit using a collimator lens 8 and an
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。
B. Diversification of measurement forms (easy combination with other measuring devices)
According to a preferred embodiment of the present invention, as described above, the irradiation condensing unit can be used by being inserted into a dispersion together with a detection unit such as a commercially available vibration type viscosity measuring device or a temperature control system. it can. Therefore, for example, viscosity, temperature, and the like and information on the size of the fine particles can be measured and collected at the same time, and simultaneous measurement / simultaneous evaluation of many items, which has been difficult in the past, becomes possible. As a result, it is possible to deal with a small amount of sample and in a field where high-precision measurement without deviation of the sample state is required.
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。
C. Elimination of the influence of the outer surface of the sample cell (exclusion of frost adhesion)
In the apparatus configuration shown in FIG. 7, depending on the temperature of the measurement sample and the material of the wall of the cell, frost forms on the surface of the
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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.
[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。
[Preparation of dispersion]
Commercial polystyrene water dispersions 101a, 102a, and 103a were purchased and the particle size was evaluated with a transmission electron microscope. As a result, the center particle diameters of the polystyrene particles contained in the polystyrene aqueous dispersions 101b, 102b, and 103b were 252 nm, 99 nm, and 23 nm, respectively. Thereafter, using the aqueous polystyrene dispersions 101b, 102b, and 103b, dispersions 101, 102, and 103 having a fine particle concentration adjusted to 10% by mass were obtained and placed in vials, respectively.
(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F1の端部F1a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。
Example 1
In this example, a dynamic light scattering measurement apparatus equipped with a Mach-Zehnder interferometer whose schematic configuration diagram and main part enlarged cross-sectional view are shown in FIG. 1 was used. The used low coherence
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F1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。
FIG. 5A shows the analysis result of the sample 102 in a graph. FIG. 5B shows, as a reference example, a graph showing an analysis result measured using the collimator lens 8 and the
(参考例1〜3)
参考例においては、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。
( Reference Examples 1-3 )
In the reference example , a dynamic light scattering measurement apparatus equipped with a Michelson interferometer whose schematic configuration is shown in FIG. 2 was used. Other than that was measured and analyzed similarly to Examples 1-3, respectively. Table 1 shows the evaluation of the analysis results.
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。 As can be seen from the above results, according to the present invention, it can be seen that the average particle diameter and the distribution of the fine particles can be measured accurately and simply. In particular, it can be seen that by using a Mach-Zehnder type interferometer, even nanometer-sized fine particles can be accurately measured in a high-concentration dispersion.
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
6 A/Dボード
6a BNCケーブル
7 PC
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
F1〜F10光ファイバ
F1a 照射集光部(光ファイバ端部)
F1b 照射集光部端面(光ファイバ端面)
L 光
L1 入射光
L2 散乱光
P1 界面
P2 散乱位置
S 分散液
S1 微粒子
S2 媒体
1 Low coherence
3 Circulator 4 Optical coupler (second coupler)
5 Detector 6 A /
8
14 detector 15
F 1b irradiation condensing part end face (optical fiber end face)
L light L 1 incident light L 2 scattered light P 1 interface P 2 scattering position S dispersion S 1 fine particle S 2 medium
Claims (3)
The light scattering intensity measurement method according to claim 1 or 2 , wherein the optical path length of the scattered light can be resolved, and the particle size and / or particle size distribution can be measured by Brownian motion.
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