JP5713349B2 - Zeta potential measurement method and zeta potential measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、ゼータ電位測定方法及びゼータ電位測定システムに関する。 The present invention relates to a zeta potential measurement method and a zeta potential measurement system.
粒子の重要な指標としてゼータ電位がある。ゼータ電位は、通常、電気泳動させた粒子の移動度を直接観測することによって算出される。このようなゼータ電位測定装置として、例えば、Malvern Instruments Ltd.製ゼータサイザー2000が知られている。 An important indicator of particles is the zeta potential. The zeta potential is usually calculated by directly observing the mobility of the electrophoresed particles. As such a zeta potential measuring device, for example, Zeta Sizer 2000 manufactured by Malvern Instruments Ltd. is known.
一方、微粒子表面のゼータ電位の差を利用して微粒子を分級する方法が、近年盛んに検討されている(特許文献1〜3参照)。
On the other hand, methods for classifying fine particles using the difference in zeta potential on the surface of fine particles have been actively studied in recent years (see
微粒子表面のゼータ電位の差を利用して微粒子を分級する方法においては、粒径ごとの精密なゼータ電位の数値が必要になる。 In a method of classifying fine particles using a difference in zeta potential on the surface of the fine particles, a precise numerical value of zeta potential for each particle size is required.
しかしながら、上述のようなゼータ電位測定装置では、懸濁液中の粒子の移動度を直接観測するため、懸濁液中の粒子の粒径ごとのゼータ電位を簡便に測定することはできない。そこで本発明者は、粒径ごとのゼータ電位を簡便に測定できる新たな方法の探索を行った。 However, since the zeta potential measuring apparatus as described above directly observes the mobility of particles in the suspension, it cannot simply measure the zeta potential for each particle size of the particles in the suspension. Therefore, the present inventors have searched for a new method that can easily measure the zeta potential for each particle size.
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、粒子の粒径ごとのゼータ電位が簡便に得られるゼータ電位測定方法及びゼータ電位測定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a zeta potential measurement method and a zeta potential measurement system in which a zeta potential for each particle size of particles can be easily obtained.
上述の課題を解決するため、本発明の一側面に係るゼータ電位測定方法は、粒子を含む懸濁液に電界を印加しながら、前記懸濁液中の位置における圧力に関連するパラメータの経時変化を測定するステップと、前記パラメータの経時変化と前記粒子の粒度分布とを用いて、前記粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出するステップと、を含む。 In order to solve the above-described problem, a zeta potential measurement method according to one aspect of the present invention is a method in which a parameter related to pressure at a position in a suspension is changed over time while an electric field is applied to the suspension including particles. And a step of calculating a zeta potential for each particle size of the particles using a change with time of the parameter and a particle size distribution of the particles.
上記ゼータ電位測定方法では、粒子が移動することによって、懸濁液中の位置より上に存在する懸濁液の柱状部分の密度が経時変化する。このため、懸濁液中の位置における圧力に関連するパラメータが経時変化する。ここで、ゼータ電位は粒径ごとに異なるため、電界による粒子の移動速度も粒径ごとに異なる。そのため、懸濁液中の位置における圧力に関連するパラメータの経時変化には、粒径ごとのゼータ電位が反映されることになる。したがって、パラメータの経時変化と粒子の粒度分布とを用いることによって、粒子の粒径ごとのゼータ電位が簡便に得られる。 In the above zeta potential measurement method, the density of the columnar portion of the suspension existing above the position in the suspension changes with time as the particles move. For this reason, the parameter related to the pressure at the position in the suspension changes with time. Here, since the zeta potential is different for each particle size, the moving speed of the particles due to the electric field is also different for each particle size. Therefore, the zeta potential for each particle size is reflected in the change with time of the parameter related to the pressure at the position in the suspension. Therefore, the zeta potential for each particle diameter can be easily obtained by using the change with time of the parameter and the particle size distribution of the particles.
上記ゼータ電位測定方法は、前記パラメータの経時変化を測定する前に、前記懸濁液中の前記粒子に電荷を付与するステップを更に含んでもよい。 The zeta potential measurement method may further include a step of imparting a charge to the particles in the suspension before measuring the time-dependent change of the parameter.
微粒子表面のゼータ電位の差を利用して微粒子を分級する方法を採用する場合、予めビーズミル等により摩擦帯電を行うことが好ましい。ビーズミルでは、分級の対象となる微粒子とは別に粒径の大きい均一径のビーズを懸濁液に投入し、攪拌を行うことによって分級の対象となる微粒子を帯電させる。古典的なゼータ電位の考え方では、同一組成の粒子であればゼータ電位は等しいとされる。しかしながら、予めビーズミル等で摩擦帯電を行う場合、粒径によってゼータ電位が異なるという現象が起こる。これは、分級の対象となる微粒子と粒径の大きい均一径のビーズとの接触性が、微粒子の粒径によって異なる為であると考えられる。 When employing a method of classifying fine particles by utilizing the difference in zeta potential on the surface of the fine particles, it is preferable to perform tribocharging in advance by a bead mill or the like. In the bead mill, apart from fine particles to be classified, beads having a uniform particle size having a large particle diameter are charged into the suspension, and the fine particles to be classified are charged by stirring. According to the classic concept of zeta potential, the zeta potential is equal for particles of the same composition. However, when tribocharging is performed in advance with a bead mill or the like, a phenomenon occurs in which the zeta potential varies depending on the particle size. This is considered to be because the contact property between the fine particles to be classified and the large-diameter bead having a uniform diameter varies depending on the particle diameter of the fine particles.
粒径の大きい均一径のビーズは、プラス又はマイナスに帯電していることが好ましい。ビーズの粒径は均一であればあるほど好ましい結果が得られる。具体的には、ビーズの粒径の変動係数(CV)が3%未満であるようなビーズを用いると良い。このような方法により粒子に電荷を付与した後、上述のゼータ電位測定方法を用いて粒径ごとのゼータ電位を測定しておくことによって、分級精度の向上が見込める。 It is preferable that the beads having a large diameter and uniform diameter are positively or negatively charged. The more uniform the particle size of the beads, the better results. Specifically, a bead having a coefficient of variation (CV) of the bead particle size of less than 3% may be used. After applying a charge to the particles by such a method, the accuracy of classification can be expected by measuring the zeta potential for each particle size using the above-described zeta potential measurement method.
前記パラメータは、前記懸濁液中の位置に配置された物体の重量であってもよい。この場合、懸濁液中の位置における圧力が経時変化することによって、物体の受ける浮力が経時変化する。例えば、懸濁液中の位置における圧力が経時的に小さくなると、物体の受ける浮力も経時的に小さくなる。この場合、物体の重量は経時的に大きくなる。よって、懸濁液中の位置に配置された物体の重量を測定すれば、粒子の粒径ごとのゼータ電位がより簡便に得られる。物体の重量は、例えば懸濁液中の位置に配置された物体の重量を測定する秤を用いて測定可能である。この場合、秤を懸濁液の上方に配置し、秤から物体を吊り下げることによって物体の重量が測定される。 The parameter may be the weight of an object placed at a position in the suspension. In this case, as the pressure at the position in the suspension changes with time, the buoyancy received by the object changes with time. For example, if the pressure at the position in the suspension decreases with time, the buoyancy received by the object also decreases with time. In this case, the weight of the object increases with time. Therefore, if the weight of the object arranged at the position in the suspension is measured, the zeta potential for each particle diameter can be obtained more easily. The weight of the object can be measured using, for example, a scale that measures the weight of the object placed at a position in the suspension. In this case, the weight of the object is measured by placing the scale above the suspension and suspending the object from the scale.
前記パラメータは、前記懸濁液中の位置における圧力であってもよい。圧力は、例えば懸濁液中の位置における圧力を測定する圧力センサを用いて測定可能である。 The parameter may be a pressure at a position in the suspension. The pressure can be measured using, for example, a pressure sensor that measures the pressure at a position in the suspension.
前記パラメータは、前記懸濁液中の位置における前記懸濁液の濁度又は屈折率であってもよいし、前記懸濁液中の位置における前記懸濁液の粒子密度であってもよい。懸濁液中の粒子密度は、例えばある範囲における前記懸濁液の画像中の粒子数をカウントすることによって測定可能である。 The parameter may be the turbidity or refractive index of the suspension at a position in the suspension, or the particle density of the suspension at a position in the suspension. The particle density in the suspension can be measured, for example, by counting the number of particles in the image of the suspension in a certain range.
本発明の一側面に係るゼータ電位測定システムは、粒子を含む懸濁液に電界を印加するための電極と、前記懸濁液中の位置における圧力に関連するパラメータの経時変化を測定する測定装置と、前記パラメータの経時変化と前記粒子の粒度分布とを用いて、前記粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出する演算装置と、を備える。 A zeta potential measurement system according to one aspect of the present invention includes an electrode for applying an electric field to a suspension containing particles, and a measurement device that measures a change over time in a parameter related to pressure at a position in the suspension. And an arithmetic unit that calculates a zeta potential for each particle size of the particles using the change with time of the parameters and the particle size distribution of the particles.
このシステムでは、上述のように、パラメータの経時変化と粒子の粒度分布とを用いることによって、粒子の粒径ごとのゼータ電位が簡便に得られる。 In this system, as described above, the zeta potential for each particle size of the particles can be easily obtained by using the parameter change with time and the particle size distribution of the particles.
上記ゼータ電位測定システムは、前記懸濁液中の前記粒子に電荷を付与する電荷付与装置を更に備えてもよい。 The zeta potential measurement system may further include a charge imparting device that imparts a charge to the particles in the suspension.
前記測定装置は、前記懸濁液中の位置に配置された物体の重量を測定する秤であってもよい。この場合、上述のように、粒子の粒径ごとのゼータ電位がより簡便に得られる。 The measuring device may be a scale that measures the weight of an object placed at a position in the suspension. In this case, as described above, the zeta potential for each particle size of the particles can be obtained more easily.
前記測定装置は、前記懸濁液中の位置において圧力の経時変化を測定する圧力センサであってもよい。 The measurement device may be a pressure sensor that measures a change in pressure over time at a position in the suspension.
前記測定装置は、前記懸濁液中の位置において前記懸濁液の濁度又は屈折率の経時変化を測定する装置でもよいし、前記懸濁液中の位置において前記懸濁液の粒子密度の経時変化を測定する装置でもよい。粒子密度の経時変化を測定する装置は、ある範囲における前記懸濁液の画像を撮影する装置と、前記画像中の粒子数をカウントする装置とを備えてもよい。 The measuring device may be a device that measures a change over time in turbidity or refractive index of the suspension at a position in the suspension, or the particle density of the suspension at a position in the suspension. An apparatus for measuring a change with time may be used. The apparatus for measuring the change in the particle density with time may include an apparatus for taking an image of the suspension in a certain range and an apparatus for counting the number of particles in the image.
本発明によれば、粒子の粒径ごとのゼータ電位が簡便に得られるゼータ電位測定方法及びゼータ電位測定システムが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the zeta potential measuring method and zeta potential measuring system which can obtain the zeta potential for every particle diameter of particle | grains simply are provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るゼータ電位測定システムを模式的に示す図である。図2は、図1の一部を拡大した図である。図1に示されるゼータ電位測定システム10では沈降天秤法が用いられている。ゼータ電位測定システム10は、電極44,46と、測定装置36と、演算装置38とを備える。ゼータ電位測定システム10は、必要に応じて電荷付与装置12を備えてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a zeta potential measurement system according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of a part of FIG. In the zeta
電荷付与装置12は、例えば攪拌槽14内に収容された懸濁液(スラリー)を攪拌することによって、懸濁液中の粒子(粉体)に電荷を付与すると共に懸濁液中に粒子を均一に分散させることができる。粒子は通常マイナスの電荷を付与されるが、プラスの電荷を付与されてもよい。電荷付与装置12は、例えばビーズミル等の攪拌器である。電荷付与装置12は、例えばコントローラ16に接続される。コントローラ16は、例えば電荷付与装置12の攪拌速度(攪拌翼の周速度)、攪拌時間等を制御することができる。電荷付与装置12は、攪拌以外の方法によって懸濁液中の粒子に電荷を付与してもよい。
The
懸濁液は、粒子と液体(分散液)とを含む。懸濁液中の粒子は、有機粒子でもよいし、無機粒子でもよい。このような粒子は、異方導電膜又は異方導電ペーストに含まれる導電粒子の核体として使用可能である。有機粒子の材料としては、例えばアクリル樹脂、スチレン樹脂、等が挙げられる。無機粒子の材料としては、例えばシリカ(SiO2)等が挙げられる。懸濁液中の粒子の平均粒径は、例えば100μm以下であり、3μm以下でもよいし、50μm以上でもよい。懸濁液中の液体としては、例えば水等が挙げられる。 The suspension includes particles and a liquid (dispersion). The particles in the suspension may be organic particles or inorganic particles. Such particles can be used as a core of conductive particles contained in an anisotropic conductive film or anisotropic conductive paste. Examples of the organic particle material include acrylic resin and styrene resin. Examples of the material of the inorganic particles include silica (SiO 2 ). The average particle diameter of the particles in the suspension is, for example, 100 μm or less, 3 μm or less, or 50 μm or more. Examples of the liquid in the suspension include water.
電荷付与装置12がビーズミルの場合、使用されるビーズは、例えばシリカ等の無機材料からなる。ビーズの粒径は、特に限定されないが、濾別の容易性を考慮すると、100μm以上、1000μm以下であることが好ましい。ビーズが単分散であるほど、粒径に応じた電荷を粒子に付与できる。ビーズの粒径のばらつきについては、粒径の変動係数をCVとして、CV<3%であることが好ましい。
When the
攪拌槽14には、超音波振動子20が取り付けられてもよい。超音波振動子20は、超音波発信器22によって駆動され、攪拌槽14内の懸濁液に超音波を照射する。これにより、懸濁液中の粒子の凝集が抑制されると共に、懸濁液中に粒子をより均一に分散させることができる。
An
攪拌槽14には、例えばバルブ18が設けられている。バルブ18の開閉は、コントローラ16によって制御される。バルブ18が開くと、懸濁液は、配管24を通った後、供給管26及びバイパス管28を経由して沈降槽30に供給される。電荷付与装置12がビーズミルの場合、使用されるビーズの粒径は、懸濁液中の粒子の粒径より大きいことが好ましい。これにより、ビーズがバルブ18を通過することを抑制できる。
For example, a
電極44,46間において、粒子を含む懸濁液に電界が印加される。電界は、例えば重力方向に沿って印加される。電極44,46は、例えば金属や導電性高分子等の導電性材料からなる。電極44は、例えば沈降槽30の底面に配置された金属プレートである。電極46は、例えば沈降槽30内に収容された懸濁液の液面に配置された金属メッシュである。電極44,46は、例えば電気配線を介してそれぞれDC電源48に接続される。これにより、電極44,46間に電圧ΔVが印加される。電極44,46間の電圧ΔVは、1〜200Vであることが好ましい。例えば電極44をプラス電位、電極46をマイナス電位とすることができる。
An electric field is applied to the suspension containing particles between the
測定装置36は、懸濁液の液面からの深さh(懸濁液中の位置)における圧力に関連するパラメータの経時変化を測定する。深さhは例えば8cm程度である。本実施形態において、測定装置36は、深さhに配置された検出容器32(物体)の重量を測定する秤である。秤としては、例えば測定精度の高い精密電子天秤が挙げられる。検出容器32の重量は、深さhにおける圧力に関連するパラメータの一例である。検出容器32の重量を測定することによって、深さhにおける圧力を間接的に検知することができる。測定装置36は、演算装置38に接続されている。これにより、測定装置36において測定された検出容器32の重量データは演算装置38に送られる。
The measuring
検出容器32は、例えば支持ワイヤ34によって測定装置36から吊り下げられている。検出容器32は、対向する電極44,46間に配置されている。検出容器32の底面は深さhに位置する。検出容器32内には、懸濁液が充填されている。バイパス管28から沈降槽30内に懸濁液を供給することによって、懸濁液の供給によって検出容器32が振動することを抑制できる。
The
演算装置38は、パラメータの経時変化と粒子の粒度分布とを用いて、粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出する。本実施形態において、演算装置38は、検出容器32の重量の経時変化と粒子の粒度分布とを用いて、粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出する。演算装置38は、例えばコンピュータである。演算装置38は、例えばハードディスク等の記憶装置を有してもよい。演算装置38には、例えばディスプレイ等の出力装置40と、例えばキーボード等の入力装置42が接続されている。粒子の粒度分布は、例えば動的光散乱法を用いた粒度分布測定装置によって予め測定され、演算装置38の記憶装置に記録されている。
The
図3は、第1実施形態に係るゼータ電位測定方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るゼータ電位測定方法は、例えば図1に示されるゼータ電位測定システム10によって行われる。
FIG. 3 is a flowchart showing the zeta potential measurement method according to the first embodiment. The zeta potential measurement method according to the present embodiment is performed by, for example, the zeta
まず、懸濁液中の粒子に電荷を付与する(ステップS1)。本実施形態では、電荷付与装置12を用いて攪拌槽14内の懸濁液中の粒子に電荷を付与する。粒子に電荷を付与した後、攪拌槽14内の懸濁液を沈降槽30に供給する。ただし、粒子に電荷を付与するステップS1を行わなくてもよい。
First, a charge is applied to the particles in the suspension (step S1). In the present embodiment, charges are imparted to particles in the suspension in the stirring
次に、粒子を含む懸濁液に電界を印加しながら、パラメータの経時変化を測定する(ステップS2)。本実施形態では、電極44,46を用いて、沈降槽30内の懸濁液に電界を印加する。電界を印加し続ける間、測定装置36を用いて検出容器32の重量の経時変化を測定する。測定された検出容器32の重量の経時変化は、演算装置38の記憶装置に記録される。
Next, a parameter change with time is measured while applying an electric field to the suspension containing particles (step S2). In the present embodiment, an electric field is applied to the suspension in the
次に、パラメータの経時変化と粒子の粒度分布とを用いて、粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出する(ステップS3)。本実施形態では、検出容器32の重量の経時変化と粒子の粒度分布とを用いて、演算装置38が以下のように粒径ごとのゼータ電位を算出する。
Next, the zeta potential for each particle size is calculated using the parameter change with time and the particle size distribution (step S3). In the present embodiment, using the time-dependent change in the weight of the
測定された検出容器32の重量の経時変化については、任意の時刻tにおいて、以下の式(1)が成立する。
Gtは、時刻tにおける重量変化量を示す。Gteは、測定終了時刻における重量変化量を示す。Wtは、時刻tにおいて測定された検出容器32の重量を示す。Wteは、測定終了時刻において測定された検出容器32の重量を示す。W0は、初期(時刻t=0)において測定された検出容器32の重量を示す。f(Dp)は粒子の粒度分布を示す。Dpは粒径を示す。Deは所定の粒径を示す。hは懸濁液の液面からの深さを示す。νは粒子の移動速度を示す。tは時刻を示す。よって、νtは粒子の移動距離に対応する。
G t represents the amount of weight change at time t. G te indicates the amount of weight change at the measurement end time. W t indicates the weight of the
左辺のGt/Gteは、時刻tにおいて深さhを通過した粒子の総質量が、測定終了時刻において深さhを通過した粒子の総質量に占める割合を示している。右辺の前半部分は、所定の粒径De以上の粒径を有する粒子が、時刻tにおいて深さhを通過していることを示す。右辺の後半部分は、所定の粒径De以下の粒径を有する粒子のうち、深さhから上に距離νtまでの範囲に位置する粒子だけが、時刻tにおいて深さhを通過していることを示す。 G t / G te on the left side indicates the ratio of the total mass of particles that have passed the depth h at time t to the total mass of particles that have passed the depth h at the measurement end time. First half of the right side shows that the particles having a particle size larger than a predetermined particle size D e has passed through the depth h at the time t. Second part of the right side, of the particles having a particle size not greater than a predetermined particle diameter D e, only particles located within a range of a distance νt on the depth h will pass through the depth h at the time t Indicates that
粒子の移動速度ν(Dp)は、以下の式(2)で表される。粒子の移動速度ν(Dp)は式(1)の粒子の移動速度νと同じものである。
ρpは粒子の密度を示す。ρfは分散液の密度を示す。gは重力加速度を示す。μは分散液の粘度を示す。eは自然対数の底(約2.7)を示す。εは分散液の誘電率を示す。ΔVは懸濁液に印加された電圧を示す。lは対向する電極間距離を示す。ζはゼータ電位を示す。 [rho p represents the density of the particles. ρ f represents the density of the dispersion. g represents gravitational acceleration. μ indicates the viscosity of the dispersion. e indicates the base of natural logarithm (about 2.7). ε represents the dielectric constant of the dispersion. ΔV represents the voltage applied to the suspension. l represents the distance between the opposing electrodes. ζ represents the zeta potential.
右辺の前半部分は、重力による粒子の沈降速度(ストークスの式)に対応する。右辺の後半部分は、電界による粒子の移動速度に対応する。 The first half of the right side corresponds to the particle settling velocity due to gravity (Stokes equation). The latter half of the right side corresponds to the speed of particle movement by the electric field.
ゼータ電位は粒径に依存するので、ゼータ電位ζは粒径Dpの関数H(Dp)である。ゼータ電位の近似式として例えば2次式を用いると以下の式(3)が成立する。なお、ゼータ電位の近似式としては、例えば3次式、4次式等の高次式を用いてもよい。
ζ=aDp 2+bDp+c (3)
Since the zeta potential depends on the particle size, the zeta potential ζ is a function H (D p ) of the particle size D p . For example, when a quadratic expression is used as an approximate expression of the zeta potential, the following expression (3) is established. As an approximate expression of the zeta potential, for example, a higher order expression such as a cubic expression or a quartic expression may be used.
ζ = aD p 2 + bD p + c (3)
一方、粒子の粒度分布f(Dp)を、例えば動的光散乱法を用いた粒度分布測定装置によって予め測定する。また、検出容器32の重量の経時変化の実験データから、複数(例えば40個)の時刻tにおいて式(1)の左辺であるGt/Gteを算出する。これらの値を式(1)に当てはめ、式(1)〜(3)を用いて、実験値(複数の時刻tにおいて算出されたGt/Gte)に合うように、a,b,cの最適値を決定する。ゼータ電位の近似式をn次式とした場合、n+1個の最適値が決定される。
On the other hand, the particle size distribution f (D p ) of the particles is measured in advance by, for example, a particle size distribution measuring apparatus using a dynamic light scattering method. Further, G t / G te which is the left side of the expression (1) is calculated from a plurality of (for example, 40) time t from the experimental data of the change over time of the weight of the
上述の手順は、コンピュータプログラムによって実行されてもよい。コンピュータプログラムは、演算装置38の記憶装置に格納されてもよいし、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、その他の記憶装置に格納されてもよい。
The above procedure may be executed by a computer program. The computer program may be stored in a storage device of the
ステップS1の後、4時間以内、更に好ましくは1時間以内にステップS2を開始することが好ましい。この場合、粒径に対するゼータ電位の微分値(勾配)が大きくなる。 It is preferable to start step S2 within 4 hours, more preferably within 1 hour after step S1. In this case, the differential value (gradient) of the zeta potential with respect to the particle size increases.
本実施形態に係るゼータ電位測定システム10及びゼータ電位測定方法では、粒子が移動することによって、懸濁液の液面からの深さhより上に存在する懸濁液の柱状部分の密度が経時変化する。このため、深さhにおける圧力が経時変化することによって、検出容器32の受ける浮力が経時変化する。例えば、深さhにおける圧力が経時的に小さくなると、検出容器32の受ける浮力も経時的に小さくなる。その結果、検出容器32の重量が経時的に大きくなる。ここで、ゼータ電位は粒径ごとに異なるため、電界による粒子の移動速度も粒径ごとに異なる。そのため、検出容器32の重量の経時変化には、粒径ごとのゼータ電位が反映されることになる。したがって、検出容器32の重量の経時変化と粒子の粒度分布とを用いることによって、粒子の粒径ごとのゼータ電位が簡便に得られる。また、通常は困難である平均粒径10μm以上の大粒子のゼータ電位であっても測定することができる。
In the zeta
ゼータ電位が粒径ごとに異なることを利用すると、粒子の分級を行うことができる。粒径に対するゼータ電位の微分値(勾配)が大きいと、分級を行って得られる粒子における粒径の変動係数(CV)を小さくすることができる。 Using the fact that the zeta potential is different for each particle size, the particles can be classified. When the differential value (gradient) of the zeta potential with respect to the particle size is large, the coefficient of variation (CV) of the particle size in the particles obtained by classification can be reduced.
次に、図4〜6を用いて、懸濁液中の粒子をシリカ粒子とした場合の実験例について説明する。 Next, experimental examples in the case where the particles in the suspension are silica particles will be described with reference to FIGS.
図4は、粒度分布の一例を示すグラフである。横軸は粒径Dp(μm)を示す。縦軸は頻度(%)を示す。 FIG. 4 is a graph showing an example of the particle size distribution. The horizontal axis indicates the particle size D p (μm). The vertical axis represents frequency (%).
図5は、検出容器の重量の経時変化(沈降曲線)の一例を示すグラフである。横軸は時刻t(秒)を示す。縦軸は検出容器32の重量(グラム)を示す。電極44,46間に印加される電圧が0Vの場合、検出容器32の重量は経時変化していない。電極44,46間に印加される電圧が70Vの場合、検出容器32の重量は経時的に増加している。図5に示されるように、電界を印加することにより、細かい粒子であっても沈降速度を早くすることができる。
FIG. 5 is a graph showing an example of the change over time (sedimentation curve) of the weight of the detection container. The horizontal axis indicates time t (seconds). The vertical axis represents the weight (gram) of the
図6は、粒径とゼータ電位との関係の一例を示すグラフである。横軸は粒径Dp(μm)を示す。縦軸はゼータ電位(mV)を示す。シリカ粒子の密度ρpを2.24g/cm3とした。ビーズミルの回転数を2300rmpとした。図6に示されるように、粒径が大きくなるに連れてゼータ電位の絶対値が徐々に小さくなっている。なお、ビーズミルの回転数によってゼータ電位の値は異なる。 FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the particle size and the zeta potential. The horizontal axis indicates the particle size D p (μm). The vertical axis represents the zeta potential (mV). The density ρ p of the silica particles was 2.24 g / cm 3 . The number of revolutions of the bead mill was 2300 rpm. As shown in FIG. 6, the absolute value of the zeta potential gradually decreases as the particle size increases. The value of the zeta potential varies depending on the number of rotations of the bead mill.
次に、図7〜8を用いて、懸濁液中の粒子をアクリル樹脂粒子(中位径2.59μm、比重1.18g/cm3)とした場合の実験例について説明する。 Next, an experimental example in which the particles in the suspension are acrylic resin particles (median diameter 2.59 μm, specific gravity 1.18 g / cm 3 ) will be described with reference to FIGS.
図7は、検出容器の重量の経時変化の別の例を示すグラフである。横軸は時刻t(秒)を示す。縦軸は検出容器32の重量(グラム)を示す。電極44,46間に印加される電圧ΔVを30Vとした。アクリル樹脂粒子の濃度C0を0.75wt%とした。粒径100μmのシリカ粒子を用いて、周速度(uθ)6.65m/sで30分間ビーズミルを行うことによって、アクリル樹脂粒子に電荷を付与した。
FIG. 7 is a graph showing another example of the change over time of the weight of the detection container. The horizontal axis indicates time t (seconds). The vertical axis represents the weight (gram) of the
図8は、粒径とゼータ電位との関係の別の例を示すグラフである。横軸は粒径Dp(μm)を示す。縦軸はゼータ電位(mV)を示す。アクリル樹脂粒子の密度ρpeを1.18g/cm3とした。図8に示されるように、粒径が大きくなるに連れてゼータ電位の絶対値が徐々に大きくなっている。樹脂粒子のゼータ電位の勾配(図8)は、無機粒子のゼータ電位の勾配(図6)と逆になっている。ゼータ電位の個数平均は−37.1mVであった。一方、ゼータサイザーにより測定されたゼータ電位は−42mVであった。本実施形態において測定されたゼータ電位は、ゼータサイザーにより測定されたゼータ電位に近い値であった。 FIG. 8 is a graph showing another example of the relationship between the particle size and the zeta potential. The horizontal axis indicates the particle size D p (μm). The vertical axis represents the zeta potential (mV). The density ρ pe of the acrylic resin particles was 1.18 g / cm 3 . As shown in FIG. 8, the absolute value of the zeta potential gradually increases as the particle size increases. The gradient of the zeta potential of the resin particles (FIG. 8) is opposite to the gradient of the zeta potential of the inorganic particles (FIG. 6). The number average of the zeta potential was -37.1 mV. On the other hand, the zeta potential measured with a zeta sizer was -42 mV. The zeta potential measured in the present embodiment was a value close to the zeta potential measured by the zeta sizer.
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態に係るゼータ電位測定システムを模式的に示す図である。図9に示されるゼータ電位測定システム10Aは、検出容器32、支持ワイヤ34及び測定装置36に代えて圧力検知部54、支持部材52及び測定装置50を備えること以外は、図1に示されるゼータ電位測定システム10と同一の構成を備えている。よって、ゼータ電位測定システム10Aは、検出容器32、支持ワイヤ34及び測定装置36を除くゼータ電位測定システム10の構成に基づく作用効果と同様の作用効果を少なくとも奏する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a diagram schematically showing a zeta potential measurement system according to the second embodiment. The zeta
圧力検知部54は、懸濁液の液面から深さhに配置されている。圧力検知部54は、支持部材52を介して測定装置50に接続されている。本実施形態において、測定装置50は、深さhにおいて圧力の経時変化を測定する圧力センサである。測定装置50は、演算装置38に接続されている。これにより、測定装置50において測定された圧力データは演算装置38に送られる。演算装置38は、深さhにおける圧力の経時変化と粒子の粒度分布とを用いて、第1実施形態と同様にゼータ電位を算出することができる。この場合、式(1)の左辺は、Pt/Pteとなる。Ptは、時刻tにおける圧力変化量を示す。Pteは、測定終了時刻における圧力変化量を示す。なお、懸濁液の液面にも別の圧力検知部を配置して圧力を測定し、懸濁液の液面と深さhとの間の圧力差を測定してもよい。
The
本実施形態では、深さhにおける圧力に関連するパラメータの一例として、深さhにおける圧力が測定される。この場合、粒子が移動することによって、深さhにおける圧力は経時的に小さくなる。本実施形態では、第1実施形態と同様に、深さhにおける圧力の経時変化と粒子の粒度分布とを用いることによって、粒子の粒径ごとのゼータ電位が簡便に得られる。 In the present embodiment, the pressure at the depth h is measured as an example of a parameter related to the pressure at the depth h. In this case, as the particles move, the pressure at the depth h decreases with time. In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the zeta potential for each particle diameter of the particles can be easily obtained by using the change with time of the pressure at the depth h and the particle size distribution of the particles.
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、懸濁液の液面から深さhにおける圧力に関連するパラメータは、任意の物理量を用いて圧力を変換して得られるパラメータでもよいし、圧力を間接的に検知可能なパラメータでもよい。 For example, the parameter related to the pressure at the depth h from the liquid level of the suspension may be a parameter obtained by converting the pressure using an arbitrary physical quantity, or may be a parameter capable of indirectly detecting the pressure.
10,10…Aゼータ電位測定システム、12…電荷付与装置、32…検出容器(物体)、36,50…測定装置、38…演算装置、44,46…電極。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記パラメータの経時変化と前記粒子の粒度分布とを用いて、前記粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出するステップと、
を含む、ゼータ電位測定方法。 Measuring an aging of a parameter related to pressure at a position in the suspension while applying an electric field to the suspension containing particles;
Calculating the zeta potential for each particle size of the particles using the time course of the parameters and the particle size distribution of the particles;
A zeta potential measurement method comprising:
前記懸濁液中の位置における圧力に関連するパラメータの経時変化を測定する測定装置と、
前記パラメータの経時変化と前記粒子の粒度分布とを用いて、前記粒子の粒径ごとのゼータ電位を算出する演算装置と、
を備える、ゼータ電位測定システム。 An electrode for applying an electric field to a suspension containing particles;
A measuring device for measuring a time-dependent change of a parameter related to pressure at a position in the suspension;
An arithmetic unit that calculates a zeta potential for each particle size of the particles, using the change over time of the parameters and the particle size distribution of the particles;
A zeta potential measurement system comprising:
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