JP7097175B2 - 粒子物性測定用セル及びこれを用いた粒子物性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子物性測定用セル及びこれを用いた粒子物性測定装置に関するものである。

粒子物性測定装置として被検対象に含まれる粒子の粒子径分布を測定する粒子径分布測定装置がある。従来の粒子径分布測定装置では、特許文献１に示されるように、例えばインクの原液等の高濃度かつ低粘度の被検対象を測定する場合に、一対の平行平板状に形成された窓板の間にスペーサを挟んで構成された粒子物性測定用セルを用いている。

ここで、例えば高濃度の被検対象を希釈することなく粒子径分布を測定するためには、粒子物性測定用セルに収容された被検対象の厚みを小さくして、所定の透過率となるように光路長を例えば数μｍから数十μｍオーダとなるように短くする必要がある。また、被検対象の濃度が小さくても吸光係数の値が大きい場合に、希釈なしで粒子径分布を測定するためには、同様に光路長を短くしなくてはならない。

ところで、図７（ａ）に示すように、平行平板状の各窓板２１Ａ、２２Ａの間に非常に短い隙間を形成すると、各窓板の界面で一部の光について反射が繰り返され、図７（ｂ）に示すように、検出器５Ｂであるリングディテクタ上において透過光によるスポットＰ１だけでなく、反射光の干渉により別のスポットＰ２が発生してしまうことがある。このように反射光の干渉が検出器５Ｂによって検出されてしまうと、測定誤差として表れてしまう。

このため、従来の被検対象が高濃度であったり、吸光係数の大きかったりする場合に用いられるいわゆる高濃度セルでは、上述したような干渉光の影響を抑えるために、窓材の内面又は外面に対して反射防止コーティングが施されている。

しかしながら、窓材に対して反射防止コーティング処理を施す分だけ製造コストが上昇し、また、窓材に使用できる材質も反射防止コーティングを施すことができるものに限定されてしまう。さらに、反射防止膜を溶かしてしまうような液体を隙間内に導入することはできず、測定できるサンプルにも制限が発生してしまう。

特許第２９１０５９６号公報

本発明は、上述したような問題を鑑みてなされたものであり、例えば濃度が高い、あるいは、モル吸光係数の大きい被検対象を希釈なしで光学的な測定を行う際に、反射コーティング膜を施さなくても、反射光による測定誤差を低減できる粒子物性測定用セル、及び、これを用いた粒子物性測定装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る粒子物性測定用セルは、第１外面、及び、前記第１外面に対向する第１内面を有する第１窓板と、第２内面、及び、前記第２内面に対向する第２内面を有し、前記第１内面に対して前記第２内面が対向するように配置された第２窓板と、前記第１内面と前記第２内面との間に形成され、被検対象が収容される隙間と、を備えた粒子物性測定用セルであって、少なくとも前記第１窓板、及び、前記第２窓板において光が通過する光通過領域では、前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、他の一部の面、又は、他の全部の面に対して傾斜していることを特徴とする。

このようなものであれば、前記第１窓板、及び、前記第２窓板を通過する光が界面において反射したとしても、傾斜している少なくとも１つの面によって反射方向を測定対象としたい透過光や散乱光の進行方向とは異なる方向にすることができる。

したがって、反射光による干渉を生じにくくすることができ、例えば粒子径分布測定等の粒子物性を光に基づいて測定する場合に測定誤差を低減できる。

また、前記第１窓板と前記第２窓板の各界面において反射光が生じてもよいので、従来のように前記第１内面、又は、前記第２内面に反射防止コーティング膜を形成する必要がない。このため、前記第１窓板、及び、前記第２窓板の材質には反射防止コーティング処理による制約が発生せず、種々のものを選択できる。

さらに、反射防止コーティング膜が侵されるような性質を有する被検対象であるため従来、測定が困難であったものも、本発明によれば精度よく測定する事が可能となる。

前記第１窓板、又は、前記第２窓板自体の構造によって、各面の内の少なくとも１つの面を他の面に対して傾斜させて、反射光が検出器に到達しないようにするには、前記第１窓板、又は、前記第２窓板が、ウェッジ基板であればよい。

粒子物性測定用セルに対して光が入射する位置が多少ずれたとしても、被検対象中を光が通過する光路長には変化が表れにくくしつつ、反射光が検出器に到達しないようにするには、前記第１内面と前記第２内面とが、互いに平行となるように配置されており、前記第１外面が前記第１内面に対して傾斜しているとともに、前記第２外面が前記第２内円に対して傾斜しており、前記第１外面と前記第２外面とが、互いに平行とならないように配置されていればよい。

前記第１窓材と前記第２窓材において少なくとも１つの面を他の面に対して傾斜させる構成を安価に製造できるようにするには、前記第１窓板が、前記第１外面と前記第１内面とが平行に配置された平行平板であり、前記第２窓板が、前記第２外面と前記第２内面とが平行に配置された平行平板であり、前記第１窓板と、前記第２窓板との間に設けられた、くさび形状のスペーサをさらに備えたものであればよい。

例えば前記第１窓材を前記第２窓材に対して傾斜させる場合にその傾斜角度を高精度に実現できるようにするには、前記スペーサが、前記第１内面、又は、前記第２内面に蒸着され、面板方向に沿って進むに連れてその厚みが大きくなるように形成されたものであればよい。

また、本発明に係る粒子物性測定用セルについて別の表現をすると、本発明は、第１外面、及び、前記第１外面に対向する第１内面を有する第１窓板と、第２内面、及び、前記第２内面に対向する第２内面を有し、前記第１内面に対して前記第２内面が対向するように配置された第２窓板と、前記第１内面と前記第２内面との間に形成され、被検対象が収容される隙間と、を備え、前記隙間に収容される被検対象の吸光係数をε、前記隙間に収容される被検対象の分散質濃度をｃ、εとｃの積である吸光特性値をｆとした場合に、前記被検対象の吸光特性値ｆが、１×１０^２ｍ^－１≦ｆ≦２×１０^５ｍ^－１である粒子物性測定用セルであって、前記隙間の少なくとも一部が、被検対象中の光路長Ｌが０．１μｍ≦Ｌ≦１０００μｍとなるように構成されており、少なくとも前記第１窓板、及び、前記第２窓板において光が通過する光通過領域では、前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、他の一部の面、又は、他の全部の面に対して傾斜するように構成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、吸光特性値ｆが大きい被検対象について希釈なして光学測定を行った場合でも、反射光による干渉が生じにくく、測定精度を従来よりも向上させることができる。

いわゆる高濃度サンプルとよばれるような吸光特性値ｆが大きく、希釈無しの測定では光路長Ｌを小さくしなくてはならないにもかかわらず、反射防止コーティング膜を侵してしまうような被検対象は、従来反射光の干渉により測定誤差が発生し、正確な粒子特性を得ることが困難であった。このような被検対象でも、精度のよい測定が可能となる、より好ましい構成としては、前記被検対象の吸光特性値ｆが、１×１０^３ｍ^－１≦ｆ≦１×１０^４ｍ^－１であり、前記隙間の少なくとも一部が、被検対象の光路長Ｌが１μｍ≦Ｌ≦５００μｍとなるように構成されているものが挙げられる。

例前記第１窓材を前記第２窓材に対して傾斜させつつ、粒子物性測定用セルを通過する光の透過率が所望の値となるようにするには、前記第１窓板が、前記第１外面と前記第１内面とが平行に配置された平行平板であり、前記第２窓板が、前記第２外面と前記第２内面とが平行に配置された平行平板であり、前記第１窓板と、前記第２窓板との間に設けられた、くさび形状のスペーサをさらに備え、前記第１内面と前記第２内面とがなす角であるウェッジ角をθ、前記第１窓板及び前記第２窓板の平板方向の外径寸法を２Ｒ、被検対象中の光路長をＬ，被検対象の吸光特性値をｆ、目標透過率をＴとした場合に、前記スペーサの形状が、θ≦－２ｓｉｎ^―１（ｌｏｇＴ／２ｆＲ）を満たすように構成されていればよい。

界面で発生した反射光が検出器に入らないようにするには、粒子物性測定用セルと、前記第２窓板を通過した光が検出される位置との間の距離をＬ、光が検出される位置における検出可能半径をｒとした場合に、前記スペーサの形状が、（１／２）ｔａｎ^－１（ｒ／Ｌ）＜θを満たすように構成されていればよい。

本発明の効果が顕著となる面の傾斜のさせ方としては、前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、前記光の光軸と垂直な仮想平面に対してなす角をφとした場合に、０．０２４°≦φ≦０．１１°を満たすように構成されているものが挙げられる。

本発明に係る粒子物性測定用セルと、前記粒子物性測定用セルに対して光を照射する光源と、前記粒子物性測定用セルを通過した光を検出する検出器と、を備えた粒子物性測定装置であれば、例えば吸光特性値ｆが大きく、希釈なしでは測定が難しいもので、かつ、反射防止コーティング膜を侵してしまうような特性を有しているために従来測定が困難であったものについても希釈なしで粒子物性について精度のよい測定が可能となる。

このように本発明に係る、粒子物性測定用セルによれば、前記第１窓材、又は、前記第２窓材の少なくとも１つの面が、他の面に対して傾斜しており、反射光の進行方向を散乱光や透過光の進行方向と異ならせることができる。したがって、測定に影響を与えるような反射光については検出器においてほとんど検出されないようにすることができる。

また、粒子物性測定用セルにおいて反射光が発生しても、測定誤差が発生しないようにできるので、従来のように反射防止コーティング膜を設ける必要がない。このため、窓材の材質についても制約が少なくなり、反射防止コーティング膜を侵すような被検対象でも測定が可能となる。

本発明の第１実施形態に係る粒子物性測定用セル、及び、粒子物性測定装置の構成を示す模式図。 第１実施形態における粒子物性測定用セルの模式的斜視図。 第１実施形態における粒子物性測定用セルの窓材の構成を示す模式的断面図。 本発明の第２実施形態に係る粒子物性測定用セルの構成を示す模式図。 第２実施形態におけるウェッジ角θと反射光の進行方向のとの関係を示す模式図。 本発明のその他の実施形態に係る粒子物性測定用セルを示す模式図。 従来の粒子物性測定用セルにおいて生じる反射光による干渉の問題を示す模式図。

本発明に係る粒子物性測定用セルを用いた粒子物性測定装置の第１実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る粒子物性測定装置１００は、粒子に光を照射した際に生じる回折／散乱光の拡がり角に応じた光強度分布が、ＭＩＥ散乱理論から粒子径によって定まることを利用し、前記回折／散乱光を検出することによって粒子径分布を測定する粒子径分布測定装置である。

具体的に粒子物性測定装置１００は、図１及び図２に示すように、セルホルダ７にセットされた例えばバッチ式の粒子物性測定用セル２と、粒子物性測定用セル２内の被検対象Ｘにレンズ３を介してレーザ光を照射する光源たるレーザ装置４と、レーザ光の照射により生じる回折／散乱光の光強度を拡がり角に応じて検出する複数の光検出器５Ａ、５と、各光検出器５Ａ、５から出力された光強度信号を受信して被検対象Ｘに含まれる粒子の粒子径分布を算出する演算装置６とを備えている。なお、レーザ光の光軸上に設けられ、粒子物性測定用セル２を透過した光を検出可能な位置に配置されている光検出器５Ａは、例えばリングディテクタである。

なお、本実施形態の粒子物性測定装置１００では、セルホルダ７がレール８上をスライドするスライド部材９上に設けられており、セルホルダ７にセットされた粒子物性測定用セル２が光路上に位置する光照射位置と、光路上から退避した退避位置との間で移動可能に構成されている。図１において、スライド部材９上には粒子物性測定用セル２がセットされた複数のセルホルダ７が設けられた例を示している。その他、スライド部材９上には、粒子物性測定用セル２とは複数種類の異なる測定セル（乾式セル又は湿式フローセル等）がセットされたセルホルダを設けてもよい。

このスライド部材９を有する構成を生かして以下のようにしてもよい。

例えば、分散媒のみを収容し、光路長が１μｍに設定された粒子物性測定用セル２を保持した第１セルホルダ７と、分散媒及び分散質である粒子からなる被検対象Ｘを収容し、光路長が１μｍに設定された粒子物性測定用セル２を保持した第２セルホルダ７と、をスライド部材９上にセットする。その他のセルホルダ７を有するものであってもよい。

そして、第１セルホルダ７の粒子物性測定用セル２を光照射位置に移動させてバックグラウンド測定（透過光測定）を行う。その後、第２セルホルダ７の粒子物性測定用セル２を光照射位置に移動させて透過光測定を行う。

次に、粒子物性測定用セル２について、図２及び図３を参照しながら説明する。なお、図３では説明を明確にするために、各部材の厚みや一部の面の傾斜角を誇張して示している。

粒子物性測定用セル２は、所定の粘性を有する被検対象Ｘを収容するバッチ式のものである。本実施形態の粒子物性測定用セル２は、インクなどの高濃度、かつ、低粘度の試料を収容するものであり、例えば０．１ｃＰ～１００ｃＰの粘度を有する被検対象Ｘを分析するために用いられる。別の表現をすると、この粒子物性測定用セル２は、被検対象Ｘがいわゆる高濃度試料であり、希釈なしで粒子径分布を測定できるように光路長が例えばμｍ単位で構成されているものである。また、被検対象Ｘは、被検対象Ｘの吸光係数をε、被検対象Ｘの分散質濃度をｃ、εとｃの積を吸光特性値ｆとした場合に、当該被検対象Ｘの吸光特性値ｆが１×１０^２ｍ^－１≦ｆ≦１×１０^５ｍ^－１を有するものである。その他、粒子物性測定用セル２は、アルコールや有機溶媒を収容するものであってもよい。

具体的に粒子物性測定用セル２は、図２に示すように一対の窓板であり、それぞれの内面が対向して隙間Ｓを形成するように設けられた第１窓板２１、第２窓板２２と、各窓板２１、２２を外側から挟み込んで保持する挟持機構２３と、を備えている。第１窓板２１には、厚み方向に貫通させた隙間Ｓ内に被検対象Ｘを導入するための孔が２つ形成してあり、２つの孔２８はそれぞれ栓２９により蓋がされている。以下の説明で用いる図３では、挟持機構２３、孔２８、栓２９については省略し、第１窓板２１と第２窓板２２とそれぞれの間に設けられているスペーサ２４のみを記載している。

第１窓板２１、第２窓板２２は、光源４から照射されたレーザ光を透過する例えば石英ガラス（ＳｉＯ_２）製のものである。図３に示すように第１窓板２１と第２窓板２２は、それぞれウェッジを有したウェッジ基板である。

第１窓板２１は、レーザ光の入射側に配置される窓材であり、レーザ光が外部から入射する第１外面２１ｂと、被検対象Ｘが収容される隙間Ｓを第２窓板２２に対して対向して隙間Ｓを形成する第１内面２１ａとを具備している。図３に示すように、第１窓板２１は、その縦断面が第２窓板２２に対向する側の脚が上底と下底に対して垂直に交差する台形状であり、平円筒の一方の端面を斜めにカットした形状を有している。すなわち、第１内面２１ａに対して第１外面２１ｂは所定のウェッジ角θだけ傾斜している。

一方、第２窓板２２は、被検対象Ｘを通過したレーザ光が射出される側に配置される窓材であり、第１窓板２１に対して対向して隙間Ｓを形成する第２内面２２ａと、被検対象Ｘを通過した光が外部へと射出される第２外面２２ｂとを具備している。第２窓板２２も、第１窓板２１と同形状のものであり、第２内面２２ａに対して第２外面２２ｂは所定のウェッジ角θだけ傾斜している。すなわち、第２窓板２２は、第１内面２１ａと第２内面２２ｂとがそれぞれ平行となるように所定平面を基準として第１窓板２１に対して左右対称となるように配置されている。また、第１外面２１ｂ及び第２外面２２ｂはレーザ光が垂直に入射しないように光軸に対して傾斜するように構成されている。

平行に配置された第１内面２１ａと第２内面２２ａとの間の隙間Ｓは、図２に示すように、高濃度試料である被検対象Ｘを希釈なしで測定する際に例えば透過率Ｔが８０％～９５％となる光路長Ｌに設定されている。言い換えると、第１実施形態では、図３に示す各窓板２１、２２の中央部においてレーザ光が通過するレーザ光通過領域については、隙間Ｓの幅寸法である光路長Ｌが２．２μｍ≦Ｌ≦９．７μｍを満たすように設定されている。

また、第１窓板２１と第２窓板２２との間において、外周部には全周にわたって光路長Ｌとほぼ同じ一定の厚みを有するスペーサ２４が設けられており、挟持機構２３に第１窓材２１と第２窓材２２が挟持された状態で光路長Ｌの隙間Ｓが形成される。

なお、第１実施形態では隙間Ｓ内においてレーザ光通過領域には第１内面２１ａ、第２内面２２ａともに反射防止コーティング膜は形成されていない。

このように構成された第１実施形態の粒子物性測定用セル２によれば、第１窓材２１、及び、第２窓材２２がウェッジ基板で形成されており、所定のウェッジ角θで内面に対して外面が傾斜しているので、第１窓板２１、及び、第２窓板２２の界面を通過する際に反射光が発生しても、反射せずに通過するレーザ光とは進行方向を異ならせることができる。

したがって、第１窓板２１、及び、第２窓板２２で発生する反射光により干渉が生じなくすることができ、また、特にリングディテクタである検出器５Ａにおいて複数点のスポットが表れて粒子径分布の測定結果に測定誤差が発生するのを防ぐことができる。すなわち、反射光については検出器５Ａに入射せず、検出されないようにできるので、粒子径分布を算出するのに必要な光のみを検出することが可能となる。

さらに、第１窓板２１及び第２窓板２２がウェッジ基板で形成されており、片面だけにウェッジを形成しているので、第１内面２１ａと第２内面２２ａとを平行に対向させて、レーザ光通過領域全体に一定の離間距離を形成し、光路長Ｌで一定に保つことができる。このため、粒子物性測定用セル２の設置位置がずれてレーザ光の入射点が多少変化したとしても、設計通りの光路長Ｌを実現できる。したがって、粒子物性測定用セル２の設置誤差に対する測定誤差の感度を小さくすることができる。

次に、第２実施形態の粒子物性測定用セル２について図４を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。

第２実施形態の粒子物性測定用セル２は、第１窓板２１と第２窓板２２がそれぞれ平行平板であり、第１窓板２１と第２窓板２２との間に設けられるスペーサ２４をくさび状にすることで、粒子物性測定用セル２としてウェッジが形成されている。

すなわち、図４に示すようにくさび状に形成されたスペーサ２４は、第１窓板２１、及び、第２窓板２２の傾斜を決定するウェッジ角θと、光路長Ｌの２つのパラメータを規定するものである。第２実施形態では、第１内面２１ａと第２内面２２ａのなす角をウェッジ角として定義し、光路長はレーザ光の光軸に沿った方向の第１内面２１ａと第２内面２２ａとの離間距離として定義される。この第２実施形態でも、測定対象である被検対象Ｘは、分散質濃度をｃ、εとｃの積を吸光特性値ｆとした場合に、当該被検対象Ｘの吸光特性値ｆが１×１０^２ｍ^－１≦ｆ≦１×１０^５ｍ^－１を満たす高い吸光特性を有するものである。このような特性を有する被検対象Ｘであっても、希釈なしで粒子物性を測定できるようにするために、粒子物性測定用セル２は以下のような条件を満たすように構成してある。ここで、第１実施形態におけるウェッジ角θは、光軸に対して垂直な仮想平面ＰＬに対して第１窓板２１、第２窓板２２がそれぞれなす角φと同じ角となる。

まず、第１窓材２１又は第２窓材２２の半径をＲ、すなわち、平板方向に沿った外径寸法を２Ｒ，光路長をＬ、ウェッジ角をθとし、レーザ光が第１窓材２１及び第２窓材２２の中心を通過するとした場合、図４に示すような幾何学的な関係からＬ＝２Ｒｓｉｎ（θ／２）・・・（１）が成り立つ。また、レーザ光の目標透過率をＴ、被検対象Ｘの吸光係数をε、被検対象Ｘの分散質濃度をｃ、光路長をＬとした場合、Lambert-Beerの法則から、ｌｏｇ_１０Ｔ＝－εｃＬが・・・（２）成り立つ。

ここで、粒子物性の測定を実現するために目標透過率Ｔよりも大きい透過率を実現しようとすると、Ｌ≦－（ｌｏｇ_１０Ｔ）／（εｃ）・・・（３）でなければならない。

したがって、（１）～（３）をウェッジ角θについて解くと、θ≦―２Ｒｓｉｎ^－１（（ｌｏｇ_１０Ｔ）／（２ｆＲ））・・・（４）が得られる。すなわち、ウェッジ角θは、目標透過率Ｔと、被検対象Ｘの吸光特性値ｆが決まると、（４）の不等式により上限が定まる。

また、スペーサ２４の形状を決定するウェッジ角θの下限値については、第１窓材２１で反射された光が検出器５Ａに入射しないようにウェッジ角θを定めることで決定されている。すなわち、第２窓材２２を出てから検出器５Ａまでの距離をＤ、検出器５Ａの検出半径をｒとすると、粒子物性測定用セル２内で各内面に２回反射されて検出器５Ａ側へ出てきた場合の反射光の光軸が光源４の光軸に対してなす角度は２θとなるので、幾何学的な条件から、Ｄｔａｎ２θ＞ｒであれば、反射光は検出器５Ａに入射しないことになる。したがって、第２実施形態では、（１／２）ｔａｎ^－１（ｒ／Ｄ）＜θ・・・（５）を満たすようにウェッジ角θが設定されている。

すなわち、ウェッジ角θが（１／２）ｔａｎ^－１（ｒ／Ｄ）＜θ≦―２Ｒｓｉｎ^－１（（ｌｏｇ_１０Ｔ）／２ｆＲ））を満たすようにスペーサ２４が形成されている。

このようなウェッジ角θを有したスペーサ２４を形成するために第２窓材２２の第２内面２２ａに対して面板方向に沿って進むほど厚さが大きくなるようにＳｉＯ_２等を蒸着することでスペーサ２４が形成されている。

このように第２実施形態の光学セルであれば、第１窓材２１及び第２窓材２２自体にウェッジ基板を用いなくてもよく、汎用的な平行平板を用いてウェッジ角θを形成することができるので、第１実施形態と比較して安価に製造する事が可能となる。

また、このようなものであっても光学測定セル２で発生する反射光は上記式（５）の範囲のウェッジ角θで形成することにより、反射光が検出器５Ａに入射するのを防ぎつつ、被検対象Ｘを通過するレーザ光の透過率は、粒子物性を測定するのに適した範囲内に収めることができる。

したがって、例えば粒子径分布の測定等において反射光による測定誤差をなくした測定を実現できる。

また、粒子物性測定用セル２には、反射防止コーティング膜を形成する必要がなく、窓材の材質についても制約が少なくなるので、例えば、高い吸光特性値ｆを有しており、かつ、反射防止コーティング膜や窓材自体を侵してしまうために粒子物性を測定する事が難しかった測定対象についても粒子物性の測定が可能となる。

なお、第２実施形態の粒子物性測定用セル２において、例えば１００ｍ^－１≦ｆ≦２．４×１０^４ｍ^－１の吸光特性値を有する被検対象Ｘに対する透過率Ｔが少なくとも０．１以上を満たしつつ、粒子物性測定用セル２で生じた反射光が検出器５Ａに検出されないようにするには、０．０４８°＜θ≦０.２２°となるように構成すればよい。言い換えると、第１平板２１及び第２平板２２の各面の少なくともいずれかと、光軸に対して垂直な仮想平面ＰＬに対してなす角φが０．０２４°＜φ≦０．１１°となるように構成すればよい。これは第２実施形態における幾何学的関係からθがφの２倍となるからである。また、例えば１００ｍ^－１≦ｆ≦２．４×１０^４の吸光特性値を有する被検対象Ｘに対する透過率Ｔが０．７以上を満たすようにするには、０．０８°≦φ≦０．９°となるように構成すればよい。なお、φについては第１実施形態のようなウェッジ基板を用いている場合も同様である。

その他の実施形態について説明する。

本発明に係る粒子物性測定用セル２については、第１外面２１ｂ、第１内面２１ａ、第２内面２２ａ、第２外面２２ｂの少なくとも１つの面が、他の面に対して傾斜するように構成されていればよい。例えば図６（ａ）に示すように第１窓材２１についてはウェッジ基板で形成して、第２窓材２２については平行平板で形成して、第１外面２１ｂのみが他の３つの面に対して傾斜するように構成してもよい。

また、図６（ｂ）に示すように、ウェッジ基板を用いて第１窓板２１、第２窓板２２を形成している場合において、ウェッジが形成されている面を第１内面２１ａ、第２内面２２ａとして用いても良い。この場合には、第２実施形態において説明したようにスペーサ２４自体がウェッジを有するようにくさび状に形成すればよい。スペーサ２４の形状については、リング状の部材を斜めに切断した形状にすれば、第１窓材２１及び第２窓材２２の外縁全周にわたって封止しながら各面にウェッジを形成することができる。

さらに、第２実施形態の粒子物性測定用セル２では、レーザ光が第１外面２１ｂに対して斜めに入射するように粒子物性測定用セル２を配置していたが、図６（ｃ）に示すように第１外面２１ｂに対して垂直にレーザ光が入射するように配置しても構わない。

また、傾斜しているのは第１外面２１ｂ、第１内面２１ａ、第２内面２２ａ、第２外面２２ｂの全体でなくてもよく、例えば光の通過領域のみが他の面に対して傾斜しているように構成してもよい。

第１窓材２１、及び、第２窓際２２の厚みについてはそれぞれ同じにしてもよいし、異ならせても良い。例えば一方を薄く形成して、温度変化が生じやすくし、放射温度計等によって粒子物性測定用セル２における温度を検出しやすくしてもよい。

スペーサ２４は、蒸着法を用いて形成された蒸着膜、スパッタ法を用いて形成されたスパッタ膜、めっき法を用いて形成されためっき膜、印刷法を用いて形成された印刷膜であっても構わない。すなわち、厚みを連続的に変化させられるものであればよい。

本発明に係る光学測定セル２は、例えば吸光特性値ｆが１×１０^２ｍ^－１≦ｆ≦２×１０^５ｍ^－１である粒子物性測定用セルであって、隙間Ｓの少なくとも一部が、被検対象中の光路長Ｌが０．１１μｍ≦Ｌ≦０．４８μｍとなるように構成されているものであってもよい。言い換えると、このような用途であっても本発明に係る光学測定セル２であれば、希釈なしで測定誤差を低減しながら粒子物性を得ることが可能となる。

各実施形態に記載した粒子物性測定用セル２はバッチ式のものであったが、フロー式のものであってもよい。この場合、孔２８から被検対象Ｘを連続的に導入することによってフロー式にすることができる。

加えて、前記実施形態の粒子径分布測定装置１００は、いわゆる回折／散乱式のものであったが、粒子物性測定用セル内の被検対象にレーザ光を照射して、その際にサンプル中の粒子のブラウン運動に起因して発生する散乱光の揺らぎを解析することにより粒子径分布を測定するように構成された、いわゆる動的光散乱式のものであっても構わない。また、被検対象は分散媒と分散質からなる被検液に限られず、隙間に収容された状態で粒子と気体のみからなるものであっても構わない。

さらに、本発明に係る粒子物性測定用セルは、粒子径分布測定装置のほか、例えば赤外分光法などを利用した光学分析装置に用いても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で各実施形態同士を組み合わせたり、種々の変形を行ったりすることが可能であるのは言うまでもない。

１００・・・粒子物性測定装置
２・・・粒子物性測定用セル
２１・・・第１窓板
２２・・・第２窓板
２１ａ・・・第１内面
２２ａ・・・第２内面
２１ｂ・・・第１外面
２２ｂ・・・第２外面
２４・・・スペーサ
２８・・・孔
２９・・・栓

Claims (12)

1. 第１外面、及び、前記第１外面に対向する第１内面を有する第１窓板と、
   第２外面、及び、前記第２外面に対向する第２内面を有し、前記第１内面に対して前記第２内面が対向するように配置された第２窓板と、
   前記第１内面と前記第２内面との間に形成され、被検対象が収容される隙間と、を備えた粒子物性測定用セルであって、
   少なくとも前記第１窓板、及び、前記第２窓板において光が通過する光通過領域では、前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、他の一部の面、又は、他の全部の面に対して傾斜しており、
   前記第１窓板と、前記第２窓板との間において、前記第１窓板、及び、前記第２窓板の外縁全周にわたって封止するように設けられたスペーサをさらに備え、
   前記スペーサが、面板方向に沿って進むに連れてその厚みが大きくなるように形成されたことを特徴とする粒子物性測定用セル。
2. 前記第１窓板、又は、前記第２窓板が、ウェッジ基板である請求項１記載の粒子物性測定用セル。
3. 前記第１内面と前記第２内面とが、互いに平行となるように配置されており、
   前記第１外面が前記第１内面に対して傾斜しているとともに、前記第２外面が前記第２内面に対して傾斜しており、
   前記第１外面と前記第２外面とが、互いに平行とならないように配置されている請求項２記載の粒子物性測定用セル。
4. 前記第１窓板が、前記第１外面と前記第１内面とが平行に配置された平行平板であり、
   前記第２窓板が、前記第２外面と前記第２内面とが平行に配置された平行平板であり、
   前記スペーサの断面形状がくさび形状をなす請求項１記載の粒子物性測定用セル。
5. 前記スペーサが、前記第１内面、又は、前記第２内面に蒸着されたものである請求項４記載の粒子物性測定用セル。
6. 第１外面、及び、前記第１外面に対向する第１内面を有する第１窓板と、
   第２外面、及び、前記第２外面に対向する第２内面を有し、前記第１内面に対して前記第２内面が対向するように配置された第２窓板と、
   前記第１内面と前記第２内面との間に形成され、被検対象が収容される隙間と、を備え、前記隙間に収容される被検対象の吸光係数をε、前記隙間に収容される被検対象の分散質濃度をｃ、εとｃの積である吸光特性値をｆとした場合に、吸光特性値ｆが、１×１０^２ｍ^－１≦ｆ≦２×１０^５ｍ^－１である前記被検対象の粒子物性を希釈なしで測定できるように構成された粒子物性測定用セルであって、
   前記隙間の少なくとも一部が、被検対象中の光路長Ｌが０．１μｍ≦Ｌ≦１０００μｍとなるように構成されており、
   少なくとも前記第１窓板、及び、前記第２窓板において光が通過する光通過領域では、前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、他の一部の面、又は、他の全部の面に対して傾斜するように構成されており、
   前記第１窓板と、前記第２窓板との間において、前記第１窓板、及び、前記第２窓板の外縁全周にわたって封止するように設けられたスペーサをさらに備え、
   前記スペーサが、面板方向に沿って進むに連れてその厚みが大きくなるように形成されたことを特徴とする粒子物性測定用セル。
7. 前記被検対象の吸光特性値ｆが、１×１０^３ｍ^－１≦ｆ≦１×１０^４ｍ^－１であり、
   前記隙間の少なくとも一部が、被検対象の光路長Ｌが１μｍ≦Ｌ≦５００μｍとなるように構成されている請求項６記載の粒子物性測定用セル。
8. 前記第１窓板が、前記第１外面と前記第１内面とが平行に配置された平行平板であり、
   前記第２窓板が、前記第２外面と前記第２内面とが平行に配置された平行平板であり、
   前記第１窓板と、前記第２窓板との間に設けられた、くさび形状のスペーサをさらに備え、
   前記第１内面と前記第２内面とがなす角であるウェッジ角をθ、前記第１窓板及び前記第２窓板の平板方向の外径寸法を２Ｒ、被検対象中の光路長をＬ，被検対象の吸光特性値をｆ、目標透過率をＴとした場合に、
   前記スペーサの形状が、θ≦－２ｓｉｎ^―１（ｌｏｇＴ／２ｆＲ）を満たすように構成されている請求項１記載の粒子物性測定用セル。
9. 粒子物性測定用セルと、前記第２窓板を通過した光が検出される位置との間の距離をＤ、光が検出される位置における検出可能半径をｒとした場合に、
   前記スペーサの形状が、（１／２）ｔａｎ^－１（ｒ／Ｄ）＜θを満たすように構成されている請求項８記載の粒子物性測定用セル。
10. 前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、前記光の光軸と垂直な仮想平面に対してなす角をφとした場合に、０．０２４°≦φ≦０．１１°を満たすように構成されている請求項１乃至９いずれかに記載の粒子物性測定用セル。
11. 第１外面、及び、前記第１外面に対向する第１内面を有する第１窓板と、
    第２外面、及び、前記第２外面に対向する第２内面を有し、前記第１内面に対して前記第２内面が対向するように配置された第２窓板と、
    前記第１内面と前記第２内面との間に形成され、被検対象が収容される隙間と、を備えた粒子物性測定用セルであって、
    少なくとも前記第１窓板、及び、前記第２窓板において光が通過する光通過領域では、前記第１外面、前記第１内面、前記第２内面、又は、前記第２外面のうちの少なくとも１つの面が、他の一部の面、又は、他の全部の面に対して傾斜しており、
    前記第１窓板が、前記第１外面と前記第１内面とが平行に配置された平行平板であり、
    前記第２窓板が、前記第２外面と前記第２内面とが平行に配置された平行平板であり、
    前記第１窓板と、前記第２窓板との間に設けられた、くさび形状のスペーサをさらに備え、
    前記スペーサが、前記第１内面、又は、前記第２内面に蒸着され、面板方向に沿って進むに連れてその厚みが大きくなるように形成されたものであることを特徴とする粒子物性測定用セル。
12. 請求項１乃至１１いずれかに記載の粒子物性測定用セルと、
    前記粒子物性測定用セルに対して光を照射する光源と、
    前記粒子物性測定用セルを通過した光を検出する検出器と、を備えた粒子物性測定装置。

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