JP7291188B2 - 流動ナノ粒子の測定装置及びそれを用いたナノ粒子の判断方法 - Google Patents
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Description
流動ナノ粒子の測定装置1は、レーザ発生部10と、流動装置20とを含むことができる。流動装置20は、流動セル30と、インレット部41と、アウトレット部42とを含むことができる。インレット部41を介して、液体試料を流動装置20に投入することができる。流動装置20に投入された液体試料は、流動セル30を通過することができる。流動セル30を通過した液体試料は、アウトレット部42を介して外部に排出できる。
流動セル30は、その内部に液体試料が流動するように構成できる。流動セル30は、液体試料が流入されるセルインレット32と、液体試料が流出されるセルアウトレット34とを含むことができる。流動セル30は、クォーツ材質を含む材料で形成することができるが、これに限定されるものではない。例えば、流動セル30は、アクリルのような高分子材料を含む材料で形成することができる。
液体試料は、インレット部41を通過して流動セル30に流入できる。液体試料は、流動セル30から排出された後、アウトレット部42を介して流動装置20の外部に排出できる。
流動制御部50は、液体試料の経路上に配置することができる。流動制御部50は、流動セル30を通る液体試料の流速、流量を制御することができる。制御部70は、流動制御部50を制御することにより、流動セル30を通る液体試料の流速または流量を制御することができる。
制御部70は、流動ナノ粒子の測定装置1の全体的な動作を制御することができる。例えば、制御部70は、レーザ発生装置12および流動制御部50を制御することができる。制御部70は、レーザ発生装置12を制御して、第1レーザビームB1の第1周期T1(図6及び図7を参照)及び/又は出力を制御することができる。また、制御部70は、流動制御部50を制御して、液体試料の第2周期T2(図6及び図7を参照)または流動時点を制御することができる。
制御部70は、検出器60からの信号を前処理することができる。制御部70は、検出器60から検出された信号を信号増幅器(lock-in-amplifier)によって増幅させ、帯域ろ波器で100Hz以下の低周波数領域のノイズを除去することができる。ろ過された信号は、変換器によってデジタル信号に変換することができる。変換された信号は、条件によって一部区間の信号値を抽出して、リアルタイムで高速フーリエ変換(FFT、Fast Fourier Transformation)を行うことができる。制御部70では、この過程によって信号を時間の関数から周波数の関数に変換して、プラズマによって発生する衝撃波の周波数成分を分析することができる。制御部70は、検出された衝撃波から変換された周波数成分、振幅の大きさに基づいて、ナノ粒子の種類、大きさ、または数を判断することができる。
図5は、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定方法(S100)を示すフローチャートであり、図6は、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置の時間による動作を示す図である。
衝撃波分析部180は、複数の検出器60a,60bで検出される衝撃波を分析することができる。衝撃波分析部180は、検出器60からの信号を図10に示すように振動数および振幅に関する関数に変換することができる。図10(a)は、第1検出器60aで検出される衝撃波を振動数および振幅に関するパラメータに変換したものであり、図10(b)は、第2検出器60bで検出される衝撃波を振動数および振幅に関するパラメータに変換したものである。
振幅比算出部186は、固有振動数における振幅の大きさに対する比率を算出することができる。例えば、振幅比算出部186は、複数の検出器60a,60bごとに固有振動数の振幅比を算出することができる。
10:レーザ発生部
12:レーザ発生装置
14:ミラー
16:ビームスプリッタ
18:レンズ
20:流動装置
30:流動セル
36:流動部
37:流動空間
38:透過部
41:インレット部
42:アウトレット部
50:流動制御部
60:検出器
70:制御部
Claims (17)
- 液体試料が流動する流路を形成する、流動セルと、
第1レーザビームを発生させ、前記第1レーザビームを前記流動セルに照射する、レーザ発生部と、
前記流動セルに配置され、前記第1レーザビームによって前記流動セルで発生するプラズマの衝撃波を検知して検出信号を生成する、複数の検出器と、
前記複数の検出器から前記検出信号を取得し、前記検出信号から前記液体試料に含まれているナノ粒子の種類および大きさを判断する、制御部とを含み、
前記複数の検出器は、
前記液体試料の流動方向に沿って離隔配置される、第1検出器及び第2検出器を含み、
前記第2検出器は、
前記第1検出器よりも前記流動方向の下流に配置され、
前記制御部は、
前記検出信号から前記衝撃波の振幅を測定する振幅測定部と、
前記検出信号から前記衝撃波の固有振動数を測定する振動数測定部と、
前記第1、第2検出器で測定された少なくとも一つの共通する固有振動数を抽出し、前記第1検出器における前記共通する固有振動数に対応する振幅の大きさに対する前記第2検出器における前記共通する固有振動数に対応する振幅の大きさの比率である固有振動数の振幅比を算出する、振幅比算出部と、
前記制御部に既に貯蔵されたデータと前記共通する固有振動数に基づいて前記ナノ粒子の種類を特定し、前記データと前記固有振動数の振幅比に基づいて前記ナノ粒子の大きさを判断するナノ粒子判断部とを含む、
流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記複数の検出器は、前記液体試料の流動方向に沿って離隔配置される、
請求項1に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記衝撃波は、前記流動セル内の設定された位置で発生し、
前記複数の検出器は、前記設定された位置から距離が異なるように配置される、
請求項1に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記制御部は、
前記複数の検出器で検出される衝撃波の振幅および振動数に基づいて、前記ナノ粒子の種類および大きさを判断する、
請求項1に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 液体試料が流動する流路を形成する、流動セルと、
第1レーザビームを発生させ、前記第1レーザビームを前記流動セルに照射する、レーザ発生部と、
前記流動セルに配置され、前記第1レーザビームによって前記流動セルで発生するプラズマの衝撃波を検知して検出信号を生成する、複数の検出器と、
前記複数の検出器から前記検出信号を取得し、前記検出信号から前記液体試料に含まれているナノ粒子の種類および大きさを判断する、制御部とを含み、
前記複数の検出器は、
前記液体試料の流動方向に沿って離隔配置される、第1検出器及び第2検出器を含み、
前記第2検出器は、
前記第1検出器よりも前記流動方向の下流に配置され、
前記制御部は、
前記検出信号から前記衝撃波の振幅を測定する振幅測定部と、
前記検出信号から前記衝撃波の固有振動数を測定する振動数測定部と、
前記第1、第2検出器で測定された固有振動数が複数である場合、前記複数の固有振動数の中から前記第1、第2検出器に共通する固有振動数を抽出し、前記第1検出器から前記共通する複数の固有振動数での振幅比である第1検出器の振幅比を算出し、前記第2検出器から前記共通する複数の固有振動数での振幅比である第2検出器の振幅比を算出する、振幅比算出部と、
前記制御部に既に貯蔵されたデータおよび前記共通する複数の固有振動数に基づいて前記ナノ粒子の種類を特定し、前記データおよび前記第1、第2検出器の振幅比に基づいて前記ナノ粒子の大きさを判断する、ナノ粒子判断部とを含む、
流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記レーザ発生部は、
パルスレーザビームを発生させるレーザ発生装置と、
前記パルスレーザビームを前記第1レーザビームと第2レーザビームに分岐させるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと前記流動セルとの間に位置し、前記第1レーザビームの焦点距離を調節するレンズとを含み、
前記焦点距離は、
前記第1レーザビームの焦点と前記レンズとの間の距離である、
請求項1に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記レーザ発生部は、
前記ビームスプリッタに向き合い、前記第2レーザビームのパワー(power)を測定す
る、エネルギー検出部をさらに含み、
前記第2レーザビームは、
前記第1レーザビームと角度を形成して進行して前記エネルギー検出部に入射する、
請求項6に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記レーザ発生部は、
前記流動セルに向き合い、前記流動セルを通過した第1レーザビームを遮断する、ビームブロックをさらに含み、
前記流動セルは、
前記レンズと前記ビームブロックとの間に位置する、
請求項6に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記流動セルは、
前記流動セルの内部に形成される空間である、流動部と、
前記流動セルに形成される開口であって、前記流動部に連結され、前記液体試料が注入される、セルインレットと、
前記流動セルに形成される開口であって、前記流動部に連結され、前記セルインレットに離隔して位置し、前記液体試料が排出される、セルアウトレットとを含む、
請求項1に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記流動部は、
前記流動セルの内部に形成され、一方向に延長されて形成され、前記第1レーザビームの経路を通る、メイン流動部を含む、
請求項9に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記流動セルに連結され、前記液体試料の経路に配置され、前記液体試料の流速を制御する、流動制御部をさらに含む、
請求項1に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記流動制御部は、
内部空間を形成し、前記内部空間へ前記液体試料が流入される流入部および前記液体試料が排出される流出部を備えるシリンダと、
前記内部空間に配置され、一方向と並んで往復移動可能に前記シリンダに結合されるピストンと、
前記流入部に位置し、前記液体試料の流入を許容し、前記液体試料の流出を抑制する流入側バルブと、
前記流出部に位置し、前記液体試料の流出を許容し、前記液体試料の流入を抑制する流出側バルブとを含む、
請求項11に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記ピストンが前記一方向に移動して前記内部空間が加圧されると、前記流入側バルブが閉鎖され、前記流出側バルブが開放され、
前記ピストンが他方向に移動すると、前記流入側バルブが開放され、前記流出側バルブが閉鎖される、
請求項12に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 前記流動制御部は、
前記シリンダに離隔して配置され、回転軸を形成する、カムと、
一端が前記回転軸から離隔している地点で前記カムに回動可能に連結され、他端が前記ピストンに回動可能に連結される、コネクティングロッドとをさらに含み、
前記カムが回転すると、前記ピストンは前記内部空間で往復移動する、
請求項13に記載の流動ナノ粒子の測定装置。 - 液体試料が流動する流路を形成する流動セルと、パルスレーザビームを発生させ、前記パルスレーザビームから分岐された第1レーザビームを前記流動セルに照射するレーザ発生部と、前記液体試料の流動方向に配置され、前記流動セルで発生するプラズマの衝撃波を検知して検出信号を生成する複数の検出器とを備える、流動ナノ粒子の測定装置を用いた、流動ナノ粒子の測定方法(S200、S300)において、
前記検出信号に基づいて前記衝撃波の振幅および振動数を測定するステップ(S210、S310)と、
前記複数の検出器ごとに検出された前記振幅および固有振動数に基づいて振幅比を算出するステップ(S220、S320)と、
測定された固有振動数から前記液体試料に含まれているナノ粒子の種類を特定し、前記算出された振幅比に基づいて前記ナノ粒子の大きさを判断するステップ(S230、S330)とを含む、
流動ナノ粒子の測定方法(S200、S300)。 - 前記振幅比を算出するステップ(S220、S320)は、
前記固有振動数が複数である場合、前記振幅および前記固有振動数に基づいて、複数の検出器ごとの固有振動数での振幅比を算出するステップ(S220)を含む、
請求項15に記載の流動ナノ粒子の測定方法(S200、S300)。 - 前記振幅比を算出するステップ(S220、S320)は、
前記複数の検出器での固有振動数ごとの振幅比を算出するステップ(S320)を含む、
請求項15に記載の流動ナノ粒子の測定方法(S200、S300)。
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