JP7407160B2 - 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

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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関する。より詳細には、流動を有するサンプル内に存在する微量のナノ粒子を測定するための測定装置に関する。
本発明は、液状の化学物質、すなわち溶媒のような高純度の化学物質を流速がある状態で分析する場合、１００ｎｍ以下のｐｐｔレベルの低濃度の試料を検出できる高感度の検出法に関するものである。また、特定のエネルギーを有する光源によって、ナノサイズの粒子から誘導プラズマを生成させ、発生する信号を収集して分析する測定装置に関するものである。
ディスプレイおよび半導体などの高精度が求められる製品の製造工程で使用される各種有機無機の化学物質には、製造歩留まりの低下を防止するために現在よりも高い純度のケミカルが求められている。高純度のケミカルの品質を確認するために、高いレベルの分析技術が開発されて新たに適用されている。この中で、粒子分析の重要性はますます増加している。１０ナノレベルの小さな粒子も半導体製造工程の歩留まりの低下および高集積化に影響を与えることがあるため、品質管理のための安定した分析法の開発とともに、工程過程で発生し得る不良の原因まで解析が可能なように技術の拡張性が保障されなければならない。
一般的に、物質が分子またはイオンの状態で液体中に均一に分散しているものを溶液という。この溶液に通常の分子やイオンよりも大きく、直径が１ｎｍ～１０００ｎｍ程度の微粒子が凝集または沈殿せずに分散している状態をコロイド状態といい、このコロイド状態になっているものをコロイド（Colloid）と呼ぶ。
溶液中に存在する微細コロイドの研究は、分析しようとする物質の物理化学的な特性の情報を得ることや、分離分析器の検出力を向上させることに集中されている。最近までのコロイド粒子の分析は１００ｎｍサイズの限界を持っており、１００ｎｍ以下のコロイド粒子の正確な分析のためには高濃度の試料が必要となる点で技術の開発が求められる。
コロイドナノ粒子を測定する方法としては、光散乱強度を用いて粒子の大きさを確認する光散乱分析法が通常使用されている。しかし、１００ｎｍよりも小さいサイズの微細ナノ粒子を測定する場合には、散乱光が発生したとしても、低濃度である場合には検出確率が急激に低下して信頼性の高い結果を得ることが難しく、粒子の濃度がｐｐｍ（parts per million）以上でなければならない限界がある。粒子のサイズが大きいと、散乱強度が大きい一方、小さいほど光散乱できる面積が減少するため、散乱光の強度が弱くなって測定が難しい。そのため、相対的に多くの粒子が散乱に寄与しなければならないので、ｐｐｍ未満の濃度では感度が大幅に低下する。
本発明の一側面では、１００ｎｍ以下のＰＰＴ（part per trillion）濃度の粒子を検出できる流動ナノ粒子の測定装置及び測定方法を提供する。
本発明の一側面では、ナノ粒子の測定の信頼度を向上させた動的流動ナノ粒子の測定装置及び測定方法を提供する。
本発明は、一般的なナノ粒子の分析方法とは異なり、流動を有する試料で検出可能なようにデザインされた形状のセルを用いて、渦流なしに流動を調節できるようにピストンポンプとマグネチックバルブ（magnetic valve）で製作された流動制御部を有する流動ナノ粒子の測定装置及び測定方法を提供する。
前記または他の目的を達成するために、本発明の一側面によると、液体試料が流動し、第１レーザビームが照射される流動セルと、前記第１レーザビームを発生させるレーザ発生部と、前記流動セルに対する前記液体試料の流動を制御する流動制御部とを含む、流動ナノ粒子の測定装置を提供することができる。
本発明の他の側面によると、ナノ粒子が含まれている液体試料を流動セルに流動させる流動ステップと、前記流動セル内のメイン流動部にパルスレーザビームを照射する照射ステップと、前記パルスレーザビームによって前記メイン流動部で発生するプラズマを検出する検出ステップとを含む、流動ナノ粒子の測定方法を提供することができる。
本発明の一側面によると、流動が制御される液体試料のナノ粒子を測定することができる。
本発明の一側面によると、液体試料が流動する状態でナノ粒子を測定することにより、静的セルにおいて極小領域の測定値でナノ粒子の数を計算する場合に発生し得る測定誤差を減らすことができ、ナノ粒子の測定の信頼度を向上させることができる。
本発明の一側面によると、ナノ粒子の検出確率を向上させ、ナノ粒子の検出の信頼度を向上させることができる。
本発明は、プラズマの検出において瞬間的に発生する信号を検出するために、流速制御装置を用いて流速の流れを調節して、１００ｎｍ以下の粒子と低濃度の極微量の試料を検出できるように検出力を向上させることにその目的がある。
図１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概略図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動装置に関する構成を示す図である。 図３ａは、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動セルを示す図である。 図３ｂは、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動セルを示す図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動制御部の一例を示す図である。 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る。 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。 図７は、本発明の他の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。 図８は、本発明の一実施形態に係る流動セルの斜視図である。 図９は、図８のＡ－Ａ’に沿う断面図である。 図１０は、図８のＢ－Ｂ’に沿う断面図である。
本明細書に記載される実施例と図面に示される構成は、開示された発明の好ましい一実施例に過ぎず、本出願の出願時点において本明細書の実施例と図面を代替できる多様な変形実施例があり得る。
また、各図面における同一の参照番号または符号は、実施的に同一の機能を行う部品または構成要素を示す。
以下で使用される用語は、単に特定の実施形態についての説明に使用されたものであり、本発明を限定することを意図するものではない。単数の表現は、文脈上、取り立てて明示しない限り、複数の表現を含む。以下において、「含む」または「有する」のような用語は、明細書上に記載された特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらの組み合わせが存在することを示すものであり、１またはそれ以上の他の特徴、数、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を事前に排除するものではない。
また、本明細書で第１、第２などの用語は、多様な構成要素の説明に使われるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されるものではない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。例えば、第１構成要素は第２構成要素と命名することができ、同様に第２構成要素は第１構成要素とも命名することができる。「及び／又は」という用語は、複数の関連項目の組み合わせ、または複数の関連項目のいずれかの項目を含む。
また、「…部」、「…器」、「…ブロック」、「…部材」、「…モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し得る。例えば、前記用語はＦＰＧＡ（field－programmable gate array）／ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）などの少なくとも一つのハードウェア、メモリに保存された少なくとも一つのソフトウェアまたはプロセッサによって処理される少なくとも一つのプロセスを意味し得る。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態をより具体的に説明する。ただし、本明細書に添付される図面は、本発明の好適な実施形態を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解する一助となる役割を果たすものであるため、本発明は図面に記載された事項のみに限定されて解釈されるものではない。
本発明では、レーザを用いて微細粒子から誘導プラズマを発生させて放出される光を検出することもできるが、衝撃波とプラズマの大きさを分析する方法について集中して述べている。これはレーザ誘導破壊検出（LIBD、Laser－Induced Breakdown Detection）技術と命名され、高エネルギーのパルスレーザを水溶液中の粒子に集光させて発生する誘導プラズマの強度及び分布を様々な検出方法を用いて検出することにより、ナノ粒子の大きさ、濃度、分布度、さらには成分などの情報を取得できる微粒子の分析方法である。従来の光散乱法や透過電子顕微鏡、原子顕微鏡などよりも粒子の大きさが小さいほどさらに低い検出限界を有する方法であって、理論的には１ナノサイズの粒子まで測定可能なことが報告されており、濃度の範囲もｐｐｔ濃度範囲の低い濃度であるナノ粒子の分析方法である。
従来の誘導破壊検出法では、誘導プラズマが発生するときに生成される衝撃波及びプラズマのフラッシュを測定する。衝撃波は音響学的に測定し、プラズマのフラッシュはカメラをセルの近くに取り付けて測定する。しかし、衝撃波やフラッシュの測定時に測定対象のナノ粒子ではない、他の不純物がプラズマを発生させた場合にも衝撃波やフラッシュとして検知される場合があり、発生したプラズマから連続してエネルギーを受けてプラズマが再度発生してノイズとして検知される場合がある。
本発明は、流速制御装置を用いて、流動を有する液体試料で発生する誘導衝撃波を検出し、それを数値化して大きさを区分する方法を提示する。流動を有する試料に対して、制御装置を用いてナノ粒子の大きさを判別する場合には、特定の領域の範囲を測定することにより、従来の検出よりも高い検出限界を有するとともに非接触のリアルタイム測定が可能であり、リアルタイムで測定経路を変更できるので、高信頼性の結果を得ることができる。また、従来の測定方式のように試料の一部のサンプルに対してのみ測定するのではなく、全試料に対してナノ粒子の測定が可能になったことにより、結果の信頼性を向上させることができる。
実際、レーザ光源が照射される面積は非常に極小面積であり、流動する試料を測定するために細い流路を非常に速い線速度を維持して測定する。このとき、プラズマの画像は、速い速度のため、大きく歪んで表示される。場合によっては、明暗比の変化のため検出が難しいため、再現性または検出感度が低くなる。これを改善するために、パルスレーザのような流動パルスを用いて、瞬間的な静的状態で画像を検出することが考えられる。そのためには、渦流なしに流れることができ、かつレーザビームが入射して最大限の信号値を出すことができるように設計された流動セルが必要となる。また、一時的な静的状態のために、速度を調節できる流動制御部では、内部のピストンポンプがパルス幅と一時に作動して線速度を調節する。詳しくは、流動制御部は、液体試料の流速をパルス幅に対応して調節するように構成できる。流動制御部による瞬間的な液体試料の静的状態で、パルスレーザビームによって発生したプラズマの信号値を検出することにより、プラズマの検出確率および感度を高め、それに伴う歪みや明暗比、衝撃波の感度などの問題を改善して結果の信頼性を効果的に改善する。
流動ナノ粒子の測定装置１では、レーザ誘導破壊検出法（ＬＩＢＤ、Laser－Induced Breakdown Detection）を使用することができる。レーザ誘導破壊検出法は、時間幅が数ナノ秒であるパルスレーザビームをレンズ１８を介して入射させ、入射時にレンズ１８の焦点領域で発生するレーザ誘導プラズマ（Laser－Induced Plasma）の原理を利用する技術である。詳しくは、パルスレーザビームをナノ粒子に照射すると、ナノ粒子のエネルギー準位は浮いた状態となり、その後、安定化状態、すなわち基底状態（または励起状態）で存在するためにエネルギーを放出することになる。この過程で放出されるエネルギーによって、ナノ粒子からプラズマまたは衝撃波が発生することになる。
このとき、プラズマまたは衝撃波を発生させる現象をブレークダウン（Breakdown）現象といい、粒子からプラズマが発生するのに必要な最小限のエネルギーを臨界エネルギー（threshold）という。臨界エネルギーは、物質ごとに必要なイオン化エネルギーが異なるため、物質の相に依存する。臨界エネルギーは、気体状態のときに最も高くなり、液体、固体の順に低くなる。
このとき、レーザ誘導プラズマを発生させるために必要なレーザビームのエネルギーは、固体、液体、気体の順に増加するので、適切なレーザビーム・エネルギーを使用すると、水溶液中の固体粒子のみを破壊してレーザ誘導プラズマ状態にすることができる。
このように固定されたレーザビーム・エネルギーの条件下で、粒子の濃度によって破壊確率（Breakdown Probability）が変化する特性、および粒子の大きさによって破壊に必要なレーザビームの閾値エネルギー（Threshold Energy）が変化する特性を用いて、ナノ粒子の濃度および大きさを分析できる。
流動ナノ粒子の測定装置１は、前記理論に基づいて粒子を検出した場合に発生し得る問題を改善して信頼性を補完することができる。ほとんどの粒子分析装置は、試料を採取して分析する過程で汚染が発生することがあり、汚染物質によって数値が誤認される余地がある。高純度の物質は汚染されやすいので、特殊製作された流動セルを用いて、汚染を最小限に抑えて試料を注入し、直接分析を可能にした。
図１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概略図である。
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。
レーザ発生部１０は、レーザ発生装置１２と、光学用絞り１３と、ミラー１４と、ビームスプリッタ１６と、エネルギー検出部１７と、レンズ１８と、ビームブロック１９とを含むことができる。
レーザ発生装置１２は、パルスレーザビームＢを発生することができる。パルスレーザビームＢの波長は限定されない。パルスレーザビームＢは、Ｑスイッチング（Q－switching）を用いて照射することができる。パルスレーザビームＢは、一定周期Ｔ１（図６参照）のパルスをもって繰り返されるように照射できる。すなわち、レーザ発生装置１２は、第１周期Ｔ１をもってオン・オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）が繰り返されるようにパルスレーザビームＢを照射できる。レーザ発生装置１２から発生するパルスレーザビームは、５３２ｎｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧパルスレーザビームを含むことができる。例えば、レーザ発生装置１２は、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザを含むことができる。例えば、レーザ発生装置１２は、中心波長が５３２ｎｍのレーザを含むことができる。しかし、これに限定されず、レーザ発生装置１２から照射されるレーザビームの種類及びエネルギーの大きさは多様に適用することができる。
光学用絞り１３（Diaphragm）は、レーザ発生装置１２の一側に備えられ、前記レーザ発生装置１２から放出された後に入射されるパルスレーザビームの直径を調整することができる。光学用絞り１３によって、レーザ発生装置１２から放出されるレーザビームの直径を可変的に調整することができる。
ミラー１４は、パルスレーザビームＢの経路上に設けられ、パルスレーザビームの経路を変換することができる。また、パルスレーザビームＢの経路上に少なくとも一つのミラーを配置して、所望の波長のパルスレーザビームＢだけを流動セル３０に到達させることができる。
ビームスプリッタ１６は、パルスレーザビームＢの経路を調節することができる。ビームスプリッタ１６は、パルスレーザビームＢをいくつかの経路に分割する一方、一定の割合で分割することができる。ビームスプリッタ１６は、パルスレーザビームＢから分岐されたレーザビームの強度を調整することができる。
ビームスプリッタ１６は、入射されるパルスレーザビームＢの少なくとも一部のビームＢ１の経路を、流動セル３０を向くように調節することができる。例えば、ビームスプリッタ１６は、パルスレーザビームＢを第１レーザビームＢ１と第２レーザビームＢ２に分岐させることができる。すなわち、ビームスプリッタ１６に入射されたパルスレーザビームＢは、第１レーザビームＢ１と第２レーザビームＢ２に分岐できる。第１レーザビームＢ１の光特性は、パルスレーザビームＢの光特性に対応することができる。例えば、第１レーザビームＢ１は、一定周期を有するパルスレーザであってもよい。例えば、第１レーザビームＢ１のパルス周期は、第１周期Ｔ１（図６及び図７を参照）であってもよい。
例えば、第１レーザビームＢ１の進行方向は、ビームスプリッタ１６に入射されるパルスレーザビームＢの進行方向と異なってもよい。例えば、第１レーザビームＢ１の進行方向は、ビームスプリッタ１６に入射されるパルスレーザビームＢの進行方向と垂直であってもよい。例えば、第２レーザビームＢ２の進行方向は、ビームスプリッタ１６に入射されるパルスレーザビームＢの進行方向と同じであっても並んでいてもよい。
例えば、ビームスプリッタ１６から発生する第１レーザビームＢ１のパワー（power）は、ビームスプリッタ１６に入射するパルスレーザビームＢのパワーよりも小さくてもよい。例えば、ビームスプリッタ１６から発生する第１レーザビームＢ１のパワーは、ビームスプリッタ１６から発生する第２レーザビームＢ２のパワーと同じであってもよい。
エネルギー検出部１７は、第２レーザビームＢ２のパワー（またはエネルギー）を測定することができる。エネルギー検出部１７は、ビームスプリッタ１６と向き合うことができる。ビームスプリッタ１６から発生した第２レーザビームＢ２は、エネルギー検出部１７に入射することができる。第２レーザビームＢ２の進行方向は、第１レーザビームＢ１の進行方向と角度を形成することができる。
第１レーザビームＢ１のパワー（またはエネルギー）は、第２レーザビームＢ２のパワー（またはエネルギー）に対応することができる。そのため、エネルギー検出部１７で測定されたパワー（またはエネルギー）の測定値は、第１レーザビームＢ１のパワー（またはエネルギー）の計算に用いることができる。例えば、第１レーザビームＢ１のパワーが第２レーザビームＢ２のパワーと同じであれば、エネルギー検出部１７が測定したパワーは、第１レーザビームＢ１のパワーであり得る。
レンズ１８は、ビームスプリッタ１６と流動セル３０との間に配置できる。例えば、ビームスプリッタ１６から発生した第１レーザビームＢ１は、レンズ１８に入射することができる。第１レーザビームＢ１の光特性は、レンズ１８を通過しながら変化し得る。例えば、レンズ１８を通過した第１レーザビームＢ１の焦点は、流動セル３０の一地点であり得る。
言い換えれば、レンズ１８は、流動セル３０に入射する第１レーザビームＢ１の照射面積および焦点距離を調整することができる。ここで、第１レーザビームＢ１の焦点距離は、レンズ１８を通過した第１レーザビームＢ１の焦点とレンズ１８との間の距離を意味し得る。レンズ１８は、流動セル３０に入射する第１レーザビームＢ１の照射面積を調整することにより、ナノ粒子の検出性を向上させることができる。レンズ１８の焦点距離は、第１レーザビームＢ１によるナノ粒子の誘導プラズマの発生に関するガウス分布（Gaussian distribution）に基づいて調整することができる。第１レーザビームＢ１の焦点距離は１０～４０ｍｍに設定できるが、これに限定されるものではない。
流動セル３０における誘導プラズマの発生地点は、第１レーザビームＢ１がナノ粒子と衝突する地点に対応することができる。流動セル３０で流動する液体試料は、固有の屈折率を持つことができる。そのため、第１レーザビームＢ１の焦点距離は、流動セル３０で流動する液体試料の種類によって異なり得る。様々な液体試料の測定のために、適切な焦点距離の調整が必要になる。そのために、液体試料の種類によって、レンズ１８と流動セル３０との距離を調整することにより、流動セル３０における誘導プラズマの発生地点を調整することができる。レンズ１８と流動セル３０との間の距離は、制御部７０によって調整することができる。例えば、制御部７０は、レンズ１８を移動させてレンズ１８の位置を制御することができる。
ビームブロック１９は、流動セル３０と向き合うことができる。レンズ１８とビームブロック１９との間には、流動セル３０を位置させることができる。例えば、第１レーザビームＢ１は、流動セル３０を通過した後、ビームブロック１９に入射することができる。ビームブロック１９は、入射された第１レーザビームＢ１の進行を抑制することができる。例えば、ビームブロック１９は、入射された第１レーザビームＢ１を遮断（または遮蔽）することができる。
流動セル３０は、流動経路Ｆを形成することができる。図１では、流動経路Ｆを点線で示している。流動経路Ｆは、流動セル３０の外部及び内部に形成することができる。流動経路Ｆとは、液体試料が流動する経路を意味し得る。流動経路Ｆとは、液体試料が流動する方向を意味し得る。この文脈では、流動経路Ｆは「流動方向」と称することができる。
流動経路Ｆは、狭い意味では、流動セル３０の内部で液体試料が流動する経路を意味し得る。流動セル３０は、セルインレット３２（cell inlet）と、セルアウトレット３４（cell outlet）とを含むことができる。
流動セル３０の内部に形成される流動経路Ｆは、セルインレット３２から延長されてセルアウトレット３４につながることができる。例えば、液体試料は、セルインレット３２を介して流動セル３０の内部に投入され、セルアウトレット３４を介して流動セル３０の外部に排出できる。
流動経路Ｆは、広い意味では、流動装置２０の内部で液体試料が流動する経路を意味し得る。流動装置２０の内部に形成される流動経路Ｆは、インレット部４１から延長されてアウトレット部４２につながることができる。
流動ナノ粒子の測定装置１は、検出器６０と、流動制御部５０と、制御部７０とを含むことができる。検出器６０、流動制御部５０および制御部７０に関する説明は、図２に関する説明に含まれ得る。
図２は、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動装置に関する構成を示す図であり、図３ａ、３ｂは、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動セルを示す図である。
流動装置２０は、液体試料を流動させるように構成できる。
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。
流動セル３０は、その外形が四角セルであるものが図示されているが、その形状は限定されない。流動セル３０が四角セルで構成される場合には、後述する検出器６０が四角セルの外面と垂直な方向に位置するか、または四角セルの外面と一定の角度傾いた方向に位置することができる。しかし、流動セル３０の形状および流動セル３０の形状による検出器６０の配置はこれに限定されない。
流動セル３０は、液体試料が流動セル３０の内部で流動するように構成できる。流動セル３０の内部に位置する液体試料に第１レーザビームＢ１が照射されるように、流動セル３０の少なくとも一部は光透過材料で構成できる。
流動セル３０は、その内部に液体試料が流動する流動部３６を含むことができる。流動部３６は、流動セル３０の内部に形成された空間であってもよい。狭い意味の流動経路Ｆは、流動部３６によって形成できる。流動部３６は、セルインレット３２から延長されてセルアウトレット３４につながることができる。例えば、流動部３６は、セルインレット３２に形成された開口（opening）に連結することができる。例えば、流動部３６は、セルアウトレット３４に形成された開口に連結することができる。セルアウトレット３４は、セルインレット３２と離隔して位置することができる。
流動部３６は、セルインレット３２から延長されて形成され、さらに曲がって延長されてセルアウトレット３４につながることができる。例えば、流動部３６は、曲がった形状を形成することができる。流動部３６の一端は、セルインレット３２に連結することができる。流動部３６の他端は、セルアウトレット３４に連結することができる。
流動部３６の内径は、１０ｍｍ以内に形成できるが、これに限定されるものではない。流動部３６の内径の大きさ及び形状は、多様に適用することができる。例えば、流動部３６の断面は、図３ａに示すように四角形状であってもよい。また流動部３６の断面は、図３ｂに示すように円形であってもよい。
流動部３６の断面が図３ｂに示すように円形である場合には、流動部３６に対して検出器６０が配置される方向が異なっても、流動部３６から検出器６０までの距離を同じように構成できるので、検出器６０の配置の制約を減らすことができる。これにより、検出結果の信頼性を向上させることができる。
また、流動部３６の断面が図３ａに示すように四角形である場合には、流動部３６に垂直な方向に第１レーザビームＢ１を照射することや、プラズマ信号を受信することができるので、信号の屈折のような歪みを低減することができる。このような構成により、より正確な検出結果を得ることができる。
また、流動部３６の断面が図３ａに示すように四角形である場合には、同じ幅に対して流路を大きく形成できるので、液体試料の円滑な流動を図ることができる。しかし、流動部３６の形状は限定されるものではない。例えば、流動部３６の少なくとも一部のみを曲面に形成し、流動部３６の残りの部分を平面に形成してもよい。つまり、流動部３６の断面は、曲面と多角形が組み合わされた形状であってもよい。流動部３６の一部が曲面で形成される場合には、検出強度を最大化することができ、さらには流速による液体試料でのバブルの発生を最小限に抑えることができる。
流動部３６の内径の大きさは、流動経路Ｆの全区間で一定に形成してもよく、流動経路Ｆによって異なってもよい。詳しくは、流動部３６は、複数の区間に区分され、区間ごとに内径の大きさが異なるように構成してもよく、流動部３６における後述するメイン流動部３８の内径の大きさ及び形状が他の流動部３６の内径の大きさ及び形状と異なるように構成してもよい。流動部３６の内径の大きさ及び形状は限定されない。
流動部３６は、第１レーザビームＢ１が透過するメイン流動部３８を含むことができる。メイン流動部３８は、液体試料が流動する流動空間３７の少なくとも一部を形成することができる。第１レーザビームＢ１は、メイン流動部３８に照射することができる。流動空間３７は、液体試料が一方向に流動する流路を形成することができる。メイン流動部３８は、流動空間３７の一部を形成することができる。第１レーザビームＢ１が透過するメイン流動部３８は、流動部３６の一部であっても全部であってもよい。図３ａ、３ｂに示すように、メイン流動部３８は、流動部３６が折り曲げられる前の部分であってもよい。しかし、これに限定されず、メイン流動部３８は、流動部３６が折り曲げられた後の部分であってもよく、流動部３６全体をメイン流動部３８と定義してもよい。流動部３６におけるメイン流動部３８の位置は限定されない。
例えば、メイン流動部３８は、図２に示すように、セルインレット３２から一方向に延長して形成することができる。他の一例として、メイン流動部３８は、セルアウトレット３４から一方向に延長して形成することができる。
第１レーザビームＢ１は、メイン流動部３８を通る液体試料の流動経路に照射することができる。具体的には、第１レーザビームＢ１は、メイン流動部３８を通る液体試料の流動経路の中央に照射することができる。しかし、メイン流動部３８に対する第１レーザビームＢ１の照射位置は、これに限定されない。
第１レーザビームＢ１は、メイン流動部３８を貫通することができる。換言すれば、メイン流動部３８は、一方向に延長されて形成され、第１レーザビームＢ１の経路を通過することができる。例えば、メイン流動部３８において、液体試料の流動方向Ｆと第１レーザビームＢ１の照射方向は、互いに垂直であってもよい。すなわち、メイン流動部３８の延長方向と第１レーザビームＢ１の入射方向は、垂直になっていてもよい。メイン流動部３８は、セルインレット３２から一方向に延長して形成することができる。
第１レーザビームＢ１の照射のために、流動セル３０において、メイン流動部３８を含む少なくとも一部が光透過性材料を含むように形成することができる。これにより、第１レーザビームＢ１は、流動セル３０を貫通してメイン流動部３８を通る液体試料に照射することができる。
しかし、これに限定されず、液体試料の流動方向Ｆと第１レーザビームＢ１の照射方向は、一定の角度に調整することができる。流動方向Ｆと第１レーザビームＢ１の照射方向が形成する角度は、検出器６０の種類によって異なるように適用できる。
例えば、流動装置２０は、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。
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。
流動装置２０は、液体試料が貯蔵される貯蔵槽に連結することができる。例えば、インレット部４１とアウトレット部４２は貯蔵槽に連結することができる。液体試料は、インレット部４１を介して貯蔵槽から流動装置２０に流入され得る。液体試料は、アウトレット部４２を介して流動装置２０から貯蔵槽に流入され得る。しかし、これに限定されず、インレット部４１及びアウトレット部４２は、それぞれ独立した貯蔵槽に連結されてもよい。
流動装置２０は、流動制御部５０を含むことができる。
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。
流動制御部５０は、図１に示すように、流動セル３０とアウトレット部４２との間の経路上に位置することができる。すなわち、流動制御部５０を液体試料の流動方向の下流に配置することにより、測定対象となる液体試料の汚染を最小限に抑えることができる。しかし、流動制御部５０の配置はこれに限定されない。
一例として、流動制御部５０は、流動セル３０とインレット部４１との間の経路上に位置してもよい。流動制御部５０は、流動セル３０を流動する液体試料の流速を制御できるように構成され、試料の汚染が発生しない位置に配置されればよい。
流動制御部５０は、一定の流量の液体試料がメイン流動部３８に停止状態で位置するように流速を制御することができる。すなわち、流動制御部５０は、液体試料を一定周期Ｔ２（図６参照）のパルスをもって繰り返して流動するように制御できる。言い換えれば、流動制御部５０は、液体試料を第２周期Ｔ２（図６及び図７を参照）のパルス波の形で流動するように液体試料の流速を制御できる。
流動制御部５０は、液体試料の流動状態と流動停止状態が第２周期Ｔ２（図６及び図７を参照）で交互になるように動作できる。流動状態とは、液体試料が流動部３６を流動する状態を意味し、流動停止状態とは、流動部３６での液体試料の流動が停止されている状態を意味し得る。
流動制御部５０は、図６に示すように、パルスの形で流動状態と流動停止状態が交互になるように液体試料を流動させることができる。流動制御部５０が液体試料を流動状態に制御すると、液体試料は、第１流速Ｖ１で流動部３６を流動することができる。図６では説明の都合上、第１流速Ｖ１を等速に示しているが、第１流速Ｖ１の大きさ及び変化はこれに限定されない。流動制御部５０が液体試料を流動停止状態に制御すると、流動部３６での液体試料の流動は停止することができる。
流動制御部５０は、制御部７０によって伝達される信号に基づいて流動状態と流動停止状態が繰り返されるように動作してもよく、機構的に流動状態と流動停止状態が繰り返されるように動作してもよい。流動制御部５０の動作を具現する方法は限定されない。流動制御部５０によって、液体試料の流動が制御されればよい。
流動制御部５０による液体試料の流動動作は、レーザ発生装置１２による第１レーザビームＢ１の照射に対応することができる。例えば、第１レーザビームＢ１の第１周期Ｔ１と流動制御部５０の第２周期Ｔ２は、同じように構成できる。例えば、流動制御部５０の第２周期Ｔ２が第１レーザビームＢ１の周期Ｔ１と同じであるように、流動制御部５０は、流動セル３０を通る液体試料の流速を制御することができる。
図６を参照すると、液体試料の流動停止状態が開始される時点は、第１レーザビームＢ１の出力が第２出力Ｐ２となる時点で同期化され得る。図７を参照すると、第１レーザビームＢ１の出力が第２出力Ｐ２となる時点は、液体試料の流動停止状態が開始される時点よりも第１遅延時間ｄ１だけ遅れてもよい。
流動制御部５０がメイン流動部３８を通る液体試料の流動を停止させると、レーザ発生部１０は、第１レーザビームＢ１を流動セル３０のメイン流動部３８に照射することにより、液体試料中のナノ粒子に誘導プラズマを発生させることができる。
その後、流動制御部５０が液体試料を流動状態に制御すると、流動制御部５０は、液体試料を流動させることによって、誘導プラズマが発生した液体試料を下流へ流動させ、誘導プラズマが発生していない液体試料をメイン流動部３８に流入させることができる。液体試料が流動するとき、レーザ発生部１０は、液体試料に誘導プラズマが発生しないように第１レーザビームＢ１の出力を制御できる。
流動制御部５０がメイン流動部３８を通る液体試料の流動を停止させると、レーザ発生部１０によって第１レーザビームＢ１が第２出力Ｐ２で流動セル３０のメイン流動部３８に照射されることにより、液体試料中のナノ粒子に誘導プラズマを発生させることができる。
この過程を繰り返すことにより、流動する液体試料のナノ粒子を測定することができ、ナノ粒子の測定の信頼度を向上させることができる。
流動装置２０は、流動状態でメイン流動部３８を通る液体試料の流量が、流動停止状態でメイン流動部３８に位置する液体試料の量と同一であるか、又はそれより大きくなるように構成できる。このような構成により、第２出力Ｐ２の第１レーザビームＢ１に露出した液体試料が第２出力Ｐ２の第１レーザビームＢ１に再度露出することにより、ナノ粒子の測定にエラーが発生することを防止することができる。
流動装置２０は、ナノ粒子が含まれた液体試料が流動セル３０内に流入される前に、液体試料中のナノ粒子を分離する分離ユニット（図示せず）を含むことができる。分離ユニットは流動セル３０とインレット部４１との間に配置され、流動セル３０に流入される液体試料に対してナノ粒子を分離するように構成できる。ナノ粒子の分離は、ナノ粒子の種類または大きさに基づいて行うことができる。
図４は、本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定装置における流動制御部の一例を示す図である。
流動制御部５０は、液体試料の流動を制御するように構成できる。流動制御部５０は、制御部７０から制御信号を受信して動作することができる。
流動制御部５０は、シングルピストン型のポンプを含むことができる。しかし、これに限定されず、流動制御部５０は、制御部７０からの信号を受信してパルスレーザビームＢのパルスに対応するように液体試料の流速を制御する構成であればよい。その一例として、流動制御部５０は、流量、流速を制御するためのマグネチックバルブを含むことができる。
流動制御部５０は、第１レーザビームＢ１（図１参照）の第１周期Ｔ１（図６及び図７を参照）に合わせて回転するカム５１と、シリンダ５４と、シリンダ５４の内部に位置して移動するピストン５２と、一端がカム５１に回動可能に連結され、他端がピストン５２に回動可能に連結され、カム５１の回転力をピストン５２に伝達するコネクティングロッド５３とを含むことができる。内部空間５５は、シリンダ５４の内部に形成される空間を意味し得る。内部空間５５の境界は、ピストン５２によって決定できる。ピストン５２は、内部空間５５に配置することができる。ピストン５２は、一方向に往復移動可能にシリンダ５４に結合することができる。
カム５１は、回転軸５１ａを中心に回転することができる。コネクティングロッド５３の一端は、回転軸５１ａから離隔している地点でカム５１に回動可能に連結することができる。カム５１が回転すると、ピストン５２は、コネクティングロッド５３を介してシリンダ５４の内部で往復移動することができる。
流動制御部５０は、カム５１の回転速度を制御することにより、液体試料の流動周期を調整することができる。つまり、流動制御部５０は、カム５１の回転速度を制御することにより、液体試料の流動状態と流動停止状態の周期を調整することができる。液体試料の流動量は、カム５１の回転速度、カム５１の回転軸５１ａとコネクティングロッド５３の配置関係、シリンダ５４の内部容積などによって調整することができる。例えば、液体試料の流動量を調節することにより、液体試料の流速を制御することもできる。
また、流動制御部５０は、バルブ５６ａ，５６ｂを含むことができる。本実施形態では、バルブ５６ａ，５６ｂは、一対のバルブ５６ａ，５６ｂを含むことができる。一対のバルブ５６ａ，５６ｂのいずれか一方５６ａは、シリンダ５４の液体試料流入部に配置することができる。一対のバルブ５６ａ，５６ｂのもう一方５６ｂは、シリンダ５４の液体試料流出部に配置することができる。
シリンダ５４の液体試料流入部に配置されるバルブ５６ａは、流入側バルブ５６ａと称することができる。シリンダ５４の液体試料流出部に配置されるバルブ５６ｂは、流出側バルブ５６ｂと称することができる。流入側バルブ５６ａは、流動セル３０（図１参照）に連結することができる。流出側バルブ５６ｂは、アウトレット部４２（図１参照）に連結することができる。
バルブ５６ａ，５６ｂは、逆流防止バルブを含むことができる。例えば、逆流防止バルブは、チェックバルブであってもよい。流入側バルブ５６ａは、内部空間５５への液体試料の流入を許容する一方、内部空間５５の外部への液体試料の流出を抑制することができる。流出側バルブ５６ｂは、内部空間５５の外部への液体試料の流出を許容する一方、内部空間５５への液体試料の流入を抑制することができる。
ピストン５２、流入側バルブ５６ａ、および流出側バルブ５６ｂは、内部空間５５に連結することができる。言い換えれば、ピストン５２、流入側バルブ５６ａ、および流出側バルブ５６ｂは、内部空間５５の境界の一部を形成することができる。
ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間５５が加圧されると、流入側バルブ５６ａが閉鎖され、流出側バルブ５６ｂが開放され得る。この過程で、内部空間５５の液体試料は、流出側バルブ５６ｂを介して流動制御部５０の外部に排出できる。また、流入側バルブ５６ａが閉鎖されると、流動制御部５０よりも上流に位置する液体試料の流動が停止され得る。すなわち、ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間５５が加圧されると、流動セル３０の内部での液体試料の流動が停止され得る。ピストン５２によって、シリンダ５４の内部空間５５が加圧されることは、ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間が減少することを意味し得る。
逆に、ピストン５２が加圧方向と反対方向に動作する場合には、流出側バルブ５６ｂは閉鎖され、流入側バルブ５６ａは開放され得る。ピストン５２が加圧方向と反対方向に動作することは、ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間５５が増加することを意味し得る。この過程で、シリンダ５４の外部の液体試料は、開放された流入側バルブ５６ａを介してシリンダ５４の内部空間５５に流入できる。
ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間５５が増加すると、流入側バルブ５６ａが開放され得る。流入側バルブ５６ａが開放されると、液体試料は流入側バルブ５６ａを介してシリンダ５４の内部空間５５に流入できる。液体試料が流入側バルブ５６ａを介してシリンダ５４の内部空間５５に流入されると、流動セル３０の内部に位置する液体試料は流動することができる。すなわち、ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間５５が増加すると、流動セル３０の内部に位置する液体試料は流動することができる。
流動セル３０が流動制御部５０よりも上流に配置されることを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。流動セル３０が流動制御部５０よりも下流に配置される場合には、前記動作は逆になり得る。
つまり、ピストン５２の加圧方向への移動は、流動セル３０内の液体試料を流動状態で動作させることができ、ピストン５２の加圧方向と反対方向への移動は、流動セル３０内の液体試料の流動を停止させることができる。言い換えれば、例えば、流入側バルブ５６ａをインレット部４１（図１参照）に連結し、流出側バルブ５６ｂを流動セル３０（図１参照）に連結することができる。例えば、ピストン５２によってシリンダ５４の内部空間５５が加圧されると、流動セル３０（図１参照）の液体試料は流動することができる。例えば、ピストン５２がシリンダ５４を加圧する方向の反対方向に移動すると、流動セル３０（図１参照）の液体試料は、流動しなくなり得る。
このような過程によって、流動制御部５０は、一定周期をもって液体試料の流動を制御することができる。
図１～図４を参照すると、流動ナノ粒子の測定装置１は、検出器６０を含むことができる。
液体試料に含まれたナノ粒子は、第１レーザビームＢ１によってプラズマ状態になることができる。検出器６０は、この過程で発生する衝撃波またはフラッシュを検出することができる。検出器６０は、プラズマから発生する様々な信号を検出することができる。検出器６０は、元素のスペクトルと衝撃波、プラズマの画像、熱および音のうちの少なくとも一つを検出することができる。
検出器６０は、レーザ誘導プラズマが発生するときに伴われるレーザ誘導衝撃波（Laser－Induced Shock Wave）を測定する衝撃波検出器を含むことができる。検出器６０は、レーザ誘導プラズマが発生するときに伴われるフラッシュを検出するフラッシュ検出器６０を含むことができる。第１レーザビームＢ１によってナノ粒子に誘導プラズマが発生するとき、ナノ粒子の大きさによってレーザ誘導プラズマの特性が異なり得る。
衝撃波検出器は、圧電素子とマイクロフォンのうちの少なくとも一つを含むことができる。衝撃波検出器によって測定された信号は、増幅器（lock in amplifier）によって増幅することができる。
フラッシュ検出器は、ＣＣＤカメラを含むことができる。フラッシュ検出器６０は、散乱光による測定エラーを制御するために、ＣＣＤカメラに向かう光経路上に配置されるノッチフィルタをさらに含むことができる。衝撃波検出器とフラッシュ検出器は、図１に示すように、それぞれ一つずつ流動セル３０に隣接するように配置してもよい。衝撃波検出器とフラッシュ検出器のうちの少なくとも一つの検出器を流動セル３０と隣接するように配置してもよい。
検出器６０は、衝撃波またはフラッシュの検出によってナノ粒子の情報を取得することができる。ナノ粒子の情報は、ナノ粒子の数及び／又は大きさを含むことができる。
検出器６０は、流動セル３０の内部に配置することもでき、図１に示すように流動セル３０の外側に配置することもできる。また、検出器６０は、流動セル３０の周囲に複数配置することができる。制御部７０は、流動セル３０の内部における誘導プラズマの発生地点から検出器６０までの距離に基づいて、検出値の補正を行うことができる。制御部７０は、流動セル３０の内部における誘導プラズマの発生地点から検出器６０に向かう方向と、第１レーザビームＢ１の照射方向との角度に基づいて、検出値の補正を行うこともできる。検出器６０の種類は限定されず、検出器６０は、熱感知センサーなどの様々な検出器を含むことができる。
流動ナノ粒子の測定装置１は、制御部７０を含むことができる。
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によるレーザ発生装置１２および流動制御部５０の制御は、互いに独立して行うことができる。すなわち、制御部７０は、レーザ発生装置１２および流動制御部５０をそれぞれ制御することができる。
また、制御部７０は、第１レーザビームＢ１の焦点距離を調整するために、流動セル３０に対してレンズ１８を移動させることもできる。
制御部７０は、検出器６０からナノ粒子の情報を取得することができる。
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。
同一の出力条件下では、粒子の大きさが大きくなるほど誘導プラズマの大きさが大きくなり、それによる衝撃波の大きさも大きくなり得る。衝撃波の周波数成分および振幅の大きさに基づいて、制御部７０は、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。
また、制御部７０は、フラッシュ検出器から検出されるフラッシュの数および大きさに基づいて、ナノ粒子の大きさまたは数を判断することができる。
制御部７０は、流動制御部５０によって流動する液体試料の流量と、検出器６０から検出されるナノ粒子の情報に基づいて、液体試料のナノ粒子の濃度を測定することができる。
以下、本発明の流動ナノ粒子の測定装置の動作について説明する。
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。
図５に示すフローチャートでは、前記方法を複数のステップに分けて示しているが、少なくとも一部のステップは、順序を変えて行ったり、他のステップと結合して行ったり、省略したり、細かなステップに分けて行ったり、図示されていない１以上のステップを付加して行ったりすることができる。
図６では、第１レーザビームＢ１の第２出力Ｐ２は、第１出力Ｐ１よりも大きくてもよい。第１出力Ｐ１は、例えばゼロ（zero）であってもよい。制御部７０は、第１レーザビームＢ１の出力を時間によって制御することができる。
図１～図５を参照すると、流動ナノ粒子の測定装置１は、流動する液体試料に含まれているナノ粒子を測定するように動作できる。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。
流動装置２０は、ナノ粒子が含まれている液体試料を流動セル３０のメイン流動部３８に流動させることができる。詳しく説明すると、流動装置２０は、セルインレット３２を介して液体試料を流動セル３０の内部に流入させ、セルアウトレット３４を介して液体試料を流動セル３０の外部に排出させることができる。流動装置２０を流動する液体試料は、流動制御部５０によって流速を制御することができる。
図１～図６を参照すると、流動制御部５０は、一定流量の液体試料がメイン流動部３８で停止状態で位置するように流速を制御できる。すなわち、流動制御部５０は、液体試料を第２周期Ｔ２をもって繰り返して流動するように動作できる。
レーザ発生装置１２から発生したパルスレーザビームＢは、ビームスプリッタ１６で第１レーザビームＢ１と第２レーザビームＢ２に分岐できる。第１レーザビームＢ１は、レンズ１８を通って流動セル３０のメイン流動部３８に照射できる。第１レーザビームＢ１は、第１周期Ｔ１のパルスをもって繰り返されるように照射できる。
本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定方法（Ｓ１００）は、流動セル３０で流動する液体試料にパルスレーザビームを照射するステップ（Ｓ１１０）を含むことができる。このステップ（Ｓ１１０）において、液体試料に照射されるパルスレーザビームは、第１レーザビームＢ１であってもよい。このステップ（Ｓ１１０）において、制御部７０は、第１レーザビームＢ１の出力を制御して液体試料にパルスレーザビームを照射することができる。
第１レーザビームＢ１の第１周期Ｔ１は、パルスレーザビームＢの周期と同じであってもよい。第１レーザビームＢ１の第１周期Ｔ１は、流動制御部５０の第２周期Ｔ２と同じであってもよい。流動制御部５０は、流動セル３０を通る液体試料の流速をパルスレーザビームＢの周期と対応するように制御できる。例えば、液体試料の流動停止状態が開始される時点は、第１レーザビームＢ１の出力が第２出力Ｐ２となる時点で同期化され得る。例えば、液体試料の流動状態が開始される時点は、第１レーザビームＢ１の出力が第１出力Ｐ１となる時点で同期化され得る。
そのため、流動制御部５０によって、メイン流動部３８を通る液体試料の流動が停止されたとき、第１レーザビームＢ１が流動セル３０のメイン流動部３８に照射されることにより、液体試料中のナノ粒子に誘導プラズマが発生できる。
本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定方法（Ｓ１００）は、検出器によって検出信号を取得するステップ（Ｓ１２０）を含むことができる。第１レーザビームＢ１は、流動制御部５０によって停止された液体試料のナノ粒子にプラズマまたは衝撃波を発生させることができる。検出器６０は、発生したプラズマまたは衝撃波を検出して「検出信号」を生成することができる。検出信号は、衝撃波の情報を含むことができる。このステップ（Ｓ１２０）において、制御部７０は、検出器６０によって検出信号を取得することができる。
本発明の一実施形態に係る流動ナノ粒子の測定方法（Ｓ１００）は、液体試料の濃度情報を算出するステップ（Ｓ１３０）を含むことができる。このステップ（Ｓ１３０）で制御部７０は、流動制御部５０によって制御された液体試料の流量および検出器６０から得られる検出信号に基づいて、液体試料に含まれているナノ粒子の濃度情報を算出することができる。
制御部７０は、流動制御部５０を制御することで、液体試料が一定周期をもって流動と流動停止を繰り返すように動作させ、レーザ発生部１０を制御することで、第１レーザビームＢ１が一定周期をもって照射されるように動作させる。これにより、流動する液体試料中のナノ粒子を測定することにより、ナノ粒子の測定の信頼度を向上させることができる。
図７は、本発明の他の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。
図１～図７を参照すると、流動ナノ粒子の測定装置１は、流動する液体試料に含まれたナノ粒子を測定するように動作できる。
第１レーザビームＢ１の第１周期Ｔ１は、流動制御部５０の第２周期Ｔ２と同じであってもよい。
また、第１レーザビームＢ１の第１周期Ｔ１の開始点は、流動制御部５０の第２周期Ｔ２の開始点よりも第１遅延時間ｄ１だけ遅延されるように制御できる。言い換えれば、第１レーザビームＢ１が第２出力Ｐ２で動作する開始点は、液体試料の流速がゼロ（zero）になる開始点よりも第１遅延時間ｄ１だけ遅延され得る。これにより、流動制御部５０によって液体試料の流動が停止されてから第１遅延時間ｄ１が経過した後、第１レーザビームＢ１が流動セル３０に照射され得る。
また、液体試料の流速が第１流速Ｖ１となる開始点は、第１レーザビームＢ１が第１出力Ｐ１となる開始点よりも第２遅延時間ｄ２だけ遅延され得る。これにより、第１レーザビームＢ１が流動セル３０に照射されてから第２遅延時間ｄ２が経過した後、液体試料は第１流速Ｖ１で流動して流動セル３０から排出できる。
第２周期Ｔ２の間に液体試料の流速がゼロ（zero）に維持される時間は、第１周期Ｔ１の間に第１レーザビームＢ１が第２出力Ｐ２で動作する時間よりも大きくてもよい。これにより、誘導プラズマが形成されていないナノ粒子に対して第１レーザビームＢ１が照射され、誘導プラズマを安定的に発生できる。
図８は、本発明の一実施形態に係る流動セルの斜視図、図９は、図８のＡ－Ａ’に沿う断面図、図１０は、図８のＢ－Ｂ’に沿う断面図である。
図８～図１０を参照すると、流動装置１０（図１を参照）は、流動セル１３０を含むことができる。図８～図１０に示す流動セル１３０の形状は、図３ａ及び図３ｂに示す流動セル３０の形状と異なり得る。
流動セル１３０は、その内部で液体試料が流動するように構成できる。流動セル１３０は、流動セル１３０の内部に液体試料が流入されるセルインレット１３１と、流動セル１３０の内部から外部に液体試料が流出されるセルアウトレット１３２とを含むことができる。
流動セル１３０は、クォーツ材質を含むことができる。しかし、これに限定されず、流動セル１３０は、アクリルのような高分子材料を含むことができる。流動セル１３０には、チューブ１３１ａ，１３２ａが連結され、流動セル１３０の外部と連結することができる。しかし、これに限定されず、チューブ１３１ａ，１３２ａは、流動セル１３０と一体に形成されてもよい。
セルインレット１３１及びセルアウトレット１３２は、図８に示すようにチューブ１３１ａ，１３２ａの開口を意味することもあり、流動セル１３０の本体からチューブ１３１ａ，１３２ａが挿入される開口を意味することもある。また、チューブ１３１ａ，１３２ａがない場合には、セルインレット１３１及びセルアウトレット１３２は、流動セル１３０において液体試料がそれぞれ流入・出入する開口を意味し得る。チューブ１３１ａ，１３２ａは、流動セル１３０の一構成でもある。
流動セル１３０は、全体として六面体の形状であってもよい。流動セル１３０は、その外形（正面または側面）が四角形であるものが図示されているが、その形状はそれに限定されない。つまり、流動セル１３０の形状、及び流動セル１３０の形状による検出器６０の配置は限定されるものではない。例えば、液体試料が流動セル１３０の内部を流動するように構成され、流動セル１３０の内部の液体試料に第１レーザビームＢ１が照射されるように流動セル１３０の少なくとも一部が光透過材料で構成されればよい。
流動セル１３０は、その内部で液体試料が流動する流動部１３４を含むことができる。図２、３では、
Figure 0007407160000001
の形状の流動部を図示して説明した。図８～図１０に示す流動部１３４は、一方向に延長された形状に形成することができる。
流動部１３４は、インレット部４１及びアウトレット部４２に連結することができる。しかし、流動部１３４の形状はこれに限定されるものではない。例えば、流動部１３４は、液体試料が流動セル１３０の外部から流入されて流動セル１３０の内部を通って流動セル１３０の外部に排出されるように設けることができる。
流動部１３４は、メイン流動部１５０と、インレットガイド部１４１と、アウトレットガイド部１４２とを含むことができる。液体試料は、インレットガイド部１４１、メイン流動部１５０、及びアウトレットガイド部１４２を順次流動することができる。
インレットガイド部１４１は、メイン流動部１５０の一端に連結することができる。例えば、インレットガイド部１４１は、メイン流動部１５０の上流側の端部に連結することができる。アウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０の他端（another end）に連結することができる。例えば、アウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０の下流側の端部に連結することができる。流動部１３４を形成する流動セル１３０の内壁は、クォーツ材質を含むことができる。これにより、液体試料の流動摩擦抵抗を最小限に抑えることができる。
メイン流動部１５０は、一端から他端に延長して形成することができる。言い換えれば、メイン流動部１５０は、一端から一方向に延長されて他端につながる形状に形成することができる。メイン流動部１５０の長さ方向は、一方向と並んでいてもよい。
メイン流動部１５０は、ナノ粒子が含まれた液体試料が流動する流動空間１５３ａを形成することができる。メイン流動部１５０は、第１レーザビームＢ１（図１を参照）が流動空間１５３ａに照射されるように構成できる。メイン流動部１５０の流動空間１５３ａは、液体試料が一方向に流動する流路を形成することができる。また、メイン流動部１５０は、液体試料の流路を形成するように、液体試料の流動方向Ｆを長さ方向にして形成される流路形成面１５３を含むことができる。液体試料の流動方向Ｆは、メイン流動部１５０の長さ方向と並んでいてもよい。例えば、液体試料の流動方向Ｆは、一方向と並んでいてもよい。
インレットガイド部１４１は、メイン流動部１５０への液体試料の流入をガイド（guide）することができる。アウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０から流動セル１３０の外部への液体試料の排出をガイド（guide）することができる。
インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２は、セルインレット１３１及びセルアウトレット１３２にそれぞれ連結することができる。インレットガイド部１４１は、セルインレット１３１を介して流入される液体試料をメイン流動部１５０へガイド（guide）することができる。アウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０を通った液体試料をセルアウトレット１３２へガイド（guide）することができる。
インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０が流動セル１３０の本体の外面から一定の深さの内部に位置するように形成することができる。例えば、図８～図１０に示すように、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０が流動セル１３０の外面から一定の深さの内部に位置するように、流動セル１３０の内部に向かって延長して形成することができる。
しかし、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２の形状は、それに限定されるものではない。例えば、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２は、流動セル１３０のセルインレット１３１とセルアウトレット１３２まで延長することができ、流動セル１３０の外部まで延長することもできる。
メイン流動部１５０は、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２に連結することができる。例えば、メイン流動部１５０の一端は、インレットガイド部１４１に連結することができる。例えば、メイン流動部１５０の他端は、アウトレットガイド部１４２に連結することができる。
メイン流動部１５０の他端は、メイン流動部１５０の一端よりも上に位置することができる。例えば、メイン流動部１５０は、一端から上方に延長されて他端につながる形状を形成することができる。例えば、メイン流動部１５０の長さ方向は、上下方向と並んでいてもよい。例えば、メイン流動部１５０の一方向は、上下方向と並んでいてもよい。例えば、メイン流動部１５０の一端は、メイン流動部１５０の下端であってもよい。例えば、メイン流動部１５０の他端は、メイン流動部１５０の上端であってもよい。
メイン流動部１５０は、液体試料が流動空間１５３ａにおいて重力方向とは反対方向の流動方向Ｆに流動するように構成できる。すなわち、メイン流動部１５０は、液体試料が流動空間１５３ａの下部から上部に流動するように構成できる。
インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０にそれぞれ連結され、前記流動方向Ｆと同じ方向に連結されるように構成できる。つまり、インレットガイド部１４１、メイン流動部１５０、及びアウトレットガイド部１４２は、順次配置され、かつ重力方向とは反対の流動方向Ｆに沿って順次配置され得る。例えば、インレットガイド部１４１は、メイン流動部１５０の下端部に連結することができる。例えば、アウトレットガイド部１４２は、メイン流動部１５０の上端部に連結することができる。
このような構成により、メイン流動部１５０を流動する液体試料に第１レーザビームＢ１（図１を参照）が照射されるとき、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２を流動する液体試料に対して第１レーザビームＢ１（図１を参照）の影響を最小限に抑えることができ、メイン流動部１５０内の液体試料のナノ粒子の測定精度を向上させることができる。
また、流動部１３４を、液体試料が重力方向とは反対方向を流動方向Ｆにして流動するように構成することにより、流動部１３４の内部で発生し得る気泡などは、浮力によってアウトレットガイド部１４２に移動することができる。これにより、液体試料のナノ粒子の測定において、気泡による測定エラーを最小限に抑えることができる。
流動セル１３０は、第１レーザビームＢ１（図１を参照）が透過する透過部１５４（図８、１０参照）を含むことができる。透過部１５４は、第１レーザビームＢ１（図１を参照）が透過するように構成できる。図１０では、理解を容易にするためにハッチングで表示しているが、透過部１５４は、光透過性材料で構成することができる。つまり、透過部１５４の少なくとも一部は、光透過性材料を含むことができる。一例として、透過部１５４は、クォーツ材質を含むことができる。
透過部１５４は、流動セル１３０の前面を形成することができる。例えば、透過部１５４は、流動セル１３０の前面の少なくとも一部を形成することができる。透過部１５４の厚さは限定されず、透過部１５４の前後方向の厚さは、透過部１５４の前方から透過部１５４に入射した第１レーザビームＢ１（図１を参照）が透過部１５４を通過する程度であってもよい。
透過部１５４は、メイン流動部１５０の周囲の少なくとも一部に配置することができる。例えば、透過部１５４は、メイン流動部１５０の前面に配置できる。例えば、メイン流動部１５０の前面は、メイン流動部１５０の下端から上端に延長して形成することができる。
メイン流動部１５０の前面は、第１辺１５４１及び第２辺１５４２を形成することができる。言い換えれば、メイン流動部１５０の前面は、第１辺１５４１から延長されて第２辺１５４２につながって形成されるか、第２辺１５４２から延長されて第１辺１５４１につながって形成され得る。第１辺１５４１及び第２辺１５４２は、メイン流動部１５０の前面の境界の少なくとも一部を形成することができる。
透過部１５４は、第１辺１５４１と第２辺１５４２との間に位置することができる。例えば、透過部１５４は、第１辺１５４１の少なくとも一部から延長されて第２辺１５４２の少なくとも一部につながって形成され得る。例えば、透過部１５４は、第２辺１５４２の少なくとも一部から延長されて第２辺１５４１の少なくとも一部につながって形成され得る。
透過部１５４は、メイン流動部１５０の流動空間１５３ａに露出する透過面１５４ａを含むことができる。透過面１５４ａは、メイン流動部１５０の流路の一部を形成することができる。すなわち、透過面１５４ａは、液体試料が流動する流路の周面の一部を形成することができる。つまり、透過面１５４ａは、流路を形成する流路形成面１５３の少なくとも一部を形成することができる。透過面１５４ａは、例えば、透過部１５４の背面（rear face）の少なくとも一部であってもよい。
第１レーザビームＢ１（図１を参照）は、透過部１５４に入射することができる。第１レーザビームＢ１（図１を参照）が透過部１５４に入射する方向は、液体試料の流動方向Ｆと一定の角度を形成することができる。例えば、第１レーザビームＢ１（図１を参照）の照射方向は、液体試料の流動方向Ｆと垂直になることができる。液体試料の流動方向Ｆと、第１レーザビームＢ１の照射方向が形成する角度は、検出器の種類によって異なり得る。
言い換えれば、第１レーザビームＢ１の照射方向は、液体試料の進行方向Ｆと交差することができる。例えば、メイン流動部１５０に入射する第１レーザビームＢ１の進行方向は、液体試料の進行方向Ｆと交差することができる。例えば、メイン流動部１５０に入射する第１レーザビームＢ１は、メイン流動部１５０で流動する液体試料と交差することができる。
また、第１レーザビームＢ１（図１を参照）が液体試料の流動方向Ｆと一定の角度を形成することにより、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２を流動する液体試料に対して第１レーザビームＢ１（図１を参照）の干渉を最小限に抑えることができる。
流動セル１３０は、観測部１５５（図８、１０を参照）を含むことができる。検出器６０は、観測部１５５によって衝撃波またはフラッシュを検出するように構成できる。図１０では、理解を容易にするために観測部１５５をハッチング（hatching）で表示しているが、観測部１５５の少なくとも一部は、光透過性材料で構成することができる。例えば、観測部１５５は、クォーツ材質を含むことができる。
液体試料の流動方向Ｆを基準として、観測部１５５は、透過部１５４に対して角度を形成することができる。例えば、観測部１５５及び透過部１５４は、メイン流動部１５０の中心線を基準に垂直に配置することができる。言い換えれば、メイン流動部１５０の中心線から観測部１５５に向かう方向（例えば、図８の左方）は、メイン流動部１５０の中心線から透過部１５４に向かう方向（例えば、図８の前方）と角度（例えば、垂直）を形成することができる。メイン流動部１５０の中心線は、メイン流動部１５０の中心を通る上下方向の線（仮想の線）であってもよく、メイン流動部１５０の上下方向の軸を形成することができる。
図８～図１０では、流動セル１３０の一側面に透過部１５４が配置され、向き合う角度を異にする隣接する側面に観測部１５５が配置されることが示されている。例えば、観測部１５５は、第１辺１５４１から後方に延長された形状に形成するか、または第２辺１５４２から後方に延長された形状に形成することができる。例えば、観測部１５５は、透過部１５４の一辺（または境界の一部）から後方に延長された形状に形成することができる。
これにより、観測部１５５を介して露出するプラズマ光または衝撃波が第１レーザビームＢ１（図１を参照）から受ける干渉を最小限に抑えることができ、検出効率を向上させることができる。メイン流動部１５０の中心線を基準として、観測部１５５と透過部１５４が形成する角度は、垂直な角度に限定されず、第１レーザビームＢ１（図１を参照）が入射する方向と、観測部１５５を介してプラズマ光または衝撃波が露出する方向が一致しない角度であればよい。観測部１５５は、第１レーザビームＢ１（図１を参照）の経路から外れて位置することができる。観測部１５５は、透過部１５４と区別されて位置することができる。
観測部１５５は、流路形成面１５３の少なくとも一部を形成する観測面１５５ａを含むことができる。観測面１５５ａは、メイン流動部１５０の流動空間１５３ａに露出することができる。観測部１５５は、流路形成面１５３に沿って、液体試料の流動方向Ｆを長さ方向に長く形成することができる。
流路形成面１５３は、透過部１５４に形成された透過面１５４ａと、観測部１５５に形成された観測面１５５ａと、内側面１５６ａとを含むことができる。内側面１５６ａは、流路形成面１５３を形成する面から透過面１５４ａおよび観測面１５５ａを除いた面であり、液体試料の流動方向Ｆに延長して形成することができる。内側面１５６ａは、液体試料の流動方向Ｆを長さ方向にして延長するように形成できる。例えば、透過面１５４ａ、観測面１５５ａ、及び内側面１５６ａは、流路形成面１５３を形成することができる。流路形成面１５３の下端は、インレットガイド部１４１に連結または連通することができる。流路形成面１５３の上端は、アウトレットガイド部１４２に連結または連通することができる。
流路形成面１５３の断面（例えば、上下方向を基準とする断面）は、円形または多角形の少なくとも一つを含む形状であってもよい。透過部１５４および透過面１５４ａは、メイン流動部１５０の周囲の少なくとも一部と、それに対応する流路形成面１５３の少なくとも一部にそれぞれ配置することができる。観測部１５５および観測面１５５ａは、メイン流動部１５０の残りの周囲の少なくとも一部と、それに対応する流路形成面１５３の少なくとも一部にそれぞれ配置することができる。例えば、流路形成面１５３の断面は、四角形の断面であり、透過面１５４ａと観測面１５５ａ、そして透過面１５４ａと観測面１５５ａに隣接する平面によって形成することができる。しかし、これに限定されず、透過面１５４ａ、観測面１５５ａ、内側面１５６ａは、長さ方向に沿って延長される曲面を含むこともできる。
流路形成面１５３の断面形状は、前述のような特定に限定されない。流路形成面１５３は、メイン流動部１５０を流動する液体試料でのバブルの発生を最小限に抑え、検出器によって収集されるプラズマの情報が歪曲されない構成で形成することができる。
メイン流動部１５０の内径の大きさは、全区間（下端から上端まで）で一定であるように形成することもでき、液体試料の流動方向Ｆによって異なるように構成できる。例えば、メイン流動部１５０の下端から上端までの全区間を複数の区間に区分し、区間ごとにメイン流動部１５０の内径の大きさが異なってもよい。メイン流動部１５０の内径の大きさ及び形状は、前記特定に限定されない。
メイン流動部１５０は、観測流動部１５１とテーパー流動部１５２とを含むことができる。流路形成面１５３、透過部１５４、透過面１５４ａ、観測部１５５、観測面１５５ａ、内側面１５６ａなどは、観測流動部１５１に形成することができる。テーパー流動部１５２は、複数提供することができる。例えば、複数のテーパー流動部１５２は、観測流動部１５１の一端および他端にそれぞれ形成することができる。例えば、第１テーパー流動部１５２ａおよび第２テーパー流動部１５２ｂは、観測流動部１５１の下端および上端にそれぞれ連結または連通することができる。
観測流動部１５１は、下端から上端に延長された形状に形成することができる。観測流動部１５１は、メイン流動部１５０の中心部を形成することができる。メイン流動部１５０で発生するプラズマの大部分は、観測流動部１５１に位置することができる。
テーパー流動部１５２は、観測流動部１５１がインレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２に連結または連通されるように構成できる。観測流動部１５１の流動空間１５３ａがインレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２にそれぞれ連通するように、流動方向Ｆに沿ってテーパー流動部１５２の内部流路の幅が異なり得る。
例えば、インレットガイド部１４１及びアウトレットガイド部１４２の内径がメイン流動部１５０の流動空間１５３ａの幅よりも小さい場合には、テーパー流動部１５２は、傾斜した構造によってインレットガイド部１４１、アウトレットガイド部１４２及びメイン流動部１５０に連結または連通するように構成できる。
テーパー流動部１５２は、第１テーパー流動部１５２ａと第２テーパー流動部１５２ｂとを含むことができる。第１テーパー流動部１５２ａは、観測流動部１５１とインレットガイド部１４１との間に配置することができる。第２テーパー流動部１５２ｂは、観測流動部１５１とアウトレットガイド部１４２との間に配置することができる。
第１テーパー流動部１５２ａの下端はインレットガイド部１４１に連結または連通し、第１テーパー流動部１５２ａの他端は観測流動部１５１に連結または連通することができる。例えば、第１テーパー流動部１５２ａの下端は、インレットガイド部１４１のインレットホール１４１ａに連結または連通することができる。例えば、第１テーパー流動部１５２ａの他端は、観測流動部１５１の流路形成面１５３に連結または連通することができる。
第１テーパー流動部１５２ａは、流動方向Ｆに沿ってその内部に形成される第１流路１５２ａａの幅（または断面）が大きくなるように形成できる。例えば、インレットホール１４１ａから流路形成面１５３に行くほど、第１テーパー流動部１５２ａの幅（または断面）は大きくなり得る。
第１テーパー流動部１５２ａは、第１流路１５２ａａを形成する複数の第１傾斜面１５２ａｂを含むことができる。複数の第１傾斜面１５２ａｂは流路形成面１５３の下端から延長されてインレットホール１４１ａにつながることができる。複数の第１傾斜面１５２ａｂは、第１流路１５２ａａを形成することができる。
第２テーパー流動部１５２ｂの下端は観測流動部１５１と連結または連通し、第２テーパー流動部１５２ｂの上端はアウトレットガイド部１４２に連結または連通することができる。例えば、第２テーパー流動部１５２ｂの下端は、観測流動部１５１の流路形成面１５３に連結または連通することができる。例えば、第２テーパー流動部１５２ｂの他端は、アウトレットガイド部１４２のアウトレットホール１４２ａに連結または連通することができる。
第２テーパー流動部１５２ｂは、流動方向Ｆに沿ってその内部に形成される第２流路１５２ｂａの幅（または断面）が小さくなるように形成できる。例えば、流路形成面１５３からアウトレットホール１４２ａに行くほど、第２テーパー流動部１５２ｂの幅（または断面）は小さくなり得る。
第２テーパー流動部１５２ｂは、第２流路１５２ｂａを形成する複数の第２傾斜面１５２ｂｂを含むことができる。複数の第２傾斜面１５２ｂｂは、流路形成面１５３の上端から延長されてアウトレットホール１４２ａにつながることができる。複数の第２傾斜面１５２ｂｂは、第２流路１５２ｂａを形成することができる。
複数の第１傾斜面１５２ａｂの傾斜角度および複数の第２傾斜面１５２ｂｂの傾斜角度は限定されず、液体試料の流動方向Ｆに沿って、液体試料での渦流及びバブルの発生を抑制できる角度であってもよい。
インレットガイド部１４１、メイン流動部１５０、及びアウトレットガイド部１４２を流動する液体試料において、流路の幅の差異または圧力によって発生し得る気泡及び／又は渦流は、テーパー流動部１５２の構成（または形状）によって最小限に抑えることができる。
説明の都合上、メイン流動部１５０を観測流動部１５１とテーパー流動部１５２に区分し、流動空間１５３ａおよび流路形成面１５３を観測流動部１５１の一構成として説明した。また、観測流動部１５１の流動空間１５３ａおよび流路形成面１５３は、第１、第２流路１５２ａａ，１５２ｂａおよび複数の第１、第２傾斜面１５２ａｂ，１５２ｂｂと区分されるものとして説明した。しかし、本発明の範囲はこれに限定されない。
例えば、流動空間１５３ａおよび流路形成面１５３は、メイン流動部１５０に含まれ得る。例えば、第１、第２流路１５２ａａ，１５２ｂａは、流動空間１５３ａの一部であってもよい。例えば、複数の第１、第２傾斜面１５２ａｂ，１５２ｂｂは、流路形成面１５３の一部であってもよい。
言い換えれば、流動空間１５３ａは、例えば第１、第２流路１５２ａａ，１５２ｂａを含むことができ、他の例として、第１流路１５２ａａと第２流路１５２ｂａとの間に位置する空間であってもよい。また、流路形成面１５３は、例えば複数の第１、第２傾斜面１５２ａｂ，１５２ｂｂを含むことができ、他の例として、複数の第１、第２傾斜面１５２ａｂ，１５２ｂｂの間に位置する流路を形成する面であってもよい。
インレットガイド部１４１の内径の大きさは、アウトレットガイド部１４２の内径の大きさと同じであってもよい。インレットガイド部１４１の内径とアウトレットガイド部１４２の内径を同じようにすることにより、インレットガイド部１４１とアウトレットガイド部１４２の圧力差を最小限に抑えることができる。これにより、流動部１３４を流動する液体試料での渦流及び／又はバブルの発生を最小限に抑えることができる。しかし、インレットガイド部１４１の内径とアウトレットガイド部１４２の内径の関係は、前記特定に限定されない。
液体試料が貯蔵される貯蔵槽にインレット部４１およびアウトレット部４２が連結され、貯蔵槽からインレット部４１に排出された液体試料を、流動セル１３０を経てアウトレット部４２を介して貯留槽に流入することもできる。しかし、これに限定されず、インレット部４１及びアウトレット部４２は、それぞれ独立した貯蔵槽に連結されてもよい。
以上、特定の実施形態について図示して説明した。しかし、本発明は、前記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、以下の請求の範囲に記載される発明の技術的思想の要旨を逸脱することなく、多様に変更実施できるものである。
１：流動ナノ粒子の測定装置
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 (26)

  1. 液体試料が流動し、第１レーザビームが照射される流動セルと、
    前記第１レーザビームを発生させるレーザ発生部と、
    前記流動セルに対する前記液体試料の流動を制御する流動制御部とを含み、
    前記流動セルは、
    内部に前記液体試料が流動する流動空間を形成し、前記流動空間に前記第１レーザビームが照射されるように構成されるメイン流動部を含み、
    前記流動制御部は、
    前記液体試料の流動状態と流動停止状態が交互に繰り返されるように動作し、
    前記流動状態は、前記液体試料が前記メイン流動部を流動する状態であり、
    前記流動停止状態は、前記メイン流動部での前記液体試料の流動が停止された状態であり、
    前記流動制御部は、
    前記流動状態と前記流動停止状態が第１周期で繰り返されるように動作し、
    前記レーザ発生部は、
    前記第１周期に対応する第２周期で、前記第１レーザビームを前記メイン流動部に繰り返して照射し、
    前記レーザ発生部が前記第１レーザビームを発生させる時点は、
    前記液体試料の流動停止状態が開始する時点よりも第１遅延時間だけ遅れ、
    前記液体試料の流動状態が開始する時点は、
    前記レーザ発生部が前記第１レーザビームの照射を終了する時点よりも第２遅延時間だけ遅れる、
    流動ナノ粒子の測定装置。
  2. 前記レーザ発生部は、
    前記液体試料が流動停止状態であれば、前記メイン流動部に前記第１レーザビームを照射する、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  3. 前記流動制御部は、
    前記流動状態で前記メイン流動部を通る液体試料の流量が、前記流動停止状態で前記メイン流動部内に位置する液体試料の量と同じであるかそれより大きくなるように動作する、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  4. 前記メイン流動部は、
    前記液体試料の進行方向が前記第１レーザビームの進行方向と交差するように構成される、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  5. 前記流動セルは、
    前記メイン流動部の内部に前記第１レーザビームが照射されるように、少なくとも一部が光透過性材料を含む、
    請求項４に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  6. 前記流動制御部は、
    前記流動セルよりも下流に配置され、
    前記液体試料は、前記流動セルから排出されて前記流動制御部に流入される、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  7. 前記メイン流動部に前記第１レーザビームが照射されると、前記メイン流動部内でプラズマが発生し、
    前記プラズマを検出する検出器をさらに含む、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  8. 前記検出器は、
    前記プラズマに基づいて、前記液体試料に含まれているナノ粒子の情報を取得する、
    請求項７に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  9. 前記検出器によって取得される前記ナノ粒子の情報は、
    前記ナノ粒子の大きさごとに異なるように生成される前記プラズマの衝撃波から導出される、前記ナノ粒子の大きさおよび数を含む、
    請求項８に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  10. 前記流動制御部によって制御された前記液体試料の流量と、前記検出器から取得された前記ナノ粒子の情報に基づいて、前記ナノ粒子の濃度を測定する制御部をさらに含む、
    請求項８に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  11. 前記検出器は、
    前記プラズマの衝撃波を検出する衝撃波検出器と、前記プラズマのフラッシュを検出するフラッシュ検出器のうちの少なくとも一つを含む、
    請求項７に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  12. 前記衝撃波検出器は、
    圧電素子とマイクロフォンのうちの少なくとも一つを含む、
    請求項１１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  13. 前記フラッシュ検出器は、
    ＣＣＤカメラを含む、
    請求項１１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  14. 前記レーザ発生部は、
    パルスレーザビームを生成するレーザ発生装置と、
    前記パルスレーザビームの直径を調節する光学用絞りと、
    前記パルスレーザビームの光経路を調節するミラーと、
    前記光経路に配置され、前記パルスレーザビームを分岐させて前記第１レーザビームを形成す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が前記メイン流動部の内部に位置するように、前記第１レーザビームの焦点を調節するレンズとを含む、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  15. 前記レーザ発生部は、
    中心波長が５３２ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを含む、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  16. 前記流動セルは、
    重力方向と反対方向の流動方向に前記液体試料が流動する流動空間を有し、前記流動空間に前記第１レーザビームが照射されるように構成されるメイン流動部と、
    前記メイン流動部への前記液体試料の流入をガイドするインレットガイド部と、
    前記メイン流動部からの液体試料の排出をガイドするアウトレットガイド部とを含み、
    前記インレットガイド部および前記アウトレットガイド部は、
    前記流動方向に前記メイン流動部に順次連結される、
    請求項１に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  17. 前記インレットガイド部、前記メイン流動部、および前記アウトレットガイド部は、
    前記流動方向に沿って順次配置される、
    請求項１６に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  18. 前記流動セルは、
    前記流動空間に露出する透過面を有し、入射する前記第１レーザビームを透過させる透過部をさらに含む、
    請求項１６に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  19. 前記透過部は、
    前記メイン流動部の周囲における前面に位置する、
    請求項１８に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  20. 前記流動セルは、
    前記メイン流動部の周囲に位置し、かつ前記第１レーザビームの経路から外れて位置する観測部をさらに含む、
    請求項１９に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  21. 前記観測部は、
    前記透過部の一辺から後方に延長されて形成される、
    請求項２０に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  22. 前記透過部は、
    クォーツ材質を含む材料で形成される、
    請求項１８に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  23. 前記インレットガイド部の内径および前記アウトレットガイド部の内径は、
    前記メイン流動部の幅よりも小さく、
    前記メイン流動部は、
    下端から上端に延長された形状を形成する観測流動部と、
    前記観測流動部と前記インレットガイド部との間に位置し、前記インレットガイド部から前記観測流動部に行くほど大きくなる幅を有する第１テーパー流動部と、
    前記観測流動部と前記アウトレットガイド部との間に位置し、前記観測流動部から前記アウトレットガイド部に行くほど小さくなる幅を有する第２テーパー流動部とを含む、
    請求項１６に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  24. 前記観測流動部は、
    前記流動空間を形成する複数の流路形成面を含み、
    前記第１テーパー流動部は、
    前記複数の流路形成面に連結される複数の第１傾斜面を含み、
    前記第２テーパー流動部は、
    前記複数の流路形成面に連結される複数の第２傾斜面を含む、
    請求項２３に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  25. 前記インレットガイド部の内径は、
    前記アウトレットガイド部の内径と同じである、
    請求項１６に記載の流動ナノ粒子の測定装置。
  26. ナノ粒子が含まれている液体試料を流動セルに流動させる流動ステップと、
    前記流動セル内のメイン流動部にパルスレーザビームを照射する照射ステップと、
    前記パルスレーザビームによって前記メイン流動部で発生するプラズマを検出する検出ステップとを含み、
    前記流動ステップは、
    前記液体試料の流動状態と流動停止状態が第１周期で交互に繰り返されるように、前記流動セルに連結された流動制御部が動作するステップであり、
    前記流動状態は、
    前記液体試料が前記メイン流動部を流動する状態であり、
    前記流動停止状態は、
    前記メイン流動部での前記液体試料の流動が停止された状態であり、
    前記照射ステップは、
    前記第１周期と対応する第２周期で、前記パルスレーザビームが前記メイン流動部に繰り返して照射されるステップであり、
    前記パルスレーザビームが発生する時点は、
    前記液体試料の流動停止状態が開始する時点よりも第１遅延時間だけ遅れ、
    前記液体試料の流動状態が開始する時点は、
    前記パルスレーザビームの照射が終了する時点よりも第２遅延時間だけ遅れる、
    流動ナノ粒子の測定方法。
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