JPH01140044A - 液中微粒子測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液中微粒子測定方法及び装置、さらに詳細には
流体液中にレーザー光を照射し、液中に浮遊する微粒子
からの散乱光を検出して粒径や粒子数等粒子の特性を測
定する液中微粒子測定方法及び装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、測定領域内に光を入射させ、その透過光量や
散乱特性を測定することにより同領域内における粒子の
粒径、数などの特性を測定する技術が知られている。

例えば、純水中の不純物粒子の測定にもこの技術が用い
られているが、純水中の微粒子は径が小さく、またまば
らにしか存在しないため、測定には困難が伴なう、その
ため、従来から微粒子からの散乱強度を増加させるため
にレーザー光源などからの入射光束を小さな領域に集光
させ、高輝度の測定領域を設け、この領域を通過する粒
子からの散乱光を受光する方法が用いられている。

粒子にレーザー光を照射し、その粒子からの散乱光を解
析する粒子計測器においては、粒子を通過させる測定部
分をいかに設定するかが重要である。

第７図は、レーザー光の入射と粒子の通過方向並びに散
乱光を受光する光学系の配置の関係を示したもので、レ
ーザー光束８０とほぼ直交する方向に微粒子からのレー
ザー散乱光を受光する受光レンズ８２を配置し、これを
光電子増倍管等で構成される光電検出器８３を用いて散
乱光を受光している。通常レーザー光束８０はレーザー
光軸８１に垂直な面内でガウス分布に従う強１度分布Ｍ
を有しているため、レーザー光束を通過する粒子からの
散乱光強度は、通過位置に応じて変化し、同一粒径の粒
子でありても散乱光強度が異なることになる。そこで、
第７図に示すように、散乱光の受光レンズ８２に対して
光束に共役な像面にスリット８４ａからなるマスク８４
を置いて、粒子の検出領域８５を視野幅Ｅに制限する方
法が用いられている。

また粒子の流れをＹ方向にすると、光強度分布Ｍ′は受
光軸の方向に長く裾野を引く形となるので、実公昭６２
−３７１６０号公報に記載されているように粒子の流れ
をＸ方向とし、レーザー散乱光受光軸と一致させるよう
にして測定を行なっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したように粒子検出領域を通過する粒子の通過方向
をレーザー光軸に垂直で、しかも粒子からの散乱光の受
光方向に設定する方法では、レーザーの有効光束領域を
通過した粒子からの散乱光を受光できるので、効率的な
粒子測定が可能になるが、粒子の通過方向と受光系の光
軸が一致しているので、受光系の中央部の光を有効に受
光することができないという問題点がある。

従って本発明は、このような問題点を解決するために成
されたもので、粒子からの散乱光を有効に受光でき、精
度ある粒子測定が可能な液中微粒子測定方法及び装置を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はこのような問題点を解決するために、レーザー
入射光束によフて形成された粒子検出領域を通過する微
粒子からの散乱光をレーザー光軸とほぼ直交する方向か
ら受光し、微粒子をレーザー光軸及び散乱光受光軸を含
む平面とほぼ平行で、レーザー光軸及び受光軸と斜交す
る方向に流して粒子特性を測定する構成を採用した。

［作　用］ このような構成では、散乱光受光軸と粒子の流れを一致
させた場合よりも、粒子がレーザーの有効光束を通過す
る領域が長くなり、それによりてより確実な散乱光受光
が得られるので、精度の高い測定が可能になる。また粒
子の通過方向をレーザー光軸に近づける程粒子の有効光
束領域を通過する時間が長くなるが、それと同時に有効
光束領域以外の粒子からの散乱光を受光する確率が多く
なり、精度を逆に悪くする可能性があるので、本発明の
実施例では、微粒子の流れを散乱光受光軸に対して約２
０〜７０度の範囲で斜交させ、好ましくはその角度を約
４５度とした。それにより最も最適な粒子測定が可能に
なる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に従い本発明の詳細な説明する
。

第１図及び第２図は本発明の原理的な方法を説明したも
ので、図において符号１で示すものは測定セルであり、
この測定セル１に測定すべき微粒子２３を含んだ純水等
の試料液を流入させる。

この微粒子２３にレーザー光源２０から得られる入射レ
ーザー光束２１を照射させる。微粒子２３から散乱され
たレーザー散乱光２４は、レーザー光軸２１ａに対して
その受光軸２５ａが略直交して配置された受光レンズ２
５によってマスク２６上に結像される。マスク２６上に
はスリット２６ａが形成され、そのスリット２８ａによ
って制限された散乱光が光電子増倍管等で構成される光
電検出器２７に達してフォトカウンティング方法等を用
いて良く知られているように微粒子の分布あるいはその
粒子径等の粒子特性が測定される。

第７図に関連して説明したように、レーザー光束２１が
集光する集光点２１ｂの領域は、第７図に図示した検出
領域８５に対応する領域となっており、スリット２６ａ
の作用により検出領域２９は、その視野幅Ｅ（第２図）
がレーザー光の有効光束に略一致するようになる。

なお微粒子２３を照射したレーザー光束はその先軸２１
ａ上に配置された光トラップ２８によって吸収される。

第１図及び第２図から明らかなように、微粒子２３の流
れの方向は、レーザー光軸２１ａ並びに受光光軸２５ａ
と斜交した方向となつ、ている。このように微粒子２３
を各光軸と斜交させた方向から流すことにより、微粒子
２３が検出領域２９を通過する時間が長くなり、それに
より確実な散乱光を受光することが可能になる。微粒子
２３の検出領域の通過時間は受光光軸２５ａから斜交さ
せる程長くなるが、レーザー光軸２１ａと一致させる方
向となると、受光光軸２５ａの方向から見てレーザーの
有効光束領域以外を通過する微粒子からの散乱光を受光
する確率も多くなり、それによって本来の微粒子による
光強度特性が得られなくなるので、本発明では、微粒子
２３の流れの方向を受光光軸２５ａに対し約２０〜７０
度の方向に斜交させ、好ましくは第１図及び第２図に図
示したように約４５度とした時が最も良い測定結果が得
られることが判明した。

第３図及び第４図には、本発明を実施する装置の概略構
成が図示されている。各図において第１図及び第２図と
同一のものには同一の参照符号を付してその説明は省略
する。

第３図及び第４甲において符号１０で示すものは四角柱
状の測定セルであり、この測定セル１０に微粒子２３を
含んだ試料液２２を流入させる流入管１２及び試料液２
２を測定セル１０内から排出させる流出管１３が設けら
れる。測定セル１０は円筒部１０ａを有し、この周囲に
レーザー光束２１の入射窓１６、レーザー光束が出射す
る出射窓１７、微粒子２３からの散乱光２９を受光する
受光窓１８並びに壁面反射防止窓１９が配置される。受
光レンズ２５の光軸はレーザー光軸と略直交する方向に
配置される。

流入管１２から流入した試料液２２は、測定セル１０の
円筒部１０ａに沿って流れて、その一部は流出管１３か
ら流出するが、残りは円筒壁面に沿って一周し、旋回流
３０が形成される。この旋回流の形成を促進し、安定化
させるために円筒部底部の中央において一定速度で回転
する攪拌子３１が用いられる。

第４図から明らかなように、レーザー光軸２０ａと受光
光軸２５ａが交わる交点３２の位置は粒子の旋回流３０
が受光光軸２５ａに対して約２０〜７０度、好ましくは
約４５度となるような位置に設定される。レーザー光束
２１はこの交点３２の近辺に集光し、そこに測定領域が
形成され、微粒子２３はこの検出領域を各光軸に対して
斜交する形で通過する。粒子からの散乱光２４は受光レ
ンズ２５によりマスク面２６上に結像され、スリット２
６ａにより制限された散乱光が光電検出器２７に達し、
不図示のカウンタ、演算回路を用いて粒子径や密度分布
の測定が行なわれる。

測定セル１０内の試料液２２は攪拌子３１による回転運
動により適度に旋回し、更に液流入管１２から流入する
液部分を漸次混合されて測定部分を通過するごとに新し
い液部分の粒子が検出されることになり、測定時間の経
過に伴なって得られる粒径、粒子密度分布は取り込まれ
る液全体の浮遊微粒子の粒径や粒子数密度分布を正確に
反映するようになる。測定検出領域における微粒子の流
れは、攪拌子の攪拌状態や液取り入れ状態により層流状
態や乱流状態となる。この状態が第５図及び第６図に図
示されている。いずれも第４図のＡ−Ａ　’線に沿った
断面図であり、第５図が層流状態の時を、第６図が乱流
状態の時を示している。乱流状態の時は第６図に図示し
たように粒子の流れが０１〜Ｃ３あるいはｄ１〜ｄ３と
なるが、この流れは受光レンズ２５の略開口角の範囲で
あれば良く、層流状態であってもまた乱流状態であって
も粒子測定は可能になるものである。

以上の実施例では粒子からの散乱光強度を解析して粒子
径を求め、粒子の通過数と液体の通過流量から粒子数密
度を求めるようにしているが、光子相関法によって粒子
径や粒子分布を求めるようにすることも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、粒子からの散乱
光をレーザー光軸とほぼ直交する方向から受光し、微粒
子をレーザー光軸及び散乱光軸と斜交する方向に流して
粒子特性を測定するようにしているので、浮遊微粒子の
粒径や粒子数密度分布を正確に反映した粒子測定が可能
に、なる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に関わる方法の原理を説明し
た平面的な説明図及び斜視的な説明図、第３図は本発明
装置の概略構成を示した斜視図、第４図はその平面図、
第５図及び第６図は微粒子の流れが層流状態及び乱流状
態になった時の状態を示す第４図Ａ−Ａ　’線に沿った
断面図、第７図は粒子の流れとレーザー光束の有効光束
系の関係を示した説明図である。 １０・・・測定セル　　　２１・・・レーザー光束２３
・・・微粒子　　　　２５・・・受光レンズ２６・・・
マスク　　　　２６ａ・・・スリット２７・・・光電検
出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）流体液中にレーザー光を照射し、液中に浮遊する微
   粒子からの散乱光を検出して粒子特性を測定する液中微
   粒子測定方法において、レーザー入射光束によって形成
   された粒子検出領域を通過する微粒子からの散乱光をレ
   ーザー光軸とほぼ直交する方向から受光し、前記微粒子
   をレーザー光軸及び散乱光受光軸を含む平面にほぼ平行
   で、レーザー光軸及び受光軸と斜交する方向に流して粒
   子特性を測定するようにしたことを特徴とする液中微粒
   子測定方法。 ２）前記微粒子の流れを散乱光受光軸に対して約２０〜
   ７０度の範囲内で斜交させたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の液中微粒子測定方法。 ３）前記斜交する角度を約４５度としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項に記載の液中微粒子測定方法。 ４）流体液中にレーザー光を照射し、液中に浮遊する微
   粒子からの散乱光を検出して粒子特性を測定する液中微
   粒子測定装置において、 測定すべき微粒子を含んだ試料液を入れる測定セルと、 レーザー光束が集光する測定セル内の粒子検出領域に旋
   回流を発生させる手段と、 粒子検出領域を通過する粒子からの散乱光をレーザー光
   軸にほぼ垂直方向から受光する光学系とを設け、 前記レーザー光軸と光学系受光軸の交点を通過する旋回
   流の接線がレーザー光軸と受光軸を含む平面にほぼ平行
   でレーザー光軸及び受光軸と斜交するようにして粒子測
   定するようにしたことを特徴とする液中微粒子測定装置
   。