JPH02212742A - 液中微粒子測定装置 - 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微粒子数など微粒子の特性を測
定する液中微粒子測定装置に関する。

［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微粒子
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、純水中の不純物微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測定セルに設け、この領域
を通過する微粒子からの散乱光を受光する方法が用いら
れている。

微粒子にレーザー光を照射し、その微粒子からの散乱光
を解析する微粒子計測器においては、微粒子からの散乱
光を受光する方向並びに微粒子を通過させる測定部分を
測定セルにおいていかに形成するかが重要である。従来
の液中微粒子測定装置においては、レーザー光の強度分
布がガウス分布を示すために、微粒子測定効率を上げる
ためにｌ／−ザー光で照射された微粒子からの散乱光を
レーザー光の照射軸とほぼ直交する方向から受光する９
０度側方散乱受光方式が用いられている。

この方式では、微粒子の通過方向を受光レンズ光軸方向
と一致させるかまたは微粒子の通過方向をレーザー光軸
と受光レンズ光軸を含む平面内で受光レンズ光軸方向に
対して２０〜７０度の範囲内で斜交させる構成とし、受
光レンズの結像面にスリットを配置して光強度分布の強
い部分を通過した被測定微粒子からの散乱光を選択的に
受光することによって粒径分解能を得ることができるよ
うにしている。

更に、このような方式の測定セルでは微粒子の通過方向
を設定するために、シース流を用いて測定領域に円筒状
の流れを形成する方法、あるいは円筒面と撹拌子を用い
て旋回流を形成する方法がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 」−述したシース流を用いる方法では、円筒状の流れを
形成するのに、多くの流量を必要とする問題点がある。

また、旋回流を用いる方法では、旋回流を形成するため
に円筒部分を有するセルでは円筒部分の液が流入管と流
出管ににり十分置換されたか確認できないこと、また旋
回流を形成して同じ微粒子が何回も測定領域を通過する
可能性があるという問題点がある。

上述したような測定領域において微粒子の通過方向を設
定する場合、微粒子の流れが層流状態ではなく乱流状態
であると微粒子の通過方向を受光レンズ光軸方向あるい
はレーザー光軸と受光レンズ光軸な含む平面と平行な方
向に限定することができなくなり、粒径分解能が得られ
なくなる。

従って、本発明は、このような問題点を解決し、微粒子
からの散乱光を有効に受光でき、精度ある微粒子測定が
可能な液中微粒子測定装置を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 」二連した問題点を解決するために、本発明では、液体
中の微粒子を検出するためにレーザー光を液体中に照射
し、微粒子が測定領域を通過する際の散乱光の強度から
微粒子の特性を測定する液中微粒子測定装置において、
測定領域にレーザ光を照射するレーザー投光装置と、レ
ーザー光の叩射軸とほぼ直交する方向に配置され、微粒
子から側方に散乱された散乱光を受光する受光装置と、
測定領域に散乱光の受光方向とほぼ同じ方向に微粒子を
含んだ液体を流す手段とを設け、前記測定領域における
液体の流れがほぼ層流となる構成を採用した。

「作　用］ 本発明に用いられる測定セルでは接液部に耐食性のある
テフロン等の材料を用い、受光レンズ光軸方向に液体が
流れる様に液体の流入口と流出口を受光レンズ光軸に対
称な位置に設置する。

流入口付近では試料液の流入断面積が急に大きくなると
乱流発生の原因となるため、受光レンズ光軸の法線方向
から流入した液体を整流する二重円筒部の断面積と、測
定領域を微粒子が通過する速度を一定に保つ円筒部の断
面積が、はぼ変化しない様に構成する。また本発明の測
定セルには、円筒部側面にレーザー光束の入射、出射窓
と液中の微粒子からの散乱光を受光するための窓と、こ
の窓と測定領域に対して対向する位置に壁面反射防止用
の透明な窓が形成される。

このような測定セルの構成により、測定セルの測定領域
において微粒子は、層流となって流れるようになり、微
粒子の通過方向の安定化を短い区間で実現することが可
能になる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図において、符号１で示すものは測定セルであり、
後述するように、この測定セル１に測定ずべき微粒子２
を含んだ純水等の試料液を流入させる。

ヘリウムネオンレーザ−等で構成されるレザー光源１０
からレーザー投光光学系により得られる入射レーザー光
束３を微粒子２に照射させる。レーザー投光光学系は、
レーザー光源１０からのレーザー光束を拡大するビーム
エキスパンダ１２、集光レンズ１３から構成される。

集光レンズ１３からのレーザー光束３は、測定セル１に
形成された入射窓４を介して測定領域の中心点となる集
光点３４に集光される。その後レーザー光束は、出射窓
５から出射し光吸収トラップ１６により吸収される。

一方、後述するように円筒部３３から形成された測定領
域を通過する微粒子２から側方に散乱されたレーザー散
乱光６は、レーザー照射軸とほぼ直交する方向に配置さ
れた受光レンズ２０によってマスク２１上に結像される
。マスク２１上にはスリット２１ａが形成され、そのス
リット２１ａによって制限された散乱光がレンズ１４ｂ
を経て光電子増倍管２２に達する。光電子増倍管２２か
ら得られる信号は、図示されてないが、信号処理装置に
入力され、よく知られているようにフォトカウンティン
グを用いて微粒子の分布や微粒子径などの微粒子特性が
測定される。

更に、第２図、第３図に詳細に図示されているように、
測定セル１内には、集光点３４を中心に測定領域である
円筒部３３が形成される。この円筒部３３の周囲に、レ
ーザー光源１０からのレーザー光束３を入射させる入射
窓４、レーザー光束３を出射させる出射窓５、並びにレ
ーザー光束の集光点３４を通過する微粒子２からの散乱
光６を受ける受光窓７が配置される。また受光窓７と集
光点３４に対して、対向する位置には反射防止窓８を設
け、受光光学系に入射する反射光を低減させる。出射窓
５の後方には第１図に関連して説明したようにレーザー
光束を吸収する光吸収トラップ１６令配置される。

また、測定セル１の円筒部３３には、微粒子２を含んだ
液体を流入させる流入管３０が配置される。この流入管
３０は、第３図に詳細に図示されているように、測定セ
ル１の両側面から散乱光の受光方向とほぼ直角方向に入
り、その後受光方向とほぼ平行になるように屈曲して受
光窓７のところで円筒部３３に連接する。それにより、
測定セルの液流入部には二重円筒部３２が形成され、こ
の二重円筒部を介して試料液が流入する。また、レーザ
ー光束の入射軸に対して流入管３０と対称な位置に試料
液を排出させる流出管３１が配置され、この流出管３１
は流入管３０と同様に形成され、それにより流出部にも
二重円筒部３２が形成される。

これらの二重円筒部３２と円筒部３３は同心に配置され
、二重円筒部３２と円筒部３３は同心軸延長線上に円錐
面を形成する。従って、本発明に用いられる測定セルで
は、受光レンズ光軸方向に液体が流れる様に液体の流入
口を受光レンズ光軸に対称な位置に設置され、従って、
微粒子の流れの方向は、微粒子からの散乱光を受光する
光学系の光軸とほぼ一致するようになる。

なお、本実施例に用いられる測定セルでは接液部に耐食
性のあるテフロン等の材料が用いられる。

次に、このように構成された装置の動作を説明する。

レーザー光源１０からのレーザー光束は、ビームエキス
パンダ１２、集光レンズ１３を介して、測定セルの入射
窓４に入り、測定領域の集光点３４に集光される。

一方、測定セル１の円筒部３３、すなわち測定領域には
、微粒子を含んだ液体を流入させる流入管３０、二重円
筒部３２を通して試料液が流入する。２つの流入管３０
は二重円筒部３２に対して対称な法線方向に配置される
ので、試料液は二重円筒部３２で均一に混合される。こ
の場合、流入管３０の断面積２Ａ１．二重円筒部３２の
断面積Ａ２と円筒部の断面積Ａ３には２ＡＩ　＜＜Ａ２
≧Ａ３の関係にすると、二重円筒部と円筒部の断面積変
化を少なくすることになるので、二重円筒部でリング状
の断面として整流された試料液は、円筒部３３に流入し
たとき乱流とはならず、測定領域の手前で断面積がほぼ
変化しない円筒状の流れとなり、測定領域を安定した層
流としてレーザ投先方向にほぼ直角に一定速度で通過す
る。

このように測定領域を通過する微粒子２から側方に、す
なわちレーザー照射方向と直交する方向に散乱されたレ
ーザー散乱光６は受光レンズ２０によってマスク２１−
１−に結像され、光電子増倍管２２に達する。光電子増
倍管２２から得られる信号は、フォトカウンティングを
用いて微粒子の分布や微粒子径などの微粒子特性が測定
される。

一方、試料液は測定領域を通過した後、流出管３１を介
して外部に排出される。この流出管３１は、円筒部後方
に配置されるので、円筒部の測定領域で後流の影響が緩
和される。２つの流出管３１は二重円筒部の鉛直上方に
装置しており、セル内部に渭大した気泡がはやく流出さ
れ、セル内に残りに（くする配慮がなされている。

なお、第１図、第２図、第３図において符号りは流れの
方向を示す。

［発明の効果Ｉ 以ト説明したように、本発明でｃＪ、レーザー光の照射
軸とほぼ直交する方向に微粒子から側方散乱光を受光す
る受光装置を配置し、散乱光の受光方向とほぼ同じ方向
に微粒子を含んだ液体の流ゎを形成するとともに、液体
の流れを測定領域において短い区間で確実に安定した層
流に形成できるので、粒径分布測定を最適条件で行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、液中に浮遊する微粒子をγｉｌｌ定する本発
明の装置の構成を示し７た斜視図、第２図は同装置の測
定セルの要部の拡大斜視図、第３図は同装置の測定セル
をレーザー投光軸、散乱光受光軸を含む断面で横断した
平面図である。 １・・・測定セル　　　　２・・・微粒子３・・・レー
ザー光束　　４・・・入射窓５・・・出射窓　　　　　
６・・・散乱光７・・・受光窓　　　　　８・・・反射
防１Ｆ窓］Ｏ・・・レーザー光源 １６・・・光吸収トラップ ２０・・・受光レンズ　２１・・・マスク２１、　ａ・
・・スリット　２２・・・光電子増倍管３０・・・流入
管　　　３１・・・流出管３２・・・二重円筒部　３３
・・・円筒部３４・・・集光点　　　Ｄ・・−流れ方向
手 続 補 正 書（自発） 平成 年 ３月 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液体中の微粒子を検出するためにレーザー光を液体
   中に照射し、微粒子が測定領域を通過する際の散乱光の
   強度から微粒子の特性を測定する液中微粒子測定装置に
   おいて、 測定領域にレーザー光を照射するレーザー投光装置と、 レーザー光の照射軸とほぼ直交する方向に配置され、微
   粒子から側方に散乱された散乱光を受光する受光装置と
   、 測定領域に散乱光の受光方向とほぼ同じ方向に微粒子を
   含んだ液体を流す手段とを設け、前記測定領域における
   液体の流れがほぼ層流となるようにしたことを特徴とす
   る液中微粒子測定装置。