JPH0617860B2 - 粒径測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は粒径測定装置に関し、さらに詳細にいえば、
測定対象溶液に対してレーザ光を照射し、測定対象溶液
からの散乱光に基いて光子パルスの時系列データを生成
し、生成された時系列データに基いて測定対象溶液中の
粒子の粒径を測定する、いわゆる動的光散乱法に基く粒
径測定装置に関する。

＜従来の技術、および発明が解決しようとする問題点＞ 従来から、動的光散乱法に基く粒径測定装置として、シ
フトレジスタを使用して光子相関演算をなうハードウェ
ア法、およびコンピュータを使用して光子相関演算を行
なうソフトウェア法が知られている。

上記ソフトウェア法は、ソフトウェアに対応して光子相
関演算の精度等をかなり自由に設定することができるの
で、広く使用されつつある。

このソフトウェア法について詳細に説明すると、測定対
象溶液に対してコヒーレンスが高いレーザ光を照射する
ことにより発生する散乱光を入力として光子パルスの時
系列データを生成し、一旦記憶装置に記憶し、記憶され
た時系列データに基いて必要な演算を行なうことにより
測定対象溶液中の粒子の粒径を算出するものである。

即ち、粒径を算出する前提として、光子パルスの時系列
データを生成することが必須であり、一般的には、タイ
ムインターバル法による時系列データの生成が採用され
ている。

このタイムインターバル法は、光子パルス列の時間間隔
を、基準クロックを計数するカウンタにより測定し、各
光子パルス間のカウントデータを一連の時系列データと
するものであり、光子パルスの時間的ゆらぎを測定して
時系列データとして出力すものであるといえる。そし
て、この時系列データに基いて、コンピュータにより所
定の相関演算を行ない、測定対象溶液に含まれる粒子の
粒径を算出するものである。

したがって、粒径が比較的小さく、散乱光強度が著しく
小さい場合における粒径測定を高精度に行なうことがで
きる。

しかし、測定対象溶液に含まれる粒子の粒径が比較的小
さい状態であるとは限らないのであるから、粒径が大き
く、散乱光強度がかなり大きい場合には、光子パルスの
時間的密度が密になるとともに、光子パルス信号の相関
時間が長くなるのであるから、基準クロックを小さくす
ることができなくなる。したがって、このような状況の
下でタイムインターバル法を採用すると、時系列データ
の有効なビット数が減少し、粒径測定精度が低下してし
まうという問題がある。

また、時系列データを生成するための方法としてタイム
ドメイン法が知られている。

このタイムドメイン法は、基準クロックに基いて定めら
れる単位時間当りの光子パルス数を、光子パルスを計数
するカウンタにより測定し、各単位時間当りのカウント
データを一連の時系列データとするものであり、光子パ
ルスの時間的な密度のゆらぎを測定して時系列データと
して出力するものであるといえる。そして、この時系列
データに基いて、コンピュータにより所定の相関演算を
行ない、測定対象溶液に含まれる粒子の粒径を算出する
ものである。

したがって、粒径が比較的大きく、散乱光強度がかなり
大きい場合における粒径測定を高精度に行なうことがで
きる。

しかし、測定対象溶液に含まれる粒子の粒径が比較的大
きい応対であるとは限らないのであるから、粒径が小さ
く、散乱光強度がかなり小さい場合には、単位時間当り
の光子パルス密度が疎になるとともに、光子パルス間の
相関時間が短くなるのである。したがって、このような
状況の下でタイムドメイン法を採用すると、時系列デー
タ有効なビット数が減少し、粒径測定精度が低下してし
まうという問題がある。

即ち、上記何れの方法においても、それぞれ最適の粒径
測定範囲が定まるのであるから、測定対象溶液の種類に
対応させて最適の方法を選択できれば、広範囲にわたっ
て正確な粒径の測定を行なうことができるのであるが、
一般に粒径が未知の測定対象溶液について粒径測定を行
なうのであるから、１の粒径測定装置に対しては何れか
の方法を採用しておき、粒径測定精度の低下を受容すべ
きであると一般的に考えられており、何れかの方法に基
く粒径測定のみを行なうことができるようにした粒径測
定装置しか提供されていなかった。

＜発明の目的＞ この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
未知の粒子の粒径を広範囲にわたって正確に測定するこ
とができる粒径測定装置を提供することを目的としてい
る。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の目的を達成するための、この発明の粒径測定装置
は、測定対象溶液からの散乱光に基いて光子パルスの時
系列データを生成する時系列データ生成手段が、光子パ
ルスの時間間隔の時系列データを生成する第１の時系列
データ生成手段と、所定時間内における光子パルス数の
時系列データを生成する第２の時系列データ生成手段と
を有するものであるとともに、散乱光強度に基いて、選
択的に第１の時系列データ生成手段、第２の時系列デー
タ生成手段に対して光子パルス、およびクロックパルス
を供給する選択手段を具備しているものである。

但し、上記選択手段としては、測定開始当初において何
れかの時系列データ生成手段を選択するものであるとと
もに、選択された時系列データ生成手段により生成され
る少ない時系列データに基いて減衰定数を算出し、算出
された減水定数、および散乱光強度に基いて対応する時
系列データ生成手段を選択するものであってもよい。但
し、算出された減衰定数、および散乱光強度に基いて得
られる光子パルス数データと生成される時系列データの
チャネル数との積を、データ取込みのために設定されて
いるビット数、および２つのデータ生成手段からそれぞ
れ得られたデータから自己相関関数を計算する時間に基
いて定まる基準値と比較して、何れかの時系列データ生
成手段を選択するものであることが好ましい。

また、上記時系列データ生成手段としては、基準パルス
信号同士の間における被測定パルス数を係数する共通の
計数手段により構成されているものであるとともに、選
択手段が、光子パルスを基準パルス入力側、被測定パル
ス入力側に選択的に供給する第１の選択手段と、クロッ
クパルスを逆の入力側に選択的に供給する第２の選択手
段とから構成されているものであることが好ましい。

＜作用＞ 以上の構成の粒径測定装置であれば、測定対象溶液に対
してレーザ光を照射することにより、測定対象溶液に含
まれる粒子の粒径に対応する散乱光が生成される。

そして、上記散乱光に基いて光子パルスを生成し、散乱
光強度に基いて、選択手段により、第１の時系列データ
生成手段、或は、第２の時系列データ生成手段に対して
光子パルス、およびクロックパルスを供給することがで
きる。したがって、光子パルス、およびクロックパルス
が供給された側の時系列データ生成手段により、光子パ
ルスの時間間隔の時系列データ、或は、光子パルス数の
時系列データを生成し、生成された時系列データに基い
て測定対象溶液中の粒子の粒径を算出することができ
る。

また、上記選択手段が、測定開始当初において何れの時
系列データ生成手段を選択するものであるとともに、選
択された時系列データ生成手段により生成される少ない
時系列データに基いて減衰定数を算出し、算出された減
衰定数、および散乱光強度に基いて時系列データ生成手
段を選択するものである場合には、全く未知の側定対象
溶液に対する測定動作を、当初において選択された時系
列データ生成手段に基いて行なって減衰定数を算出し、
算出された減衰定数、および散乱光強度に基いて適正な
時系列データ生成手段を選択し、選択された時系列デー
タ生成手段により時系列データを生成することにより、
正確な粒径の算出を行なうことができる。

特に、上記選択手段が、算出された減衰定数、および散
乱光強度に基いて得られる光子パルス数データと生成さ
れる時系列データのチャネル数との積を、データ取込み
のために設定されているビット数、および２つのデータ
生成手段からそれぞれ得られたデータから自己相関関数
を計算する時間に基いて定まる基準値と比較して、何れ
かの時系列データ生成手段を選択するものである場合に
は、散乱光強度が変化しても基準値を変化させる必要が
なく、単に上記積を基準値と比較することにより簡単に
時系列データ生成手段の選択を行なうことができる。

さらに、上記時系列データ生成手段が、基準パルス信号
同士の間における被測定パルス数を計数する共通の計数
手段により構成されているものであるとともに、選択手
段が、光子パルスを基準パルス入力側、被測定パルス入
力側に選択的に供給する第１の選択手段と、クロックパ
ルスを逆の入力側に選択的に供給する第２の選択手段と
から構成されているものである場合には、光子パルスと
クロックパルスとの入力側を切替えるだけで、物理的に
同一の時系列データ生成手段により互に異なる時系列デ
ータ生成機能を選択することができ、構成を簡素化する
ことができる。

＜実施例＞ 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はこの発明の粒径測定装置の一実施例を示すブロ
ック図であり、１対のクロック発生回路(1a)(1b)と、各
クロック発生回路(1a)(1b)から出力されるクロックを計
数するカウンタ(2a)(2b)と、各カウンタ(2a)(2b)から出
力されるカウントデータを格納するメモリ(3a)(3b)と、
上記両クロック発生回路(1a)(1b)に対して、光子パル
ス、基準クロックを、それぞれクロック入力端子、或は
ゲート入力端子に選択的に供給するスイッチ回路(4)
と、光子パルスを入力とする周波数カウンタ(5)と、上
記メモリ(3a)(3b)、周波数カウンタ(5)、スイッチ回路
(4)とＣＰＵ(6)との間に介在させられたＩ／Ｏインター
フェース(7)とから構成されている。

さらに、詳細に説明すると、上記クロック発生回路(1a)
(1b)は、ゲート入力端子に信号が供給されている間にお
けるクロック入力端子への入力信号に対応してクロック
信号を生成するものであり、互に選択的に動作させられ
るようにしている。上記周波数カウンタ(5)は、光子パ
ルスを入力として単位時間当りの光子パルス数を計数
し、周波数に対応するカウントデータを生成するもので
あり、上記スイッチ回路(4)は、Ｉ／Ｏインターフェー
ス(7)を介してＣＰＵ(6)から制御信号が供給されること
により切替制御されるものであり、光子パルスをクロッ
ク発生回路(1a)(1b)のクロック入力端子、ゲート入力端
子に選択的に供給するとともに、基準クロックを逆の入
力端子に供給するようにしている。

また、上記ＣＰＵ(6)は、後述するように、時系列デー
タに基いて必要な演算を行なって粒径を算出するもので
あるとともに、スイッチ回路(4)に対して切替制御信号
を供給するものである。

上記の構成の粒径測定装置の動作は次のとおりである。

上記ＣＰＵ(6)から出力される切替制御信号がタイムド
メイン法を選択するものである場合には、光子パルスが
各クロック発生回路(1a)(1b)のクロック入力端子に対し
て供給されるとともに、基準クロックがゲート入力端子
に供給されるようにスイッチ回路(4)が切替動作させら
れる。逆に、切替制御信号がタイムインターバル法を選
択するものである場合には、基準クロックが各クロック
発生回路(1a)(1b)のクロック入力端子に対して供給され
るとともに、光子パルスがゲート入力端子に供給される
ようにスイッチ回路(4)が切替動作させられる。

したがって、タイムドメイン法が選択された場合には、
第３図Ａに示すように、基準クロックにより定まる時間
内における光子パルス数に対応するクロックが発生させ
られ、逆に、タイムインターバル法が選択された場合に
は、第３図Ｂに示すように、光子パルス同士の時間間隔
内における基準クロック数に対応するクロックが発生さ
せられる。

そして、各クロック発生回路(1a)(1b)により選択的に発
生させられたクロックをカウンタ(2a)(2b)により計数
し、計数値をメモリ(3a)(3b)に格納する。この結果、両
メモリ(3a)(3b)には、時系列データを構成するデータが
交互に格納された状態となる。

その後は、両メモリ(3a)(3b)に格納されているデータを
交互に読出すことにより一連の時系列データを得、ＣＰ
Ｕ(6)において必要な演算を行なうことにより粒径を算
出することができる。

上記演算についてさらに詳細に説明する。

動的光散乱法における光子相関法では先ず、散乱光強度
の規格化された自己相関関数ｇ２（τ）を求める。散乱
光のみを検出するホモダイン法においてｇ２（τ）は次
の式で定義される。

ｇ２（τ）＝＜Ｉｓ（ｔ）Ｉｓ（ｔ＋τ）＞／ ＜Ｉｓ（ｔ）＞^２ (1) （但し、〈 〉は時間平均 Ｉｓ（ｔ）は時間ｔでの散乱強度） ガウス場近似が成立する場合（散乱体積中の粒子の個数
変動が少ない場合や粒子に外力がかからない場合）、ｇ
２（τ）は次式により散乱光の電場の自己相関関数ｇ１
（τ）に関係付けられる。ｇ２（τ）＝１＋β｜ｇ１^２
（τ）｜ (2) （但し、βは検出面積等により定まる定数） そして次式に示す様にｇ１（τ）を指数関数にフィッテ
ィング（最小二乗法、即ちランダムな誤差によるばらつ
きを有している測定値を理論カーブに載せてパラメータ
を求める場合に、残差の２乗（レジデュアル）が最小に
なるような統計処理）して演算を行うことにより、 （但し、 は各粒径成分の成分量比、ｄｍは粒径、 α＝１６πｋＴｎ^２ｓｉｎ^２（θ／２）／３ηλ^２、ｋ
はボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｎは溶媒の屈折率、
θは散乱角度、ηは溶媒の粘性率、λはレーザ光の波
長。） となり、粒径ｄｍ、及びその粒径を有する粒子の成分量
比ｃｍ（散乱光強度の比による分布での成分量比）を算
出することができる。

また、次式のように｜ｇ１（τ）｜の自然対数をMaclau
rian展開すると（この方法はキュムラント法とよばれ
る）、 ｌｎ｜ｇ１（τ）｜＝−＜Γ＞τ ＋［＜（Γ−＜Γ＞）^２＞／２！］τ^２ −［＜（Γ−＜Γ＞）^３＞／３！］τ^３ ＋… (４) （但し、＜＞はΓ平均） となる。即ち次項の係数が平均減衰定数＜Γ＞となり、
２次項の係数が分布幅を示す多分散度指数となる。３次
以降の係数を正確に求めるには高精度のデータ、および
３次以上の関数に ｌｎ｜ｇ１（τ）｜をフィッティングする必要がある
が、＜Γ＞はｌｎ｜ｇ１（τ）｜を２〜３次関数にフィ
ッティングする事により正確に求められる。この方法に
よっては具体的な分布は算出されないが、この方法で求
められる＜Γ＞値はデータ生成手段の選択等に使用でき
る。

尚、ホトンカウント法において時刻ｔにおける所定時間
Δｔ（クロックレートに相当する）内の光子パルス数を
ｎ（ｔ）とすると、式(1)は次のように表わせる： ＜Ｉｓ（ｔ）Ｉｓ（ｔ＋τ）＞／ ＜Ｉｓ（ｔ＋τ）＞＝ （γΔｔ）^２＜ｎ（ｔ）ｎ（ｔ＋τ）＞／ （γΔｔ）^２＜ｎ（ｔ）＞^２ (5) （但し、γはホトマルの量子効率） よって所定時間内の光子パルス数をデータとする第２の
データ生成手段（タイムドメイン法）の場合、ｇ２
（τ）は次のように計算される： （但し、ｎ_ＴＤｊはｊ番目のデータ（第２データ生成手
段）、ｉ＝（１，２…，Ｍ）チャンネル数、Δｔはクロ
ックレート、 Ｎはデータ数、 Ｍは最大チャンネル数、＜＞は積算平均 ） 上記時系列データｎ_ＴＤｊを８ビットデータとして取扱
う場合には、乗算することにより最大１６ビットのデー
タとなり、さらに（ｎ−ｊ）個加算するので最大３２ビ
ットのデータを取扱う事になる。しかしＣＰＵ(6)とし
て３２ビットのものを使用した場合には、有効数字のビ
ット数、指示部のビット数、および符号のビット数の合
計が３２ビットとなるのであるから、各ビット数をそれ
ぞれ２３，８，１に設定すれば１０進数に換算した有効
桁が６桁になってしまい、散乱光量が大きい場合、即ち
ｎ_ＴＤｊが大きい値となる場合には、下位の情報が失わ
れてしまうことになる。

したがって、そのままでは失われてしまう下位の情報を
確実に保持するために、次式に示す計算を行いｇ２′
（ｉΔｔ）を求め、自己相関関数ｇ２（ｉΔｔ）を求め
る。

（但し、＜＞は積算平均） また、光子パルスが時間ｔで検出されるとすると、次の
光子パルスが（ｔ＋τ、ｔ＋τ＋Δｔ）内で検出される
確率Ｐｃ（τ）ｄτは ｇ２（τ）ｄτに比例するので ｇ２（τ）＝Ｐｃ（τ）／ (8) と表現することができる。

ここではΔｔ内での平均光子パルス数であり、Ｋ＜Ｉ
（ｔ）＞も同じである。Ｐｃ（τ）は光子パルス間の時
間間隔時系列データから、即ち、第１のデータ生成手段
によって求められる時系列データから２つの光子パルス
間の時間間隔の分布を求める事によって得られる。よっ
て第１のデータ生成手段（タイムインターバル法）のデ
ータからｇ２（τ）を求めるには次の計算を行なえばよ
い： （但し、ｉ＝１，２，…，Ｍ、 ｊは相関チャンネル数、Δｔはクロックレート、 Ｍは最大チャンネル数、＜＞は積算平均、 Ｎはデータ数、 Ｔ（ｉ）は２つの光子の間隔がｉΔｔとなる回数、ｎ
_ＴＩｊはｊ番目のデータ（第１データ生成手段）） 次いで、タイムドメイン法とタイムインターバル法との
関係、および両方を選択する基準について説明する。

第２図はタイムドメイン法による測定可能領域、および
タイムインターバル法による測定可能領域の関係を示す
図であり、タイムインターバル法による測定可能領域が
粒径の小さい側であるとともに、タイムドメイン法によ
る測定可能領域が粒径の大きい側であり、中間領域にお
いて両法により測定が可能になっている。尚、図におい
て横軸は散乱光強度（１秒当りの光子パルス数）であ
り、縦軸は粒径、および減衰定数Γ（時系列データに基
く相関をとった場合における減衰定数）である。図中領
域はある設定誤差以下になる範囲を示しており、誤差の
設定値によりその範囲は多少変化することがある。

したがって、図中Ａで示す領域においてはタイムインタ
ーバル法のみが適用可能であるとともに、図中Ｂで示す
領域においてはタイムドメイン法のみが適用可能であ
り、図中Ｃで示す領域においては何れの方法でも適用可
能である。しかし、図中Ｃで示す領域であっても、測定
速度、測定精度の観点から何れかの方法による測定を行
なわせることが好ましいことになる。

さらに詳細に説明すると、本件発明者は、減衰定数Γの
相関関数の解析を正確に行なうためには、最大相関時間
を約（８Γ）^-1とすればよいことを経験的に見出した。
また、以下の説明においては、最大チャネル数が２^６〜
２¹⁰の範囲内で設定でき、クロックレートが０．１μse
cから８msecの範囲内で設定できる粒径測定装置に基い
て説明する。

散乱光量を考慮しない場合、上記の設定範囲内で測定
し、解析できる最大、および最小の減衰定数値Γを有す
る相関関数のΓ値、ΓMAX、ΓMINは、それぞれ ΓMAX≒（０．１×１０^-6×６４／８）^-1 ＝１．２５×１０^６sec^-1 ΓMIN≒（８×１０^−３×１０２４／８）^-1 ＝０．９７６sec^-1 となる。ところが、実際の測定においては、散乱光量を
考慮する必要があるので、１秒当りの光子パルス数（以
下、ＣＰＳと略称する）、および１クロックレート当り
の光子パルス数（以下、ＣＰＣと略称する）を考慮すれ
ば（但し、カウンタの容量を１２ビットとした場合）、 ＣＰＳ＝ＣＰＣ／クロックレート である。

上記のように最大相関時間を約（８Γ）^-1とした場合に
測定でき、かつ解析できる相関関数のΓ値、Γoptは、
最大チャネル数をＭとすれば、 Γopt≒｛（ＣＰＣ／ＣＰＳ）Ｍ／８）｝^-1 ＝ＣＰＳ／（ＣＰＣ×Ｍ／８） となる。

そして、タイムインターバル法では平均のＣＰＣが１以
上になると、データの半数以上が０となり、利用率が効
率的でなくなる。また、タイムインターバル法のデータ
取込みビット数を８ビットとする場合には、平均のＣＰ
Ｃが０．００１以下になると容量オーバーになるデータ
が多くなる。

したがって、タイムインターバル法で測定可能なＣＰＣ
の最小値を０．００１とすれば、任意のＣＰＳに対応す
るΓの上限値Γ１は、 Γ１≒ＣＰＳ／（０．００１×６４／８）、即ち、1og
Γ１≒1ogＣＰＳ−1og０．００８ となる。逆に、任意のＣＰＳに対応するΓの下限値Γ２
は、ＣＰＣの最大値を１とし、最大チャネル数Ｍを１０
２４とすれば、 1ogΓ２≒1ogＣＰＳ−1og１２８ となる。

また、タイムドメイン法における任意のＣＰＳに対応す
るΓの上限値Γ３、および下限値Γ４は、データの誤
差、および利用率を考慮した場合におけるＣＰＣの最小
値が０．５、データ取込みのビット数を１２ビットとす
る場合には、最大値が１５になるので、 1ogΓ３≒1ogＣＰＳ−1og４ 1ogΓ４≒1ogＣＰＳ−1og１９２０ となる。

即ち、減衰定数Γの測定可能範囲のみであれば、第２図
中Ｃに示すように、各法による測定可能領域がオーバー
ラップしてしまうのである。

したがって、以下に詳細に説明するように、所要時間を
考慮して何れかの方法を選択する。

上記所要時間は、何れの方法においてもデータの取込
み、および相関関数の演算を並行させて行なっているの
で、データ取込み時間、および演算時間のうち、遅い方
の時間が考慮されることになる。但し、以下の説明にお
いては、取込みデータ数を１６Ｋ（＝１６３８４）に設
定した場合について説明する。

先ずデータ取込みのための所要時間は、共に１個の光子
パルス当り１／ＣＰＳである。

したがって、所要時間の差として現れるのは、演算時間
になる。

タイムインターバル法における演算は、クロックパルス
数データｎ_TIjについて、 （Ｓ＝１，２，３，…，１６３８４、ｐ＝ｓ，ｓ＋１，
ｓ＋２，…，）の積算を、 が最大チャンネル数Ｍに達するまで、或は、ｐが１６３
８４に達するまで行ない、 となるΣｎ_TIjの個数をチャネルｉのデータＴ（ｉ）と
する。そして、積算を繰返すことにより を算出し、規格化することにより、次式に示すように相
関関数 ｇ２（τ）を得ることができる。

ｇ２（τ）＝ｇ２（ｉΔｔ）＝＜Ｔ（ｉ）＞／ （但し、＜＞は積算平均） そして、１回の測定、積算において、 ＜Ｘ（ｊ）＞の算出、および規格化を行なわないように
するとともに、ｎ_TIjが全て同じ値であるとした場合に
は、総演算回数がＭ×ＣＰＣ×１６３８４となる。した
がって、１回の演算所要時間を９μsecとすれば、総演
算時間はほぼＭ×ＣＰＣ×１６３８４×９μsecとな
る。

また、タイムドメイン法における演算は、クロックパル
ス間の光子パルス数データｎ_TDjについて、 の積算を行なう。そして、次式に示すように相関関数ｇ
（τ）を得ることができる。

（但し、＜＞は積算平均） したがって、相演算回数がＭ×１６３８４となり、１回
の演算所要時間が12μsecであれば、総演算時間はほぼ
Ｍ×１６３８４×12μsecとなる。

また、上記第２図から明らかなように、何れの方法によ
っても粒径の測定を行なうことができる領域Ｃについて
みれば、上限が０．５ＣＰＣ×６４チャネルの条件にな
ているとともに、下限が１６．０ＣＰＣ×６４チャネル
になっているのであるから、チャネル数を６４に設定し
ておけば、タイムドメイン法により領域Ｃのほぼ全範囲
にわたって粒径の測定、および解析を行なうことがで
き、総演算時間が６４×１６３８４×１２μsecにな
る。

したがって、タイムインターバル法による総演算時間が
上記総演算時間と等しくなる条件を基準として何れかの
方法を選択することにより、総演算時間を最も短縮する
ことができる。

具体的には、ＣＰＣ×チャネル数×１６３８４×９＝６
４×１６３８４×１２となるように ＣＰＣとチャネル数とを定めれでよいのであり、ＣＰＣ
×チャネル数≒８５となるのであるから、ＣＰＣ×チャ
ネル数が８５よりも大きければタイムインターバル法を
選択し、８５以下であればタイムドメイン法を選択する
ことにより、最短時間で粒径の測定を行なうことができ
る。

以上要約すれば、粒径測定開始当初においては、単に散
乱光強度が所定の基準値（例えば、１０^４ＣＰＳ）より
小さいか否かに基いてタイムインターバル法、或はタイ
ムドメイン法を選択する。

そして、上記の基準に基いて選択された方法に基いて仮
の測定を行ない（通常の測定に要する積算回数約２００
回に対して約１０回程度の積算を行なうことにより得ら
れるデータに基く演算を行ない）、測定結果に基いてＣ
ＰＣ×チャネル数の換算を行ない、再びタイムインター
バル法、或はタイムドメイン法を選択する。

この選択は、テスト測定によりかなりの精度で減衰定数
Γの測定を行なうことができる関係上、測定対象溶液に
含まれる粒子の粒径に対応して正確な選択が行なわれる
ことになり、以後は未知の粒径に対応する最適な方法に
基いて時系列データの生成、および時系列データに基く
演算を行なうことができるのであるから、必要最小限の
時間で高精度の粒径測定を行なうことができる。

具体例として、タウロコートミセルと標準ラテックスと
の分散液の測定結果を第４図、および第５図に示す。

タウロコレートミセルは粒径が約２〜３ｎｍ（文献値）
と小さく、散乱光強度も小さいのであるから、第２の時
系列データ生成手段のみを有している粒径測定装置によ
っては殆ど粒径の測定が不可能である。逆に、標準ラテ
ックスの粒径は ４．９９２μｍ（カタログ値）と大きく、散乱光強度も
大きいのであるから、第１の時系列データ生成手段のみ
を有する粒径測定装置によっては殆ど粒径の測定が不可
能である。

しかし、上記の構成の粒径測定装置を使用して粒径測定
を行なった場合には、何れの粒子の粒径も高精度に測定
することができた。

第４図Ａはタウロコレートミセル（７０mg／ml）につい
てタイムインターバル法により得られた散乱光の相関で
ある。但し、減衰定数Γが ９００６４sec^-1、光量が７００ＣＰＳ、クロックレー
トが２．０μsec、最大チャネル数が６４であった。同
図Ｂは上記のようにして得られた自己相関関数に基いて
算出された散乱光強度比による分布であり、ピーク平均
値が１．９ｎｍであった。

第５図Ａは標準ラテックス（０．０１％分散液）につい
てタイムドメイン法により得られた散乱光の相関であ
る。但し、減衰定数Γが ７７．３sec^-1、光量が７９００ＣＰＳ、クロックレー
トが４００．０μsec、最大チャネル数が２５６であっ
た。同図Ｂは上記のようにして得られた自己相関関数に
基いて算出された散乱光強度比による分布であり、ピー
ク平均値４．８２３μｍであった。

第６図は仮測定においてタイムインターバル法を採用す
べきか、タイムドメイン法を採用すべきかを決定するた
めの装置の概略を示すブロック図であり、タイムインタ
ーバル法、或はタイムドメイン法の何れかに基くデータ
取込み手段(81)、およびゲートタイム設定手段(82)を有
している。そして、データ取込み手段(81)からの取込み
データに基いて時系列データを生成する時系列データ生
成手段(83)を、生成された時系列データに基いて平均の
クロックパルスレート当りの光子パルス数データを生成
する平均データ演算手段(84)と、上記ゲートタイム設定
手段(82)により設定されたゲートタイムにおける光子数
データを得る光子数データ生成手段(85)と、上記平均デ
ータ算出手段(84)により算出された平均データ、或は光
子数データ生成手段(85)により生成された光子数データ
を入力として１秒当りの光子数を算出する算出手段(86)
と、算出手段(86)による算出データを基準値と比較して
選択信号を生成する選択信号生成手段(87)とを有してい
る。

したがって、この実施例の場合には、予め１秒当りの光
子数を算出して基準値と比較し、比較結果に基いて仮測
定のための方法を選択することになり、仮測定を行なっ
た場合における減衰定数の精度がかなり高くすることが
でき、両法の選択をより確実に行なうことができる。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば散乱光強度を考慮せず、ＣＰＣ×チャネル数
のみに基いてタイムインターバル法、タイムドメイン法
の選択を行なうことが可能である他、この発明の要旨を
変更しない範囲内において種々の設計変更を施すことが
可能である。

＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明は、仮測定を行なうことによりタ
イムインターバル法、或いはタイムドメイン法の何れに
もとずく測定を選択すべきであるかを判別し、この判別
結果に基いて選択された方法に基いて粒径測定を行なう
のであるから、広範囲にわたる粒径を高い精度で測定す
ることができるとともに、測定方法を選択するための特
別の手間を全く必要とせず、操作を簡素化することがで
きるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の粒径測定装置の一実施例を示すブロ
ック図、 第２図はタイムインターバル法、タイムドメイン法によ
る粒径測定可能領域の関係を示す図、 第３図Ａはタイムドメイン法におけるデータ取込みを説
明する図、 第３図Ｂはタイムンインターバル法におけるデータ取込
みを説明する図、 第４図はタウロコレートミセルについて得られた測定デ
ータを示す図、 第５図は標準ラテックスについて得られた測定データを
示す図、 第６図は仮測定のための方法を選択する装置の構成を示
すブロック図。 (1a)(1b)……クロック発生回路、 (2a)(2b)……カウンタ、(3a)(3b)…メモリ、 (4)……スイッチ回路、(6)……ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊谷 邦夫 滋賀県甲賀郡甲西町中央１丁目44の１ 市 兵衛ビル306号室 (72)発明者 中村 彰一 大阪府枚方市東船橋２丁目99番地４ (72)発明者 森澤 且廣 京都府城陽市寺田北東西53

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象溶液に対してレーザ光を照射し、
   測定対象溶液からの散乱光に基いて時系列データを生成
   し、生成された時系列データに基いて測定対象溶液中の
   粒子の粒径を測定する粒径測定装置において、時系列デ
   ータ生成手段が、光子パルスの時間間隔の時系列データ
   を生成する第１の時系列データ生成手段と、所定時間内
   における光子パルス数の時系列データを生成する第２の
   時系列データ生成手段とを有するものであるとともに、
   散乱光強度に基いて、選択的に第１の時系列データ生成
   手段、第２の時系列データ生成手段に対して光子パル
   ス、およびクロックパルスを供給する選択手段を具備し
   ていることを特徴とする粒径測定装置。
2. 【請求項２】選択手段が、測定開始当初において何れか
   の時系列データ生成手段を選択するものであるととも
   に、選択された時系列データ生成手段により生成される
   少ない時系列データに基いて減衰定数を算出し、算出さ
   れた減衰定数、および散乱光強度に基いて対応する時系
   列データ生成手段を選択するものである上記特許請求の
   範囲第１項記載の粒径測定装置。
3. 【請求項３】選択手段が、算出された減衰定数、および
   散乱光強度に基いて得られる光子パルス数データと生成
   される時系列データのチャネル数との積を、データ取込
   みのために設定されているビット数に基いて定まる基準
   値と比較して、何れかの時系列データ生成手段を選択す
   るものである上記特許請求の範囲２項記載の粒径測定装
   置。
4. 【請求項４】時系列データ生成手段が、基準パルス信号
   同士の間における被測定パルス数を計数する共通の計数
   手段により構成されているものであるとともに、選択手
   段が、光子パルスを基準パルス入力側、被測定パルス入
   力側に選択的に供給する第１の選択手段と、クロックパ
   ルスを逆の入力側に選択的に供給する第２の選択手段と
   から構成されているものである上記特許請求の範囲第１
   項記載の粒径測定装置。