JPH0695070B2 - 懸濁物中の物質の大きさ及び又は濃度の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体媒体中に懸濁した固
体粒子、非相溶性液滴又は気泡の大きさ及び／又は濃度
のその場での測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】多くの化学プロセスの実施において、反
応媒体中の懸濁相の存在の検知、その濃度、粒子の大き
さ、それらの両者を測定することが正しいプロセス制御
上必要となる。かかるプロセスの側に反応液中に結晶を
形成する場合がある。結晶化のさいしょを知ることはし
ばしば、所望の大きさと純度の結晶をつくるようそのプ
ロセスをコントロールする上で必要となる。結晶化のは
じまりを知るのに通常は反応媒体を視覚でモニターした
り、結晶化熱に基づく発熱を検知したり、結晶の存在に
基づく反応媒体の濁りを検知したりする。これらの公知
の方法は正しいプロセス制御にとって十分な感度や機能
上の許容度があるとはいえない場合が多い。懸濁物中の
固体粒子の大きさと濃度を測定する他の多くの方法も知
られているが、それらのほとんどは測定用の懸濁物から
サンプルを分ける必要があり、従って液滴や気泡の測定
には利用できない。これらの公知法は、粒子の大きさや
濃度が変化する場合には、その変化の原因が懸濁物から
サンプルを分けたときに急激になくならない限り、利用
できない。

【０００３】

【発明の開示】本発明で用いる繊維光学プローブは、媒
体とは異なる屈折率をもつ粒子を含有する透明又は半透
明媒体を通る光が散乱する現象を利用するものである。
この効果はチンダル散乱として知られている。光の通過
長単位当りの散乱光のフラクションは、粒子の表面積、
媒体と粒子の屈折率（又は、粒子が非透明のときは、粒
子表面の屈折力）に依存し、且つ照射光の波長に関する
粒子の相対的な大きさに依存する。比較的低い粒子濃度
では、他の要因がほぼ一定すると、散乱した光のフラク
ションは濃度と実質上線状の関係になる。しかし比較的
高濃度では、照射光と散乱学の両方が２次散乱によって
希釈され、集めた散乱光と濃度とは非線状関係になる。

【０００４】本発明で用いるに適するプローブは、光源
から連続相反応媒体へと、予め定めた領域又は面積を照
射するように、光を運ぶための１又は２以上の光学繊維
を用いる。このプローブはまた照射領域中の粒子によっ
て散乱した光を集め、これを検知器に送るための１又は
２以上の光学繊維を用いる。光学繊維の使用により、照
射光源と集光検知器を、モニターされる媒体から安全な
距離に設置することができる。

【０００５】照射光用繊維と散乱光を集めるための繊維
の両方共、測定すべき媒体と向き合った一端に透明窓を
有する流体用のしっかりした１つのプローブ包囲体（ｈ
ｏｕｓｉｎｇ）内に包含される。包囲体の材料は媒体の
熱と成分に対する抵抗性を持ち媒体自体に所望の面積と
深さで浸漬できるものであればいづれでもよい。光学繊
維はプローブ包囲体の長軸方向に配向し、照射光用繊維
の縦軸と集光用繊維の縦軸が包囲体の縦軸上の共通点で
交差している。この配置により適切な照射領域と適切な
照射視界とが得られる。

【０００６】より具体的には、本発明で用いうるプロー
ブは、縦軸を有する包囲体と；該包囲体の一端を閉じ且
つ内外面を持つ透明窓と；包囲体の一端に入り包囲体内
を通っている少くとも２本の細長い光学繊維とからな
り；該繊維は該包囲体の反応側の端部における該窓の内
面で対向し且つ終っている対応する端部を有し、該繊維
の該終端は該包囲体の縦軸から放射的に離れており且つ
相互に円囲的に離れており、該繊維はそれらの縦軸に沿
って伸びる仮想シリンダー形を有し且つ該窓の外面方向
に向けて相互に収斂し且つ該包囲体の縦軸上に中心を持
つ視界（ｆｉｅｌｄ ｏｆｖｉｅｗ）内で相互に交差し
ている。

【０００７】本発明は流体媒体中に懸濁している動いて
いる光反射性粒子の大きさと濃度の測定法にあり、該方
法は、 （ａ）該流体媒体によって移動されることができ且つ該
粒子によって反射されることのできる光を該流体媒体の
領域に照射し； （ｂ）反射した光を集め； （ｃ）集めた光の強度の平均強度と分散（ｖａｒｉａｔ
ｉｏｎｓ）を測定し； （ｄ）強度の平均強度と分散の測定値と、同様の粒子を
含有する同様の媒体の少くとも１の他の懸濁物に対し上
記工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）を適用して得た対応す
る値とを対比する、各工程からなる。

【０００８】以下、本発明で用いうるプローブを図に基
づいて説明する。図１は１態様の部分断面図であり図２
の線１ー１をとったものである。図２は図１の態様の正
面図である。図３は図１に類似するが図４の線３−３を
とったものであり、別の態様を示している。図４は図３
の態様の正面図である。図５は図３に類似する別の態様
を示したものである。図６は本発明のプローブを用いる
方法を示す該略図である。

【０００９】図１の態様のプローブは一般的に番号１で
示され、モニターされるべき流体媒体中に浸漬できる金
属又は他の適宜の材料からつくられた中空、円筒状の細
長い包囲体２からなる。以後、流体媒体をサンプルとい
う場合がある。包囲体２はその一端に外部ねじ３を有し
ている。包囲体２のねじを有する端部に、包囲体の自由
端上に密封されているフランジ５付きの支持体４が係合
している。フランジに隣接して、支持体の包囲体の内部
を流体密封状につなぐように密封リング７と一致するみ
ぞ６がある。支持体４は別の密封部材９と密封状態を形
成するように環状みぞ８を有する。

【００１０】支持体４と環状密封部材９上に、適宜の厚
さ、たとえば２ｍｍ、を有しガラス、石英、サファイア
等の適宜の材料でつくられた透明窓１０が密封されてい
る。支持体４と窓１０は、内部ねじ穴１２を有するキャ
ップ１１によって組立られた状態にされる。内部ねじ穴
１２には包囲体２のねじ端が係合される。キャップは窓
１０の余分な端部を覆いかつ密封するフランジ１３を有
する。

【００１１】包囲体２の反対側の端部は、１４における
ように、外部ねじを有し、キャップ１６の対応するねじ
スカート１５と係合するようになっている。

【００１２】キャップ１６は３つの軸方向に伸びた開口
１８を有し、これらは包囲体２の縦軸１９のまわりに放
射状かつ円周状に均一の間隔をおいて設けられている。
各開口間の円周状の間隔は好ましくは１２０゜だが、他
の間隔でも用いることは云うまでもない。

【００１３】各開口１８を通って、好ましくは均一直径
の、光学繊維が伸びている。適宜の密封部材２１により
キャップ１６と繊維２０との間を流体密封状態にする。
繊維は、包囲体内を通り、支持体４中につくられた開口
２２中に固定された対応する端部を有する。開口２２は
包囲体の軸１９のまわりに、好ましくは放射状且つ円周
状に一定間隔で、配置される。しかし開口１８とは異な
り、開口２２の軸は包囲体の隣接端方向に向けて収斂し
ている。収斂角は、後記するように、かわりうる。繊維
２０は開口２２を通り窓１０の内面と接する。好ましく
は、繊維及び窓と同様の屈折率をもつ光学カップリング
ゲル又はオイルの薄い塗膜２３を窓と繊維の対向端間に
入れて繊維／窓界面での屈折ロスを減少する。

【００１４】繊維２０の少くとも１本は光源から光を受
け入れる位置に配置した自由端を有し、その光を窓１０
を通し流体サンプルの領域に照射する。残りの繊維は後
記するように１又は２以上の光検知器と対にされる。し
かし繊維２０のすべての縦軸は窓１０の外面をこえてプ
ローブの縦軸上にある共通点２４でプローブの長軸と互
いに交差すると述べれば十分である。照射（用）繊維の
直径は窓を通して実質上円周状の光線２５を通すに足れ
ばよい。集光繊維の直径は好ましくは照射繊維と同じで
あり、集光繊維２５ａの延長軸に沿った仮想円筒形が光
線２５と交差するとき、２つの背対背円錐（ｂａｃｋ−
ｔｏ−ｂａｃｋ ｃｏｎｅｓ）の形を有する視界（ｆｉ
ｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）２６を形成する。この意味に
ついて後記する。

【００１５】図３はプローブ１に対応するプローブ１ａ
を示す。但しプローブ１ａは凸形外表面１０ｂを持ち、
フランジ１３ａはキャップ１１の自由端で凸表面上で覆
い密封している。窓１０ａの最大厚さはプローブの長軸
１９にあり、厚さはたとえば約３ｍｍである。プローブ
１と１ａの他の相違点は後者の支持体４ａが３つではな
く４つの開口２２ａを有することである。開口２２ａは
プローブ１ａの長軸のまわりに放射状且つ円周状に一定
間隔で配置され、繊維の長軸は収斂し相互に共通点２４
ａで軸１９と交差する。収斂角は軸１９に対し約２０°
である。交差点２４ａは窓１０ａの凸形外面１０ｂを越
えて伸びていず、そこと付合した位置にある。

【００１６】開口２２ａの各々に光学繊維２０の各々が
挿入される。２本の対向する繊維が１又は２以上の光源
と対になり光線２５ａを窓１０ａを通してサンプル中に
運ぶ。他の２本の繊維は１又は２以上の光検知器とつな
がり、点２４ａに隣接するサンプルの領域中で粒子によ
って散乱した光をそこに運ぶ。

【００１７】図３から明らかなように、繊維軸の交差点
でもたらされる視界２６ａと包囲体軸は窓１０ａの凸形
外面と一致する円錐の基礎と実質上同じ形状の円錐形を
している。それ故、視界２６ａは図１の態様で生ずる視
界２６より小さい。

【００１８】２６ａに示すような円錐形視界を得るため
に凸形外面を有する窓を用いることは必須ではない。

【００１９】図５の態様では、窓１０ａは平らな外面と
キャップ１１ｂの自由端にフランジ１３ｂの下にある円
周状フランジ２７を有する。フランジ１３ｂと２７の間
には環状密封部材２８がある。支持体４ｂは支持体４及
び４ａと類似しており、窓１０ｂの内面の下にあり且つ
３又は４本の光学繊維２０用開口２２ｂを有している。
光学繊維２０の縦軸は収斂し窓１０ｂの外面に位置する
共通点２４ｂで相互に縦軸１９ｂと交差している。その
結果として視界２６ｂは円錐形をし窓の外面にその基礎
がくるよう位置する。

【００２０】上記プローブの使用において、サンプルに
光を運ぶ光学繊維はサンプルからはなれた位置に端部を
有し、図６に示すように適宜の光源２９に光学的に接続
している。この繊維を以下照射繊維という。残る繊維の
離れた端部は１又は２以上の適宜の光検知及び強度測定
器３０及び３１とそれぞれ接続している。これら残る繊
維を以下集光繊維という。

【００２１】図６では１本の照射繊維と集光繊維を示し
ているがこれは専ら説明の目的のものである。

【００２２】適当な光源の例としては光放射ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、連続波（ＣＷ）ガス
レーザー、白熱灯、スペクトル灯がある。適当な検知器
３０としては光ダイオード、光電子倍増器がある。適当
な強度測定器３１としてはフォトメーターがある。好ま
しい検知及び測定器はフォトダイオードとトランスイン
ピーダンス増幅器からなりそこからのアウトプットを適
当な対照コンピューター３２又はこの方法と対照して操
作しうる同等の機能を有するものと一体化する。

【００２３】より具体的には、好ましい光源としてＨｏ
ｎｅｙｗｅｌｌモデル ＳＰＸ４６８９−０４ ＧａＡ
１ＡＳ ＬＥＤがある。これは約０．８ミクロンの波長
で光を出し、直径が約１ミクロン又はそれ以上の粒子の
懸濁物に特に適している。この光源はＨｅｗｌｅｔｔ−
Ｐａｃｋａｒｄモデル ６１８１Ｃ ＤＣ電源で強化さ
れうる。適当な検知器３０はＭａｔｈ Ａｓｓｏｃｉａ
ｔｅｓモデル Ｅ−５１００シリコン ＰＩＮ フォト
ダイオード増幅器である。適当な測定器／増幅器３１は
ＵＤＴモデル１０１Ａ増幅器（Ｕｎｉｔｅｄ Ｄｅｔｅ
ｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製）である。適当な対
照（コントロール）／コンピューター３２はＩｎｔｅｌ
単一ボードコンピューターモデル ＳＢＣ−８０／２
４である。各光学繊維は０．６ｍｍのコア直径を有する
プラスチッククラッドシリカ繊維である。これらの繊維
源としてはＱｕａｒｔｚ Ｐｒｏｄｕｃｔｓｃｏｒｐ．
がある。

【００２４】サンプル中に照射することを意図した光以
外の光が存在する場合は、光源からの光の波長以外の波
長を有する光を除くため集光繊維端と検知器３０の間に
光学繊維をはさんでもよい。

【００２５】周囲の光を十分に除く必要がある場合に
は、光源２ａとして単色光のＣＷガスレーザー、レーザ
ーダイオード又はスペクトル灯を使用し、フィルター３
３，２９として狭いバンド通過フィルター又はモクロメ
ーターを使用しうる。

【００２６】使用時、プローブ１は、粒子の存在を検知
すべきサンプル３５を含む容器３４中に周知のチューブ
保持具をつかって挿入されうる。また媒体中の所望の位
置に浸漬されうる。

【００２７】ここで用いる用語「粒子」は、反応媒体中
に非連続相として存在するすべての形の物質を包含する
意味である。それ故、用語「粒子」はガス中又は非相溶
性液体中の液滴や、液体中の気泡やガス又は液体中の固
体粒子のような物質を当然に包含する。

【００２８】図１の態様は低濃度の粒子を含有するサン
プルのモニタリングに好ましく用いられる。それは低濃
度を有するサンプルの方が高濃度サンプルよりにごりが
少なく、その結果、照射光線によるサンプルの透過に対
する妨害が少ないことによる。それ故、光線２５は第３
図や第５図のようなプローブデザイン４３に比較して相
対的により大量のサンプルを照射することができる。

【００２９】視界２６は集光繊維２０の仮想の円筒２５
ａを光線２５と交差するように窓１０の外面をこえて投
影することにより決定される。視界中２６の粒子はある
光を反射又は散乱し、ある散乱光は集光繊維によって集
められ、検知器と強度測定器に送られる。

【００３０】サンプル中の粒子濃度が比較的高い場合に
は、第３図又は第４図のプローブが好ましい。この場
合、照射繊維によって放射した光線２５ａはサンプル中
への透過が比較的浅いが、視界２６ａは窓の外面で始ま
り、それにより視界中で粒子によって散乱した光を集光
繊維で集めることが可能となる。

【００３１】本発明で用いるプローブの感度は（１）視
界にきた光量、（２）サンプル中の粒子によって散乱し
た光を集め検知器に送る効率及び（３）粒子によって散
乱した以外の光（外来光）を除く効率に依存する。非常
に低濃度の粒子（ｐｐｍからｐｐｂの単位）の検知には
外来光の除去は最も重要といえる。外来光の主な源はサ
ンプルと窓の間の界面での照射光の反射によってもたら
される。窓−サンプル界面での反射は代表的には０．１
〜１％、又は１０^−４〜１０^−８Ｗであり、サンプルの
屈折率で異なる。非常に低濃度の粒子から集めた散乱光
は１０^−１３Ｗというほど低い。それ故、反射光の実質
的すべてを除く必要があるといえる。プローブの形状は
他の要件を満足する限り反射光を最大限に除くよう選ぶ
べきである。これは繊維の縦軸とプローブの縦軸の角
度、繊維とプローブの長軸の間隔、繊維間の円周間隔、
窓から反射した光が集光繊維端にこないような窓の厚さ
の選択によって達成される。典型的には、これらの反射
光がプローブ軸又は照射繊維に対向し、隣接集光繊維間
にあるプローブ軸の側にくるようにこれらの因子を選択
する。照射繊維を相互に対向して配置することにより、
かかる繊維の一方から反射した光が集光繊維上にくる可
能性を最小にする。

【００３２】集光繊維によって集め且つ運んだ光の量
は、（１）それらの全断面積（即ち集光繊維の数と各断
面積の積）、（２）繊維の端部とそれらの軸の交差点と
の距離の２乗の逆数及び（３）照射繊維と集光繊維間の
角度にほぼ比例する。実験により最適角度は、直径０．
２〜２００ミクロンの粒子では約２０゜〜２５°の間で
あることが判明した。しかし約１０゜と２０°の間の角
度は最大値の約３０％内の感度をもたらすことも判っ
た。

【００３３】繊維からプローブの縦軸までの距離が繊維
直径の２〜３倍のときに３又は４本繊維プローブは特に
好ましい結果を与えることが判った。この場合繊維の縦
軸とプローブの縦軸との角度は１０°と２５°と間にあ
る。照射繊維と集光繊維間の円周状の間隔の選択も感度
と外来光反射の関係を調節しうる。比較的小さい間隔
（９０°以下）ではよりよい外来光除去ができるが、感
度は大きい間隔（９０゜以上）より劣る。実際上は、９
０°〜１２０゜の間隔が望ましい。

【００３４】繊維間の円周状間隔と繊維直径とプローブ
の縦軸までの距離の比が一定とすると、感度は繊維直径
にほぼ比例する。これは繊維の断面積と交差点までの距
離の２乗が繊維直径の２乗に比例し、視界の深さ（即ち
照射繊維と集光繊維の視界が重なる領域の長さ）は繊維
直径と共に増加するという事実に基づく。２００〜６０
０ミクロンのコア直径を持つプラスチッククラッドシリ
カ繊維が最も好ましい。大きい直径（約６００ミクロ
ン）はわずかによい結果をもたらすと共に取扱いが最も
容易であるので好ましい。大きいコア直径をもつ繊維は
高価で、曲げ半径が大きいため大きな直径のプローブが
必要となり、好ましいとは云いがたい。

【００３５】照射繊維の直径は相互に同一であること
が、また集光繊維と同一であることが好ましい。ＬＥＤ
や幅広の光源、たとえば白熱灯、スペクトル灯、と共に
用いる場合は、小さい繊維ほど一般にサンプルに光を運
びにくく、大きい繊維ほど、それらが集光繊維によって
みられる領域の照射を増すよりもさらに外来光を増す。
ＣＷレーザー又はレーザーダイオードからの集中光を照
射に用いる場合は、集光繊維よりも小さいコア直径を有
する繊維が好ましい。それは窓／サンプル界面からの反
射の直径がより小さいための外来光がより少なくなるこ
とによる。またプローブの界（ｆｉｅｌｄ）の深さは照
射光線の直径が小さいため減少し、動的範囲を増加する
という結果をもたらす。レーザー光源を用い６００ミク
ロンの直径の集光繊維を用いる場合は１００〜３００ミ
クロンのコア直径を持つ照射繊維を用いることが好まし
い。

【００３６】用いる集光繊維の数により感度と経済性を
調節しうる。ほとんどの目的に対し１本の集光繊維で十
分だが高感度が必要な場合は本数を増やすことが望まし
い。

【００３７】１本の照射繊維で光放射ダイオード、レー
ザー又はレーザーダイオードからの光を集めるのに十分
だが幅広源からの光を集めるには２本以上が好ましい。

【００３８】測定に必要な最小限より多い繊維を用いた
プローブは繊維の破損を考慮するとより望ましいといえ
る。

【００３９】本発明は上記に述べた装置を用いて流体媒
体中に懸濁している粒子、非相溶性液滴又は気泡の大き
さ、又は濃度、又はそれらの両方を同時に測定する方法
に関する。便宜上、用語「粒子」は、固体粒状物質、気
泡又は液滴をさすものとする。測定は密閉反応器、パイ
プ、又は他のプロセス機械の内でその場（ｉｎ−ｓｉｔ
ｎ）で行なわれうる。従ってこの方法はプロセス制御に
有用である。

【００４０】この方法は攪拌され、振盪され、又は流動
され、さらには動力等の影響で粒子が動いているような
粒子が何らかの原因で動いている懸濁系に適用されう
る。

【００４１】この方法は動いている光反射性粒子を含有
する流体域に一定強度の光を照射し、粒子によって反射
した光の一部を集め、測定することからなる。集めた反
射光の平均強度と強度の分散（ｖａｒｉａｎｃｅ）が計
算される。粒子の大きさの濃度は既知の大きさと濃度の
同様な粒子を含有する同様の媒体についての同じ測定か
ら得た値と計算した値との比較によって決定する。

【００４２】照射光の波長と少なくとも同じ大きさを有
し且つ媒体とは異なる屈折率を有する粒子を含有する透
明又は半透明媒体域への照射により光の一部（フラクシ
ョン）が反射する。媒体内の一定容積の照射域から反射
した光のフラクションはその領域に存在する粒子の大き
さと数に依存すると共に粒子と媒体の屈折率に依存す
る。照射光の強度が照射域全体を通し一定でない場合、
又は反射光の集光の効率が全体を通し一定でない場合、
粒子から検知した光（即ち集めた反射光）の強度は領域
中の粒子の位置に依存する。粒子が静止よりもむしろ動
いている場合、照射領域中の粒子の数と位置は時間と共
に変り、検知した光の強度に無秩序な変動（ｆｌｕｃｔ
ｕａｔｉｏｎ）を生ずる。これらの変動の大きさは存在
する粒子の大きさと数に依存する。

【００４３】非凝集（ｍｏｎｏｓｉｚｅｄ）粒子の希薄
懸濁物に一定強度の光を照射する場合は、各粒子から反
射する光のフラクションは定数とみなしうる。それ故、
検知した光の強度の分散は照射領域における粒子の数と
位置の統計的な変化に依存する。この場合検知した光の
平均強度（Ｘ）と検知した光の強度の分散は次式のよう
になる。

【００４４】

【数１】 Ｘ＝Ａ^＊（Ｃ／Ｄ） 式１ Ｖ＝Ｂ^＊（ＣＤ） 式２

【００４５】但しＤは粒子の直径、Ｃは粒子濃度、Ａ^＊
とＢ^＊は粒子の屈折率又は屈折力、照射光の強度、照射
領域の大きさ、及び照射及び集光繊維の幾何学形状に依
存する量である。従ってＡ^＊とＢ^＊は粒子の構成物質、
懸濁媒体及び光学系の特定の組合せに対し定数となる。

【００４６】式１と２は濃度（Ｃ）と直径（Ｄ）を同時
に解決し次の結果を与えうる：

【数２】 Ｃ＝Ａ（ＸＶ）^1/2 式３

【００４７】但しＡとＢはＡ^＊とＢ^＊に関係し次式で示
される定数である。

【数３】

【００４８】既知の大きさと濃度の粒子の懸濁物が得ら
れる場合は、同様の媒体中に懸濁した未知の大きさと濃
度の同様の粒子の大きさと濃度は、両懸濁物に対し同じ
測定装置を用い既知と未知の懸濁物によって反射した光
の強度の平均と変動を測定し式３と式４を適用すること
によって決定することができる。

【００４９】式３は粒子の大きさとは独立しており、ま
た式４は濃度とは独立している。従って大きさ又は濃度
のいづれかを独立に決定することができる。

【００５０】媒体中の粒子の大きさの決定には、照射領
域の粒子の平均濃度が全媒体のそれと同じであることは
必づしも必要ではない。該領域中の粒子が代表であれば
十分である。従って、本発明は粒子濃度が媒体全体を通
し一定でないプロセスにおける粒子の大きさの決定にも
適用しうる。

【００５１】既知の粒子の大きさと濃度をもつ安定なサ
ンプルが手に入らない場合、たとえば気泡や液滴の場合
は、校正をプロセス装置外で行なう必要がある。これは
しばしば、光の反射を測定すると同時に他の測定、たと
えば濃度と粒子の大きさの測定ができるフォトグラフィ
ー−イメージ分析等を同時に行なうことによって達成さ
れる。

【００５２】既知の粒子の大きさと濃度の懸濁物が入手
できない場合には、同じ媒体中の同じ物質の２つの懸濁
物中の粒子の相対的な大きさと濃度が決定されうる。１
つのサンプルからの検知した光の平均強度と分散をＸｉ
とＶｉとし、その懸濁物中の粒子の濃度と平均の粒子の
大きさをＣｉとＤｉとし、且つ同じ媒体中の同じ物質の
第２の懸濁物における同じ変数をＸｊ，Ｖｊ，Ｃｊ，Ｄ
ｊとすると次式の如くなる。

【００５３】

【数４】

【００５４】方向、即ちより小さいかより大きいか、及
び単一懸濁物中の粒子の濃度と平均大きさの変化の相対
的な大きさは、集めた光の平均強度と分散を繰返し測定
し、式７と８を適用することによって決定しうる。

【００５５】上記の条件のすべてが合うとはいえない場
合もありうる。たとえば、ある工業プロセスでは粒子の
大きさと濃度が式１と２が正しく機能する範囲内にない
ことがありうる。この場合、大きさ、濃度、平均値及び
分散は複雑でありこれら変数の適切な表現を導びき出す
ことは容易でない。これらの場合、可能性ある範囲全体
にわたった粒子の大きさと濃度をもった多くの既知の懸
濁物を用いて実験的に非直線的な式の一般的な形を求め
ることができる。検知した光の平均強度と分散がその範
囲全体にわたる粒子の平均大きさと濃度の単調な凾数で
ある場合には、未知のサンプルからの検知光の平均強度
と分散の測定値をかくして得られた実験式に挿入するこ
とによって未知懸濁物の濃度と平均大きさの特有値を得
ることができる。

【００５６】ポリスチレンビーズの濃度と平均大きさを
次の方法で決定した。 Ｉ．較正サンプル 既知の大きさのポリスチレンビーズの複数のサンプルを
塩化ナトリウム水溶液に懸濁した。平均直径０．２２２
ｍｍ、０．４５８ｍｍ及び０．６２１ｍｍという異なる
大きさの３つのビーズサンプルを１．５〜１５容量％の
濃度で上記溶液に懸濁させた。懸濁物を撹拌してビーズ
を運動状態に維持した。上記に示した装置を用いて各懸
濁物毎に３ミリセコンド間隔で１万回反射光の強度を測
定し、これら測定値の平均と分散を計算した。これは各
懸濁物毎に３回行なった。これらの値を用いて、リース
トスクエア（ｌｅａｓｔ ｓｑｕｉｒｅ）の方法によっ
て次の回帰式の定数を求めた。

【００５７】

【数５】 Ｃ＝Ｋ_１（ＸＶ）^1/2＋Ｋ_２ 式９

【００５８】ＩＩ．未知サンプル ビーズの直径が未知であることを除いて、較正サンプル
と同様にして２７の懸濁物をつくった。各懸濁物からの
検知光の強度の平均値と分散の値を上記の較正方法で用
いたと同じようにして決定した。

【００５９】次いでこれらの値を線状の回帰式９と１０
に挿入して濃度と平均直径の測定値を得た。次いで３つ
のサンプルの真の平均直径をマイクロフォトグラフィー
によって決定した。各未知懸濁物の粒子直径と濃度の測
定値と真の値は次表１の通りである。

【００６０】

【表１】

【００６１】以上の説明は例示のものであり、本発明を
一切制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブの１例を示す部分断面図。

【図２】図１の正面図。

【図３】本発明のプローブの別の１例を示す部分断面
図。

【図４】図３の正面図。

【図５】本発明のプローブのさらに別の１例を示す部分
断面図。

【図６】本発明のプローブを用いる工程概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイ ダブリュー クリスマン アメリカ合衆国ミシガン州 48640 ミド ランドスエード ロード 5501 (72)発明者 ネイザン エヌ ヘイズ アメリカ合衆国ミシガン州 48640 ミド ランドフレデラル ストリート 315 (72)発明者 マイケル デイ メアドウス アメリカ合衆国テキサス州 77566 レー ク ジャクソン パイン ストリート 202

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体媒体中に懸濁している動いている光
   反射性粒子の大きさと濃度を測定するに際し、（ａ）該
   流体媒体によって送られ且つ該粒子によって反射されう
   る光を該流体媒体領域に照射し、（ｂ）反射した光を集
   め、（ｃ）集めた光の強度の平均強度と分散を測定し、
   そして（ｄ）強度の平均強度と分散の測定値を、同様の
   粒子を含有する同様の媒体の少なくとも１の他の懸濁物
   に工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）を適用して得た対応す
   る値と比較することを特徴とする懸濁粒子の大きさと濃
   度の測定法。
2. 【請求項２】 該他の懸濁物中の粒子の大きさと濃度が
   既知である請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 流体媒体中に懸濁している動いている光
   反射性粒子の大きさを測定するに際し、（ａ）該流体媒
   体によって送られ且つ該粒子によって反射されうる光を
   該流体媒体領域に照射し、（ｂ）反射した光を集め、
   （ｃ）集めた光の強度の平均強度と分散を測定し、そし
   て（ｄ）強度の平均強度と分散の測定値を、同様の媒体
   中に含まれる同様の粒子からなる少なくとも１の他の懸
   濁物に工程（ａ），（ｂ）及び（ｃ）を適用して得た対
   応する値と比較することを特徴とする懸濁粒子の大きさ
   の測定法。
4. 【請求項４】 該同様の粒子の大きさが既知である請求
   項３記載の方法。