JPH0933423A - 縦型レーザ回折式粒度分布測定装置 - Google Patents
縦型レーザ回折式粒度分布測定装置Info
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Abstract
て、サンプル層の厚さが薄い場合でも、側方散乱光を得
ることができ、サンプルの微小径粒子までも測定できる
ようにする。 【解決手段】 レーザ光源1から出射されたレーザ光は
コリメータ2によって所定断面積を持つ平行光束とな
り、開放型セル3に照射され、セル3内のサンプル粒子
によって、散乱ないしは回折される。この回折/散乱光
は集光レンズ4を経て前方回折/散乱光センサ5の受光
面上に回折/散乱像を結ぶ。また、大きな散乱角を持つ
散乱光の強度は、側方散乱光センサ6または後方散乱光
センサ7で測定される。これらのデータは、コンピュー
タ8によって所定のアルゴリズムで計算されてサンプル
粒子の粒度分布を得ることができる。レーザ光軸は、鉛
直方向から所定角度傾くようにしているので、薄いサン
プル層であっても側方散乱光を得ることができ、粒度分
布を測定できる。
Description
濃度のサンプルの粒度測定に用いられる縦型レーザ回折
式粒度分布測定装置に関する。
装置では、図2のように開放型のセル31を用いて、こ
のセル31内に、サンプル(試料)を入れて水平に置
き、鉛直方向上方からレーザ光をセルに対して直角に照
射して、下方に出力される回折/散乱光をリングデテク
タ等のアレイセンサによって検出しサンプルの粒度分布
を測定している。
いては、サブミクロン粒子のような微小径粒子までも測
定を行う必要があり、この場合には前方散乱光だけでな
くレーザ入射光軸に対する約90度方向の側方散乱光
や、セル後方に出力される後方散乱光を測定し、全体の
変化を検出しなければ粒子径の分布状態を解析できな
い。そのため図のように側方散乱光、後方散乱光も検出
するようにしている。
セル内に導入するサンプルの量が多い場合には、レーザ
光による側方散乱光が強いので問題がないが、図3のよ
うにセル32の深さが浅い場合、または、サンプルの量
が少ないためにセル32内のサンプル層の厚さが薄い場
合には、特に側方散乱光が微弱で検出できず、粒度分布
を測定できないことがある。
のようにセルの深さを深くして、サンプルの量を増やせ
ば、大きなセルや多量の試料が必要となるので、経済的
でないばかりか、多重散乱の可能性が高くなり、特に高
濃度のサンプルの測定が非常に困難になるという問題が
あった。
されたもので、セル内のサンプル層の厚さが薄い場合で
も、側方散乱光を得ることができ、微小径粒子までも測
定できる縦型レーザ回折式粒度分布測定装置を提供する
ものである。
に、本発明の縦型レーザ回折式粒度分布測定装置は、所
定厚さのサンプル層にレーザ光を照射する手段と、その
レーザ光の照射により得られるサンプル粒子群による照
射前方の回折/散乱光の強度分布を測定する手段と、レ
ーザ光軸に対してほぼ直角方向近辺に出力される側方散
乱光の強度分布を測定する手段とを備え、前記サンプル
層の厚さ方向に対してレーザ光が所定の角度を持つよう
にレーザ光照射手段を構成したことを特徴としている。
レーザ光を照射した場合、レーザ光軸と約90度を成す
方向に散乱する光は、従来のように上方からサンプル層
の深さ(厚さ)方向に沿うようにレーザ光を照射した場
合に側方に散乱する光よりもサンプル中を通過する距離
が短いので、サンプル粒子による多重散乱の影響を受け
にくく、また、散乱光の強度分布測定手段を側方散乱光
の発生地点まで近付けることができるので強い強度の側
方散乱光を測定することができる。
面に基づいて説明する。
分布測定装置の構成を示している。1はレーザ光源、2
はレーザ光源1からの出力光を所定の断面積を持つ平行
光束にするコリメータ、3は上面が開放され、サンプル
(試料)粒子を分散させた懸濁液が入った開放型セル、
4は集光レンズ、5はリングセンサまたはアレイセンサ
等からなる前方回折/散乱光センサ、6は側方散乱光セ
ンサ、7は後方散乱光センサ、8は各光センサで検出さ
れた信号を用いてサンプルの粒度分布を計算等するため
のコンピュータである。
レーザ光の進行方向、開放型セル3の上方には集光レン
ズ4が、その後方には回折/散乱光センサ5が配置され
ている。
軸と約90度の角度をなす方向に側方散乱光センサ6
が、セル3の後方には後方散乱光センサ7が配置されて
いる。レーザ光源1から出射されたレーザ光はコリメー
タ2によって所定断面積を持つ平行光束となり、開放型
セル3に照射される。セル3にはサンプル粒子を分散さ
せた懸濁液が入っているので、照射されたレーザ光はサ
ンプル粒子によって、散乱ないしは回折される。
方回折/散乱光センサ5の受光面上に回折/散乱像を結
ぶ。また、大きな散乱角を持つ散乱光の強度は、側方散
乱光センサ6または後方散乱光センサ7で測定される。
乱光センサ6、後方散乱光センサ7の出力はそれぞれ増
幅器およびA/D変換器等(いずれも図示せず)を介し
てコンピュータ8に取り込まれ、コンピュータ8は各光
強度データ、すなわち回折/散乱光強度分布データを用
いて、以下に示すアルゴリズムによって試料粒子の粒度
分布を算出する。
って変化する。実際のサンプルには、大きさの異なる粒
子が混在するため、粒子群から生じる光強度分布パター
ンは、それぞれの粒子からの回折/散乱光の重ね合わせ
となる。
と、 s=Aq ・・・・ (1) となる。ただし、
1,2,・・・m)は、リングディテクタの各素子及び
側方散乱光センサによって検出される入射光量である。
qは粒度分布(頻度分布%)ベクトルである。粒度分布
範囲を有限とし、この範囲内をn分割して、最大値をd
1 、最小値をdn+1 とする。それぞれの分割区間
[dj ,dj+1 ]を1つの粒子径Xj で代表させる。q
の要素qj (j=1,2,……n)は粒子径Xj に対応
する粒子量である。
分布(ベクトル)sに、変換する係数行列である。Aの
要素のaij(i=1,2,・・・m, j=1,2,・
・・n)の物理的意味は、粒子径xjの単位粒子量の粒
子群によって回折/散乱した光のi番目の素子に対する
入射光量である。
できる。これには、粒子径が光源となるレーザ光の波長
に比べて十分に大きい場合には、Fraunhofer回折理論を
用いる。しかし、粒子径がレーザ光の波長と同程度か、
それより小さいサブミクロンの領域では、Mie 散乱理論
を用いる必要がある。Fraunhofer回折理論は、前方微小
角散乱において、粒子径が波長に比べて十分大きな場合
に有効なMie 散乱理論の優れた近似であると考えること
ができる。
を計算するためには、粒子及びそれを分散させる媒液の
屈折率を設定する必要がある。
を求める式を導出すると、 q=(AT A)-1AT s ・・・・ (5) (5)式が得られる。ただし、AT はAの転置行列であ
り、( )-1は逆行列を示す。
クトル)sの各要素は、前方回折/散乱光センサ及び側
方散乱光センサ、後方散乱光センサで検出される数値で
ある。また、係数行列Aは、Fraunhofer回折理論あるい
はMie 散乱理論を用いて、予め計算しておくことができ
る。したがって、それらの既知のデータを用いて(5)
式の計算を実行すれば、粒度分布(ベクトル)qが求ま
ることは明らかである。なお、サブミクロン粒子の粒度
分布を測定するためには、測定対象となる粒子及びそれ
を分散させる媒液の屈折率を設定する必要がある。
ミクロン領域を含む広範囲な粒度分布を求めることがで
きる。
も、レーザ光を鉛直方向と所定角度を成す斜めの方向か
ら照射するようにしているので、側方散乱光の発生量が
高くなり、この散乱光を検出することができる。
散乱の危険性が減少し、比較的高濃度のサンプル測定も
行うことができる。
ンプル(試料)粒子を分散させた懸濁液をいれた場合だ
けでなく、サンプルが稀少な場合には、スライドグラス
等の透明な板にサンプルを滴下し、カバーグラス等を付
けずに、一定の面積に広がった状態で粒度分布測定をす
ることができる。また、プレート状のサンプルについて
も、特別な固定手段を必要とせずに、光軸を通過するよ
うに配置できる穴のあいた台を設け、その上に置くだけ
で同様な測定をすることができる。
直方向(サンプル層の厚さ方向)と所定角度をなす下方
から照射しているが、これをレーザ光源とコリメータを
セルの上方に配置し、集光レンズと前方回折/散乱光セ
ンサをセルの下方に配置し、レーザ光を鉛直方向(サン
プル層の厚さ方向)と所定角度をなす上方から照射する
ようにしても同様の効果が得られる。
ザ回折式粒度分布測定装置によれば、所定のサンプル層
の厚さ方向に対してレーザ光軸が所定角度傾いた方向と
なるようにしているので、サンプル層が薄くても、側方
散乱光を検出することができ、サンプルのサブミクロン
領域を含む広範囲の粒度分布測定を行うことができる。
また、サンプル層が薄くて良いために、比較的高濃度の
サンプルであっても多重散乱を抑制することができるの
で正確に測定することができる。
布測定装置を示す図である。
である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 所定厚さのサンプル層にレーザ光を照射
する手段と、そのレーザ光の照射により得られるサンプ
ル粒子群による照射前方の回折/散乱光の強度分布を測
定する手段と、レーザ光軸に対してほぼ直角方向近辺に
出力される側方散乱光の強度分布を測定する手段とを備
えた粒度分布測定装置において、 前記サンプル層の厚さ方向に対してレーザ光が所定の角
度を持つようにレーザ光照射手段を構成したことを特徴
とする縦型レーザ回折式粒度分布測定装置。
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