JPS62103561A - コロイド粒子のゼ−タ電位を測定する方法及び装置 - Google Patents
コロイド粒子のゼ−タ電位を測定する方法及び装置Info
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- JPS62103561A JPS62103561A JP61215563A JP21556386A JPS62103561A JP S62103561 A JPS62103561 A JP S62103561A JP 61215563 A JP61215563 A JP 61215563A JP 21556386 A JP21556386 A JP 21556386A JP S62103561 A JPS62103561 A JP S62103561A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/447—Systems using electrophoresis
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）
本発明はｑ副体中の粒子のゼータ電位を測定する方法−
Ｌカ装置において、 粒子の該懸濁体の少なくとも一部を含有するセル、 該セルに設けた第１電極及び第２電極、第１電極と第２
電極との間において、該粒子を加速する電場を発生する
手段、 該粒子の加速によって発生された力を電気エネルギーに
変換Ｖる手段、及び 該電気エネルギーを測定する手段、 からなることを特徴とする上記方法及び装置に関する。
Ｌカ装置において、 粒子の該懸濁体の少なくとも一部を含有するセル、 該セルに設けた第１電極及び第２電極、第１電極と第２
電極との間において、該粒子を加速する電場を発生する
手段、 該粒子の加速によって発生された力を電気エネルギーに
変換Ｖる手段、及び 該電気エネルギーを測定する手段、 からなることを特徴とする上記方法及び装置に関する。
特に、本発明は、非定常駆動電圧をセルの電極に印加し
た時に発生する力を測定し、粒子の加速によって発生ず
る機械的力を圧電機械的共振器によって電気エネルギー
又は電気信号に転換し、そしてこの電気エネルギーを同
期復：Ａ器によ〜て検出することからなる、コロイド粒
子のゼータ電位を測定する新規な方法及び装置を提供す
るものである。
た時に発生する力を測定し、粒子の加速によって発生ず
る機械的力を圧電機械的共振器によって電気エネルギー
又は電気信号に転換し、そしてこの電気エネルギーを同
期復：Ａ器によ〜て検出することからなる、コロイド粒
子のゼータ電位を測定する新規な方法及び装置を提供す
るものである。
（従来の技術）
懸濁体中の粒子のゼータ電位を測定することは、粒゛子
のフロツキュレーシ５ン特性及び滞留特性に対する添加
剤の添加を調節する際に、非常に有効である。このよう
な補助添加剤の添加はゼータ電位にかなりの影響を与え
るため、コロイド粒子のゼータ電位を測定する際に使用
する方法及び装置に対してかなりの時間が割かれてきた
。
のフロツキュレーシ５ン特性及び滞留特性に対する添加
剤の添加を調節する際に、非常に有効である。このよう
な補助添加剤の添加はゼータ電位にかなりの影響を与え
るため、コロイド粒子のゼータ電位を測定する際に使用
する方法及び装置に対してかなりの時間が割かれてきた
。
ゼータ電位を測定するために、超音波を使用して二つの
電極間の振動電位を測定したり、光学的測定のためにレ
ーザビームを適用して移動粒子の電気泳動性を測定する
ことを含めて、多くの試みが為されてきた。懸濁体中の
粒子のゼータ電位を測定するために超音波を使用するこ
とは、米国特許第４．２９４．６５６号、同第４．３８
１，６７４号及び同第４．４９７．２０８号公報に記載
されている。
電極間の振動電位を測定したり、光学的測定のためにレ
ーザビームを適用して移動粒子の電気泳動性を測定する
ことを含めて、多くの試みが為されてきた。懸濁体中の
粒子のゼータ電位を測定するために超音波を使用するこ
とは、米国特許第４．２９４．６５６号、同第４．３８
１，６７４号及び同第４．４９７．２０８号公報に記載
されている。
米国特許第４．２９４．６５６号は測定セル内において
懸濁体の一部を超音波場に暴露することからなる、ゼー
タ電位の測定方法を提供するものである。この測定セル
の二つの電極は懸濁体泊旨延長し、そして懸濁体中にお
ける超音波場の平紐音波波長の奇数倍だけ相互に離間し
ている。そして、これによって電極間に働（電圧から、
電荷状態に対応し、かつ補助添加剤の添加を調節する信
号が発生する。
懸濁体の一部を超音波場に暴露することからなる、ゼー
タ電位の測定方法を提供するものである。この測定セル
の二つの電極は懸濁体泊旨延長し、そして懸濁体中にお
ける超音波場の平紐音波波長の奇数倍だけ相互に離間し
ている。そして、これによって電極間に働（電圧から、
電荷状態に対応し、かつ補助添加剤の添加を調節する信
号が発生する。
米国特許第４，３８１，６７４号には、粒状体から反射
する超音波パルスをカウントし、このカウント数とリサ
イクル流体流れを横断する超音波エネルギーｍを比較し
て、オイル回収システムの上記流れ中の該粒状体を検出
し、そして同定する方法が開示されている。
する超音波パルスをカウントし、このカウント数とリサ
イクル流体流れを横断する超音波エネルギーｍを比較し
て、オイル回収システムの上記流れ中の該粒状体を検出
し、そして同定する方法が開示されている。
米国特許第４．４９７．２０８号公報には、液体媒体中
に分散している荷電粒子の電気−力学的特性を測定する
方法及び装置が開示されている。この方法及び装置では
、液体媒体に接触するように二つの電極を設け：これら
電極を交流電位で付勢して、液体媒体中で、分散粒子の
表面とこれら粒子を取り囲む荷電層との間を荷電分離し
、これによって音響信号を発生し：音響変換器を該電極
から離して設けて、音響信号を検出で了１ようにし；そ
して検出された信号の大きさを測定する工程を使用する
。ここにおいては、検出された信号の大きさは明らかに
液体媒体に存在している粒子の電気−力学的特性、学位
容積に対する粒子数及び電橋の励起電位の大きさの関数
である。
に分散している荷電粒子の電気−力学的特性を測定する
方法及び装置が開示されている。この方法及び装置では
、液体媒体に接触するように二つの電極を設け：これら
電極を交流電位で付勢して、液体媒体中で、分散粒子の
表面とこれら粒子を取り囲む荷電層との間を荷電分離し
、これによって音響信号を発生し：音響変換器を該電極
から離して設けて、音響信号を検出で了１ようにし；そ
して検出された信号の大きさを測定する工程を使用する
。ここにおいては、検出された信号の大きさは明らかに
液体媒体に存在している粒子の電気−力学的特性、学位
容積に対する粒子数及び電橋の励起電位の大きさの関数
である。
コロイド粒子のゼータ電位を測定する別な手段は米国特
許第４．０４６．６６７号公報に記載されている。即ち
、バルク状媒体に懸濁している粒子、例えば液体に＠濁
しているコロイドのゼータ電位または電気泳動性を測定
するミクロ電気泳動装置が記載されている。また、コロ
イド粒子のゼータ電位を物理的に測定するために光ビー
ム、顕微鏡及び対物レンズを使用することも開示されて
いる。しかし、米国特許第４．０４６．６６７号に従っ
て顕微鏡及び光ビームを適用する場合には、ゼータ電位
を物理的に測定するためには非常に高度な技術がいる。
許第４．０４６．６６７号公報に記載されている。即ち
、バルク状媒体に懸濁している粒子、例えば液体に＠濁
しているコロイドのゼータ電位または電気泳動性を測定
するミクロ電気泳動装置が記載されている。また、コロ
イド粒子のゼータ電位を物理的に測定するために光ビー
ム、顕微鏡及び対物レンズを使用することも開示されて
いる。しかし、米国特許第４．０４６．６６７号に従っ
て顕微鏡及び光ビームを適用する場合には、ゼータ電位
を物理的に測定するためには非常に高度な技術がいる。
このシステムでは、本来的にヒユーマンエラーを免れ稚
く、また各測定の前に長い分析が必要である。・ 上記特許公報では、２００ ｋｈｚ以上の周波数におい
て超音波を使用して振動電位を測定するか、あるいは光
学的方法によって電気泳動性を測定している。いわゆる
“振動電位°を測定する超音波法には、振動電位測定値
とゼータ電位などのコロイド特性を結び付ける相応の理
論が欠けている。光学的方法ら電気泳動性を測定するさ
いに複雑さやヒユーマンエラーを免れえないものである
。
く、また各測定の前に長い分析が必要である。・ 上記特許公報では、２００ ｋｈｚ以上の周波数におい
て超音波を使用して振動電位を測定するか、あるいは光
学的方法によって電気泳動性を測定している。いわゆる
“振動電位°を測定する超音波法には、振動電位測定値
とゼータ電位などのコロイド特性を結び付ける相応の理
論が欠けている。光学的方法ら電気泳動性を測定するさ
いに複雑さやヒユーマンエラーを免れえないものである
。
（発明の要約）
未発明番は従来技術の不市確さ及び欠点のない、新規な
手段及び装置を提供する。しかも、本発明はコロイド拉
ｆのゼータ電位に正比例する電気信号を検出する方法及
び装置を提供する。
手段及び装置を提供する。しかも、本発明はコロイド拉
ｆのゼータ電位に正比例する電気信号を検出する方法及
び装置を提供する。
また、本発明は熟練技術者によって定期的にテストが必
要である従来技術の欠点を取り除くものでもある。
要である従来技術の欠点を取り除くものでもある。
以下、本発明による方法及び装置の利点を示す。
本発明の主な目的は、懸濁体における荷電コロイド粒子
のゼータ電位（ｉ気・力学的電位）を測定する方法及び
装置を提供することにある。
のゼータ電位（ｉ気・力学的電位）を測定する方法及び
装置を提供することにある。
特に、本発明の目的は、！！濁体中の粒子のゼータ電位
を測定する方法において、 第１電極及び第２電極をもつセルに粒子の該懸濁体の少
なくとも一部を挿入し、 」二記第１及び第２電極を１を源に接続して、電場を発
生し、 この電場によって該粒子を加速し、 該粒子の加速によって発生した力を電気エネルギーに転
換し、そして この電気エネルギーを検出器によって測定する、ことか
らなることを特徴とする上記測定方法を提供することに
ある。
を測定する方法において、 第１電極及び第２電極をもつセルに粒子の該懸濁体の少
なくとも一部を挿入し、 」二記第１及び第２電極を１を源に接続して、電場を発
生し、 この電場によって該粒子を加速し、 該粒子の加速によって発生した力を電気エネルギーに転
換し、そして この電気エネルギーを検出器によって測定する、ことか
らなることを特徴とする上記測定方法を提供することに
ある。
加えて、懸濁体中の粒子のゼータ電位を測定する装置に
おいて、 粒子の該懸濁体の少なくとも一部を含有するセル、 該セルに設けた第１電極及び第２電極、第１ｆｆｌ極と
第２電極との間において、該粒子を加速する電場を発生
ずる手段、 該粒子の加速によって発生された力を電気エネルギーに
変換する手段、及び 、該電気エネルギーを測定する手段、 からなることを特徴とする上記装置を提供することも、
本発明の目的である。
おいて、 粒子の該懸濁体の少なくとも一部を含有するセル、 該セルに設けた第１電極及び第２電極、第１ｆｆｌ極と
第２電極との間において、該粒子を加速する電場を発生
ずる手段、 該粒子の加速によって発生された力を電気エネルギーに
変換する手段、及び 、該電気エネルギーを測定する手段、 からなることを特徴とする上記装置を提供することも、
本発明の目的である。
まｒ二、被測定粒子の懸濁体の容器あるいは供給流れに
セルを直接挿入できるようにすることも本発明の目的で
ある。第１Ｔｉ極と第２電極はセルの両端に設ける。
セルを直接挿入できるようにすることも本発明の目的で
ある。第１Ｔｉ極と第２電極はセルの両端に設ける。
本発明の別な目的は、第１電極と第２電極との間に非定
常電場を発生ずる手段として電力発信器を提供すること
にある。この電場により粒子が加速されて、力が発生す
る。本発明によれば、セル中の粒子の加速によって生じ
た力は機械的共振器によって電気エネルギーに転換され
る。機械的共振器は電力発信器が発生する駆動電圧と同
じ周波数で動作４−るが、このもの自体は圧電変換器で
ある。
常電場を発生ずる手段として電力発信器を提供すること
にある。この電場により粒子が加速されて、力が発生す
る。本発明によれば、セル中の粒子の加速によって生じ
た力は機械的共振器によって電気エネルギーに転換され
る。機械的共振器は電力発信器が発生する駆動電圧と同
じ周波数で動作４−るが、このもの自体は圧電変換器で
ある。
さらに、−１械的共振器で転換された電気エネルギーを
同期復調器によって測定することも本発明の目的である
。本発明によれば、機械的共振器と同期復調器との間に
ＦＥＴ入力操作増幅器を挿入することが好適である。
同期復調器によって測定することも本発明の目的である
。本発明によれば、機械的共振器と同期復調器との間に
ＦＥＴ入力操作増幅器を挿入することが好適である。
さらに加えて、電力発信器から第１及び第２心極に印加
された電圧の周波数を０〜５０ ｋｈｚの範囲にするこ
とも本発明の目的である。
された電圧の周波数を０〜５０ ｋｈｚの範囲にするこ
とも本発明の目的である。
本発明の上記及びその他の目的及び特徴は以Ｆの詳細な
説明から明らかになるはずである。
説明から明らかになるはずである。
（好適な実施態様の説明）
本発明はセル内に設けた第１及び第２電極間における懸
濁粒子の加速によって生じる非定常力を検出する、新規
な方法及び装置を提供するものである。従って、本発明
によって測定された非定常力は懸濁体のコロイド粒子の
ゼータ電位に正比例する。超精密Ａ−Ｃ（、’を呼検出
技術、例えば同期復調器を使用すれば、非定常力を簡単
に検出（復調）できる。未発明昔によれば、動作周波数
を０〜５０ ｋｈｚのｉ囲に制限することか重要であ４
ことが判った。というのは、この制限によりセルの非定
常的な加速が生じ、この結果セルの全内容物が剛体並進
するからである。同波数が５０ ｋｈｚ以上になると、
この運動はセル内液体の均質な加速として説明すること
は出来ない。むしろ、従来技術におけるいわゆる“振動
電位゛を測定するさいに使用されるモデルと同様な音響
波モデルを使用して、システムを説明する必要がある。
濁粒子の加速によって生じる非定常力を検出する、新規
な方法及び装置を提供するものである。従って、本発明
によって測定された非定常力は懸濁体のコロイド粒子の
ゼータ電位に正比例する。超精密Ａ−Ｃ（、’を呼検出
技術、例えば同期復調器を使用すれば、非定常力を簡単
に検出（復調）できる。未発明昔によれば、動作周波数
を０〜５０ ｋｈｚのｉ囲に制限することか重要であ４
ことが判った。というのは、この制限によりセルの非定
常的な加速が生じ、この結果セルの全内容物が剛体並進
するからである。同波数が５０ ｋｈｚ以上になると、
この運動はセル内液体の均質な加速として説明すること
は出来ない。むしろ、従来技術におけるいわゆる“振動
電位゛を測定するさいに使用されるモデルと同様な音響
波モデルを使用して、システムを説明する必要がある。
剛体並進加速を受ける徐々に加速されるセルと、音響波
ノステムとの間にあるこの違いが、本発明を従来技術と
は違っ１こらのにしている。
ノステムとの間にあるこの違いが、本発明を従来技術と
は違っ１こらのにしている。
ゼータ電位は、カオリンクレー粒子などの固体を電界質
溶液（硫酸ナトリウムやその他の塩）に入れる時に重要
である。というのは、しばしば、固体の表面かバルク塩
溶液に対して荷電されてしまうからである。典型的には
、この固体表面の荷電は特定電荷の一種か数種のイオン
を吸着によって生じる。例えば、カオリンクレーはアニ
オン交換物質の傾向がある。即ち、クレ−粒子はその表
面にアニオンを吸着して、不動性のカチオン交換“部位
を中性化する傾向がある。
溶液（硫酸ナトリウムやその他の塩）に入れる時に重要
である。というのは、しばしば、固体の表面かバルク塩
溶液に対して荷電されてしまうからである。典型的には
、この固体表面の荷電は特定電荷の一種か数種のイオン
を吸着によって生じる。例えば、カオリンクレーはアニ
オン交換物質の傾向がある。即ち、クレ−粒子はその表
面にアニオンを吸着して、不動性のカチオン交換“部位
を中性化する傾向がある。
クレー粒子にアニオンが吸着すると、粒子がマイナスに
荷電される傾向がある。小さな、言い換えれば１０μ未
満の粒子の荷電は、このような粒子のスラリーの顕微鏡
的挙動を決定する際に非常に重要である。このようなス
ラリーは塗料、顔料、コールスラリーや製紙スラリーを
始めとして、多種多様な系の形で存在する。電界質に接
触する荷電固体表面の近くにある液体領域は拡散ＷＪＰ
Ｊ（ｄｉｆｆｕｓｅ ｄｏｕｂｌｅ １ａｙｅｒ）と呼
ばれる。この領域においては、二つの対立効果がバラン
スよく存在している。−・方では、カチオンなどのイオ
ンが固体表面の方に移動して、吸着アニオンを結合し、
従って中性の空間・電荷分布を与える。他方では、カチ
オンは相互に反発し、そして粒子付近における一つの空
間領域においてカチオンが自然凝集して、固体表面から
拡散によって小さくなる傾向を示す濃度勾配が生じる。
荷電される傾向がある。小さな、言い換えれば１０μ未
満の粒子の荷電は、このような粒子のスラリーの顕微鏡
的挙動を決定する際に非常に重要である。このようなス
ラリーは塗料、顔料、コールスラリーや製紙スラリーを
始めとして、多種多様な系の形で存在する。電界質に接
触する荷電固体表面の近くにある液体領域は拡散ＷＪＰ
Ｊ（ｄｉｆｆｕｓｅ ｄｏｕｂｌｅ １ａｙｅｒ）と呼
ばれる。この領域においては、二つの対立効果がバラン
スよく存在している。−・方では、カチオンなどのイオ
ンが固体表面の方に移動して、吸着アニオンを結合し、
従って中性の空間・電荷分布を与える。他方では、カチ
オンは相互に反発し、そして粒子付近における一つの空
間領域においてカチオンが自然凝集して、固体表面から
拡散によって小さくなる傾向を示す濃度勾配が生じる。
吸着アニオン領域外部のカチオンの平衡分ＩＥ’ｌｒ
これら効果すべてが重なり合った結果である。上記複層
内部に存在する電位分布は形がほぼエクスポーネンシャ
ルである。
これら効果すべてが重なり合った結果である。上記複層
内部に存在する電位分布は形がほぼエクスポーネンシャ
ルである。
従って、電場を荷電体に印加した場合に、力が荷電体に
作用する。関係式は次の通りである。
作用する。関係式は次の通りである。
Ｆ＝Ｅｑ （１）
ただし、Ｆは力、Ｅは電場強度、そしてｑは電荷を示す
。
。
この結果、印加重湯内にある電界質の粒子が、粒子に結
合したマイナス電荷を一つの方向に移動させる偶力をも
つようになり、また粒子及び複層を取り囲むプラス荷電
液体を反対方向に移動させる対抗力も存在する。従って
、粒子が一つの方向に移行し、液体が逆方向に移行する
。
合したマイナス電荷を一つの方向に移動させる偶力をも
つようになり、また粒子及び複層を取り囲むプラス荷電
液体を反対方向に移動させる対抗力も存在する。従って
、粒子が一つの方向に移行し、液体が逆方向に移行する
。
このため、粒子が加速される。
！！濁副体おけるコロイド粒子のゼータ電位を定義する
ためには、まづ次の式によって粒子付近の電荷分布を決
定する必要がある。
ためには、まづ次の式によって粒子付近の電荷分布を決
定する必要がある。
（１）！荷密度を電位に関係づけるボルツマン方程式；
（２斤がチオンの凝集を抑制する拡散力に逆らって、カ
チオンがアニオンと共に一つの空間領域において結合す
る傾向のバランスを取るポアッソン−ボルツマン方程式
； （３）電場強度を電界質の導電率に関係づけるオームの
法則：そして （４）ｒ１子を取り囲む液体及び粒子それ自体に適用さ
れる運動量方程式（Ｆ ＝ ｍ ａ ）。
チオンがアニオンと共に一つの空間領域において結合す
る傾向のバランスを取るポアッソン−ボルツマン方程式
； （３）電場強度を電界質の導電率に関係づけるオームの
法則：そして （４）ｒ１子を取り囲む液体及び粒子それ自体に適用さ
れる運動量方程式（Ｆ ＝ ｍ ａ ）。
偏微分方程式のシステムを解くためには、境界条件を適
用する必要がある。従って、方程式ｌ″ＦＪｃび２では
、固体表面付近のある場所における電位を特定する必要
がある。方程式４では、“ずれ面（５ｈｅａｒ−ｐｌａ
ｎｅ）″において非スリツプ条件を適用する必要がある
。この“ずれ面°では、粒子を取り囲むイオン雲の°液
状°外側領域が本質的に“固体状°になり、そしてずれ
はもはや生じない。しばしば、非スリツプ条件が適用さ
れる場所に一致する位置において電位が特定される。こ
の場合の電位がゼータ電位として定義される。
用する必要がある。従って、方程式ｌ″ＦＪｃび２では
、固体表面付近のある場所における電位を特定する必要
がある。方程式４では、“ずれ面（５ｈｅａｒ−ｐｌａ
ｎｅ）″において非スリツプ条件を適用する必要がある
。この“ずれ面°では、粒子を取り囲むイオン雲の°液
状°外側領域が本質的に“固体状°になり、そしてずれ
はもはや生じない。しばしば、非スリツプ条件が適用さ
れる場所に一致する位置において電位が特定される。こ
の場合の電位がゼータ電位として定義される。
実際に丁でゼータ電位は懸濁体中の粒子に吸着される電
荷の量の一つの尺度である。懸濁体のコロイド粒子が重
力の作用を受けて沈降している場合について考えてみる
。この場合、荷電コロイド粒子はスラリーの入っている
容器の底部の方に一定の速度で移行するようにみえる。
荷の量の一つの尺度である。懸濁体のコロイド粒子が重
力の作用を受けて沈降している場合について考えてみる
。この場合、荷電コロイド粒子はスラリーの入っている
容器の底部の方に一定の速度で移行するようにみえる。
この電荷の運動が、移行している粒子と共に、小さな電
流を発生し、次に電場を発生する。この電場は、粒子の
移行方向にそって離間した二つの電極を挿入することに
よって検出できる。
流を発生し、次に電場を発生する。この電場は、粒子の
移行方向にそって離間した二つの電極を挿入することに
よって検出できる。
これら電極によって検出された電位を沈降電位（Ｅ ５
ｅｄ）と呼ぶ。
ｅｄ）と呼ぶ。
ただし、
ε−ε。Ｄ（ε。＝自由空間の透過率
Ｄ＝液体の誘電率）
μ＝流体粘度
λ＝流体導電率
Ｒ−棹「丁径
ａ、 、、粒子密度
ア ＝液体密度
ｃ・・粒子濃度（単位容積当たりの粒子数）９二重力に
よる加速度 Ｚ−ゼータ電位 し、−一沈降 定常の重力加速は定常沈降電位を与えるが、この電位は
検出が非常に難しい。なぜなら、非沈降関連効果により
他の沈降電位も存在するからである。沈降電位の検出を
より容易にするために、本発明においては、好適な周波
数、例えば１ ｋｈｚでセル全体を振動させることによ
ってシステム全体に非定常加速を加える。この場合、沈
降電位の理論は沈降方程式に ｚ ＝ Ａ ｓｉｎωｔ を代入すると、変更できる。ただし、Ａは外から印加し
た定常加速度の大きさ、ωは非定常加速度の周波数、モ
してｔは時間である。従って、下記の方程式が成立する
。
よる加速度 Ｚ−ゼータ電位 し、−一沈降 定常の重力加速は定常沈降電位を与えるが、この電位は
検出が非常に難しい。なぜなら、非沈降関連効果により
他の沈降電位も存在するからである。沈降電位の検出を
より容易にするために、本発明においては、好適な周波
数、例えば１ ｋｈｚでセル全体を振動させることによ
ってシステム全体に非定常加速を加える。この場合、沈
降電位の理論は沈降方程式に ｚ ＝ Ａ ｓｉｎωｔ を代入すると、変更できる。ただし、Ａは外から印加し
た定常加速度の大きさ、ωは非定常加速度の周波数、モ
してｔは時間である。従って、下記の方程式が成立する
。
ただし、Ｅ ｕｓｅｄは非定常沈降電位である。
逆に、本発明者は非定常電場を印加した時、その結果は
力変換器によって検出できるスラリー全体の対応加速度
である。この力は公知の物理定数及び物質特性の知識か
ら計算できる。
力変換器によって検出できるスラリー全体の対応加速度
である。この力は公知の物理定数及び物質特性の知識か
ら計算できる。
従って、力（Ｆ）は式（４）に比例する。
Ｆ改≧■皐Ｌ−３λｖ １ （４）双
ただし、Ａは印加電場の大きさ、そしてＦは測定した非
定常力である。平均することよって、例えば、力信号の
同期復調によって非定常力の大きさを精密に決定できる
。
定常力である。平均することよって、例えば、力信号の
同期復調によって非定常力の大きさを精密に決定できる
。
機械的力は、圧電式機械的共振器などの力変換器によっ
て電気エネルギーに転換される。圧電素子は、例えば、
真ち、シうディスクによって支持した鉛−ジルコニウム
−チタネートである。
て電気エネルギーに転換される。圧電素子は、例えば、
真ち、シうディスクによって支持した鉛−ジルコニウム
−チタネートである。
力変換器からの出力電圧はゼータ電位に比例する。出力
電圧は、同期復調器であればよい、検出器７によって測
定する。力変換器６と検出器７との間に、Ｉ” Ｅ Ｔ
入力操作増幅器などの増幅器を挿入すると、小さな力及
び力変換器６から得られるエネルギー信号を検出を強化
することができる。
電圧は、同期復調器であればよい、検出器７によって測
定する。力変換器６と検出器７との間に、Ｉ” Ｅ Ｔ
入力操作増幅器などの増幅器を挿入すると、小さな力及
び力変換器６から得られるエネルギー信号を検出を強化
することができる。
第２図に、本発明による装置の好適な実施態様を示す。
即ち、第２図において、９は懸濁粒子−１０を収容する
セルであり、そして１１，１２はセル９の両端に設けた
電極である。電極ｌｌ及び１２は白金やスティンレスチ
ールの板金などの導電性材料からなる。電極１１はリン
グ状であり、セル９の内壁に取り付ける。また、電極１
２は一端においてセル９に取り付けて、セル９の一端を
封止する。電極１１及び１２はそれぞれ電線１４及び１
５を介して増幅器１３に電気的に接続する。また、この
増幅器１３はｉ線Ｉ７を介して電力発信器Ｉ６に電気的
に接続する。安定化体１９に支持したプレート１８にセ
ル９を設ける。プレート１８の、セル９とは反対側には
、円錐体２０の頂部が力変換器２２に接触するように、
この円錐体２０をベース２１に取り付ける。力変換器２
２は例えば鉛−ジルコニウムーチタネート圧電結晶など
の圧電結晶から形成した機械的共振器である。導電性デ
ィスク２３は力変換器２２を支持し、セル９の振動によ
って発生した機械的エネルギーから力変換器２２によっ
て転換された電気信号を伝達する。電力発信器１６を介
して電圧を電極１１．１２間に印加したときに発生する
電場により、粒子ｌＯの加速によってセル９が振動する
。
セルであり、そして１１，１２はセル９の両端に設けた
電極である。電極ｌｌ及び１２は白金やスティンレスチ
ールの板金などの導電性材料からなる。電極１１はリン
グ状であり、セル９の内壁に取り付ける。また、電極１
２は一端においてセル９に取り付けて、セル９の一端を
封止する。電極１１及び１２はそれぞれ電線１４及び１
５を介して増幅器１３に電気的に接続する。また、この
増幅器１３はｉ線Ｉ７を介して電力発信器Ｉ６に電気的
に接続する。安定化体１９に支持したプレート１８にセ
ル９を設ける。プレート１８の、セル９とは反対側には
、円錐体２０の頂部が力変換器２２に接触するように、
この円錐体２０をベース２１に取り付ける。力変換器２
２は例えば鉛−ジルコニウムーチタネート圧電結晶など
の圧電結晶から形成した機械的共振器である。導電性デ
ィスク２３は力変換器２２を支持し、セル９の振動によ
って発生した機械的エネルギーから力変換器２２によっ
て転換された電気信号を伝達する。電力発信器１６を介
して電圧を電極１１．１２間に印加したときに発生する
電場により、粒子ｌＯの加速によってセル９が振動する
。
ディスク２３は真ちゅうなどで構成し、電ｇａ２５を介
して増幅４２４に電気的に接続する。増幅器２４は、力
変換器２２から受は取られた電気信号を増幅するＦ Ｅ
Ｔ入力作動増幅器であればよい。この信号はこの後電
線２７を介して同期復調器２６によって検出される。
して増幅４２４に電気的に接続する。増幅器２４は、力
変換器２２から受は取られた電気信号を増幅するＦ Ｅ
Ｔ入力作動増幅器であればよい。この信号はこの後電
線２７を介して同期復調器２６によって検出される。
本発明では、＠濁粒子の一部をセル９に挿入するか、セ
ルそれ自体を試験用懸濁粒子の容器又は供給流れに直接
挿入すればよい。二つの電１ｒ′ＴＩ及び１２か同時に
粒子１０の！！Ａ濁体副体漬されるように、セル９を充
填した後、発信器１６及び増幅器１３から発生した０〜
５０ ｋｈｚの周波数範囲にある非定常駆動電圧を印加
することによって発生した電場によりセル９を振動させ
る。本発明により第１及び第２電極間に印加する非定常
駆動電圧は約ｌ０〜１００ボルトである。
ルそれ自体を試験用懸濁粒子の容器又は供給流れに直接
挿入すればよい。二つの電１ｒ′ＴＩ及び１２か同時に
粒子１０の！！Ａ濁体副体漬されるように、セル９を充
填した後、発信器１６及び増幅器１３から発生した０〜
５０ ｋｈｚの周波数範囲にある非定常駆動電圧を印加
することによって発生した電場によりセル９を振動させ
る。本発明により第１及び第２電極間に印加する非定常
駆動電圧は約ｌ０〜１００ボルトである。
電極１１及び１２間に印加された非定常電場により懸濁
粒子！０が加速され、この結果セル９が振動する。セル
９の振動（力）は、非定常駆動電圧と同じ周波数で動作
するようになった、圧電力変換器２２などの力変換器に
結合、即ち伝達される。機械的共振器２２は、機械的エ
ネルギー、換言すれば電場における粒子１０の加速によ
って引き起こされるセル９の振動を引き出し、これを電
気信号に変換する圧電力変換器を含む。次に、電気信号
を増幅器２４によって増幅し、同期復調器２６によって
検出する。安定化体１９はアルミニウムなどで形成でき
、また機械的エネルギーの電気エネルギーへの変換率が
７０％までの素材で形成することができる。
粒子！０が加速され、この結果セル９が振動する。セル
９の振動（力）は、非定常駆動電圧と同じ周波数で動作
するようになった、圧電力変換器２２などの力変換器に
結合、即ち伝達される。機械的共振器２２は、機械的エ
ネルギー、換言すれば電場における粒子１０の加速によ
って引き起こされるセル９の振動を引き出し、これを電
気信号に変換する圧電力変換器を含む。次に、電気信号
を増幅器２４によって増幅し、同期復調器２６によって
検出する。安定化体１９はアルミニウムなどで形成でき
、また機械的エネルギーの電気エネルギーへの変換率が
７０％までの素材で形成することができる。
増幅器２４は、通常、非常に高い増幅を可能にするＦＥ
Ｔ人−力操作増幅器である。セル９の内容物にもよるが
、機械的エネルギーとしてシステムから利用できる電気
信号はｔｏ−”〜＋ｏ −１２クワットある。
Ｔ人−力操作増幅器である。セル９の内容物にもよるが
、機械的エネルギーとしてシステムから利用できる電気
信号はｔｏ−”〜＋ｏ −１２クワットある。
第１図は本発明を示すブロック線図であり、そして第２
図は本発明の別な実施態様を示す断面図である。 ６〜力変換器、７〜検出器、９〜セル、１０〜懸濁粒子
、１１，１２〜電極、！３〜増幅器、２０〜円錐体。
図は本発明の別な実施態様を示す断面図である。 ６〜力変換器、７〜検出器、９〜セル、１０〜懸濁粒子
、１１，１２〜電極、！３〜増幅器、２０〜円錐体。
Claims (46)
- （１）懸濁体中の粒子のゼータ電位を測定する方法にお
いて、 第１電極及び第２電極をもつセルに粒子の該懸濁体の少
なくとも一部を挿入し、 上記第１及び第２電極を電源に接続して、電場を発生し
、 この電場によって該粒子を加速し、 該粒子の加速によって発生した力を電気エネルギーに転
換し、そして この電気エネルギーを検出器によって測定する、ことか
らなることを特徴とする上記測定方法。 - （２）粒子の該懸濁体の容器あるいは供給流れに直接該
セルを挿入することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の方法。 - （３）該セルの両端に第１及び第２電極を設けることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （４）該第１及び第２電極に印加される非定常駆動電圧
によって該電場を発生することを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の方法。 - （５）該非定常駆動電圧を電力発信器から発生すること
を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の方法。 - （６）該発信器によりほぼ１０〜１００ボルトの交流電
圧を該第１及び第２電極に印加することを特徴とする特
許請求の範囲第５項に記載の方法。 - （７）該電力発信器と該電極との間に電力増幅器を設け
ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の方法
。 - （８）該粒子の加速によって発生した上記力を該セルに
伝達することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の方法。 - （９）上記力を該セルから機械的共振器に伝導し、これ
を電気エネルギーに転換することを特徴とする特許請求
の範囲第８項に記載の方法。 - （１０）非定常駆動電圧と同じ周波数で共振するように
、該機械的共振器を同期することを特徴とする特許請求
の範囲第８項に記載の方法。 - （１１）該機械的共振器が圧電変換器であることを特徴
とする特許請求の範囲第９項に記載の方法。 - （１２）該圧電変換器が本質的に鉛−ジルコニウム−チ
タネート及び導電性支持ディスクからなることを特徴と
する特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 - （１３）該電気エネルギーの大きさを測定する該検出器
が同期復調器であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の方法。 - （１４）該同期復調器と上記力を電気エネルギーに転換
する上記手段との間に増幅器を設けることを特徴とする
とせ第１３項に記載の方法。 - （１５）該増幅器がＦＥＴ入力操作増幅器であることを
特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の方法。 - （１６）上記力から転換された電気エネルギーが１０＾
６〜１０＾１＾２ワットの範囲にあることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の方法。 - （１７）該同期復調器の出力信号が懸濁体の該粒子のゼ
ータ電位に正比例することを特徴とする特許請求の範囲
第１３項に記載の方法。 - （１８）該電力発信器から第１及び第２電極に印加され
る電圧の周波数が０〜５０ｋｈｚの範囲にあることを特
徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。 - （１９）懸濁体中の粒子のゼータ電位を測定する装置に
おいて、 粒子の該懸濁体の少なくとも一部を含有するセル、 該セルに設けた第１電極及び第２電極、 第１電極と第２電極との間において、該粒子を加速する
電場を発生する手段、 該粒子の加速によって発生された力を電気エネルギーに
変換する手段、及び 該電気エネルギーを測定する手段、 からなることを特徴とする上記装置。 - （２０）粒子の該懸濁体の容器あるいは供給流れに直接
該セルを挿入することを特徴とする特許請求の範囲第１
９項に記載の装置。 - （２１）該セルの両端に第１及び第２電極を設けること
を特徴とする特許請求の範囲第１９項に記載の装置。 - （２２）該セルが、該第１及び第２電極の両者を粒子の
該懸濁体に浸漬させるのに十分な量において、粒子の該
懸濁体の一部を含有することを特徴とする特許請求の範
囲第２１項に記載の装置。 - （２３）該セルが、一端が閉鎖され、そして他端が開放
されているガラスシリンダーであることを特徴とする特
許請求の範囲第２１項に記載の装置。 - （２４）該セルの一端を導電性プレートによって閉鎖し
たことを特徴とする特許請求の範囲第２に記載の装置。 - （２５）上記の導電性プレートが該第１電極であること
を特徴とする特許請求の範囲第２４項に記載の装置。 - （２６）上記の導電性プレートが本質的にステンレスチ
ールであることを特徴とする特許請求の範囲第２５項に
記載の装置。 - （２７）該セルの一端近くに、該第２電極を設けること
を特徴とする特許請求の範囲第２５項に記載の装置。 - （２８）該第２電極が、粒子の該懸濁体に接触して、該
セルの内壁に取り付けた導電性リングであることを特徴
とする特許請求の範囲第２７項に記載の装置。 - （２９）該リングが本質的にステンレススチールからな
ることを特徴とする特許請求の範囲第２８項に記載の装
置。 - （３０）電場を発生する手段が、電力発信器に電気的に
接続した該第１及び第２電極であることを特徴とする特
許請求の範囲第１９項に記載の装置。 - （３１）該電力発信器により、該第１及び第２電極に非
定常駆動電力を印加することを特徴とする特許請求の範
囲第３０項に記載の装置。 - （３２）該発信器によりほぼ１０〜１００ボルトの交流
電圧を該第１及び第２電極に印加することを特徴とする
特許請求の範囲第３１項に記載の装置。 - （３３）該電力発信器と該電極との間に電力増幅器を設
けることを特徴とする特許請求の範囲第３０項に記載の
装置。 - （３４）該粒子の加速によって発生した上記力を該セル
に伝達することを特徴とする特許請求の範囲第１９項に
記載の装置。 - （３５）上記力を電気エネルギーに転換する該手段が機
械的共振器であることを特徴とする特許請求の範囲第１
９項に記装置方法。 - （３６）該機械的共振器が圧電変換器であることを特徴
とする特許請求の範囲第３５項に記載の装置。 - （３７）該圧電変換器が本質的に鉛−ジルコニウム−チ
タネート及び導電性支持ディスクからなることを特徴と
する特許請求の範囲第３６項に記載の装置。 - （３８）該機械的共振器を固体に設けることを特徴とす
る特許請求の範囲第３５項に記載の装置。 - （３９）導電性円錐体を介して上記力を該機械的共振器
に伝達し、そして該円錐体の頂部が該機械的共振器に接
触し、かつ該円錐体の底部が該セルに絶縁接触するよう
に、該円錐体を設けることを特徴とする特許請求の範囲
第３５項に記載の装置。 - （４０）該電気エネルギーを検出する該手段が同期復調
器であることを特徴とする特許請求の範囲第１９項に記
載の装置。 - （４１）上記力を電気エネルギーに転換する該手段に、
該同期復調器を接続することを特徴とする特許請求の範
囲第４０項に記載の装置。 - （４２）該同期復調器と上記力を電気エネルギーに転換
する上記手段との間に増幅器を設けることを特徴とする
特許請求の範囲第４０項に記載の装置。 - （４３）該増幅器がＦＥＴ入力操作増幅器であることを
特徴とする特許請求の範囲第４２項に記載の装置。 - （４４）上記力から転換された電気エネルギーが１０＾
−＾６〜１０＾−＾１＾２ワットの範囲にあることを特
徴とする特許請求の範囲第１９項に記載の装置。 - （４５）該同期復調器の出力信号が懸濁体の該粒子のゼ
ータ電位に正比例することを特徴とする特許請求の範囲
第４０項に記載の装置。 - （４６）該電力発信器から第１及び第２電極に印加され
る電圧の周波数が０〜５０ｋｈｚの範囲にあることを特
徴とする特許請求の範囲第３０項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US776737 | 1985-09-17 | ||
| US06/776,737 US4602989A (en) | 1985-09-17 | 1985-09-17 | Method and apparatus for determining the zeta potential of colloidal particles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62103561A true JPS62103561A (ja) | 1987-05-14 |
Family
ID=25108239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61215563A Pending JPS62103561A (ja) | 1985-09-17 | 1986-09-12 | コロイド粒子のゼ−タ電位を測定する方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4602989A (ja) |
| EP (1) | EP0223347A3 (ja) |
| JP (1) | JPS62103561A (ja) |
| FI (1) | FI863694A (ja) |
| NO (1) | NO863701L (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4907453A (en) * | 1986-06-27 | 1990-03-13 | Pen Kem, Inc. | Colloid analyzer |
| JP2539528B2 (ja) * | 1990-03-02 | 1996-10-02 | 株式会社日立製作所 | 毛細管を用いた分析方法および分析装置 |
| US5338421A (en) * | 1992-08-07 | 1994-08-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of and apparatus for separation by agglomeration |
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| WO2001098765A1 (en) | 2000-06-21 | 2001-12-27 | Bioarray Solutions, Ltd. | Multianalyte molecular analysis |
| US6706163B2 (en) * | 2001-03-21 | 2004-03-16 | Michael Seul | On-chip analysis of particles and fractionation of particle mixtures using light-controlled electrokinetic assembly of particles near surfaces |
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| EP1463825B1 (en) | 2001-10-15 | 2017-12-06 | BioArray Solutions Ltd. | Multiplexed analysis of polymorphic loci by concurrent interrogation and enzyme-mediated detection |
| AU2003298655A1 (en) | 2002-11-15 | 2004-06-15 | Bioarray Solutions, Ltd. | Analysis, secure access to, and transmission of array images |
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| CN105067671B (zh) * | 2015-07-17 | 2017-12-08 | 四川大学 | 一种皮革等电点的测试方法 |
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-
1985
- 1985-09-17 US US06/776,737 patent/US4602989A/en not_active Expired - Fee Related
-
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- 1986-09-04 EP EP86306854A patent/EP0223347A3/en not_active Withdrawn
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| FI863694A (fi) | 1987-03-18 |
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