KR100315992B1 - 입자분석장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.

본 발명은 입자의 형태를 분석하는 입자분석장치에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적과제.

전기적 검지대법과 광산란 검출법을 조합해서 그들의 특징을 활용하므로써 종래의 전기적 검지대법에서는 검출불가능한 미소입자의 입자직경을 측정할 수 있게 한 입자분석장치를 제공하는 것이다.

3. 발명의 해결방법의 요지.

제1 및 제2셀(cell)(la)(1b)과 양 셀을 연통하는 세공을 갖고 전해액에 부유시킨 입자를 시이스액으로 싸서 세공을 통과시키는 플로우셀(1)과, 제1 및 제2셀의 전해액 중에 각각 설치된 전극간(4)(5)에 전압을 인가하는 전압 인가수단과, 입자가 세관을 통과할 때의 전극간의 전기저항의 변화를 검출하는 저항검출수단과, 저항검출수단의 출력에 기초하여 입자의 입자직경을 산출하는 제l의 입자직경 산출수단과 시이스액으로 싸인 입자의 흐름에 광비임을 조사하는 광원수단과 조사된 입자의 산란광의 강도를 검지하는 광검지수단과, 저항검출수단 및 광검지수단의 출력에 기초해서 입자의 굴절율을 산출하는 굴절을 산출수단과, 산출된 굴절율과 광검지수단의 출력에 기초하여 입자의 입자직경을 산출하는 제2의 입자직경 산출수단을 구비한 입자분석장치이다.

4. 발명의 중요한 용도.

본 발명은 파인세라믹스입자, 안료 혹은 화장품용 분말 등의 입자형태를 분석하는 입자분석장치이다.

Description

입자분석장치

본 발명은 입자분석장치에 관한 것이며, 특히, 파인세라믹스 입자, 안료, 혹은 화장품용 분말 등의 입자의 형태를 분석하는 분석장치에 관한 것이다.

종래에는 파인세라믹스 입자, 안료, 화장품용 분말등의 분말체의 품질을 관리하는데 있어서 입자의 입자직경을 측정관리하는 것은 대단히 중요하다.

이 측정장치로서 , 예로부터 액상침전법 전기적 검지대법(coulter methode)에 의한 측정장지가 있고 최근에는 레이저회절 산란법에 의한 측정장치가 알려져 있다.

그러나, 상기한 어느 방식에 의한 측정장치에 있어서도 그 측정정밀도(정확도) 및 측정범위 등은 아직 만족할 만한 것은 없다.

특히 대상이 되는 입자가 평평하거나 가늘고 긴 형상을 하고 있는 경우에는 측정원리의 착오에 의해 구해지는 입자직경은 크게 달라지게 된다.

또 같은 측정원리에 의한 장치이면서도 기종에 따라서 측정치가 크게 다르거나 그 기종 특유의 입자크기 분포곡선을 나타내는 것이 있다.

현탁액중의 입자 중, 큰 입자 쪽이 빨리 침강하기 때문에 입자농도가 시간적, 공간적으로 변화한다. 이 변화를 광의 투과량으로 검지해서 입자크기 분포를 구하는 방법이 침강법으로서 대표적인 액상침강 광투과법이다.

이 방식에 의한 장치에서는 입자가 서브미크론 이하로 되면 입자의 굴절율과입자직경에 따른 흡광계수를 알아서 보정할 필요가 있는 브라운운동이나 대류의 영향을 받는 측정에 시간이 걸리는 등의 결점이 있고 재현성이나 기종간의 정합성도 그다지 좋지 않다.

전기적 검지대법에 의한 장치는 전해액에 부유시킨 입자가 작은 구멍을 통과할 때의 전기저항의 변화를 검출하는 것이며, 낱개의 입자의 체적상당 직경이 형상에 거의 영향받지 않고 측정될 수 있다는 이점이 있다.

그러나, 이 방식의 입자분석장치는 다음에 드는 것과 같은 결점이 있다.

(1) 한종류의 세공(펠릿)에 의한 입자직경 측정범위는 좋고, 그 직경의 세공으로는 검출되지 않는 작은 입자를 무시해 버리거나 세공직경보다 큰 입자로 세공을 막히게 하고 만다.

(2) 모든 입자가 세공의 중심을 통과하는 것이 아니고, 세공의 말단을 통과했을 때에는 정확한 입자체적이 구해지지 않으며, 신뢰성이 있는 입자 크기 분포가 얻어지지 않는다.

(3) 전기적 검지영역이 넓고, 이 영역을 동시에 2개 이상의 입자가 통과할 확률이 높고, 이 경우에도 입자체적이 정확히 구해지지 않으며, 신뢰성이 있는 입자크기 분포가 얻어지지 않는다.

(4) 전기적 검지대법으로 측정할 수 있는 최소직경은 0.5㎛까지이며, 그 이하의 작은 입자를 측정하는 것은 어렵다.

최근 사용되고 있는 레이저회절 산란법의 장치는 부유하고 있는 입자군에 레이저광을 조사해서 얻어지는 회절광/산란광 강도의 각도분포정보로부터 미산란(Miescattering)이론에 기초하여 입자직경 분포 데이터를 산출하는 것이다.

이 장치에서는 입자크기가 미지의 시료나 굴절율이 같은 입자의 혼합시료라도 입자직경이 0.1㎛로부터 수백㎛까지의 입자에 대해 l회의 측정으로 재현성이 있는 입자크기 분포가 구해진다는 이점이 있다.

그리나, 이 방식의 장치에는 다음에 드는 것과 같은 결점이 있다.

(1) 입자에 의한 광산란강도는 형상, 굴절율, 표면상태 등의 차이에 의한 영향을 크게 받고, 특히 서브미크론 입자의 정확한 입자크기 분포를 구하는 것은 어렵다.

(2) 측정하는 입자의 정확한 굴절율을 입력시켜 주어야 할 필요가 있으나, 입자의 표면이 산화해 있거나 불순물이 혼입되어 있거나 하는 일이 있어서 문헌의 값을 입력시켜도 정확히 입자크기 분포가 구해지지 않는 경우가 많다.

(3) 입자의 구형으로 표면이 윤활한다는 가정하에 입자크기 분포데이터를 산출하는 것이지만, 상기한 가정이 성립되지 않는 분말체에 대해서는 입자크기 분포데이터를 산출할 수가 없다.

(4) 상기와 같은 독자의 보정을 위해 기종간의 측정결과에 커다란 차이가 생기는 일이 있다.

또 전기적 검지대법과 광산란 검출법을 조합하여 주로 혈구나 세포를 분석하는 장치가 알려져 있다(예를 들면 일본국 특공평 2-25l33호 공보, 특개평 3-l94444호 공보, 특공평 4-499O3호 공보 참조).

그러나 종래의 분석장치는 그 분석대상이 주로 혈구나 세포이기 때문에 전기적 검지대법 및 광산란 검출법의 양쪽으로 검출가능한 입자직경의 입자를 대상으로 해서 각 입자에 대한 분석정보량을 증대시키려고 하는 것으로서 미소한 입자에 대해서의 그 입자직경을 측정하려고 하는 것은 아니다.

그런데, 전기적 검지대법으로 검출할 수 있는 입자의 최소직경은 약 0.5 ㎛정도이지만, 광산란 검출법를 사용하면 약 0.l㎛의 직경의 입자까지 그 산란광을 검출할 수 있다.

본 발명은 이점에 착안하여 이루어진 것으로서, 전기적 검지대법과 광산란 검출법을 조합해서 그들의 특징을 활용하므로써, 종래의 전기적 검지대법에서는 검출불가능했던 미소입자의 입자직경을 측정할 수 있게 한 입자분석장지를 제공하는 것이다.

본 발명은 제1 및 제2셀(cell)과, 양 셀을 연통하는 세공을 갖고 전해액에 부유시킨 입자를 시이스(sheath)액으로 싸서 세공을 통과시키는 플로우 셀(flow cell)과, 제1 및 제2셀의 전해액중에 각각 설치된 전극간의 전압을 인가하는 전압인가수단과, 입자가 세관을 통과할 때의 전극간의 전기저항의 변화를 검출하는 저항검출수단과, 저항검출수단의 출력에 기초하여 입자의 입자직경을 산출하는 제1의 입자직경 산출수단과, 시이스액으로 싸인 입자의 흐름에 광비임을 조사하는 광원수단과, 조사된 입자의 산란광의 강도를 검지하는 광검지수단과, 저항검출수단 및 광검지수단의 출력에 기초해서 입자의 굴절율을 산출하는 굴절을 산출수단과, 산출된 굴절율과, 광검지수단의 출력에 기초하여 입자의 입자직경을 산출하는 제2의 입자직경산출수단을 구비한 입자분석장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 입자분석장치에 있어서의 분석대상입자는 파인세라믹스입자, 안료, 또는 화장품용 분말과 같은 분말체 입자를 포함한다. 플로우 셀로서는 종래에 공지의 것을 사용할 수가 있다.

전압인가수단은 정전류전원를 사용하는 것이 바람직하고, 그것에 의해 전극간의 전기저항의 변화는 전극간 전압의 변화로써 검출할 수가 있다.

광원수단으로서는 레이저 광원을 사용하는 것이 바람직하다.

또 광원수단의 시이스플로우(sheath flow)에 대한 조사위치는 저항검출수단의 출력과 광검지수단의 출력을 용이하게 대응시키기 위해 세공부 세공의 출구부 또는 입구부인 것이 바람직하다.

광검지수단에는 광다이오우드, 광트랜지스터, 광전증배관 등을 사용할 수가 있다.

입자가 세관을 통과할 때의 전극간의 전기저항의 시간적 변화는 종래의 전기적 검지대법에 있어서와 마찬가지로 산형상의 펄스파형이 되지만, 입자직경이 세공직경의 약 2∼50%의 범위의 입자에 대해서는 그 펄스의 높이가 입자의 체적에 거의 비례하는 것은 공지의 사실이다.

따라서, 입자직경이 세공직경의 2%이상의 입자에 대해서는 저항검출수단에 의해 체적상당직경이, 그리고 광검지수단에 의해 산란광감도가 각각 구해진다.

여기서, 굴절율 산출수단에 의해 미(Mie)의 산란이론으로부터 구해지는 입자직경과 산란광강도와 굴절율의 관계를 사용해서 그 입자의 굴절율을 산출한다.

한편, 입자직경이 세공직경의 2%이하의 입자에 대해서는 그 산란광강도가 광검지수단에 의해 검지되기 때문에 입자직경 산출수단은 전기저항변화를 검출할 수 없는 적은 입자, 즉, 입자직경이 세공직경의 2%이하의 입자에 대해 굴절율과 산란광강도로부터 미의 산란이론에 기초하여 입자직경(산란광강도 상당직경)을 산출한다.

이와 같이 하여 입자직경이 세공직경의 2%이상의 입자만이 아니라, 2%이하의 입자의 입자직경이 계측된다.

또한, 굴절율 산출수단 및 입자직경 산출수단은 CPU, ROM, RAM를 구비한 마이크로 컴퓨터로 구성되는 것이 바람직하고, 각 산출수단의 산출결과는 적당한 표시장치, 예를 들면, CRT나 액정표시기 등에 표시되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 입자분석장치는 제1 및 제2의 입자직경 산출수단으로부터 얻어진 입자직경 데이터로부터 입자크기분포를 산출하는 입자크기분표 산출수단과 광검지수단으로부터의 각 출력의 시간간격을 계시하는 계시수단과, 계시한 간격이 소정치 이상의 입자에 대해 입자크기분포를 입자크기 산출수단으로 산출시켜도 된다. 그리하여 세공을 동시통과한 입자의 데이터를 제외하는 것이다.

또, 계시수단에 의해 계시되는 시간 간격치를 소정개수의 입자마다 평균 또는 누적해서 출력하는 산출수단을 구비해도 된다.

또, 광검지수단이 입자의 전방 산란광을 검지하는 제l광검지수단과 입자의 측면방향 산란광를 검지하는 제2광검지수단으로 되고, 제1 및 제2 검지수단의 출력을 가산하는 가산수단을 구비하고, 그 가산결과를 산란광강도로 해도 된다.

또, 저항검출수단의 출력의 크기가 동일한 복수의 입자에 대해 측면방향 산란광강도의 불균일의 정도로부터 입자의 형상(구형도), 혹은 응집정도에 관한 지표를 산출하는 지표 산출수단을 구비해도 된다.

또, 산란광 강도에 대한 전방 또는 측면방향 산란광강도의 비율을 산출하는 비율산출수단과 저항검출수단의 출력의 크기가 동일한 복수의 입자에 대해 산출된 비율의 불균일에 기초해서 입자의 형상(구형도), 혹은 응집정도에 관한 지표를 산출하는 지표산출수단을 구비해도 된다.

또, 구형에 가깝고, 굴절율이 기지의 복수의 입자에 대해 산란광강도에 대한 전방 또는 측면방향 산란광강도의 비율을 산출하는 비율산출수단과, 산출된 비율을 저항검출수단의 출력에 기초하여 입자표면의 평활도 또는 입자표층부의 광학적특성의 변이, 또는 입자의 응집정도에 관한 지표를 산출하는 지표산출수단을 구비해도 된다.

[실시예]

다음에, 도면에 나타내는 실시예에 기초해서 본 발명을 상세히 설명한다.

단, 이것에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

제1도는 본 발명의 실시예의 구성을 나타내는 측면도, 제2도는 상면도이다. 이들 도면에 있어서, 1은 플루우셀, la는 제1셀, 1b는 제2셀, 1c는 제1셀(la)과 제2셀(1b)를 연통하는 세공부(세관), 1d는 제l셀 에프론트시이스 액으로서의 전해액을 공급하는 공급구, le는 제2셀에 백시이스액으로서의 전해액을 공급하는 공급구, 2는 입자를 포함하는 시료액(전해액)을 제l셀(la)에 주입하는 샘플노즐, 3은 시료액을 제2셀(1b)로부터 배출시키는 회수관이다.

또, 4는 제l셀(la)의 내부에 설치된 설치전극, 5는 제2셀(1b)의 내부에 설치된 양극전극, 6은 전극(4),(5)간에 전압을 인가하는 정전류전원이다.

또, 7은 레이저광원, 8은 코리미터렌즈, 9는 콘덴서렌즈, 10은 콜랙터렌즈, 14는 핀홀식 시야조리개, 15는 광검출기(광전증배관), 16은 신호처리장치, 17은 데이터 해석장치(컴퓨터)이다.

제1도에 나타내는 바와 같이, 전기적 검지대법과 광산란 검출법을 조합한 플로우셀(1)에서는 전기저항변화를 포착하기 위한 세공부(1c)를 통과할 때의 전기저항 변화와 입자에 의한 산란광을 거의 동시에 검출할 수 있도록 되어 있다.

측정대상의 입자를 포함하는 시료액은 샘플노즐(2)로부터 제l셀(la)내로 분출되고, 그 주위를 전해액의 프론트시이스액으로 둘러싸도록 해서 시료류가 가늘게 조여진다. 가늘게 조여진 시료류는 플로우셀 중앙부의 세공부(1c)의 중심을 통과한다. 세공부(1c)의 양측에 배치된 전극(4),(5)에 의해 세공부(1c)를 통과하므로써 전류 흐름의 용이도, 즉, 전극간의 전기저항이 변화한다.

이 전기저항 변화량은 통과하는 입자의 체적을 반영하고 있고, 입자의 형상에 별로 영향받지 않고 체적상당직경이 구해진다.

제2도에 나타내는 바와 같이, 레이저광원(7)로부터의 광은 코리미터렌즈(8)에 의해 평행광으로 변환되고, 콘덴서렌즈(9)에 의해 조여져서 세공부(1c)를 조사한다.

레이저광이 가우시안비임의 경우에는 비임강도를 균일화하는 것이 바람직하다(가우시안비임이란, 비임의 조사강도분포가 가우스분포하고 있는 비임을 말한다)가우시안비임을 균일화하는 방법으로서는 비구면렌즈를 2매 조합하는 방법이 알려져 있고, 이들 렌즈를 코리미터렌즈와 콘덴서렌즈의 사이에 넣는 것이 좋다.

레이저광원(7)로부터의 직접광은 코리미터렌즈(8)에 의해 차단되고 입자에 의해 전방산란광은 콘덴서렌즈(10)에 의해 집광되고, 시야조리개(11)을 거쳐서 광검출기(12)(광다이오우드)에 입사된다.

시야조리개(핀홀)(11)은 입자가 조사되는 영역으로부터의 산란광만을 한정해서 검출하기 위한 것이며, 세공부(1c)의 내벽 등에서 발생하는 미광을 검출하지 않도록 해서 검출신호의 S/N비를 확보한다.

입자에 의한 측면방향 산란광은 콜렉터렌즈(13)에 의해 집광되고 시야조리개(14)를 거쳐서 광검출기(광전증배관)(15)에 입사된다.

광검출기(12)(15)에 의해 검출된 산란광 검출신호(Sl)(S2) 및 전기저항 검출신호(Sr)는 신호처리장치(16)에 입력된다. 이 신호처리장치(16)에 의해 각종 신호처리가 행해지고 개개의 입자의 체적상당직경, 산란광강도 등의 정보가 구해진다.

그런데, 단파장의 레이저광원을 사용해서의 산란광강도는 입자직경에 대해 단조증가하지 않는다.

레이저광원의 파장, 입자의 굴절율, 집광각에도 의하지만, 전방 산란광 강도는 입자직경이 약 3㎛이상의 영역에서 진동하면서 증가해간다. 측면방향 산란광강도도 입자직경이 약 0.3㎛이상의 영역에서 적게 진동하면서 증가해 간다.

그러나, 전방 산란광강도와 측면방향 산란광강도를 어느 비율로 합치므로써 입자직경과 산란광강도의 관계를 상당히 단조증가로 접근시킬 수가 있다.

또, 실제로 측정하는 입자의 대부분은 완전한 구형이 아니고, 형상의 불균일에 의한 입자직경 측정오차에 비하면 상기한 관계의 작은 진동에 의한 입자직경 측정오차는 대부분 무시할 수 있는 수준이다.

본 발명에서는 전방 산란광의 집광각은 적게 하고, 측면방향 산란광의 집광각은 가능한한 크게 해서 상기한 진동을 적게 억재하도록 한다.

또, 전방 산란광은 광다이오우드로 수광하고, 측면방향 산란광은 광증배 기능을 갖는 광전증 배관으로 수광한다.

전방측과 측면측에서 검출감도가 다른 2개의 수광소자에 의한 검출신호를 합쳐서 그 검출신호의 높이를 산란광강도로서 A/D변환한다.

미리 입자직경과 굴절율을 알고 있는 표준적인 구형입자를 몇 종류인가 측정하고. 상기한 산란광강도와 입자직경과의 관계를 검량선데이터로서 분석장치내에 기억시켜 두면 상기한 산란광강도 및 굴절율을 기초로 해서 개개의 입자의 산란광강도 상당직경이 구해진다. 측정하는 입자의 굴절율이 명확하지 않고, 또한 전기적 검지대법으로는 측정할 수 없는 작은 입자에 대해서도 다음과 같이 해서 입자 직경을 추적할 수가 있다.

제1도의 구조의 플로우셀(1)에서 세공부(1c)의 세공경을 1OO㎛으르 하면 전기 저항검출에 의한 체적상당직경의 측정범위는 약 2∼5O㎛가 된다.

레이저광에 의한 산란광 검출법의 입자직경 측정범위는 레이저 광원의 출력과 그 파장, 조여진 비임의 직경 콜렉터렌즈의 개방구각, 수광소자 및 신호처리의 동적영역 등에 의해 변하지만, 약 0.2∼1O㎛의 입자직경 측정범 위로 설정한다.

이 경우에 체적상당직경과 산란광강도되 양쪽은 측정할 수 있는 입자직경범위는 2∼1O㎛가 된다.

이와 같은 측정범위의 장치로, 예를 들면 0.5∼5㎛의 범위에서 입자직경의 불균일한 분말체를 시료로서 측정하면, 0.5∼2㎛의 크기의 입자에 대해서는 전기적 검지대법에 의한 체적상당직경은 얻을 수 없고, 산란광강도의 정보만 얻어진다. 이 경우에 그 입자의 굴절율이 명확하지 않은 경우에는 산란광강도로부터 정확하게 입자직경을 구할 수가 없다.

그러나, 입자직경이 2∼5㎛의 범위의 입자에 대해서는 체적상당직경과 산란광강도의 양쪽의 정보가 측정될 수 있고 체적상당직경에 대한 전방 산란광강도 및 측면방향 산란광강도의 평균치의 관계, 또, 각각의 산란과에 대한 집광각의 데이터를 사용해서 미산란이론에 의한 해석을 행하므로써 입자의 굴절율을 추정할 수가 있다.

그 굴절율을 사용하므로써 2㎛이하의 입자에 대해서는 산란광강도에 의해 입자직경을 산출할 수가 있다.

제5도에 전기적 검지대법에 의해 얻어지는 체적상당직경과 산란광강도의 측정결과의 예를 나타낸다. 제5도의 사산부분(a)가 체적상당직경과 산란광강도의 양쪽이 측정된 결과이며, 점선으로 들러싼 부분(b)가 산란광강도만이 측정된 영역이다. 굵은 점선(c)는 입자가 구형으로 표면이 평활하다고 가정하고 추정된 굴절율과 미산란 이론을 사용해서 산출한 이론 곡선을 나타내고 있다. 같은 산란광강도를 나타내는 입자군의 체적상당직경이 너무 불균일하지않은 경우에는 이 이론곡선을 사용해서 점선내의 적은 입자의 산란광강도로부터 체적상당직경을 구할 수가 있다.

측정하는 입자의 최대입자직경이 전기적 검지대법에 의한 측정하한치보다 적은 경우에는 체적상당직경과 산란광강도의 양쪽의 정보를 얻을 수가 없다, 이 경우에는 입자의 굴절율을 상기한 바와 같이 추정할 수가 없고 만약, 측정하는 입자의 굴절율이 불명한 경우에는 정확한 입자직경을 구할 수가 없다.

그러나, 이와 같은 경우에도 측정하려고 하는 입자와 동일한 재질의 더 큰 입자가 있으면 그 입자를 이 장치로 측정하므로써 체적상당직경과 산란광강도의 양쪽의 데이터가 얻어지고 그 입자의 굴절율을 추정할 수 있다.

그 추정된 굴절율의 정보를 입력시켜주면 작은 입자의 입자직경을 산란광강도로부터 산출할 수가 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 전방 산란광과 측면방향 산란광을 합친 산란광강도만이 아니고 측면방향 산란광 또는 전방산란광 단독의 강도 및 산란광강도에 대한 측면방향 산란광강도의 비율(측면방향 산란광강도 비율) 또는 산란광강도에 대한 전방 산란광강도의 비율(전방 산란광강도 비율)도 구하도록 하고 있다. 이들 정보를 사용해서 입자가 구형에 가까운지 아닌지, 혹은 입자표면이 평활한지 어떤지 등의 정보를 얻을 수가 있다.

예를 들면, 제6도에 나타내는 바와 같이 체적상당직경과 측면방향 산란광강도의 측정결과에 얻어졌다고 하면 동일한 체적상당직경의 입자군의 측면방향 산란광강도가 상당해 불균일하다는 것을 알 수 있다.

일반적으로 입자가 구형으로부터 벗어난 형상일수록 그 입자의 방향에 의해측면방향 산란광강도, 혹은 산란광강도에 대한 측면방향 산란광강도의 비율이 불균일하게 되기 때문에, 이 불균일을 계산하므로써 입자의 구형도를 나타내는 지표로 할 수가 있다.

예를 들면, 다음에 나타내는 식에 의해 구형도의 지표를 구한다. 체적상당직경이 Vi의 ni개의 입자군의 j번째의 입자의 측면방향 산란광강도를 SSij, ni개의 입자군의 측면방향 산란광강도의 평균치를 SSi로 해서, 이 평균치로 정규화한 ni개분의 분산 Si²을 다음식으로 구한다.

체적상당직경이 Va로부터 Vb까지의 n개분의 입자의 분산 S²은

로 구해지고, 이 n개분의 분산 S²의 평균치의 평행근에 1을 합한 값을 구형도 지표(RI)로 한다.

구형도 지표(RI) = ( S2 / n )^l/2+ 1

이 지표가 l에 가까울수록 입자가 구형에 가까운, 혹은 구형에 가까운 입자가 많은 것을 나타낸다.

체적상당직경을 측정할 수 없는 작은 입자군의 구형도의 지표는 전방 산란광강도와 측면방향 산란광강도를 합친 산란광감도가 거의 동일한 값을 나타내는 입자군의 측면방향 산란광강도의 불균일로부터 상기와 같이 해서 구한다.

단, 서브미크론 영역의 적은 입자는 응집하기 쉽고, 이 경우에는 입자가 구형을 하고 있는지 아닌지를 알기가 어렵다.

응집하기 쉬운 적은 입자를 측정한 경우에는 동일한 체적상당직경을 나타내는 입자라도 측면방향 산란광강도가 크게 불균일하게 된다. 예를 들면, 체적이 v의 구형입자가 2개 응집한 2차입자와, 체적이 2v의 1개의 구형입자에서는 체적상당직경은 동일해도 측면방향 산란광의 강도비율은 2차입자 쪽이 크게 된다. 따라서, 응집하기 쉬운 입자에 대해서는 상기한 구형도 지표는 해당되지 않는다. 단, 측정하고자 하는 입자가 구형으로, 또한 표면이 평활하다는 것을 미리 알고 있으면 상기식으로 구해지는 지표는 입자의 응집정도를 나타내는 하나의 지표로서 취급된다.

측정하는 입자의 굴절율이 기지(旣知)이며, 또한 입자가 구형에 가까운 경우에는 체적상당직경과 측면방향 산란광강도, 또는 측면방향 산란광강도 비율의 관계를 사용해서 입자표면이 평활한지 어떤지, 혹은 입자의 응집도 정도를 어느 정도 알 수가 있다.

그 예를 제7도에 나타낸다. 굵은 점선(c)는 입자의 입자직경과 굴절율을 사용해서 미산란 이론으로부터 구한 측면방향 산란광의 강도비율의 이론곡선을 나타낸다. 사선으로 둘러싼 부분(d)가 실제의 분말체를 실측해서 얻어진 체적상당직경과 측면방향 산란광강도 비율의 측정결과이다.

이 예에서는 입자가 구형이고 표면이 평활한 경우의 측면방향 산란광강도비율의 이론치(c)보다도 실제로 측정한 입자의 측면방향 산란광의 강도비율(d)쪽이 높다.

동일한 굴절율의 구형입자라면 입자직경이 작을수록 측면방향 산란광의 강도비율은 높아진다. 입자표면이 거칠다고 하는 것은 큰 입자의 표면에 작은 입자가 부착되어 있는 상태라고도 생각할 수 있기 때문에 측면방향 산란광의 강도비율은 크게 된다고 말할 수 있다.

또 입자표면이 평활해도 응집하고 있는 2차입자, 2차입자는 이것과 동일한 체적상당직경의 l개의 입자의 측면방향 산란광강도의 비율보다 크게 된다.

따라서 본예에서 측정한 입자는 표면이 거칠거나, 혹은 입자표면이 산화되어서 표층부의 굴절율이 입자 내부보다 크게 되어 있거나, 혹은 응집되어 있는 입자가 많다고 하는 것을 생각할 수 있다.

입자표면의 거칠음의 정도, 혹은 입자의 응집율에 대해 정량적으로 측정하는 것은 곤란하지만 그 정도를 나타내는 지표는, 예를 들면 다음과 같이 해서 구해진다.

체적상당직경이 Vi의 ni개의 측면방향 산란광강도 비율의 평균치를 SRi, 이론치를 SRti로 하고, 이 차를 이론치로 정규화하고, 입자수 ni로 가중한 값 SNi를 우선 다음 식으로 구한다.

다음에 체적상당직경이 Va로부터 Vb까지의 n개분의 입자에 대해,

를 구한다. 입자수 n개의 이론치로부터의 편차의 비율은 이 SN의 값을 입자총수 n으로 나누므로써 구해지고, 이 값에 1을 가산한 값을 표면특성지표(SI)로 하면,

표면특성지표

이 되고, 이 지표가 l에 가까울수록 입자표면이 평활하거나, 혹은 응집하고 있는 입자가 작거나, 혹은 입자표층부의 광학적 특성이 변이하고 있지않은 것을 나타낸다. 이 값은 입자의 제조에 있어서의 품질안정성을 감시하기 위한 유효한 지표가 될 수 있다.

또한 레이저광을 동시에 다수개의 입자에 조사하는 타입의 종래의 레이저 회절산란법의 장치에서는 상기와 같은 지표를 얻는 것은 곤란하다.

본 발명에 의한 입자분석 장치의 측정정밀도에 관한 특징으로서는 전기저항 변화량을 검출하기 위한 세공을 2개 이상의 입자가 동시에 통과했는지 어떤지를 종래보다 정확히 포착할 수가 있는 것을 들수 있다.

세공에 의한 전기적 검지대는 넓고 시료액중의 입자농도가 진한 경우의 는 2개 이상의 입자가 근접해서 세공을 통과할 확률이 높고, 그때 얻어지는 전기저항 검출신호 Sr의 펄스의 높이는 한개 한개의 입자체적을 정확히 반영하지 않는다.

특히, 이 실시예의 경우에는 구형이 아닌 입자라도 전기적 검지대법에 의한 체적을 보다 정확히 구하기 위해 세공부(1c)의 세공의 길이를 통상보다 길게 하고 있고, 그 때문에 종래보다 입자가 동시에 통과할 확률이 높다.

레이저비임에 의한 검지대는 측정입자직경을 적게 설정하면 세공에 의한 전기적 검지대에 비해 상당히 좁게 할 수가 있다.

따라서, 개개의 입자에 대응하는 각각의 산란광 검출신호가 분리해서 얻어지고 그 검출신호펄스의 간격정보를 얻으므로써 세공내를 2개 이상의 입자가 근접해서 통과했는지 어떤지를 종래보다 정확히 판정할 수 있다.

플로우셀(1)를 사용한 경우의 전기저항 검출신호(Sr) 및 전방산란광 검출신호(Sl)의 예를 제3도에 나타낸다. 제3도에는 최초로 2개의 입자가 근접해서 통과하고 다음에 1개의 입자가 통과한 경우의 예를 나타내고 있다.

2개의 근접한 입자에 대해 전기저항 검출신호(Sr)은 명확히 2개의 검출신호로서 분리되지 않지만 산란광 검출신호(Sl)은 명확히 2개의 검출신호 펄스로서 분리된다.

본 발명에서는 산란광강도 정보 및 전기저항변화 정보와 함께 인접하는 산란광 검출신호(Sl)의 펄스간격(ti)의 정보도 개개의 입자에 대한 속성정보로서 데이터해석장치(17)에 보내서 메모리에 기억해 간다.

이 간격(ti)와 입자가 세공부(1c)를 통과할 때의 속도로부터 인접하는 입자의 간격이 구해진다. 그 간격이 예를 들면, 세공의 길이보다 짧을 때, 전기저항 검출신호(Sr)의 펄스의 높이는 정확한 입자의 체적을 반영하지 않는 것으로 보고 그2개의 입자에 대해 얻어진 전기저항변화 정보는 무시한다.

제4도는 신호처리장치(16)의 구성예를 나타낸다. 이 예에서는 전술한 바와 같이, 전기저항 검출신호(Sr)과 산란광 검출신호(Sl),(S2)가 거의 동시에 얻어지기 때문에 전방산란광의 검출신호(Sl)를 기초로 해서 각 검출신호를 처리한다.

광검출기(12)로 검출된 전방산란광 검출신호(Sl)은 LOG앰프(21)에 의해 비선형 증폭된 후, 그 신호펄스의 피이크를 검출하기 위한 피이크검출기(22)로 보내진다.

LOG앰프를 사용하는 것은 측정하는 입자의 입자직경범위가 넓고 얻어지는 검출신호강도의 동작범위가 넓기 때문이다. 또 이 신호강도를 1O비트급의 A/D변화기를 사용해서 데이터로서 얻기 위해서는 LOG앰프는 불가결하게 된다.

피이크검출기(22)에 의해 제3도에 나타내는 바와 같은 피이크 검출신호(Sp)가 얻어지고, 다음의 입자에 대한 산란광 검출신호(Sl)피이크신호가 얻어지기까지의 시간(ti)의 길이를 펄스간격 측정기(23)으로 측정한다.

이 펄스간격 측정기(23)에는 고주파의 클럭신호가 입력되어 있고(도시생략), 이 클럭간격의 분해능으로 간격(ti)의 정보(Dt)가 얻어진다. 제3도에서는 예를 들면, 간격(tl)의 정보는 2개째의 입자에 대한 속성정보로서, 그 입자의 산란광 강도정보(Dl),(D2) 및 전기저항 변화에 의한 체적정보(Dr)과 세트로 데이터 해석장치(17)에 보내진다.

전기저항 검출신호(Sr)는 콘덴서(C)에 의해 DC성분이나 저주파의 진동성분이 제거되어서 회로(24)에서 DC재생되고, 또 LOG앰프(25)에 의해 비성형으로 증폭된다. 증폭된 신호는 피이크홀더(26) 및 펄스전연검출기(27)로 보내지고 신호펄스의 전연이 검지된 시점에서 피이크홀더(26)를 사전에 재설정해 둔다. 전방 산란신호(Sl)에 대한 피이크 검출신호(Sp)가 얻어지고, 지연회로(28)에 의해 일정시간 경과하면, 그때 피이크 홀드되어 있는 전기저항 검출신호(Sr) 의 A/D변환이 A/D변환기(29)로 개시된다.

레이저비임의 세공에 대한 조사위치에 조절불균일 등이 원인으로, 전기저항 검출신호(Sr)의 피이크와 전방산란광 검출신호(Sl)의 피이크의 타이밍, 혹은 전방산란광 검출신호(Sl)의 측면방향 산란광 검출신호(S2)의 피이크가 반드시 일치하지 않는 일이 있다.

이 타이밍의 어긋남을 흡수하기 위해 전방 산란광 검출신호(Sl)의 피이크 시점으로부터 일정시간 경과 후, 전기저항 검출신호(Sr)에 대한 피이크 홀드 신호의 A/D변환을 개시한다.

A/D변환이 완료되면, 피이크홀더(26)은 재설정된다. A/D변환된 데이터는 입자의 체적정보(Dr)로서 데이터 해석장치(17)로 보내진다.

전방산란광 검출신호(Sl)과 측면방향 산란광 검출신호(S2)는 가산기(30)에 의해 합산된 후, LOG앰프(31)에 의해 비선형 증폭된 샘플 홀더(32)로 보내진다. 여기서는 전방산란광 검출신호(Sl)의 피이크가 검출된 시점에서 입력신호가 홀드된 상태가 된다. 그리고 일정시간 경과 후, 그 홀드된 신호의 A/D변환이 산란광 강도정보(Dl)이 구해진다. A/D변환이 완료되면 샘플홀더(32)는 홀드상태로부터 해제된다.

제4도의 신호처리계의 예에서는 측면방향 산란광 단독의 정보도 얻도록 하고 있다. 측면방향 산란광검 출신호(S2)는 LOG앰프(34)에서 비선형 증폭된 후, 피이크 검출기(35) 및 샘플홀더(36)으로 보내진다. 피이크검출기(36)에 의해 측면방향 산란광 검출신호(S2)의 피이크가 검출되면 샘플홀더(36)이 홀드상태가 된다. 그리고 홀드된 신호가 A/D변환기(37)로 A/D변환되어서 측면방향 산란광 강도정보(D2)가 구해진다.

신호처리장치(16)에 의해 얻어진 정보는 데이터 해석장치(17)로 보내지고, 여기서는 우선 개개의 입자마다에 얻어진 상기한 간격정보(ti)로부터 세공을 입자가 동시통과했는지 어떤지가 판정된다. 그리고 장치(16)은 동시 통과하고 있긴 않다고 판정된 입자에 대한 정보만을 선택한 후, 체적정보로부터 체적상당 직경을 구하여 산란광강도로부터 산란광강도 상당직경을 산출한다.

이들 데이터를 처리해서 입자크기 분포나 제 5, 6, 7도에 나타내는 것과 같은 2차원분포의 표시를 행한다. 또, 전술한 바와 같이 측면방향 산란광강도의 비율, 굴절율, 구형도의 지표 등을 산출하기 위한 처리도 행한다. 시료액 중의 입자농도는 계시시간과 시료분석량 및 얻어진 정보(데이터)의 수로부터 구한다. 얻어진 정보의 수란, 계측기간 중에 얻어진 산란광 신호펄스의 수를 말하는 것이며, 동시통과보정을 할 필요는 거의 없다.

또, 상기한 펄스간격정보를 사용해서 측정기간 중에 시이스플로우가 안정했는지 어떤지를 점검한다. 예를 들면, 입자 1OO개 마다의 간격 정보(ti)의 평균치, 또는 누적치를 비교하므로써 측정도중에서 큰 입자나 응집입자에 의해 세공부에 막힘이 발생했는지 어떤지를 점검할 수가 있다. 또, 시료액을 플로우셀에 보내기 시작해서 시이스플로우가 안정하기까지의 시간을 알도록 하고 있다.

다음에 제1도에 나타내는 실시예의 부분적인 변형예를 제8도에 나타낸다. 제8도의 실시예에서는 세공부(1c)의 세공을 통과한 직후의 입자에 레이저 비임을 조사하도록 하고 있고, 전기 저항변화가 검출된 후에 산란광이 검출된다.

기타의 구성은 제1도의 실시예와 동등하다. 이 실시예에서는 세공의 크기를 제1도의 실시예보다 적게 할 수가 있고, 보다 작은 입자까지 체적정보를 얻을 수가 있다. 그것은 제1도의 실시예에서는 레이저비임을 세공부(1c)에 조사하고 있기 때문에 세공의 내벽에 의한 미광이 발생하기 쉽다. 따라서, 세공의 형상에 높은 가공정밀도가 요구되고, 세공의 직경을 너무 작게할 수가 없기 때문이다.

1. 미소구멍에 의한 전기저항식 검출계의 산란광 검출계를 부가하므로써 작은 입자까지 계측할 수 있게 되고, 측정할 수 있는 입자직경의 범위를 확대할 수가 있다.

2. 전기저항 검출계와 산란광 검출계의 병용에 의해 전기저항 변화량(체적정보)과 산란광 강도정보의 양쪽의 데이터가 얻어지는 입자에 대해서는

(1) 전기저항 변화량과 산란광정보의 양쪽의 데이터로부터 체적상당직경만이 아니고 입자의 굴절율, 입자의 구형도, 입자표면의 평활도, 입자의 응집정도 등에 관한 지표도 얻을 수가 있다.

(2) 상기 (1)의 지표는 입자의 제조에 있어서의 품질의 안정성을 감시하는데에 유효한 지표이다.

(3) 산란광 정보밖에 얻을 수가 없는 작은 입자에 대해서도 그보다 큰 입자군에 대해 얻어진 체적상당직경과 산란광강도의 관계로부터 그 입자의 굴절율을 추정할 수가 있고, 측정하는 입자의 굴절율이나 표면상태가 명확하지 않은 경우에도 보다 정확한 입자직경(산란광강도 상당직경)을 구할 수가 있다.

3. 산란광 검출계에 의해 얻어지는 산란광 신호펄스의 간격도 취합하도록 하고 있어, 그 간격정보로부터 입자가 세공을 동시통과했는지 어떤지의 판정을 행할 수가 있고, 동시통과하고 있지 않다고 판정된 입자에 의한 정보만을 선택하므로써 종래보다 정확한 입자크기 분포정보가 얻어진다.

4. 상기한 간격정보를 사용해서 측정기간 중에 시이스플로우가 안정되고 있었는지 어떤지 예를 들면, 전기저항 변화를 검출하기 위환 세공에 막힘이 발생했는지 아닌지를 용이하게 점검할 수 있다.

제1도는 본 발명의 실시예의 구성을 나타내는 측면도.

제2도는 본 발명의 실시예의 구성을 나타내는 상면도.

제3도는 실시예의 주요부의 신호를 나타내는 타임차아트.

제4도는 실시예의 신호처리장치의 구성을 나타내는 블록도.

제5도는 체적상당직경과 산란광강도의 관계를 나타내는 특성도.

제6도는 체적상당직경과 산란광강도의 관계를 나타내는 특성도.

제7도는 체적상당직경과 측면방향산란광 강도비율의 관계를 나타내는 특성도.

제8도는 제1도의 실시예의 변형예를 나타내는 구성설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 플로우셀 la. 제1셀

1b. 제2셀 1c. 세공부

1d, le. 공급구 2. 샘플노즐

4,5. 전극 6. 정전류전원

7. 레이저광원 12,15. 광검출기

16. 신호처리장치 17. 데이터 해석장치

Claims (7)

1. 제1 및 제 2셀(cell)(la)(lb)과 양 셀(la)(Ib)을 연통하는 세공을 갖고, 전해액에 부유시킨 입자를 시스액으로 싸서 세공을 통과시키는 플로우셀(1)과, 제1 및 제2셀(la)(1b)의 전해액중에 각각 설치된 전극(4)(5)간에 전압을 인가하는 전압인가수단과, 입자가 세관을 통과할 때의 전극(4)(5)간의 전기저항의 변화를 검출하는 저항검출수단과, 저항검출수단의 출력에 기초하여 입자의 입자직경을 산출하는 제1의 입자직경 산출수단과, 시이스액으로 싸인 입자의 흐름에 광비임을 조사하는 광원수단과, 조사된 입자의 산란광의 강도를 검지하는 광검지수단과, 저항검출수단 및 광검지수단의 출력에 기초해서 입자의 굴절율을 산출하는 굴절율 산출수단과, 산출된 굴절율과 광검지수단의 출력에 기초하여 입자의 입자적경를 산출하는 제2의 입자직경 산출수단을 구비한 입자분석장치.
2. 제l항에 있어서,

   제 1 및 제 2의 입자직경 산출수단으로부터 얻어진 입자직경과 그 데이터수로부터 입자크기분포를 산출하는 입자크기분포 산출수단과, 광검지수단으로부터의 각 출력신호의 시간간격을 계시하는 계시수단을 구비하고, 계시한 간격이 소정치 이상의 입자에 대해 입자크기분포를 입자크기분포 산출수단으로 산출하는 것을 특징으로 하는 입자분석장치.
3. 제2항에 있어서,

   계시수단에 의해 계시되는 시간간격치를 소정개수의 입자마다 그 시간 간격치의 평균치나 누적치를 산출하는 산출수단을 구비해 세관의 막힘이나 시이스플로우의 안정성을 감시하는 것을 특징으로 하는 입자분석장치.
4. 제l항에 있어서,

   광검지수단이 입자의 전방산란광을 검지하는 제l광검지수단과, 입자의 측면방향 산란광을 검지하는 제2광검지수단으로 되고, 제1 및 제2검지수단의 출력을 가산하는 가산수단을 구비하고, 그 가산결과를 산란광강도로 하는 것을 특징으로 하는 입자분식장치.
5. 제4항에 있어서,

   저항검출수단의 출력의 크기가 동일한 복수의 입자에 대해 측면방향 산란광강도의 불균일의 정도로부터 입자의 구형도나 응집정도에 관한 지표를 산출하는 지표산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 입자분석장치.
6. 제4항에 있어서,

   산란광강도에 대한 전방이나 측면방향 산란광강도의 비율을 산출하는 비율산출수단과, 저항검출수단의 출력크기가 동일한 복수의 입자에 대해 산출된 비율의 불균일에 기초해서 입자의 구형도나 응집정도에 관한 지표를 산출하는 지표산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 입자분석장치.
7. 제4항에 있어서,

   구형에 가깝고 굴절율이 기지의 복수의 입자에 대해 산란광강도에 대한 전방이나 측면방향 산란광강도의 비율을 산출하는 비율산출수단과, 산출된 비율과 저항검출수단의 출력에 기초하여 입자표면의 평활도나 입자표층부의 광학적특성의 변이나 입자의 응집정도에 관한 지표를 산출하는 지표산출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 입자분석장치.