WO2010035775A1 - 粒子物性測定装置 - Google Patents

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WO2010035775A1
WO2010035775A1 PCT/JP2009/066628 JP2009066628W WO2010035775A1 WO 2010035775 A1 WO2010035775 A1 WO 2010035775A1 JP 2009066628 W JP2009066628 W JP 2009066628W WO 2010035775 A1 WO2010035775 A1 WO 2010035775A1
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measurement
cell
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哲司 山口
達夫 伊串
拓司 黒住
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株式会社堀場製作所
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    • G01N2015/03—Electro-optical investigation of a plurality of particles, the analyser being characterised by the optical arrangement

Definitions

  • the present invention relates to a particle property measuring apparatus capable of measuring physical properties related to particle shape or particle size distribution such as aspect ratio and aggregation degree of particles (or particle groups) dispersed in a cell.
  • the present invention relates to a particle physical property measuring apparatus capable of measuring particle physical properties such as aspect ratio and cohesion degree, particle properties such as particle size, and zeta potential based on scattered light information. It is.
  • Patent Document 1 proposes a technique for measuring specific physical properties of fine particles by measuring scattered light using polarized light.
  • the apparatus described in Patent Document 1 irradiates particles dispersed in a cell with polarized primary light such as laser light, and detects the polarization of the scattered light on the light receiving side, thereby changing the shape of the particles. Measure.
  • the optical elements are arranged in the order of the convex lens 13, the polarizer 32, the 1/2 wavelength plate 33, and the 1/4 wavelength plate 34 as shown in FIG.
  • the optical elements are arranged in the order of the half-wave plate 35, the polarizer 36, and the convex lens 17 in front of the light receiving element.
  • the light receiving optical system mechanism is configured to be rotatable around a cell so that scattered light intensities having different angles can be detected by a single light receiving element.
  • the scattering volume the intersection of the light beam irradiated by the primary light at the center of the cell and the light beam at the detection angle on the light receiving side is called the scattering volume, and a pinhole with a diameter corresponding to this scattering volume is placed in front of the detector.
  • a pinhole with a diameter corresponding to this scattering volume is placed in front of the detector.
  • optical elements are arranged in the order of a pinhole 19, a half-wave plate 35, a polarizer 36, a convex lens 17, and a pinhole 31 in front of the light receiving element.
  • a plurality of light receiving elements are provided to detect the intensity of a plurality of scattered lights scattered at different angles.
  • the light receiving optical system mechanism can be rotated around a cell.
  • the scattered light intensity at different angles can be detected by a single light receiving element.
  • a mechanical mechanism supporting part such as a rail or a rotating plate is actually required, and the light receiving optical system mechanism itself has a mechanical error. I have to be affected.
  • the preferred scattering angle varies depending on the concentration of the liquid sample, and is preferably 90 ° when the concentration of the liquid sample is low, and 180 ° when the concentration of the liquid sample is high.
  • the concentration of the liquid sample is measured in advance, the operation becomes complicated, and if the amount of the sample is very small, its loss becomes a problem.
  • the physical properties of the nanoparticles are measured by an electron microscope such as a scanning electron microscope (SEM) or an optical microscope, and the particle size is measured by dynamic light scattering.
  • the degree of dispersion is measured using a separate analyzer by measuring the zeta potential.
  • a shape physical property value and a particle size are calculated as an image processing result
  • a measurement result when using a particle size distribution measuring device is a particle size distribution with a particle size as a numerical value. Is presented as a histogram, and when the zeta potential measuring device is used, the zeta potential is presented as a numerical value or a distribution.
  • the zeta potential is the surface charge of the fine particles in the solution, that is, the potential of the “slip surface” where liquid flow starts to occur in the electric double layer formed around the fine particles in the solution.
  • the first aspect of the present invention can ensure measurement accuracy even though the light receiving element (light detecting means) has a single configuration, and further reduces the number of optical elements as much as possible, thereby suppressing cost increase and stray light.
  • the present invention is intended to provide a particle property measuring apparatus capable of reducing the number of adjustment points.
  • the second aspect of the present invention is configured to measure by rotating a single light receiving element (light detecting means), but can suppress variations in the amount of light at each measurement angle position, and the S / N ratio can be reduced.
  • the present invention is intended to provide a particle physical property measuring apparatus that can maintain measurement accuracy while maintaining high.
  • the third aspect of the present invention is intended to provide a particle property measuring apparatus capable of accurately measuring the physical property values of particles including a particle size.
  • the fourth aspect of the present invention is to provide a particle property measuring apparatus capable of directly and easily comprehending measurement results via vision even for those unaccustomed to measuring various physical properties of particles. It is intended.
  • the particle physical property measuring apparatus includes a transparent cell that contains a sample in which fine particles are dispersed in a dispersion medium, a light source, and primary light emitted from the light source until the cell reaches the cell.
  • Irradiating optical system mechanism having an incident-side polarizer and an incident-side quarter-wave plate provided in order on the optical path, light detecting means for detecting the intensity of the received light, and two scattered by particles in the cell
  • a light-receiving optical system mechanism having an emission-side quarter-wave plate and an emission-side polarizer that are sequentially provided on the optical path until the next light reaches the light intensity detection means, and that is rotatably supported around the cell.
  • a dimming means for dimming the primary light or the secondary light without changing the polarization state and the attenuation rate can be changed, and the light receiving optical system mechanism is controlled to a plurality of rotation angle positions, and each rotation Of the exit side polarizer at the angular position.
  • the light detection means for strong light while using a highly sensitive light detection means that can detect low light intensity so that even low concentrations and fine particles can be measured. Therefore, it is possible to perform appropriate dimming by the dimming means so that the light intensity becomes high, and therefore, it is possible to perform highly accurate physical property measurement over a wide range using a single photodetecting means.
  • the polarizers on the output side, the incident side, and the output side rotate for measurement. Since there are only 1 ⁇ 4 ⁇ plates, adjustment points can be reduced as much as possible to improve operability and measurement accuracy. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in transmittance and stray light generation.
  • Specific physical properties that can be measured include physical property values related to particle shapes such as particle aspect ratio and degree of aggregation.
  • the dimming means may be capable of continuously changing the dimming rate in a stepless manner, but actually only needs to be able to change the dimming rate in multiple steps.
  • the dimming means includes a plurality of ND filters having different dimming rates, and a filter changing mechanism for selectively inserting one of these ND filters on the optical path of the primary light or the secondary light. It is preferable that it is equipped.
  • a rotation holding plate having a plurality of ND filters arranged in the periphery is provided, and by rotating the rotation holding plate, any one of the ND filters can transmit the primary light or the secondary light.
  • the thing comprised so that it may be located on an optical path can be mentioned.
  • the light receiving optical system mechanism can be arranged on the extension line of the primary light transmitted through the cell, It is desirable that the intensity of the transmitted light transmitted through the cell can be measured by the light detection means.
  • the particle size distribution can be measured using the irradiation optical system mechanism and the light receiving optical system mechanism used for measuring the particle shape as they are.
  • a dynamic particle size distribution measuring method for calculating the particle size distribution based on the fluctuation of the light intensity detected by the light detection means can be applied.
  • the dynamic particle size distribution measurement method it is basically unnecessary to change the angular position of the light-receiving optical system mechanism, and the photon correlation method is used to obtain autocorrelation from the time-series change of the number of photons of the detected secondary light. If the particle size distribution is measured by using the reference optical system, the reference optical system becomes unnecessary, and the particle size distribution can be measured without difficulty.
  • the rotational angle position of the light receiving optical system mechanism is changed according to the particle concentration in the sample. If it is configured, it is even better.
  • the particle physical property measuring apparatus is a transparent cell that contains a sample in which fine particles are dispersed in a dispersion medium, a light source, and primary light emitted from the light source reaches the cell.
  • the irradiation optical system mechanism having the incident-side polarizer and the incident-side quarter-wave plate sequentially provided on the optical path to the light path, the light detection means for detecting the intensity of the received light, and the particles in the cell were scattered
  • a light receiving optical system having an emission side 1 ⁇ 4 wavelength plate and an emission side polarizer provided in order on an optical path from the secondary light to the light intensity detection means, and supported rotatably around the cell.
  • a correction parameter storage unit that stores a correction parameter of degree, and a sample detection light intensity that is a detection light intensity at each polarization angle at each measurement angle position and the shape of the particle based on the correction parameter
  • a physical property calculation unit for calculating the physical property.
  • the correction parameter the detection light intensity obtained by irradiating the primary light to the cell in a particle-free state and acquired at each measurement angle position may be used. In such a case, the correction parameter is updated every time the sample is measured, so that it is possible to easily cope with a change with time.
  • the light receiving optical system mechanism in order to reduce the positional deviation of the light beam of the secondary light with respect to the pinhole as much as possible and to suppress the variation in the detected light quantity at each measurement angle position, in the light receiving optical system mechanism, it is perpendicular to the rotation plane.
  • a slit extending in the direction may be provided in front of the light detection means. Since the actual mechanical deviation at each measurement angle position described above appears in a direction perpendicular to the rotation surface of the light receiving optical system mechanism, the above-described slit can reliably pass scattered light even by mechanical deviation. It is because it can be made.
  • the amount of light can be changed without changing the polarization state of the primary light or secondary light.
  • the light receiving optical system mechanism can be arranged on the extension line of the primary light transmitted through the cell, It is desirable that the intensity of the transmitted light transmitted through the cell can be measured by the light detection means.
  • the dimming means may be capable of continuously changing the dimming rate in a stepless manner, but actually only needs to be able to change the dimming rate in multiple steps.
  • the dimming means includes a plurality of ND filters having different dimming rates, and a filter changing mechanism for selectively inserting one of these ND filters on the optical path of the primary light or the secondary light. It is preferable that it is equipped.
  • the particle physical property measuring apparatus includes a cell that contains a liquid sample in which particles are dispersed, a light source that irradiates light in the cell, and particles that are irradiated with the light.
  • a particle physical property measuring apparatus for measuring physical properties of the particle based on scattered light information, which is information related to the scattered light, using a dynamic light scattering method.
  • the light receiving position moving mechanism for moving the light receiving position of the scattered light in the particle size measuring mechanism based on the transmitted light amount is further provided.
  • the light receiving position moving mechanism is specifically a rotating mechanism and a sliding mechanism.
  • the particle physical property measuring apparatus can measure the amount of transmitted light transmitted through the liquid sample contained in the cell among the light irradiated from the light source by the transmitted light amount measurement mechanism. Since this value correlates with the density of the light, the amount of transmitted light can be used to control the light receiving position of the scattered light during particle size measurement. That is, when measuring the particle size by the dynamic light scattering method, when the concentration of the liquid sample is low, scattered light having a scattering angle of around 90 ° is received, and when the concentration of the liquid sample is high, the scattering angle is 180 °.
  • the transmitted light amount is measured in advance by the transmitted light amount measurement mechanism, and the concentration of the liquid sample can be grasped from the transmitted light amount.
  • the scattering angle near 90 ° or 180 ° can be selected according to the level of concentration.
  • the concentration of the liquid sample is extremely high, it becomes difficult to receive a sufficient amount of scattered light.
  • the scattered light receiving distance is set so that the optimum amount of scattered light can be received. The focal position of the light receiving unit can be moved.
  • the particle physical property measuring apparatus further uses a plurality of polarizers, quarter-wave plates and half-wave plates to irradiate the liquid sample with light of different polarization patterns, and transmit the light.
  • the transmitted light amount measuring mechanism also serves as the shape physical property value measuring mechanism. May be.
  • the shape property value measuring mechanism measures the light transmittance during the measurement of the shape property value, and since this transmittance is a value that correlates with the amount of transmitted light, the concentration of the liquid sample can also be grasped from this transmittance. It is possible to control the light receiving position of the scattered light when measuring the particle diameter.
  • the particle physical property measuring apparatus further includes a zeta potential measurement mechanism in addition to the above-described configuration, and each of the above-described physical properties, particle diameters, and zeta potentials are measured in this order. It is preferable to include a measurement control unit that controls the measurement mechanism.
  • the light receiving position of the scattered light at the time of measuring the particle size can be controlled using the light transmittance of the liquid sample measured at that time. .
  • applying a voltage may change the state of the particles, The liquid sample overflows from the cell and may be lost due to the insertion of the liquid.
  • by measuring the zeta potential changes in the particles due to the zeta potential measurement, loss of the liquid sample, etc. can be measured. Therefore, it is possible to measure each physical property value with a single apparatus with high accuracy, and even a very small amount of liquid sample can be sufficiently analyzed.
  • the particle physical property measuring apparatus is a shape physical property value measuring mechanism for determining an aspect ratio, a degree of aggregation, etc. of particles dispersed in a liquid sample, and a particle size for measuring the particle size of the particles.
  • a particle physical property measuring apparatus comprising at least a measuring mechanism and a zeta potential measuring mechanism for measuring a zeta potential of the particle, wherein the particles are based on measurement result data in the shape physical property value measuring mechanism and the particle size measuring mechanism.
  • the zeta potential of the particle is determined from the particle surface of the particle and / or the layer size.
  • An image data creation unit for creating zeta potential image data for display as a layer color from the particle surface is further provided.
  • an image of the particle in the liquid is created based on the measurement result of the shape physical property value and the particle size obtained as numerical values, etc., so the particle in the liquid is obtained from the embodied measurement result. It is possible to grasp the state of the three-dimensionally and sensuously, and even a person unfamiliar with the measurement can easily understand the measurement result.
  • the image representing the electric field is displayed as a layer, and depending on the measurement result of the zeta potential, the size and color of the layer representing the electric field are displayed differently, so the measurement result of the zeta potential can be easily grasped at a glance. Can improve understanding.
  • the electric field data (zeta potential image data) obtained based on the zeta potential measurement result is displayed around the particle (outer edge) of the particle image data obtained based on the measurement result such as the shape physical property value and the particle size, Even those who are unfamiliar with the measurement can easily understand the state of the fine particles in the solution. Furthermore, since these various physical properties are measured in the liquid, the state of the particles in the liquid that could not be understood from the observation image of the dry state by an electron microscope such as SEM can be specifically grasped.
  • the change of color means that only one of the attributes of hue, brightness, and saturation may be changed, or the three attributes of these colors may be combined and changed.
  • the measurement result data in the zeta potential measurement mechanism In order to change the size and color of the layer representing the electric field according to the measurement result of the zeta potential, the measurement result data in the zeta potential measurement mechanism, the size of the layer from the particle surface and / or the particle It is preferable to further include a table storage unit that stores a table that associates the color of the layer from the surface.
  • the first aspect of the present invention having such a configuration, by performing appropriate dimming by the dimming means at the time of detecting the light intensity, the physical properties with high accuracy over a wide range even though it is a single photodetecting means. Measurements can be made.
  • the optical elements that are rotationally driven for measurement need only be a polarizer on the output side. As a result, the operability and measurement accuracy can be improved.
  • the correction parameter is determined for each measurement angle position, the variation in the amount of light due to the mechanical error of each measurement angle position is corrected using each correction parameter. Therefore, the physical properties related to the shape of the particles can be measured with high accuracy. In addition, it is possible to realize a simple configuration without requiring a particularly complicated mechanism.
  • the light receiving position of the scattered light at the time of measuring the particle size can be moved according to the concentration of the liquid sample, and the scattered light can always be received at the optimum position.
  • High particle size measurement can be performed.
  • by providing a shape physical property measurement mechanism, a zeta potential measurement mechanism, and the like it is possible to efficiently measure various physical property values with a single unit even with a small amount of liquid sample.
  • the measurement results of various physical properties are displayed as images together with numerical values and distributions, so that it is possible for those who measure various physical properties of particles for the first time or those who have little opportunity to measure. Since the state of the presence of particles in the liquid can be grasped as a specific image, the degree of understanding of the measurement results of various physical properties is improved.
  • the flowchart which shows the procedure which selects the light reception position of a scattered light in the same embodiment, and measures a particle size.
  • the typical block diagram which shows the zeta potential measurement mechanism in the embodiment.
  • the typical block diagram which shows the molecular weight measurement mechanism in the embodiment.
  • the flowchart which shows the measurement sequence in the embodiment.
  • the typical whole figure which shows the outline
  • the typical block diagram which shows the particle size measurement mechanism in the embodiment.
  • the conceptual diagram which shows the image which displayed the measurement result in the embodiment.
  • the conceptual diagram which shows the image which displayed the measurement result in the embodiment.
  • the particle physical property measuring apparatus irradiates the microscopic particles dispersed in the dispersion medium with polarized light, and measures the angular distribution of intensity and the degree of conservation of polarization in the scattered light, thereby The physical properties related to the shape such as the aspect ratio and the degree of aggregation are measured.
  • FIG. 1 the whole outline
  • reference numeral 2 denotes an irradiation optical system mechanism that irradiates a transparent cell 4 containing a sample with laser light L1 as primary light
  • the cell 4 can accommodate a sample in which fine particles S are dispersed in a dispersion medium, for example, has a hollow cylindrical shape.
  • a temperature adjusting mechanism (not shown) that can maintain the cell 4 at a constant temperature is provided.
  • the irradiation optical system mechanism 2 includes a semiconductor laser 21 that is a light source and a plurality of optical elements that guide the laser beam L1 emitted from the semiconductor laser 21 to the cell 4.
  • the convex lens 26 is also arranged in this order as viewed from the semiconductor laser 21.
  • the dimming means 23 includes a plurality of ND filters 231 having different dimming rates and a filter changing mechanism 232 that holds the ND filters 231.
  • the ND filter 231 has a plate shape that attenuates light without changing the polarization state.
  • the filter changing mechanism 232 includes a rotation holding plate 232a that holds the plurality of ND filters 231 at the peripheral edge, and a motor (not shown) that rotationally drives the rotation holding plate 232a. Then, by rotating the rotation holding plate 232a around its center, one of the ND filters 231 is set to be positioned on the optical path of the laser light L1.
  • the irradiation optical system mechanism 2 is provided with a plurality of reflecting mirrors 27 for bending the optical path closer to the semiconductor laser 21 than the polarizer. This is because the reflection mirror 27 changes the polarization direction of the light. After the polarization direction is determined, that is, on the optical path of the laser light L1 from the incident side polarizer 24 to the cell 4, the reflection mirror A member such as 27 that can change the polarization direction is not provided.
  • the light receiving optical system mechanism 3 converts the light detection means 31 for detecting the intensity of the received light and the scattered light L2 that is the secondary light scattered by the microparticles S into the cell. 4 and a plurality of optical elements led to the light detection means 31.
  • the optical elements are a convex lens 32, a quarter wavelength plate 33 (hereinafter referred to as an emission side quarter wavelength plate 33).
  • a polarizer 34 hereinafter also referred to as an output-side polarizer 34
  • a convex lens 35 are arranged in this order as viewed from the cell 4.
  • the light detection means 31 is of a type that outputs the number of photons of received light (or a photon number-related value such as a voltage value proportional to the number of photons).
  • a photomultiplier tube is used here.
  • the exit-side polarizer 34 is configured to be rotatable by a motor or the like (not shown) around the optical axis so that a plurality of different polarization direction components of the scattered light L2 that has passed through the quarter wavelength plate can be extracted. .
  • the light receiving optical system mechanism 3 has a structure that can rotate around the cell 4. Specifically, the light detection means 31 and each optical element are integrally supported by a substrate 36, and the substrate 36 is rotated around the cell 4 by a rotation support mechanism including a support shaft and an arcuate rail (not shown). I support it as possible.
  • Reference numeral 5 in FIG. 1 controls the rotation angle position of the light receiving optical system mechanism 3 and the rotation angle around the optical axis of the output side polarizer 34, that is, the polarization angle, and is based on the detected light intensity by the light detection means 31. It is an information processing apparatus that performs shape analysis and the like.
  • the information processing apparatus 5 includes a CPU, a memory, an A / D converter, and the like. By causing the CPU and its peripheral devices to cooperate in accordance with a program stored in the memory, an angle control unit 51, which will be described later,
  • the light attenuation rate control unit 52, the physical property calculation unit 53, the particle size distribution calculation unit 54, and the like are configured to exhibit functions.
  • dark measurement is performed by the information processing device 5 (step S1).
  • Dark measurement refers to obtaining a light intensity detection value by a photodetector in a non-light state.
  • the rotation holding plate 232a is driven to position the region without the ND filter 231 on the optical path of the laser light L1, so that the rotation holding plate 232a functions as a light shielding plate.
  • a signal from the light detection means 31 is received, and a light intensity detection value in a non-light state is acquired.
  • the light intensity is detected by measuring the number of photons counted within a certain gate time.
  • the information processing apparatus 5 performs blank measurement (steps S3 to S8).
  • the blank measurement a sample in which the sample and the dispersion medium are the same but no particles are contained in the cell 4, and the light intensity detection value by the photodetector is acquired in that state.
  • the light receiving optical system mechanism 3 is set at a plurality of angular positions (for example, in increments of 4 ° from 10 ° to 162 °), and at each angular position, the output-side polarizer 34 is set at a plurality of angles (for example, in increments of 15 °).
  • the predetermined reference angle is set to 0 °, which is substantially matched with the original polarization angle of the semiconductor laser 21), and blank measurement at each of these angles is performed. I do. That is, by stepwise rotation of the light receiving optical system mechanism 3 and the exit side polarizer 34, the light intensities of a plurality of polarization components in the scattered light at a plurality of angles are measured. Further, as shown in FIG. 1, the light receiving optical system mechanism 3 faces the irradiation optical system mechanism 2 and overlaps the optical axis of the laser light L1, that is, the laser light transmitted through the cell 4 by the light receiving optical system mechanism 3. It can be rotated to a position where L1 can be measured (this angular position is set to 0 °).
  • the transmitted light intensity is also measured by setting the angular position of the light receiving optical system mechanism 3 to 0 °. .
  • the number of photons counted within a certain gate time (or a value related to the number of photons such as a voltage value proportional to the number of photons) is measured. Is determined to be saturated beyond the measurement range of the light detection means 31, the rotation holding plate 232 a is rotated so that the number of photons is within the measurement range of the light detection means 31.
  • the ND filter 231 having a high attenuation rate is positioned on the optical path of the laser light L1.
  • sample measurement is performed. That is, when an operator or the like places a sample in which particles are dispersed into the cell 4 and presses a start button (step S10), the information processing apparatus 5 turns on the laser (step S11) and the detected light intensity is light.
  • the rotation holding plate 232a is rotated so that it falls within the measurement range of the detection means 31, and any one of the ND filters 231 is positioned on the optical path of the laser light L1 (step S12).
  • the polarizer is set to a reference angle, and the light receiving optical system mechanism 3 is set to an angular position of 0 ° (steps S13 and S14).
  • permeability at that time is calculated based on the following formula
  • equation (step S15). Transmittance (1 / light attenuation of ND filter 231) ⁇ detection light intensity at sample / detection light intensity at blank
  • step S16 If it is determined from this transmittance that the concentration exceeds the measurable concentration (step S16), a message indicating that the concentration is too high is displayed and the operator is prompted to adjust the concentration.
  • step S16 when it is determined that the concentration is measurable (step S16), similarly to the blank measurement, a plurality of angles of scattered light at a plurality of angles are obtained by the stepwise rotation of the light receiving optical system mechanism 3 and the output side polarizer 34. As with the blank measurement, the light intensity of the polarization component is measured while appropriately adjusting the light attenuation rate so as to be within the measurement range of the light detection means (as the angle control unit 51 and the light attenuation rate control unit 52). Function, steps S17 to S21).
  • each part is returned to the initial state such as turning off the laser 21 (steps S22 and S23), and at the same time, blank measurement is performed at each rotation angle position of the light receiving optical system mechanism 3 and each polarization angle of the output side polarizer 34.
  • the distribution relating to the shape of the particles, particularly the aspect ratio (aspect ratio or aggregation degree) is calculated (physical property calculation unit 53 Function as step S24).
  • the same optical system mechanism is used to measure the particle size distribution by the dynamic light scattering method.
  • the calculation of the particle size distribution is performed by the information processing apparatus 5 (function as the particle size distribution calculating unit 54).
  • the photon correlation method that is, the autocorrelation data is generated from the time-series data of the number of received photons, and the particle size distribution of the particle group is calculated by performing a predetermined calculation process based on the autocorrelation data.
  • other methods such as measuring scattered light with a DC value may be used.
  • the suitable position (angle) of the scattered light at the time of measuring a particle diameter changes with the density
  • the light of the sample calculated when measuring an aspect ratio and / or aggregation degree
  • the transmittance when the transmittance is high (the sample concentration is low), an optical path perpendicular to the laser beam L1, that is, 90 ° scattered light is received, and when the transmittance is low (the sample concentration is high), Further, the information processing device 5 controls the angular position of the light receiving optical system mechanism 3 so as to receive scattered light at an angle rearward, that is, at an angle exceeding 90 °.
  • the measurement sensitivity is improved because the photons are counted, the measurement accuracy of trace amounts and minute particles can be improved.
  • the measurement sensitivity is improved, high intensity light cannot be detected, and the measurement range tends to be small.
  • the ND filter can reduce the light and ensure a wide measurement range. Can contribute to measurement.
  • the temperature of the cell 4 can be adjusted, particles such as biological materials and polymers whose size and shape change with temperature can be measured stably.
  • the particle diameter can be measured by the dynamic light scattering method, and the same optical measurement as the shape measurement is used for the measurement.
  • System mechanisms can be used.
  • the first aspect of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the dimming means may be inserted in any part as long as it is on the optical path of the primary light and the secondary light.
  • the optical element in this embodiment includes a convex lens 32 and a quarter-wave plate 33 (hereinafter also referred to as an output-side quarter-wave plate 33) arranged in this order as viewed from the cell 4. ), A polarizer 34 (hereinafter also referred to as an output side polarizer 34), a convex lens 35, and a slit 37.
  • the slit 37 has a belt-like shape extending perpendicularly to the rotation surface of the light receiving optical system mechanism 3, and the width of the slit 37 is set to a dimension corresponding to the scattering volume described above. Further, the length is larger than the width dimension, and is set to a minimum dimension that allows the scattered light to almost pass through the slit 37 by absorbing the positional deviation of the scattered light caused by a mechanical error or the like.
  • each detected light intensity in the blank measurement is a correction parameter for correcting the detected light intensity in the sample measurement described above.
  • the detected light intensity by the blank measurement is stored in the correction parameter storage unit 55 set in the memory of the information processing apparatus.
  • the particle property measuring apparatus 1 configured as described above, a blank measurement for correction is performed for each polarization angle at each measurement angle position, and a mechanical error at each measurement angle position is determined from the measurement result. Therefore, even with the single light detection means 31, the physical properties related to the shape of the particles can be measured with high accuracy.
  • the particle size can be measured by the dynamic light scattering method.
  • the second aspect of the present invention is not limited to the above embodiment.
  • blank measurement for correction is performed for each polarization angle at each measurement angle position, but blank measurement is performed only for each measurement angle position without performing blank measurement for each polarization angle. Also good.
  • FIG. 5 shows an outline of the configuration of the particle property measuring apparatus 11 according to this embodiment.
  • the particle property measuring apparatus 11 according to the present embodiment includes a shape property value measuring mechanism such as an aspect ratio and / or a degree of aggregation, a particle size measuring mechanism, a molecular weight measuring mechanism, and a zeta potential measuring mechanism.
  • a cell 12 having a circular cross section containing a liquid sample made of transparent quartz glass or the like and containing a group of particles dispersed in a dispersion medium such as water, and a laser beam on the liquid sample.
  • the laser 13 that irradiates L and the scattered light S emitted from the group of particles in the liquid sample irradiated with the laser light L are received, and the pulse signal according to the number of photons or the electric according to the fluctuation of the light intensity.
  • Light receiving units 141 and 142 composed of photomultiplier tubes that output signals, half mirrors 151 that split a part of laser light L emitted from laser 13, mirrors 152 and 153, and reference light R from mirror 153 in front
  • the reference optical system 15 composed of a half mirror 154 that mixes the scattered light S, the position controller 171 that controls the light receiving position of the scattered light S in the particle size measuring mechanism, and the measurement of each physical property value is performed according to a predetermined sequence.
  • the shape property value measuring mechanism for measuring the shape property value such as the aspect ratio and the aggregation degree includes a laser 13, polarizers 11 and 14, quarter wave plates 112 and 113, and a light receiving unit. 141.
  • the polarizer 11 is fixed to produce specific linearly polarized light from the laser light L emitted from the laser 13, but the quarter-wave plates 112 and 113 and the polarizer 114 are rotatable around the optical axis.
  • the linearly polarized light is converted into elliptically polarized light by the quarter wavelength plate 112
  • the elliptically polarized light is converted back to linearly polarized light by the quarter wavelength plate 13, and only light having a desired polarization direction is taken out by the polarizer 114.
  • the transmittance of the laser beam L of the liquid sample in the cell 12 is measured using the method described in US Pat. No. 6,721,051.
  • the laser light L is emitted while rotating the quarter-wave plates 112 and 113 and the polarizer 114 around the optical axis, and the position (angle) of the light receiving unit 141 is changed in a plurality of modes of polarization patterns.
  • the intensity of the scattered light S at a predetermined scattering angle is measured.
  • the aspect ratio and / or the degree of aggregation is calculated by performing a predetermined calculation process on the scattered light intensity ratio at each angle.
  • the transmittance is a predetermined value (70%) or more. Therefore, the transmittance of the sample is measured prior to measurement. To do.
  • the particle size measuring mechanism includes a laser 13, a light receiving unit 141, and a correlator 115.
  • a dynamic light scattering method is used, the liquid sample in the cell 12 is irradiated with the laser light L, and the scattered light S emitted from the particles in the liquid sample is received.
  • the correlator 115 that receives light from the light receiving unit 141 and receives a pulse signal corresponding to the number of photons from the light receiving unit 141 generates autocorrelation data from the time-series data of the number of pulses, and performs a predetermined calculation based on the autocorrelation data. By performing the processing, the particle size distribution of the particle group is calculated.
  • the method of calculating from the pulse signal corresponding to the number of photons has been described in detail, but it is also possible to perform the calculation using an electric signal corresponding to the fluctuation of the light intensity.
  • the light receiving unit 141 receives the scattered light S in the optical path orthogonal to the laser light L, but the preferred position of the light receiving unit 141 when measuring the particle size (particle size distribution) is Varies depending on the concentration of the liquid sample.
  • the light receiving unit 141 is provided with a light receiving position moving mechanism (not shown).
  • the light receiving position moving mechanism includes a stage (corresponding to a rotating mechanism) on which the light receiving unit 141 is mounted and which can rotate around a predetermined position in the cell 12 with a predetermined radius. And a rail member (corresponding to a slide mechanism) that slidably supports the light receiving unit 141 back and forth. The operation of the stage and the rail member is controlled by the position control unit 171.
  • the optical path orthogonal to the laser light L (scattering angle 90 °)
  • the position controller 171 receives the scattered light S and receives the scattered light S in the optical path (near the scattering angle of 180 °) substantially overlapping with the laser light L when the transmittance is low (the concentration of the liquid sample is high).
  • the stage on which the light receiving unit 141 is placed is rotated to control the light receiving angle of the light receiving unit 141.
  • the scattering angle when the concentration of the liquid sample is high is around 180 ° as described above, but is preferably 170 to 175 ° for the convenience of equipment arrangement.
  • the position control unit 171 is placed on the stage via the rail member so that a sufficient amount of scattered light can be received at a scattering angle of about 180 °. To control the focal position of the light receiving unit 141 (distance from the cell 12).
  • the polarizer 114 and the quarter-wave plates 112 and 113 are fixed, the laser sample L is irradiated with the laser beam L from the laser 13, and the light receiving unit 141 receives the transmitted light in a specific polarization pattern. Then, the transmittance of the laser beam L is measured (step S3-1).
  • the liquid sample in the cell 12 is irradiated with the laser light L while rotating the optical axis around the optical axis.
  • the intensity of the scattered light S is measured at a predetermined scattering angle while changing the position (angle) of the light receiving unit 141 and performing a predetermined calculation process on the scattered light intensity ratio at each angle, the aspect ratio and / or The degree of aggregation is calculated (step S3-2).
  • the position control unit 171 that has acquired the laser light transmittance data follows the obtained laser light transmittance and, when the transmittance is high (the concentration of the liquid sample is low), the scattered light S having a scattering angle of about 90 °.
  • the angle of the light receiving unit 141 is controlled so as to receive the scattered light S having a scattering angle near 180 ° (step S3-3). .
  • the position of the light receiving unit 141 is set so that a sufficient amount of scattered light S is received at a scattering angle near 180 °. (Distance from the cell 12) is controlled (step S3-4).
  • the dynamic light scattering method is used to irradiate the liquid sample in the cell 12 with the laser light L, the scattered light S emitted from the particle group in the liquid sample is received by the light receiving unit 141, and the number of photons thereof
  • the correlator 115 that has received a pulse signal corresponding to the number of pulses from the light receiving unit 141 generates autocorrelation data from the time-series data of the number of pulses, and performs a predetermined calculation process based on the autocorrelation data to thereby determine the content of the liquid sample.
  • the particle size distribution of the particle group is calculated (step S3-5).
  • the zeta potential measurement mechanism includes a laser 13, a pair of electrodes 116 made of platinum or the like, a reference optical system 15, and a light receiving unit 142.
  • a direct current or alternating current voltage is applied to the electrode 116 inserted in the cell 12, and a laser beam L is irradiated while applying an electric field to particles in the liquid sample.
  • the moving speed of the particles in the liquid sample is calculated. Further, the zeta potential is calculated by performing a predetermined calculation process on the obtained moving speed.
  • the molecular weight measurement mechanism is composed of a laser 13 and a light receiving unit 141 as shown in FIG.
  • a plurality of types of liquid samples having different concentrations are used by using a static light scattering method, and the laser beam L is applied to the liquid sample in the cell 12 while changing the position (angle) of the light receiving unit 141.
  • the angular distribution of the number of photons of the scattered light S emitted from the particle group in the liquid sample is measured.
  • a Zimm plot is performed to calculate the molecular weight of the particles.
  • the measurement sequence of each physical property value is controlled by the measurement control unit 172, and is continuously performed in the order of the shape physical property value, the particle size, the zeta potential, and the molecular weight as shown in FIG. .
  • the measurement result of each physical property value obtained by such a measurement sequence is transmitted to the measurement result data creation unit 173, and is edited into data for collectively displaying as one report.
  • the functions of the position control unit 171, the measurement control unit 172, and the measurement result data creation unit 173 are performed by the information processing device 17 such as a computer, and the CPU is in accordance with a predetermined program stored in a predetermined area of the memory.
  • the information processing apparatus 17 functions as a position control unit 171, a measurement control unit 172, a measurement result data creation unit 173, and the like by the cooperative operation of the peripheral devices.
  • the measurement result data created by the measurement result data creation unit 173 is transmitted to the display unit 18 provided with a display or the like, where it is displayed together in one report.
  • the display unit 18 may be built in the particle property measuring apparatus 11 or may be connected to an external display.
  • the particle property measuring apparatus 11 configured as described above, all measurements of shape property values such as aspect ratio and aggregation degree, particle size, zeta potential, and molecular weight can be performed with a liquid sample accommodated in one cell 12. Therefore, even a very small amount of liquid sample can be analyzed sufficiently.
  • the concentration of the liquid sample is obtained using the light transmittance measured at that time, and based on the concentration, When measuring the particle size so that scattered light with a scattering angle of around 90 ° is received when the concentration of the liquid sample is low, and scattered light with a scattering angle of around 180 ° is received when the concentration of the liquid sample is high.
  • the light receiving angle of the scattered light can be controlled.
  • the concentration of the liquid sample is extremely high, the light receiving distance of the scattered light at the time of measuring the particle diameter can be controlled so that a sufficient amount of scattered light is received at a scattering angle of about 180 °.
  • the state of the particles is changed by applying the voltage, or the liquid sample overflows from the cell 12 due to the insertion of the electrode 116.
  • the change in the particles due to the zeta potential measurement and the loss of the liquid sample are other physical property values. Does not affect the measurement.
  • FIG. 12 shows an outline of the configuration of the particle property measuring apparatus 11 according to the present embodiment.
  • the particle physical property measuring apparatus 11 includes a particle size measuring mechanism, a molecular weight measuring mechanism, and a zeta potential measuring mechanism, and the cell 12 has a square cross section as shown in FIG.
  • a light receiving unit 141 provided to receive scattered light S having a scattering angle of approximately 90 ° and a light receiving unit 141 provided to receive scattered light S having a scattering angle of approximately 180 °.
  • a transmitted light amount measuring mechanism 6 including a transmitted light amount sensor.
  • the light receiving unit 141 ′ is provided to receive scattered light S having a scattering angle of 170 to 175 °, more specifically, a scattering angle of about 173 °. It is preferable.
  • the particle size measuring mechanism includes a laser 13, light receiving units 141 and 141 ′, a correlator 115, and a transmitted light amount sensor 16.
  • the light receiving unit 141 ′ is provided with a light receiving position moving mechanism (not shown).
  • the light receiving position moving mechanism includes a rail member that slidably supports the light receiving unit 141 ′ back and forth, and the operation of the rail member is controlled by the position control unit 171.
  • the transmitted light amount of the laser light of the liquid sample measured by the transmitted light amount sensor 16 when the transmitted light amount is large (the concentration of the liquid sample is low), the scattered light in the optical path (scattering angle 90 °) orthogonal to the laser light L
  • the light receiving unit 141 receives S and the amount of transmitted light is small (the concentration of the liquid sample is high)
  • the scattered light S is received in an optical path (a scattering angle of about 180 °, preferably 170 to 175 °) that substantially overlaps the laser light L.
  • the unit 141 ′ receives light.
  • the position control unit 171 receives the scattered light through the rail member so that a sufficient amount of scattered light can be received in the vicinity of the scattering angle of 180 °.
  • 141 ′ is slid to control the position of the light receiving portion 141 ′ (distance from the cell 12).
  • the particle size measuring mechanism includes the two light receiving units 141 and 141 ′, and the rotating mechanism of the light receiving unit 141 is unnecessary. It can be compact. When detecting at an angle of 180 °, since the cross section of the cell 12 is square, it is possible to prevent noise from being mixed into the scattered light S.
  • the particle property measuring apparatus only needs to have at least a particle size measuring mechanism, and other mechanisms for measuring various physical properties may be provided as needed.
  • a rail member that can slide back and forth may be provided to support the cell 12.
  • the information processing apparatus 17 further operates the CPU and its peripheral devices according to a predetermined program stored in the memory, thereby further operating the arithmetic processing unit 174, the image data creation unit 175, and the table storage.
  • the unit 176, the image display unit 177, and the like are configured to exhibit functions.
  • the arithmetic processing unit 174 receives pulse signals or light intensity signals emitted from the light receiving units 141 and 142 in each measurement mechanism directly or via the correlator 115, performs predetermined arithmetic processing, and calculates a measurement result.
  • the image data creation unit 175 acquires measurement result data in each measurement mechanism from the arithmetic processing unit 174, and displays the particles and the electric field formed around the particles as an image based on the measurement results of various physical properties. Image data is created. Here, the size or color of the layer representing the electric field changes according to the measurement result of the zeta potential.
  • An image created by the image data creation unit 175 is, as shown in FIG. 15, an example of the zeta around the sphere S having an average particle size of primary particles measured by the particle size measuring mechanism.
  • the average charge amount of the primary particles is obtained from the measurement result of the zeta potential by the potential measurement mechanism, and the electric field E is displayed as a layer by changing the color or the like based on the charge amount. Simultaneously with this image, a color sample M corresponding to the measurement result of the zeta potential is also displayed.
  • the primary particles and the secondary particles formed by agglomeration thereof are rod-shaped, as shown in FIG. 16, the average minor axis and the average major axis obtained from the shape property value measurement results are determined according to the shape property value.
  • the secondary particles A are formed by collecting how many primary particles whose particle diameters are already known.
  • the agglomeration state such as whether or not the fractal shape is agglomerated is displayed three-dimensionally. Even in such a case, an average charge amount is obtained from the zeta potential measurement result around the rod-shaped primary particles B and the rod-shaped secondary particles A as a result of aggregation, and the color or the like is changed based on the charge amount.
  • the electric field E is displayed as a layer. That is, the electric field can be displayed as a layer on the particle surface based on the particle surface shape of the particle image data, the particle size data, and the zeta potential image data based on the measurement result of the zeta potential.
  • the table storage unit 176 stores a table in which the measurement result of the zeta potential is associated with the size or color of the layer representing the electric field.
  • the image display unit 177 acquires the image data created by the image data creation unit 175, embodies measurement results of various physical properties, and displays them as an image.
  • the arithmetic processing unit 174 receives signals emitted from the light receiving units 141 and 142 directly or via the correlator 115 and performs predetermined arithmetic processing to calculate measurement results of various physical properties (step S4-1). .
  • the image data creation unit 175 acquires measurement result data of various physical properties from the arithmetic processing unit 174 (step S4-2).
  • the image data creation unit 175 acquires from the table storage unit 176 a table in which the measurement result of the zeta potential and the size or color of the image indicating the electric field formed around the particle are paired. Then, the size and color of the image corresponding to the measurement result of the zeta potential are selected (step S4-3).
  • the image data creation unit 175 creates image data that displays the particles and the electric field formed around the particles as an image based on the measured physical properties (step S4-4).
  • the size or color of the layer representing the electric field changes according to the measurement result of the zeta potential.
  • the image display unit 177 acquires the image data created by the image data creation unit 175, and outputs the result measured by each measurement mechanism as an image (step S4-5).
  • an image of particles in the liquid is created based on the measurement result of the shape property value and the particle size obtained as numerical values, etc. It is possible to grasp the state of the particles in the liquid three-dimensionally and sensuously from the embodied measurement results, and even a person unfamiliar with the measurement can easily understand the measurement results.
  • the layer representing the electric field is displayed in different sizes and colors according to the measurement result of the zeta potential, the measurement result of the zeta potential can be easily grasped at a glance and the understanding level is improved. .
  • Electric field data (zeta potential image) obtained based on the zeta potential measurement result around the particle (outer edge) of the particle image data obtained based on the measurement result of the shape property value such as aspect ratio and aggregation degree and particle size. Data) is displayed, so even those who are unfamiliar with the measurement can easily understand the state of the fine particles in the solution. Furthermore, since these various physical properties are measured in the liquid, the state of the particles in the liquid that could not be understood from the observation image of the dry state by an electron microscope such as SEM can be specifically grasped.
  • the color of the layer representing the electric field is changed according to the measurement result of the zeta potential, but the size of the layer representing the electric field is changed according to the measurement result of the zeta potential. That is, it may be displayed as a layer on the outer edge of the particle S, A, B or B, and either or both of the size and the color may be selectable.
  • the particle physical property measuring apparatus is a data for displaying the particle surface shape and the particle size as an image based on the measurement result data in the molecular weight measuring mechanism in addition to the shape physical property measuring mechanism and the particle size measuring mechanism. Can also be created. On the other hand, it is not necessary to have all the measurement mechanisms provided in the particle property measuring apparatus 11 of the embodiment, and for example, it is not necessary to have a molecular weight measurement mechanism.
  • the first aspect of the present invention having such a configuration, by performing appropriate dimming by the dimming means at the time of detecting the light intensity, the physical properties with high accuracy over a wide range even though it is a single photodetecting means. Measurements can be made.
  • the optical elements that are rotationally driven for measurement need only be a polarizer on the output side. As a result, the operability and measurement accuracy can be improved.
  • the correction parameter is determined for each measurement angle position, the variation in the amount of light due to the mechanical error of each measurement angle position is corrected using each correction parameter. Therefore, the physical properties related to the shape of the particles can be measured with high accuracy. In addition, it is possible to realize a simple configuration without requiring a particularly complicated mechanism.
  • the light receiving position of the scattered light at the time of measuring the particle size can be moved according to the concentration of the liquid sample, and the scattered light can always be received at the optimum position.
  • High particle size measurement can be performed.
  • by providing a shape physical property measurement mechanism, a zeta potential measurement mechanism, and the like it is possible to efficiently measure various physical property values with a single unit even with a small amount of liquid sample.
  • the measurement results of various physical properties are displayed as images together with numerical values and distributions, so that it is possible for those who measure various physical properties of particles for the first time or those who have little opportunity to measure. Since the state of the presence of particles in the liquid can be grasped as a specific image, the degree of understanding of the measurement results of various physical properties is improved.
  • Particle property measuring apparatus L1 ... Primary light (laser light) L2 ... Scattered light (scattered light) 2 ... Irradiation optical system mechanism 21 ... Light source (semiconductor laser) 23... Dimming means 231... ND filter 232... Filter changing mechanism 232 a... Rotation holding plate 24... Incident side polarizer 25. Light-receiving optical system mechanism 31... Light detection means 33... Exit side quarter wave plate 34... Exit side polarizer 4. Unit 53 ... physical property calculation unit 54 ... particle diameter distribution calculation unit 55 ... correction parameter storage unit 11 ... particle physical property measuring device 12 ... cell 13 ... light source 162 ... image data creation Part S, B, A ... Particle E ... Electric field

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Abstract

　光検出手段が単一の構成でありながらも測定精度を担保でき、しかも光学素子の数を可及的に減少させてコストアップの抑制や調整箇所の低減を図ることが可能な粒子物性測定装置であって、照射光学系機構２として入射側偏光子２４及び入射側１／４波長板２５を有するとともに、受光光学系機構３としてセル４を中心に複数の角度位置に回転可能な出射側１／４波長板３３及び出射側偏光子３４を有する粒子物性測定装置１において、光路上に変更状態を変化さセル４ことのない減光手段２３を設け、各測定位置での検出光強度が光検出手段３１の測定レンジ内に収まるように、減光手段２３による減光率を制御するものである。

Description

粒子物性測定装置
　この発明は、セル中に分散させた粒子（又は粒子群）のアスペクト比や凝集度などの粒子形状あるいは粒子径分布等に係る物性を測定することができる粒子物性測定装置に関するものである。
　更に、この発明は、粒径をはじめとする、アスペクト比や凝集度等の形状物性値、ゼータ電位等の粒子の物性を、散乱光情報に基づいて測定することができる粒子物性測定装置に関するものである。
　近時、多様な形状を有する微小粒子に対する産業界の需要が高まり、微小粒子の粒径や形状など物性を詳細に計測することへの市場のニーズが高まっている。
　例えば、特許文献１には、偏光を利用した散乱光測定によって微小粒子に係る特定の物性を測定するものが提案されている。
　この特許文献１記載の装置は、セル中に分散させた粒子に対してレーザ光などの偏光させた一次光を照射し、その散乱光の偏光を受光側で検出することによって、粒子の形状を測定するものである。この装置によれば、光源からセルに至るまでの光路上に、図１に示すように、凸レンズ１３、偏光子３２、１/２波長板３３、１/４波長板３４の順で光学素子が配設されているとともに、受光素子の前には、１/２波長板３５、偏光子３６、凸レンズ１７の順に光学素子が配設されている。
　特にこの特許文献１では、受光光学系機構がセルを中心に回転可能な構成になっており、単一の受光素子で角度の異なる散乱光強度を検出できるようにしてある。このような構成であれば、部品点数の削減を促進できるとともに、受光素子での器差がそもそも発生しないという利点がある。
　ところで、セルの中央で一次光が照射する光束と受光側の検出角度の光束との交わりの部分が散乱体積と呼ばれる部分で、この散乱体積に相当する径のピンホールを検出器前に配置して散乱光のみを受光することが、この種の粒子物性装置では行われている。これは、高いＳ／Ｎ比での測定を可能とするためである。
　前述の特許文献１を例に挙げれば、受光素子の前に、ピンホール１９、１/２波長板３５、偏光子３６、凸レンズ１７、ピンホール３１の順に光学素子が配設されている。
　ところで、通常の散乱光測定では、異なる角度で散乱する複数の散乱光の強度を検出するために複数の受光素子を設けるが、この特許文献１では、受光光学系機構がセルを中心に回転可能な構成になっており、単一の受光素子で角度の異なる散乱光強度を検出できるようにしてある。このような構成であれば、部品点数の削減を促進できるとともに、受光素子での器差がそもそも発生しないという利点がある。
　また、受光光学系機構を回転可能とするには、実際にはレールや回転板などの機械的な機構支持部品が必要となり、多少はあるにせよ、受光光学系機構そのものが機械的な誤差の影響を受けざるを得ない。
　そのために、受光系光学系機構を回転させて測定したときに、各測定角度位置において、ピンホールに対する二次光の光束の位置がそれぞれ異なってしまい、各測定角度位置での検出光量がばらつくという問題点がある。
　しかしながら、この種の粒子物性測定装置では、散乱光の角度と偏光方向によって、非常に強い散乱光から非常に弱い散乱光まで、極めて強度レンジの広い散乱光が発生し得るため、特許文献１のような単一の受光素子構成ではその強度レンジをカバーできない場合がある。また、特許文献１記載の装置は、偏光等に係る光学素子が多く用いられているため、コストアップの要因となる上に、透過率の低下や迷光の発生、或いは調整箇所の増加等、不測の不具合が多く生じ得る。
　また、動的光散乱法により粒径を測定する場合、好適な散乱角度は液体試料の濃度によって異なり、液体試料の濃度が低い場合は９０°が好ましく、液体試料の濃度が高い場合は１８０°が好ましいが、前もって液体試料の濃度を測定すると作業が煩雑になり、また、試料が微量である場合はその損失も問題となる。
　更に、液体試料の濃度が極めて高い場合は、１８０°の散乱角度で測定を行っても、充分な光量の散乱光を受光できず、精度の高い測定が困難になる場合がある。
　また、従来、ナノ粒子の物性は、アスペクト比（縦横比）や凝集度等の形状物性値は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡又は光学顕微鏡の観察により、粒径は動的光散乱法により、分散度はゼータ電位を測定することにより、それぞれ別個の分析装置を用いて測定されている。
　しかし、それぞれの物性値を別個の分析装置で測定するには充分量の液体試料が必要であり、液体試料が数μｍ～数十μｍと極めて微量である場合等は試料の量が足らず、必要な分析を行えないことがある。
　また、電子顕微鏡又は光学顕微鏡を用いた場合は、画像処理結果として形状物性値や粒径が算出され、粒径分布測定装置を用いた場合の測定結果は、粒径が数値として、粒径分布がヒストグラムとして提示され、ゼータ電位測定装置を用いた場合は、ゼータ電位が数値又は分布として提示される。ゼータ電位とは、溶液中の微粒子の表面電荷であり、すなわち、溶液中の微粒子の周りに形成する電気二重層中の、液体流動が起こり始める「すべり面」の電位である。微粒子の場合、ゼータ電位の絶対値が増加すれば、粒子間の反発力が強くなり、粒子の安定性は高くなる。逆に、ゼータ電位がゼロに近くなると、粒子は凝集しやすくなる。すなわち、粒子の帯電量（荷電状態）によって、粒子の分散状態の安定性は左右されるため、溶液中の微粒子の凝集・分散制御及び特性評価に際して、ゼータ電位測定の重要度は高まってきている。
　しかし、これらの測定結果は、装置の原理に熟知した測定者であれば容易に解釈することができるが、測定に不慣れな者にとっては、得られた数値や分布の持つ意味の解釈が難しいことがあった。
ＵＳ６，７２１，０５１ 特開２００４－３１７１２３ 特開２００４－２７１２８７
　そこで第１の本発明は、受光素子（光検出手段）が単一の構成でありながらも測定精度を担保でき、しかも光学素子の数を可及的に減少させてコストアップの抑制や迷光、調整箇所の低減等を図ることが可能な粒子物性測定装置を提供すべく図ったものである。
　また、第２の本発明は、単一の受光素子（光検出手段）を回転させて測定する構成でありながらも、各測定角度位置での光量ばらつきを抑えることができ、Ｓ／Ｎ比を高く保って測定精度を担保できる粒子物性測定装置を提供すべく図ったものである。
　更に、第３の本発明は、粒径を始めとする粒子の物性値を、精度よく測定することが可能な粒子物性測定装置を提供すべく図ったものである。
　また、第４の本発明は、粒子の各種物性の測定に不慣れな者であっても、視覚を介して直接的かつ容易に測定結果を理解することが可能な粒子物性測定装置を提供すべく図ったものである。
　すなわち第１の本発明に係る粒子物性測定装置は、分散媒中に微小な粒子を分散させた試料を収容する透明セルと、光源、並びにこの光源から射出された一次光が前記セルに至るまでの光路上に順に設けられた入射側偏光子及び入射側１／４波長板を有する照射光学系機構と、受光した光の強度を検出する光検出手段、並びに前記セル中の粒子で散乱した二次光が前記光強度検出手段に至るまでの光路上に順に設けられた出射側１／４波長板及び出射側偏光子を有し、前記セルを中心に回転可能に支持された受光光学系機構と、前記一次光又は二次光を偏光状態を変化させることなくかつ減衰率を変更可能に減光する減光手段と、前記受光光学系機構を複数の回転角度位置に制御するとともに、各回転角度位置において前記出射側偏光子の偏光角度を複数の角度に制御する角度制御部と、前記各回転角度位置での各偏光角度それぞれにおける検出光強度が前記光検出手段の測定レンジ内に収まるように、前記減光手段による減光率を制御する減光率制御部と、前記各回転角度位置での各偏光角度それぞれにおける減光率及び減光後における検出光強度に基づいて前記粒子の物性を算出する物性算出部とを具備していることを特徴とする。
　このようなものであれば、低濃度や微小粒子でも測定可能なように、低光強度を検出できる感度の高い光検出手段を用いながらも、強い光に対しては、当該光検出手段に適した光強度となるように減光手段による適切な減光を行うことができるため、単一の光検出手段を用いて広いレンジに亘る精度の高い物性測定を行うことができる。また、偏光を制御する光学素子は入射側、出射側ともに１／４λ板と偏光子の２つだけであり、しかも測定のために回転するのは出射側の偏光子、入射側、出射側の１／４λ板だけであることから、調整箇所を可及的に低減して操作性や測定精度を向上させることができる。さらに透過率の低下や迷光発生を未然に防止することも可能となる。
　測定可能な具体的物性としては、粒子のアスペクト比や凝集度などの粒子形状に係る物性値を挙げることができる。
　減光手段は、減光率を無段階連続的に変えうるものでも構わないが、実際には複数段階に減光率を変更可能であればよい。そのためには、前記減光手段が、それぞれ異なる減光率の複数のＮＤフィルタと、これらＮＤフィルタのいずれかを前記一次光又は二次光の光路上に選択的に挿入するフィルタ変更機構とを具備したものであることが好ましい。
　具体的なフィルタ変更機構としては、周縁部に複数のＮＤフィルタを並び設けた回転保持板を具備し、回転保持板を回転させることによって、いずれかのＮＤフィルタが前記一次光又は二次光の光路上に位置するように構成したものを挙げることができる。
　透過光強度をも前記受光光学系機構で測定できるようにして、光学系機構の簡単化を図るには、前記受光光学系機構を、セルを透過する一次光の延長線上に配置可能にして、セルを透過した透過光の強度を、前記光検出手段によって測定できるようにしたものが望ましい。
　本発明によれば、粒子の形状測定に用いる照射光学系機構及び受光光学系機構をそのまま用いて、粒子径分布を測定することもできる。その場合、受光光学系機構の角度位置を変えて複数の角度における散乱光（二次光）の強度分布を測定することで、粒子径分布を算出する静的粒子径分布測定方法を適用することもできるし、前記光検出手段で検出された光強度の揺らぎに基づいて粒子径分布を算出する動的粒子径分布測定方法を適用することもできる。動的粒子径分布測定方法であれば、基本的には受光光学系機構の角度位置を変える必要はないうえ、検出した二次光のフォトン数の時系列変化から自己相関を求める光子相関法を用いて粒子径分布を測定するようにすれば、参照光学系も不要となることから、無理なく粒子径分布を測定することができるようになる。
　動的粒子径分布測定方法を適用する場合、濃度が変化しても測定精度を担保できるようにするには、前記試料における粒子濃度に応じて前記受光光学系機構の回転角度位置を変更するように構成しておけば、なおよい。
　また、第２の本発明に係る粒子物性測定装置は、分散媒中に微小な粒子を分散させた試料を収容する透明セルと、光源、並びにこの光源から射出された一次光が前記セルに至るまでの光路上に順に設けられた入射側偏光子及び入射側１／４波長板を有する照射光学系機構と、受光した光の強度を検出する光検出手段、並びに前記セル中の粒子で散乱した二次光が前記光強度検出手段に至るまでの光路上に順に設けられた出射側１／４波長板及び出射側偏光子を有し、前記セルを中心に回転可能に支持された受光光学系機構と、前記受光光学系機構をセルを中心に回転させて複数の測定角度位置に制御するとともに、各測定角度位置において前記出射側偏光子の偏光角度を複数の角度に制御する角度制御部と、前記各測定角度位置での検出光強度の補正パラメータをそれぞれ記憶している補正パラメータ記憶部と、前記各測定角度位置での各偏光角度それぞれにおける検出光強度である試料検出光強度及び前記補正パラメータに基づいて前記粒子の形状に係る物性を算出する物性算出部とを具備していることを特徴とする。
　このようなものであれば、各測定角度位置ごとに補正パラメータをそれぞれ定めていることから、各測定角度位置の機械的な誤差による光量ばらつき等を前記各補正パラメータを用いてそれぞれ修正することができるため、粒子の形状に係る物性を精度良く測定することができる。また、特に複雑な機構を必要とせず、簡単な構成での実現が可能となる。
　補正パラメータとしては、無粒子状態にしたセルに一次光を照射して、前記各測定角度位置で取得した検出光強度を用いればよい。このようなものであれば、試料測定の都度、補正パラメータを更新するようにして、経時変化等にも対応できるようにすることも容易にできる。
　一方、ピンホールに対する二次光の光束の位置ずれを可及的に小さくして各測定角度位置での検出光量のばらつきをそもそも抑制するには、受光光学系機構において、その回転面と垂直な方向に延びるスリットを光検出手段の前方に設けておけばよい。前述した各測定角度位置での実際の機械的なずれは、受光光学系機構の回転面と垂直な方向に現れることから、上述したスリットであれば機械的なずれによっても確実に散乱光を通過させることができるからである。
　単一の光検出手段を用いながらも広いレンジに亘って粒子の物性を精度よく測定できるようにするには、前記一次光又は二次光を偏光状態を変化させることなくかつ光量を変更可能に減光する減光手段と、前記各測定角度位置での各偏光角度それぞれにおける検出光強度が前記光検出手段の測定レンジ内に収まるように、前記減光手段による減光率を制御する減光率制御部とをさらに具備しているものが望ましい。
　透過光強度をも前記受光光学系機構で測定できるようにして、光学系機構の簡単化を図るには、前記受光光学系機構を、セルを透過する一次光の延長線上に配置可能にして、セルを透過した透過光の強度を、前記光検出手段によって測定できるようにしたものが望ましい。
　減光手段は、減光率を無段階連続的に変えうるものでも構わないが、実際には複数段階に減光率を変更可能であればよい。そのためには、前記減光手段が、それぞれ異なる減光率の複数のＮＤフィルタと、これらＮＤフィルタのいずれかを前記一次光又は二次光の光路上に選択的に挿入するフィルタ変更機構とを具備したものであることが好ましい。
　更に、第３の本発明に係る粒子物性測定装置は、粒子が分散している液体試料を収容するセルと、前記セル内の粒子に光を照射する光源と、当該光を照射された粒子から発せられる散乱光を受光する受光部とを有し、前記散乱光に関する情報である散乱光情報に基づいて当該粒子の物性を測定する粒子物性測定装置であって、動的光散乱法を用いて前記粒子の粒径を測定する粒径測定機構と、前記光源から照射された光のうち前記セルに収容された液体試料を透過した透過光量を測定する透過光量測定機構と、を少なくとも備えており、前記透過光量に基づいて前記粒径測定機構における散乱光の受光位置を移動する受光位置移動機構を更に備えていることを特徴とする。
　ここで、前記受光位置移動機構は、具体的には、回転機構とスライド機構である。
　本発明に係る粒子物性測定装置は、透過光量測定機構により、光源から照射された光のうちセルに収容された液体試料を透過した透過光量を測定することができるが、この透過光量は液体試料の濃度に相関する値であるので、この透過光量を用いて粒径測定時の散乱光の受光位置を制御することができる。すなわち、動的光散乱法により粒径を測定する場合、液体試料の濃度が低い場合は散乱角度が９０°付近である散乱光を受光し、液体試料の濃度が高い場合は散乱角度が１８０°付近である散乱光を受光するのが好ましいが、本発明では、予め透過光量測定機構により光の透過光量を測定し、当該透過光量から液体試料の濃度を把握することができるので、この濃度情報を用いて、動的光散乱法による粒径測定時に、濃度の高低に従い、９０°付近又は１８０°付近の散乱角度を選択することができる。また、液体試料の濃度が極めて高い場合は、充分な光量の散乱光を受光することが困難になるが、本発明では最適な光量の散乱光を受光することができように散乱光の受光距離（受光部の焦点位置）を移動することができる。
　しかるに、このようなものであれば、液体試料の濃度の高低によらずに、常に最適な位置で散乱光を受光することができるので、精度の高い粒径測定を行うことができる。
　本発明に係る粒子物性測定装置が、更に、偏光子、１／４波長板や１／２波長板を複数枚使用して、異なる偏光パターンの光を前記液体試料に照射し、前記光の透過率と所定の散乱角度における散乱光強度比とに基づいて粒子の形状物性値を測定する形状物性値測定機構を備えている場合は、前記透過光量測定機構を、前記形状物性値測定機構が兼ねてもよい。前記形状物性値測定機構は形状物性値測定の際に光の透過率を測定するが、この透過率は透過光量に相関する値であるので、この透過率からも液体試料の濃度を把握することができ、粒径測定時の散乱光の受光位置を制御することができる。
　本発明に係る粒子物性測定装置は、上記の構成に加え、更にゼータ電位測定機構を備え、形状物性値、粒径、ゼータ電位の各物性値の測定が、この順に行なわれるように前記の各測定機構を制御する測定制御部を備えていることが好ましい。
　このようなものであれば、最初に形状物性値が測定されるので、その際に測定した液体試料の光の透過率を用いて粒径測定時の散乱光の受光位置を制御することができる。また、ゼータ電位を電気泳動法により測定するためには、セルに電極を挿入して電圧を印加することが必要であるが、電圧を印加することにより粒子の状態が変化してしまったり、電極の挿入により液体試料がセルから溢れ出たりして損失することがあるが、最後にゼータ電位を測定することにより、ゼータ電位測定による粒子の変化や液体試料の損失等が他の物性値の測定に影響せずにすむので、１台の装置で各物性値の測定を精度よく行うことができ、微量の液体試料であっても充分な分析を行うことができる。
　また、第４の本発明に係る粒子物性測定装置は、液体試料中に分散している粒子のアスペクト比や凝集度等を求める形状物性値測定機構と、該粒子の粒径を測定する粒径測定機構と、該粒子のゼータ電位を測定するゼータ電位測定機構と、を少なくとも備えた粒子物性測定装置であって、前記形状物性値測定機構及び前記粒径測定機構における測定結果データに基づき、粒子表面形状と粒子の大きさを画像として表示するための粒子画像データと、前記ゼータ電位測定機構における測定結果データに基づき、粒子のゼータ電位を該粒子の粒子表面からの層の大きさ及び／又は粒子表面からの層の色として表示するためのゼータ電位画像データと、を作成する画像データ作成部を更に備えていることを特徴とする。
　このようなものであれば、数値等として得られた形状物性値や粒径等の測定結果に基づき、液中における粒子の画像が作成されるので、具現化された測定結果から液中の粒子の状態を立体的かつ感覚的に把握することが可能となり、測定に不慣れな者であっても容易に測定結果を理解することができる。また、前記電場を表す画像は層として表示されて、ゼータ電位の測定結果に応じて、電場を表す層の大きさや色が異なって表示されるので、ゼータ電位の測定結果を一目で容易に把握することができ、理解度が向上する。形状物性値や粒径等の測定結果に基づいて得られた粒子画像データの粒子周囲（外縁）に、ゼータ電位測定結果に基づいて得られた電場データ（ゼータ電位画像データ）を表示するので、測定に不慣れな者にとっても、溶液中での微粒子の状態を理解しやすい。更に、これらの各種物性の測定は液中で行なわれるので、ＳＥＭ等の電子顕微鏡による乾燥状態の観察画像では分からなかった液中での粒子の状態が具体的に把握できる。
　なお、本発明において色が変化するとは、色相、明度、彩度のいずれかの属性だけが変化してもよく、これらの色の三属性が組み合わさって変化してもよい。
　ゼータ電位の測定結果に応じて、前記電場を表す層の大きさや色が変化するためには、前記ゼータ電位測定機構における測定結果データと、前記粒子表面からの層の大きさ及び／又は前記粒子表面からの層の色とを関連付けているテーブルを格納するテーブル格納部を更に備えていることが好ましい。
　このような構成の第１の本発明によれば、光強度の検出時に減光手段による適切な減光を行うことによって、単一の光検出手段でありながらも広いレンジに亘る精度の高い物性測定を行うことができる。また、必要となる光学素子が少ないことから、透過率の低下や迷光発生などを防止できるうえ、測定のために回転駆動する光学素子も出射側の偏光子だけで済むことから、調整箇所を可及的に低減して操作性や測定精度を向上させることができるようになる。
　また、第２の本発明によれば、各測定角度位置ごとに補正パラメータをそれぞれ定めていることから、各測定角度位置の機械的な誤差による光量ばらつき等を前記各補正パラメータを用いてそれぞれ修正することができるため、粒子の形状に係る物性を精度良く測定することができる。また、特に複雑な機構を必要とせず、簡単な構成での実現が可能となる。
　更に、第３の本発明によれば、液体試料の濃度に応じて、粒径測定時の散乱光の受光位置を移動し、常に最適な位置で散乱光を受光することができるので、精度の高い粒径測定を行うことができる。また、形状物性値測定機構や、ゼータ電位測定機構等も備えることにより、微量の液体試料であっても、一台で種々な物性値を効率的に測定することが可能となる。
　また、第４の本発明によれば、各種物性の測定結果が数値や分布と併せて画像として表示されることにより、粒子の各種物性を初めて測定する者や、あまり測定する機会のない者にとっても、液中における粒子の存在状態が具体的なイメージとして把握できるので、各種物性の測定結果の理解度が向上する。
第１の本発明の一実施形態に係る粒子物性測定装置の概要を示す模式的全体図。 同実施形態における減光手段を特に示す模式的斜視図。 同実施形態における粒子物性測定装置の動作を示すフローチャート。 第２の本発明の一実施形態に係る粒子物性測定装置の概要を示す模式的全体図。 第３の本発明の第１実施形態に係る粒子物性測定装置の概要を示す模式的全体図。 同実施形態における形状物性値測定機構を示す模式的構成図。 同実施形態における粒径測定機構を示す模式的構成図。 同実施形態において散乱光の受光位置を選択して粒径を測定する手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるゼータ電位測定機構を示す模式的構成図。 同実施形態における分子量測定機構を示す模式的構成図。 同実施形態における測定シーケンスを示すフローチャート。 第３の本発明の第２実施形態に係る粒子物性測定装置の概要を示す模式的全体図。 同実施形態における粒径測定機構を示す模式的構成図。 第４の本発明の一実施形態に係る粒子物性測定装置の概要を示す模式的全体図。 同実施形態における測定結果を表示した画像を示す概念図。 同実施形態における測定結果を表示した画像を示す概念図。 同実施形態における測定結果を表示した画像を示す概念図。 同実施形態における画像作成方法を示すチャート。
＜第１の本発明＞
　以下、第１の本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る粒子物性測定装置は、分散媒中に分散させた微小粒子に偏光させた光を照射し、その散乱光における強度の角度分布や偏光の保存度を計測することによって、粒子の縦横比、凝集度等の形状に係る物性を測定するものである。
　図１に、この粒子物性測定装置１の全体概要を模式図にして示す。同図中、符号２は、試料を収容した透明セル４に一次光であるレーザ光Ｌ１を照射する照射光学系機構であり、符号３は、微小粒子Ｓからの二次光、すなわち散乱光Ｌ２を受光する受光光学系機構である。
　セル４は、図２に示すように、内部に分散媒中に微小粒子Ｓを分散させた試料を収容することができる、例えば中空円柱体状をなすものである。なお、この実施形態ではこのセル４を一定温度に保つことのできる温度調整機構（図示しない）を設けている。
　照射光学系機構２は、光源たる半導体レーザ２１と、この半導体レーザ２１から射出されたレーザ光Ｌ１を通過させてセル４に導く複数の光学素子からなる。しかしてこの実施形態では、前記光学素子として、凸レンズ２２、減光手段２３、偏光子２４（以下、入射側偏光子２４とも言う）、１／４波長板２５（以下、入射側１／４波長板２５とも言う）、凸レンズ２６を、半導体レーザ２１から見てこの順で並び設けている。
　前記減光手段２３は、図２に示すように、減光率の異なる複数枚のＮＤフィルタ２３１と、該ＮＤフィルタ２３１を保持するフィルタ変更機構２３２とから構成してある。ＮＤフィルタ２３１は、偏光状態を変化させることなく光を減衰させる板状のものである。フィルタ変更機構２３２は、前記複数のＮＤフィルタ２３１を周縁部に保持する回転保持板２３２ａと、この回転保持板２３２ａを回転駆動する図示しないモータとからなるものである。そして、前記回転保持板２３２ａをその中心周りに回転させることによって、いずれかのＮＤフィルタ２３１がレーザ光Ｌ１の光路上に位置するように設定してある。
　また、この照射光学系機構２には、光路を曲げるための複数の反射ミラー２７が偏光子よりも半導体レーザ２１側に設けてある。これは、反射ミラー２７が光の偏光方向を変化させるからであり、偏光方向が確定した後、つまり、入射側偏光子２４からセル４に至るまでのレーザ光Ｌ１の光路上には、反射ミラー２７などの偏光方向を変化させうる部材は設けないようにしている。
　一方、受光光学系機構３は、図１、図２に示すように、受光した光の強度を検出する光検出手段３１と、微小粒子Ｓで散乱した二次光である散乱光Ｌ２を、セル４から前記光検出手段３１に導く複数の光学素子とからなるものであり、この実施形態では前記光学素子として、凸レンズ３２、１／４波長板３３（以下、出射側１／４波長板３３とも言う）、偏光子３４（以下、出射側偏光子３４とも言う）、凸レンズ３５を、セル４から見てこの順で並び設けている。前記光検出手段３１は、受光した光のフォトン数（あるいはフォトン数に比例した電圧値等のフォトン数関連値）を出力するタイプのものであり、例えば光電子倍増管をここでは用いている。前記出射側偏光子３４は、光軸を中心に図示しないモータ等によって回転可能に構成してあり、１／４波長板を通過した散乱光Ｌ２の異なる偏光方向成分を複数抽出できるようにしてある。
　また、この受光光学系機構３は、セル４を中心に回転可能な構造にしてある。具体的には、前記光検出手段３１や各光学素子を基板３６によって一体的に支持させ、この基板３６を、図示しない支軸や円弧状レールからなる回転支持機構によって、セル４を中心に回転可能に支持させている。
　図１における符号５は、前記受光光学系機構３の回転角度位置や、出射側偏光子３４の光軸周りの回転角度、すなわち偏光角度を制御するとともに、光検出手段３１による検出光強度に基づいて形状の解析等を行う情報処理装置である。この情報処理装置５は、ＣＰＵやメモリ、Ａ／Ｄコンバータ等を具備したものであり、前記メモリに記憶させたプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器を協働させることによって、後述する角度制御部５１、減光率制御部５２、物性算出部５３、粒子径分布算出部５４等としての機能を発揮するように構成している。
　次に、この粒子物性測定装置１の動作を、図３のフローチャートを参照しながら、前記情報処理装置５における各部の動作説明を兼ねて詳述する。
　まず最初は、この情報処理装置５により、ダーク測定が行われる（ステップＳ１）。ダーク測定とは無光状態での光検出器による光強度検出値を取得することである。ここでは、前記回転保持板２３２ａを駆動してＮＤフィルタ２３１の無い領域をレーザ光Ｌ１の光路上に位置づけることにより、この回転保持板２３２ａを遮光板として機能させる。そして、この状態で、光検出手段３１からの信号を受信して、無光状態での光強度検出値を取得する。なお、この実施形態では、一定ゲート時間内にカウントされるフォトン数を計測することによって光強度を検出するようにしている。
　次に、オペレータによる分散媒セットを確認した後（ステップＳ２）、情報処理装置５は、ブランク測定を行う（ステップＳ３～Ｓ８）。ブランク測定とは、試料と分散媒は同じであるが粒子が存在しないサンプルをセル４に収容し、その状態で、光検出器による光強度検出値を取得することである。ここでは、受光光学系機構３を複数の角度位置（例えば１０°～１６２°まで４°刻み）に設定するとともに、各角度位置において、それぞれ出射側偏光子３４を複数の角度（例えば１５°刻みで６角度。なお、予め定めた基準角度を０°とする。この基準角度は、半導体レーザ２１の元来の偏光角度とほぼ合致させてある。）に設定し、それら各角度でのブランク測定を行う。つまり、受光光学系機構３及び出射側偏光子３４の段階的な回転によって、複数角度の散乱光における複数の偏光成分の光強度をそれぞれ測定する。また、前記受光光学系機構３は、図１に示すように、照射光学系機構２と正対してレーザ光Ｌ１の光軸と重なる位置、つまり受光光学系機構３がセル４を透過したレーザ光Ｌ１を測定できる位置（この角度位置を０°とする）まで回転できるようにしてあり、ブランク測定では、受光光学系機構３の角度位置を０°にすることで、透過光強度をも測定する。なお、これら各光強度の測定においては、前述したように、一定ゲート時間内にカウントされるフォトン数（あるいはフォトン数に比例した電圧値等のフォトン数関連値）を計測するが、そのフォトン数が光検出手段３１の測定レンジを超えて飽和していると判断された場合には、前記回転保持板２３２ａを回転させて、フォトン数が光検出手段３１の測定レンジ内に収まるように、より減光率の高いＮＤフィルタ２３１をレーザ光Ｌ１の光路上に位置づける。
　次に、試料測定が行われる。すなわち、オペレータ等が、粒子を分散させた試料をセル４に入れ、スタートのボタンを押す等すると（ステップＳ１０）、情報処理装置５はレーザをＯＮする（ステップＳ１１）とともに、検出光強度が光検出手段３１の測定レンジ内に収まるように、前記回転保持板２３２ａを回転させて、ＮＤフィルタ２３１のいずれかをレーザ光Ｌ１の光路上に位置づける（ステップＳ１２）。そして偏光子を基準角度に設定するとともに前記受光光学系機構３を０°の角度位置に設定する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。そして、そのときの透過率を以下の式に基づいて算出する（ステップＳ１５）。
　透過率＝（１／ＮＤフィルタ２３１の減光率）×試料での検出光強度／ブランクでの検出光強度
　この透過率から、測定可能濃度を超えた濃度であると判断した場合（ステップＳ１６）には、濃度が高すぎる旨を表示出力し、オペレータに濃度調整を促す。
　一方、測定可能濃度であると判断した場合（ステップＳ１６）には、ブランク測定と同様に、受光光学系機構３及び出射側偏光子３４の段階的な回転によって、複数角度の散乱光における複数の偏光成分の光強度を、ブランク測定時と同様、光検出手段の測定レンジ内となるように、適宜減光率を制御調整しながらそれぞれ測定する（角度制御部５１及び減光率制御部５２としての機能、ステップＳ１７～Ｓ２１）。
　そして、レーザ２１をオフするなど各部を初期状態に戻す（ステップＳ２２、Ｓ２３）とともに、受光光学系機構３の各回転角度位置及び出射側偏光子３４の各偏光角度でそれぞれ測定されたブランク測定での検出光強度、試料測定時における検出光強度、各測定での減光率等に基づいて、粒子の形状、特に縦横比（アスペクト比乃至凝集度）に係る分布を算出する（物性算出部５３としての機能、ステップＳ２４）。
　加えて本実施形態では、同一の光学系機構を用いて動的光散乱法による粒子径分布をも測定できるように構成してある。粒子径分布の算出は前記情報処理装置５が行う（粒子径分布算出部５４としての機能）。ここでは、光子相関法、すなわち受光したフォトン数の時系列データから自己相関データを生成し、当該自己相関データに基づいて所定の演算処理を行うことにより前記粒子群の粒径分布を算出するようにしていが、散乱光をＤＣ値で測定するなど、その他の方法でも構わない。
　なお、粒子径（粒子径分布）を測定する際の散乱光の好適な位置（角度）は試料の濃度によって変わることから、アスペクト比及び／又は凝集度を測定する際に算出された試料の光透過率に従い、透過率が高い（試料の濃度が低い）ときはレーザ光Ｌ１と直交する光路、つまり９０°の散乱光を受光し、透過率が低い（試料の濃度が高い）ときは、それよりも後方、つまり９０°を超えた角度の散乱光を受光するように、情報処理装置５が受光光学系機構３の角度位置を制御する。
　しかして、このように構成した粒子物性測定装置１によれば、光学系の簡単化によってコスト低減を促進でき、また透過率の低下や迷光の発生を抑制することができる。
　また、フォトンをカウントすることから測定感度が向上するので、微量、微小粒子の測定精度を向上させることができる。一方、測定感度が向上する分、高い強度の光を検出できず、測定レンジが小さくなりがちであるが、ＮＤフィルタによって、減光することで広い測定レンジを確保でき、この点からも精度良い測定に寄与し得る。
　さらに、セル４を温度調整できるので、生体物質やポリマーなど、温度によって大きさや形状が変化する粒子を、安定して測定することができる。
　また、例えば１００ｎｍ以下の粒子のように散乱光の角度分布では粒子径測定が難しい粒子でも、動的光散乱法によって粒子径を測定することができ、しかもその測定に前記形状測定と共通の光学系機構を用いることができる。
　なお、第１の本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、減光手段は一次光及び二次光の光路上であれば、どの部位に挿入しても構わない。
＜第２の本発明＞
　以下、第２の本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、第１の本発明に係る前記実施形態と異なる点を中心に述べる。
　図４に示すように、この実施形態での前記光学素子は、セル４から見てこの順で並び設けた凸レンズ３２、１／４波長板３３（以下、出射側１／４波長板３３とも言う）、偏光子３４（以下、出射側偏光子３４とも言う）、凸レンズ３５、スリット３７である。
　前記スリット３７は、当該受光光学系機構３の回転面と垂直に延びる帯状のものであり、このスリット３７の幅は、前述した散乱体積に相当する寸法に設定してある。また、その長さは幅寸法よりも大きく、機械的な誤差等によって生じる散乱光の位置ずれを吸収して散乱光がスリット３７をほぼ通過できる最小限の寸法に設定してある。
　本実施形態では、前記ブランク測定での各検出光強度が、前述した試料測定での検出光強度を補正するための補正パラメータである。このブランク測定による検出光強度は前記情報処理装置のメモリに設定した補正パラメータ記憶部５５に格納される。
　ここで、ブランク測定における検出光強度に基づいて、試料測定時における検出光強度を補正する演算の一例につき述べておく。本来は全て同じ値が見込まれるべきブランク測定での各検出光強度にばらつきがある場合、その要因は受光光学系機構３の回転によるスリット３７と散乱光との各測定角度位置ごとのずれに起因すると考えられる。したがって、ブランク測定での各検出光強度のうちから最大値を抽出しておき、その最大値に対するブランク測定での各検出光強度の比率を、試料測定時において対応する検出光強度に対して乗算することで補正する。
　しかして、このように構成した粒子物性測定装置１によれば、各測定角度位置における各偏光角度ごとに補正のためのブランク測定を行い、その測定結果から各測定角度位置での機械的な誤差による光量ばらつき等をそれぞれ修正するようにしているため、単一の光検出手段３１であっても、粒子の形状に係る物性を精度良く測定することができる。
　加えて、単一の光検出手段３１で測定できることから、コスト削減にも資するうえ、前記形状測定と光学的ハードウェアを共用しながら、例えば１００ｎｍ以下の粒子のように散乱光の角度分布では粒子径測定が難しい粒子でも、動的光散乱法によって粒子径を測定することができるという大変顕著な効果をも奏する。
　なお、第２の本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、前記実施形態では、各測定角度位置における各偏光角度ごとに補正のためのブランク測定を行ったが、偏光角度ごとにブランク測定はせずに、各測定角度位置だけブランク測定するようにしてもよい。
　また、試料測定の都度ブランク測定をする必要はなく、同種の試料あるいは分散媒であれば、予めブランク測定したデータを補正パラメータ記憶部に登録しておき、その補正パラメータ記憶部に登録された値を用いて試料測定時の各検出光強度を補正するようにしても良い。
　さらに、補正の演算手法は他にも考えられるのはもちろんである。
＜第３の本発明＞
（第１実施形態）
　以下、第３の本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。
　図５は、本実施形態に係る粒子物性測定装置１１の構成の概要を示すものである。本実施形態に係る粒子物性測定装置１１は、アスペクト比及び／又は凝集度等の形状物性値測定機構、粒径測定機構、分子量測定機構、及び、ゼータ電位測定機構を備えているものであって、図５に示すように、透明な石英ガラス等からなり、粒子群を水等の分散媒に分散させてなる液体試料を収容する横断面が円形状のセル１２と、前記液体試料にレーザ光Ｌを照射するレーザ１３と、前記レーザ光Ｌを照射された液体試料中の粒子群から発される散乱光Ｓを受光し、その光子数に応じたパルス信号又は光強度のゆらぎに応じた電気信号を出力する光電子倍増管からなる受光部１４１、１４２と、レーザ１３から発射されるレーザ光Ｌの一部を分岐するハーフミラー１５１、ミラー１５２、１５３、及び、ミラー１５３からの参照光Ｒと前記散乱光Ｓとを混合するハーフミラー１５４からなる参照光学系１５と、粒径測定機構における散乱光Ｓの受光位置を制御する位置制御部１７１、各物性値の測定が所定のシーケンスに従って行なわれるように各部を制御する測定制御部１７２と、各物性値の測定結果を１つの報告書としてまとめて表示するためのデータを作成する測定結果データ作成部１７３と、を備えている。
　以下に各測定機構の構成について、より詳細に説明する。
　アスペクト比や凝集度等の形状物性値を測定する形状物性値測定機構は、図６に示すように、レーザ１３と、偏光子１１、１４と、１／４波長板１１２、１１３と、受光部１４１と、から構成される。偏光子１１はレーザ１３から射出されたレーザ光Ｌから特定の直線偏光を作り出すために固定されているが、１／４波長板１１２、１１３と、偏光子１１４は光軸を中心に回転可能であり、１／４波長板１１２で直線偏光を楕円偏光に変換し、１／４波長板１３で楕円偏光を直線偏光に戻し、偏光子１１４で所望の偏光方向の光のみを取り出す。
　形状物性値を測定するには、米国特許第６７２１０５１号に記載の方法を用い、まず、セル１２中の液体試料のレーザ光Ｌの透過率を測定する。次いで、１／４波長板１１２、１１３及び偏光子１１４を光軸を中心に回転させながらレーザ光Ｌを発射して、複数態様の偏光パターンにおいて、受光部１４１の位置（角度）を変化させながら、所定散乱角度での散乱光Ｓの強度を測定する。そして、各角度での散乱光強度比に所定の演算処理を行うことにより、アスペクト比及び／又は凝集度を算出する。これら偏光を用いたアスペクト比や凝集度等の形状物性値測定では、透過率が所定値（７０％）以上でないと、正確な結果が得られないため、測定に先立って試料の透過率を測定するものである。
　粒径測定機構は、図７に示すように、レーザ１３と、受光部１４１と、コリレータ１１５と、から構成される。粒径（粒径分布）を測定するには、動的光散乱法を用い、レーザ光Ｌをセル１２中の液体試料に照射して、液体試料中の粒子群から発した散乱光Ｓを受光部１４１で受光し、その光子数に応じたパルス信号を受光部１４１から受信したコリレータ１１５で、そのパルス数の時系列データから自己相関データを生成し、当該自己相関データに基づいて所定の演算処理を行うことにより前記粒子群の粒径分布を算出する。この実施形態では、光子数に応じたパルス信号より演算する方法について詳述したが、光強度のゆらぎに応じた電気信号により演算することも可能である。
　図７に示す実施形態では、受光部１４１はレーザ光Ｌと直交する光路の散乱光Ｓを受光しているが、粒径（粒径分布）を測定する際の受光部１４１の好適な位置は、液体試料の濃度によって変わる。このため、受光部１４１には図示しない受光位置移動機構が設けられている。当該受光位置移動機構は、具体的には、受光部１４１を載置して、セル１２内の所定位置を中心として所定の半径で回転可能なステージ（回転機構に相当）と、当該ステージ上に設けられて、受光部１４１を前後にスライド可能に支持するレール部材（スライド機構に相当）とを備えるものであり、これらのステージ及びレール部材の動作は位置制御部１７１により制御される。
　そして、形状物性値を測定する際に測定された液体試料のレーザ光透過率に従い、透過率が高い（液体試料の濃度が低い）ときはレーザ光Ｌと直交する光路（散乱角度９０°）の散乱光Ｓを受光し、透過率が低い（液体試料の濃度が高い）ときはレーザ光Ｌと略重なり合う光路（散乱角度１８０°付近）の散乱光Ｓを受光するように、位置制御部１７１が受光部１４１を載置したステージを回転させて受光部１４１の受光角度を制御する。なお、液体試料の濃度が高いときの散乱角度は、上述のとおり、１８０°付近であるが、機器配置の都合上、好ましくは、１７０～１７５°である。
　更に、透過率が極めて低い（液体試料の濃度が極めて高い）ときは、散乱角度１８０°付近において、充分な光量の散乱光を受光できるように、位置制御部１７１がレール部材を介してステージ上をスライドさせて受光部１４１の焦点位置（セル１２からの距離）を制御する。
　このように、形状物性値の測定時に得られた液体試料のレーザ光透過率に従い、散乱光Ｓの受光位置を選択して粒径を測定する手順を図８のフローチャートを参照して説明する。
　まず、偏光子１１４、１／４波長板１１２、１１３を固定し、レーザ１３からセル１２中の液体試料にレーザ光Ｌを照射し、特定の偏光パターンにおいて、受光部１４１が透過光を受光し、レーザ光Ｌの透過率を測定する（ステップＳ３－１）。
　次いで、１／４波長板１１２、１１３と、偏光子１１４を光軸を中心に回転させながら、レーザ１３からセル１２中の液体試料にレーザ光Ｌを照射して、複数態様の偏光パターンにおいて、受光部１４１の位置（角度）を変化させながら、所定散乱角度での散乱光Ｓの強度を測定し、各角度での散乱光強度比で所定の演算処理を行うことにより、アスペクト比及び／又は凝集度を算出する（ステップＳ３－２）。
　続いて、レーザ光透過率データを取得した位置制御部１７１が、得られたレーザ光透過率に従い、透過率が高い（液体試料の濃度が低い）ときは９０°付近の散乱角度の散乱光Ｓを受光するように、透過率が低い（液体試料の濃度が高い）ときは１８０°付近の散乱角度の散乱光Ｓを受光するように、受光部１４１の角度を制御する（ステップＳ３－３）。
　更に、得られたレーザ光透過率が極めて低い（液体試料の濃度が極めて高い）ときは、１８０°付近の散乱角度において、充分な光量の散乱光Ｓを受光するように、受光部１４１の位置（セル１２からの距離）を制御する（ステップＳ３－４）。
　次に、動的光散乱法を用いて、レーザ光Ｌをセル１２中の液体試料に照射して、液体試料中の粒子群から発した散乱光Ｓを受光部１４１で受光し、その光子数に応じたパルス信号を受光部１４１から受信したコリレータ１１５で、そのパルス数の時系列データから自己相関データを生成し、当該自己相関データに基づいて所定の演算処理を行うことにより液体試料中の粒子群の粒径分布を算出する（ステップＳ３－５）。
　ゼータ電位測定機構は、図９に示すように、レーザ１３と、白金等からなる一対の電極１１６と、参照光学系１５と、受光部１４２と、から構成される。ゼータ電位を測定するには、電気泳動法を用い、セル１２に挿入した電極１１６に直流又は交流の電圧を印加して、液体試料中の粒子に電界をかけながらレーザ光Ｌを照射して、所定角度で散乱される散乱光Ｓを受光し、散乱光Ｓと参照光Ｒとの振動数の差（干渉現象）を測定することにより、液体試料中の粒子の移動速度を算出する。更に、得られた移動速度に所定の演算処理を行うことによりゼータ電位を算出する。
　分子量測定機構は、図１０に示すように、レーザ１３と、受光部１４１と、から構成される。分子量を測定するには、静的光散乱法を用い、濃度を変えた複数種類の液体試料を用い、受光部１４１の位置（角度）を変化させながら、セル１２中の液体試料にレーザ光Ｌを照射して、当該液体試料中の粒子群から発した散乱光Ｓの光子数の角度分布を計測する。そして、液体試料の濃度と散乱角度変化による散乱光量変化から、Ｚｉｍｍプロットを行い、粒子の分子量を算出する。
　本実施形態では、これらの各物性値の測定シーケンスは、測定制御部１７２により制御されており、図１１に示すように、形状物性値、粒径、ゼータ電位、分子量の順に連続して行なわれる。
　このような測定シーケンスにより得られた各物性値の測定結果は、測定結果データ作成部１７３に送信され、１つの報告書としてまとめて表示するためのデータに編集される。
　なお、位置制御部１７１、測定制御部１７２及び測定結果データ作成部１７３の各機能は、コンピュータ等の情報処理装置１７が担っており、そのメモリの所定領域に格納された所定のプログラムに従って、ＣＰＵ及びその周辺機器が協働動作することにより、当該情報処理装置１７が、位置制御部１７１、測定制御部１７２及び測定結果データ作成部１７３等として機能する。
　測定結果データ作成部１７３により作成された測定結果データはディスプレイ等を備えた表示部１８に送信され、そこで１つの報告書にまとめて表示される。表示部１８は粒子物性測定装置１１に内蔵されていてもよいが、外部ディスプレイを接続したものであってもよい。
　このように構成した粒子物性測定装置１１によれば、アスペクト比や凝集度等の形状物性値、粒径、ゼータ電位、分子量の全ての測定を、１つのセル１２内に収容された液体試料で行うことができるので、微量の液体試料であっても充分な分析を行うことができる。
　また、本実施形態では、最初にアスペクト比や凝集度等の形状物性値が測定されるので、その際に測定された光の透過率を用いて液体試料の濃度を求め、当該濃度に基づき、液体試料の濃度が低い場合は散乱角度が９０°付近である散乱光を受光し、液体試料の濃度が高い場合は散乱角度が１８０°付近である散乱光を受光するように、粒径測定時の散乱光の受光角度を制御することができる。
　更に、液体試料の濃度が極めて高い場合は、１８０°付近の散乱角度において、充分な光量の散乱光を受光するように、粒径測定時の散乱光の受光距離を制御することができる。
　更に、ゼータ電位を測定するためにセル１２の電極１１６に電圧を印加すると、電圧を印加することにより粒子の状態が変化してしまったり、電極１１６の挿入により液体試料がセル１２から溢れ出たりして損失することがあるが、本実施形態では、形状物性値測定、粒径測定の後にゼータ電位が測定されるので、ゼータ電位測定による粒子の変化や液体試料の損失が他の物性値の測定に影響せずにすむ。
（第２実施形態）
　以下、第３の本発明の第２実施形態を図面を参照して説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
　図１２は、本実施形態に係る粒子物性測定装置１１の構成の概要を示すものである。本実施形態に係る粒子物性測定装置１１は、粒径測定機構、分子量測定機構、及び、ゼータ電位測定機構を備えているものであって、図１２に示すように、セル１２が横断面が正方形状のものであり、９０°付近の散乱角度の散乱光Ｓを受光するように設けられた受光部１４１と、１８０°付近の散乱角度の散乱光Ｓを受光するように設けられた受光部１４１´と、透過光量センサからなる透過光量測定機構６と、を備えている。なお、具体的には、機器配置の都合上、受光部１４１´は１７０～１７５°の散乱角度、より具体的には１７３°程度の散乱角度の散乱光Ｓを受光するように設けられていることが好ましい。
　粒径測定機構は、図１３に示すように、レーザ１３と、受光部１４１、１４１´と、コリレータ１１５と、透過光量センサ１６と、から構成される。そして、受光部１４１´には図示しない受光位置移動機構が設けられている。当該受光位置移動機構は、具体的には、受光部１４１´を前後にスライド可能に支持するレール部材を備えたものであり、当該レール部材の動作は位置制御部１７１により制御される。
　そして、透過光量センサ１６により測定された液体試料のレーザ光の透過光量に従い、透過光量が多い（液体試料の濃度が低い）ときはレーザ光Ｌと直交する光路（散乱角度９０°）の散乱光Ｓを受光部１４１が受光し、透過光量が少ない（液体試料の濃度が高い）ときはレーザ光Ｌと略重なり合う光路（散乱角度１８０°付近、好ましくは１７０～１７５°）の散乱光Ｓを受光部１４１´が受光する。
　更に、透過率が極めて低い（液体試料の濃度が極めて高い）ときは、散乱角度１８０°付近において、充分な光量の散乱光を受光できるように、位置制御部１７１がレール部材を介して受光部１４１´をスライドさせて受光部１４１´の位置（セル１２からの距離）を制御する。
　このように構成した粒子物性測定装置１１によれば、粒径測定機構が２つの受光部１４１、１４１´を備えており、受光部１４１の回転機構が不要であるので、粒子物性測定装置１１をコンパクトなものとすることができる。１８０°の角度で検出する場合は、セル１２の横断面が正方形状であるので、散乱光Ｓにノイズが混入することを抑制することができる。
　なお、第３の本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、本発明に係る粒子物性測定装置は、少なくとも粒径測定機構を備えていればよく、他の各種物性を測定する機構は必要に応じて適宜設ければよい。
　また、前後にスライド可能なレール部材はセル１２を支持するように設けてあってよい。
＜第４の本発明＞
　以下、第４の本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、第３の本発明に係る前記実施形態と異なる点を中心に述べる。
　情報処理装置１７は、メモリに格納された所定のプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、図１４に示すように、更に、演算処理部１７４、画像データ作成部１７５、テーブル格納部１７６、画像表示部１７７等としての機能を発揮するように構成してある。
　演算処理部１７４は、各測定機構において受光部１４１、１４２から発したパルス信号又は光強度信号を直接又はコリレータ１１５を介して受信し、所定の演算処理を行ない測定結果を算出する。
　画像データ作成部１７５は、演算処理部１７４から各測定機構における測定結果データを取得し、前記粒子と、前記粒子の周囲に形成された電場とを、各種物性の測定結果に基づき画像として表示する画像データを作成するものである。ここで前記電場を表す層の大きさ又は色はゼータ電位の測定結果に応じて変化する。
　画像データ作成部１７５より作成される画像は、図１５にその一例を示すように、前記粒径測定機構により測定された一次粒子の平均粒径を有する球体Ｓの周囲（外縁）に、前記ゼータ電位測定機構によるゼータ電位の測定結果から一次粒子の平均帯電量を求め、当該帯電量に基づき色等を変えて電場Ｅを層として表示するものである。この画像と同時に、ゼータ電位の測定結果に対応する色見本Ｍも合わせて表示される。また、一次粒子やそれが凝集してなる二次粒子が棒状である場合は、図１６に示すように、形状物性値測定結果から得られた平均短径及び平均長径を、当該形状物性値に従い作成された楕円体や円柱等の棒状体Ｂとともに表示する。更に、図１７に示すように、一次粒子が凝集して二次粒子Ａを形成している場合は、既に粒径が判明している一次粒子が何個集まって二次粒子Ａを形成しているか、どのようなフラクタル形状に凝集しているか等の凝集状態を３次元的に表示する。このような場合においても、棒状なる一次粒子Ｂや、凝集結果として棒状となった二次粒子Ａの周囲に、前記ゼータ電位測定結果から平均帯電量を求め、当該帯電量に基づき色等を変えて電場Ｅを層として表示する。すなわち、粒子画像データの粒子表面形状と、粒子の大きさのデータと、ゼータ電位の測定結果に基づくゼータ電位画像データとより、粒子表面に層として電場を表示できるようにしている。
　テーブル格納部１７６は、ゼータ電位の測定結果と、前記電場を表す層の大きさ又は色と、が関連付けられているテーブルを格納しているものである。
　画像表示部１７７は、画像データ作成部１７５により作成された画像データを取得して、各種物性の測定結果を具現化して画像として表示するものである。
　次に、各測定機構で測定された結果を画像として表示する手順を図１８のフローチャートを参照して説明する。
　まず、演算処理部１７４が受光部１４１、１４２から発した信号を直接又はコリレータ１１５等を介して受信して、所定の演算処理を行ない、各種物性の測定結果を算出する（ステップＳ４－１）。
　次いで、画像データ作成部１７５が、演算処理部１７４から各種物性の測定結果データを取得する（ステップＳ４－２）。
　続いて、画像データ作成部１７５は、テーブル格納部１７６から、ゼータ電位の測定結果と前記粒子の周囲に形成された電場を示す画像の大きさ又は色とが対になっているテーブルを取得して、ゼータ電位の測定結果に対応する画像の大きさや色を選び出す（ステップＳ４－３）。
　そして、画像データ作成部１７５は、前記粒子と、前記粒子の周囲に形成された電場とを、測定された物性に基づき画像として表示する画像データを作成する（ステップＳ４－４）。ここで前記電場を表す層の大きさ又は色はゼータ電位の測定結果に応じて変化する。
　画像表示部１７７は、画像データ作成部１７５で作成された画像データを取得して、各測定機構により測定された結果を画像として出力する（ステップＳ４－５）。
　このように構成した本実施形態に係る粒子物性測定装置１１によれば、数値等として得られた形状物性値や粒径等の測定結果に基づき、液中における粒子の画像が作成されるので、具現化された測定結果から液中の粒子の状態を立体的かつ感覚的に把握することが可能となり、測定に不慣れな者であっても容易に測定結果を理解することができる。また、前記電場を表す層は、ゼータ電位の測定結果に応じて、大きさや色が異なって表示されるので、ゼータ電位の測定結果を一目で容易に把握することができ、理解度が向上する。アスペクト比や凝集度等の形状物性値や粒径等の測定結果に基づいて得られた粒子画像データの粒子周囲（外縁）に、ゼータ電位測定結果に基づいて得られた電場データ（ゼータ電位画像データ）を表示するので、測定に不慣れな者にとっても、溶液中での微粒子の状態を理解しやすい。更に、これらの各種物性の測定は液中で行なわれるので、ＳＥＭ等の電子顕微鏡による乾燥状態の観察画像では分からなかった液中での粒子の状態が具体的に把握できる。
　なお、第４の本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、図１５～１７では、前記電場を表す層はゼータ電位の測定結果に応じて色が変化するようにしてあるが、ゼータ電位の測定結果に応じて前記電場を表す層の大きさが変化するように、すなわち、粒子Ｓ、Ａ、Ｂ又はＢの外縁に層として表示してもよく、大きさと色とはいずれか一方又は両方を選択可能であってもよい。
　第４の本発明に係る粒子物性測定装置は、形状物性値測定機構及び粒径測定機構に加え、分子量測定機構における測定結果データに基づいて粒子表面形状と粒子の大きさを画像として表示するデータを作成することもできる。一方、前記実施形態の粒子物性測定装置１１に備わっている全ての測定機構を有していなくともよく、例えば、分子量測定機構を備えていなくともよい。
　その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
　このような構成の第１の本発明によれば、光強度の検出時に減光手段による適切な減光を行うことによって、単一の光検出手段でありながらも広いレンジに亘る精度の高い物性測定を行うことができる。また、必要となる光学素子が少ないことから、透過率の低下や迷光発生などを防止できるうえ、測定のために回転駆動する光学素子も出射側の偏光子だけで済むことから、調整箇所を可及的に低減して操作性や測定精度を向上させることができるようになる。
　また、第２の本発明によれば、各測定角度位置ごとに補正パラメータをそれぞれ定めていることから、各測定角度位置の機械的な誤差による光量ばらつき等を前記各補正パラメータを用いてそれぞれ修正することができるため、粒子の形状に係る物性を精度良く測定することができる。また、特に複雑な機構を必要とせず、簡単な構成での実現が可能となる。
　更に、第３の本発明によれば、液体試料の濃度に応じて、粒径測定時の散乱光の受光位置を移動し、常に最適な位置で散乱光を受光することができるので、精度の高い粒径測定を行うことができる。また、形状物性値測定機構や、ゼータ電位測定機構等も備えることにより、微量の液体試料であっても、一台で種々な物性値を効率的に測定することが可能となる。
　また、第４の本発明によれば、各種物性の測定結果が数値や分布と併せて画像として表示されることにより、粒子の各種物性を初めて測定する者や、あまり測定する機会のない者にとっても、液中における粒子の存在状態が具体的なイメージとして把握できるので、各種物性の測定結果の理解度が向上する。
１・・・粒子物性測定装置
Ｌ１・・・一次光（レーザ光）
Ｌ２・・・散乱光（散乱光）
２・・・照射光学系機構
２１・・・光源（半導体レーザ）
２３・・・減光手段
２３１・・・ＮＤフィルタ
２３２・・・フィルタ変更機構
２３２ａ・・・回転保持板
２４・・・入射側偏光子
２５・・・入射側１／４波長板
３・・・受光光学系機構
３１・・・光検出手段
３３・・・出射側１／４波長板
３４・・・出射側偏光子
４・・・セル
５１・・・角度制御部
５２・・・減光率制御部
５３・・・物性算出部
５４・・・粒子径分布算出部
５５・・・補正パラメータ記憶部
１１・・・粒子物性測定装置
１２・・・セル
１３・・・光源
１６２・・・画像データ作成部
Ｓ、Ｂ、Ａ・・・粒子
Ｅ・・・電場

Claims (18)

  1. 　分散媒中に微小な粒子を分散させた試料を収容する透明セルと、
    　光源、並びにこの光源から射出された一次光が前記セルに至るまでの光路上に順に設けられた入射側偏光子及び入射側１／４波長板を有する照射光学系機構と、
    　受光した光の強度を検出する光検出手段、並びに前記セル中の粒子で散乱した二次光が前記光強度検出手段に至るまでの光路上に順に設けられた出射側１／４波長板及び出射側偏光子を有し、前記セルを中心に回転可能に支持された受光光学系機構と、
    　前記一次光又は二次光を偏光状態を変化させることなくかつ減衰率を変更可能に減光する減光手段と、
    　前記受光光学系機構を複数の回転角度位置に制御するとともに、各回転角度位置において前記出射側偏光子の偏光角度を複数の角度に制御する角度制御部と、
    　前記各回転角度位置での各偏光角度それぞれにおける検出光強度が前記光検出手段の測定レンジ内に収まるように、前記減光手段による減光率を制御する減光率制御部と、
    　前記各回転角度位置での各偏光角度それぞれにおける減光率及び減光後における検出光強度に基づいて前記粒子の物性を算出する物性算出部とを具備していることを特徴とする粒子物性測定装置。
  2. 　前記物性算出部が、粒子のアスペクト比や凝集度などの粒子形状に係る物性値を算出するものである請求項１記載の粒子物性測定装置。
  3. 　前記減光手段が、それぞれ異なる減光率の複数のＮＤフィルタと、これらＮＤフィルタのいずれかを前記一次光又は二次光の光路上に選択的に挿入するフィルタ変更機構とを具備したものである請求項１記載の粒子物性測定装置。
  4. 　前記フィルタ変更機構が、周縁部に複数のＮＤフィルタを並び設けた回転保持板を具備したものであり、回転保持板を回転させることによって、いずれかのＮＤフィルタが前記一次光又は二次光の光路上に位置するように構成してある請求項２記載の粒子物性測定装置。
  5. 　前記受光光学系機構を、セルを透過する一次光の延長線上に配置可能にして、セルを透過した透過光の強度を前記光検出手段によって測定できるように構成している請求項１記載の粒子物性測定装置。
  6. 　前記光検出手段で検出された光強度の揺らぎに基づいて粒子径分布を算出する粒子径分布算出部をさらに具備している請求項１記載の粒子物性測定装置。
  7. 　前記角度制御部が、粒子径分布算出部による粒子径分布測定時に、前記試料における粒子濃度に応じて前記受光光学系機構の回転角度位置を変更する請求項６記載の粒子物性測定装置。
  8. 　分散媒中に微小な粒子を分散させた試料を収容する透明セルと、
    　光源、並びにこの光源から射出された一次光が前記セルに至るまでの光路上に順に設けられた入射側偏光子及び入射側１／４波長板を有する照射光学系機構と、
    　受光した光の強度を検出する光検出手段、並びに前記セル中の粒子で散乱した二次光が前記光強度検出手段に至るまでの光路上に順に設けられた出射側１／４波長板及び出射側偏光子を有し、前記セルを中心に回転可能に支持された受光光学系機構と、
    　前記受光光学系機構をセルを中心に回転させて複数の測定角度位置に制御するとともに、各測定角度位置において前記出射側偏光子の偏光角度を複数の角度に制御する角度制御部と、
    　前記各測定角度位置での検出光強度の補正パラメータをそれぞれ記憶している補正パラメータ記憶部と、
    　前記各測定角度位置での各偏光角度それぞれにおける検出光強度である試料検出光強度及び前記補正パラメータに基づいて前記粒子の形状に係る物性を算出する物性算出部とを具備していることを特徴とする粒子物性測定装置。
  9. 　無粒子状態にしたセルに一次光を照射して、前記各測定角度位置での検出光強度を取得するとともに、該検出光強度を前記補正パラメータとして用いるようにしている請求項８記載の粒子物性測定装置。
  10. 　前記受光光学系機構が、光検出手段の前方に配置したスリットをさらに具備し、該スリットを通過した二次光を前記光検出手段によって受光するように構成したものであって、前記スリットが、当該受光光学系機構の回転面と垂直な方向に延びるものである請求項８記載の粒子物性測定装置。
  11. 　前記一次光又は二次光を偏光状態を変化させることなくかつ光量を変更可能に減光する減光手段と、
    　前記各測定角度位置での各偏光角度それぞれにおける検出光強度が前記光検出手段の測定レンジ内に収まるように、前記減光手段による減光率を制御する減光率制御部とをさらに具備している請求項８記載の粒子物性測定装置。
  12. 　前記受光光学系機構を、セルを透過する一次光の延長線上に配置可能にして、セルを透過した透過光の強度を前記光検出手段によって測定できるように構成している請求項８記載の粒子物性測定装置。
  13. 　粒子が分散している液体試料を収容するセルと、前記セル内の粒子に光を照射する光源と、当該光を照射された粒子から発せられる散乱光を受光する受光部とを有し、前記散乱光に関する情報である散乱光情報に基づいて当該粒子の物性を測定する粒子物性測定装置であって、
    　動的光散乱法を用いて前記粒子の粒径を測定する粒径測定機構と、前記光源から照射された光のうち前記セルに収容された液体試料を透過した透過光量を測定する透過光量測定機構と、を少なくとも備えており、
    　前記透過光量に基づいて前記粒径測定機構における散乱光の受光位置を移動する受光位置移動機構を更に備えていることを特徴とする粒子物性測定装置。
  14. 　前記受光位置移動機構が、回転機構、及び／又は、スライド機構である請求項１３記載の粒子物性測定装置。
  15. 　更に、偏光子を用いて異なる偏光パターンの光を前記液体試料に照射し、前記光の透過率と所定の散乱角度における散乱光強度比とに基づいて粒子の形状物性値を測定する形状物性値測定機構を備えており、
    　前記透過光量測定機構が、前記形状物性値測定機構である請求項１３記載の粒子物性測定装置。
  16. 　更にゼータ電位測定機構を備え、形状物性値、粒径、及び、ゼータ電位の各物性値の測定が、この順に行なわれるように前記の各測定機構を制御する測定制御部を備えている請求項１５記載の粒子物性測定装置。
  17. 　液体試料中に分散している粒子の形状物性値を求める形状物性値測定機構と、該粒子の粒径を測定する粒径測定機構と、該粒子のゼータ電位を測定するゼータ電位測定機構と、を少なくとも備えた粒子物性測定装置であって、
    　前記形状物性値測定機構及び前記粒径測定機構における測定結果データに基づき、粒子表面形状と粒子の大きさを画像として表示するための粒子画像データと、
    　前記ゼータ電位測定機構における測定結果データに基づき、粒子のゼータ電位を該粒子の粒子表面からの層の大きさ及び／又は粒子表面からの層の色として表示するためのゼータ電位画像データと、を作成する画像データ作成部を更に備えていることを特徴とする粒子物性測定装置。
  18. 　前記ゼータ電位測定機構における測定結果データと、前記粒子表面からの層の大きさ及び／又は前記粒子表面からの層の色とを関連付けているテーブルを格納するテーブル格納部を更に備えていることを特徴とする請求項１７記載の粒子物性測定装置。
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