WO2020090775A1 - 遠心沈降式の粒径分布測定装置 - Google Patents

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WO2020090775A1
WO2020090775A1 PCT/JP2019/042263 JP2019042263W WO2020090775A1 WO 2020090775 A1 WO2020090775 A1 WO 2020090775A1 JP 2019042263 W JP2019042263 W JP 2019042263W WO 2020090775 A1 WO2020090775 A1 WO 2020090775A1
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cell
particle size
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measurement
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PCT/JP2019/042263
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山口　哲司
武 赤松
伊串　達夫
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株式会社堀場製作所
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    • G01N2015/045—Investigating sedimentation of particle suspensions by centrifuging and investigating centrifugates by optical analysis

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring device.
  • Non-Patent Document 1 As a conventional centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring apparatus, as shown in Non-Patent Document 1, a sample suspension is supplied to a cell containing a density gradient solution, and particles in the sample suspension are subjected to a density gradient. There is a method using a line start method in which a solution is centrifugally sedimented.
  • this particle size distribution measuring device uses a hollow disk-shaped cell, which accommodates the density gradient solution in a cell which is rotated at a constant rotation speed, and which is provided with a sample suspension from the center of rotation. Is configured to inject.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its main problem is to simplify the cleaning of the cell in the particle size distribution measuring apparatus for measuring the particle size distribution by the line start method. ..
  • the centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring apparatus is a cell that stores a density gradient solution, which is a solution in which a density gradient is formed, and a cell having a smaller density gradient with respect to the cell.
  • a cell rotating mechanism that rotates so as to apply a centrifugal force, and a sample introducing mechanism that introduces a measurement sample into the cell rotating by the cell rotating mechanism are provided, and the cell is configured to be detachable from the apparatus main body. ing.
  • the line start method can be performed by introducing the measurement sample by the sample introduction mechanism into the cell rotating by the cell rotation mechanism.
  • the cell since the cell is detachably attached to the apparatus main body, the cell can be easily cleaned in the particle size distribution measuring apparatus using the line start method.
  • a configuration in which the cell rotation mechanism has a cell holder to which the cell is attached can be considered.
  • the cell is configured to be detachable from the device main body by being configured to be detachable from the cell holder.
  • the cell may be configured to be detachable from the device body by configuring the cell holder to be detachable from the device body.
  • a sample introduction tube provided in the cell rotation mechanism, one end of which is connected to the cell, and the other end of which is open at a rotation center of the cell rotation mechanism. Is desirable. Since the other end of the sample introduction tube is open at the center of rotation, the opening remains at the center of rotation, and the introduction of the measurement sample can be facilitated.
  • the sample introduction mechanism is provided outside the cell rotation mechanism, and is provided with a sample introduction needle that is capable of advancing and retracting with respect to the other end of the sample introduction tube, and an elasticity that urges the sample introduction needle in the retreat direction. It is desirable to have a body.
  • the measurement sample is introduced with the sample introduction needle entering the other end of the sample introduction tube. This makes it easier to introduce the measurement sample into the sample introduction tube.
  • the sample introduction needle is retracted from the other end of the sample introduction tube by the elastic body. With this, it is possible to prevent the sample introduction needle from coming into contact with the sample introduction tube when the cell rotating mechanism rotates and hindering the rotation, or damaging them.
  • the timing at which the measurement sample is introduced into the cell is the measurement start timing.
  • the cell is a partition membrane for partitioning the density gradient solution and the introduced measurement sample, and the cell rotation mechanism when the number of revolutions of the cell rotation mechanism becomes a predetermined value or more. It is desirable to have a breaking mechanism that breaks the partition film.
  • the timing when the cell rotation mechanism is set to a predetermined rotation speed can be set as the measurement start timing of the line start method, and the measurement accuracy can be improved.
  • the user can introduce the measurement sample into the cell regardless of the operation of pressing the measurement start button.
  • the particle size distribution measuring device is configured to be switchable between the line start method and the uniform sedimentation method.
  • the particle size distribution measuring device uses the sample introduction mechanism in order to easily match the sample introduction timing with the measurement start timing of the line start method. It is desirable to have an informing unit that informs the measurement start timing of the line start method.
  • the centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring apparatus further includes a light source and a photodetector which are provided so as to sandwich a rotation passage region of the cell by the cell rotation mechanism.
  • a condenser lens is provided between the light source and the rotation passage area or between the photodetector and the rotation passage area.
  • FIG. 1 It is a figure which shows typically the structure of the centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring apparatus of one Embodiment which concerns on this invention. It is a top view of the cell holder to which the cell of the same embodiment is attached. It is a figure which shows the structure of the light irradiation part of the same embodiment typically, (A) is a figure seen from a side, (B) is a figure seen from above. It is a fragmentary sectional view showing typically the state at the time of introduction of the measurement sample of the embodiment. It is a schematic diagram which shows the measurement procedure of the particle size distribution measuring apparatus of the embodiment, and the alerting
  • FIG. 1 It is a figure which shows typically the structure of the centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring apparatus of modification. It is a figure which shows typically the structure of the measurement cell of a modified embodiment, (A) is a figure before a partition film is torn, (B) is a figure after a partition film is torn. It is a schematic diagram which shows the modification of a translucent window. It is sectional drawing and the exploded view which show the modification of a measurement cell. It is sectional drawing which shows the modification of a measurement cell. It is sectional drawing which shows the modification of a measurement cell. It is sectional drawing which shows the modification of a measurement cell. It is sectional drawing which shows the state of (1) sample preparation, (2) state before rotation start, and (3) state after rotation start in the modification of a measurement cell.
  • the centrifugal sedimentation type particle size distribution measuring apparatus 100 of the present embodiment measures a particle size distribution by a line start method, and as shown in FIG. 1, a measuring cell 2 for accommodating a density gradient solution and a measuring sample is used.
  • a cell rotation mechanism 3 that rotates the measurement cell 2 is provided, and a light irradiation unit 4 and a light detection unit 5 that are provided sandwiching a rotation passage region of the measurement cell 2 by the cell rotation mechanism 3.
  • the measurement sample of the present embodiment is a sample suspension in which particles are dispersed.
  • the measurement cell 2 is, for example, a prismatic cell formed of a resin translucent material.
  • the measurement cell 2 contains a density gradient solution which is a solution in which a density gradient is formed.
  • This density gradient solution is formed by using, for example, a plurality of sucrose solutions having different concentrations, and is housed in a multi-layered manner such that the density gradually increases toward the bottom side of the measurement cell 2.
  • the reference cell 6 is also provided, and the reference cell 6 stores water.
  • the cell rotation mechanism 3 rotates the measurement cell 2 so that centrifugal force is applied from the smaller density gradient to the larger density gradient.
  • the cell rotation mechanism 3 has a cell holder 31 to which the measurement cell 2 and the reference cell 6 are detachably attached, and a rotating portion 32 that rotates the cell holder 31.
  • the cell holder 31 has, for example, a disk shape, and the measurement cell 2 and the reference cell 6 are attached so as to sandwich the rotation center thereof.
  • the measurement cell 2 is attached such that the direction of the density gradient is along the radial direction of the cell holder 31.
  • the cell holder 31 is formed with a mounting recess 31a corresponding to the shape of the cell, and is mounted by fitting the cells 2 and 6 into the mounting recess 31a.
  • a guide mechanism (not shown) is provided between the measurement cell 2 and the reference cell 6 and the mounting recess 31a.
  • the guide mechanism is composed of a guide rail provided in one of the mounting recess 31a or the cells 2 and 6, and a guide groove provided in the other.
  • the guide rails or guide grooves provided in the cells 2 and 6 may be integrally provided in the cells 2 and 6, or may be provided in a member attached to the cells 2 and 6. good.
  • the measurement cell 2 and the reference cell 6 are detachably attached to the cell holder 31.
  • the cells 2 and 6 are attachable / detachable to / from the apparatus main body.
  • the opening / closing lid 13 is in an open state.
  • a cover body 33 is provided on the upper surface of the cell holder 31 to prevent the measurement cell 2 and the reference cell 6 from being accidentally removed during rotation (see FIG. 1).
  • the cover body 33 By covering the upper surface of the cell holding body 31 with the cover body 33, the uneven structure of the upper surface of the cell holding body 31 is reduced, the frictional resistance at the time of rotation is reduced, the cell holding body 31 is easily rotated, and The frictional heat generated can be reduced.
  • the one having the higher density is attached so as to be located radially outward.
  • centrifugal force is applied to the measurement cell 2 from the smaller density gradient to the larger density gradient.
  • the rotating portion 32 has a rotating shaft 321 connected to the center of the lower surface of the cell holder 31 and a motor 322 for rotating the rotating shaft 321.
  • the rotation speed of the motor 322 is controlled by the control unit 10.
  • the rotating shaft 321 may be integrally formed with the cell holding body 31 or may be separately formed. Further, the rotary shaft 321 may be configured by one member or may be configured by connecting a plurality of members.
  • the above-mentioned cell holder 31 is housed in a housing space S formed inside the particle size distribution measuring apparatus 100.
  • the rotating shaft 321 of the rotating portion 32 penetrates the lower wall 11 forming the accommodation space S.
  • the upper wall 12 forming the accommodation space S is formed by an opening / closing lid 13 that is opened / closed when the measurement cell 2 is attached / detached.
  • the light irradiation unit 4 is provided below the rotation passage area (cell holder 31) of the cells 2 and 6, as shown in FIG.
  • the light irradiation unit 4 of the present embodiment is provided below the lower wall 11 of the accommodation space S, and emits light toward the cells 2 and 6 via the translucent window W1 formed in the lower wall 11. Irradiate.
  • the light irradiation section 4 includes a light source 41 and a condenser lens 42 that condenses the light emitted from the light source 41.
  • the light emitted by the light irradiation unit 4 is applied to the measurement cell 2 or the reference cell 6 through the light passage hole 31h formed in the cell holder 31.
  • the light source 41 is an LED having comb-shaped electrodes as shown in FIG.
  • the LED 41 is provided such that the wiring direction of its electrodes is along the rotation direction of the cells 2 and 6.
  • the light detection unit 5 is provided above the rotation passage area (cell holder 31) of the cells 2 and 6, as shown in FIG.
  • the light detection unit 5 of the present embodiment is provided above the upper wall 12 of the accommodation space S, and detects the light transmitted through the cells 2 and 6 through the light-transmissive window W2 formed in the upper wall 12.
  • the photodetector 5 includes a photodetector 51 and a condenser lens 52 that condenses the light detected by the photodetector 51.
  • the light detected by the light detection unit 5 passes through the cells 2 and 6 and passes through the light passage hole 33h formed in the cover body 33, and is condensed by the condenser lens 52.
  • the observation region by the photodetector 51 is a light emitting region that does not include the wiring 41y provided with the electrodes sandwiched therebetween. Is set. This prevents the wiring 41y of the LED 41 from forming an image on the photodetector 51 and prevents the measurement accuracy from deteriorating.
  • the light intensity signal obtained by the photodetector 51 is acquired by the particle size distribution calculation unit 15, and the particle size distribution calculation unit 15 calculates particle size distribution data.
  • the particle size distribution data is displayed on the display by a display unit (not shown).
  • the particle size distribution measuring apparatus 100 of the present embodiment is provided with the sample introducing mechanism 7 for introducing the measurement sample into the measuring cell 2 rotated by the cell rotating mechanism 3 as shown in FIGS. 1 and 4. ing.
  • the sample introduction mechanism 7 is provided in the cell rotation mechanism 3, has one end connected to the measurement cell 2, and the other end has a sample introduction tube 71 opening at the rotation center of the cell rotation mechanism 3.
  • the sample introduction tube 71 may be integrally formed with the cap of the measurement cell 2, or may be detachably connected to the cap of the measurement cell 2. When the sample introduction tube 71 and the cap of the measurement cell 2 are integrally formed, the sample introduction tube 71 can be attached to and detached from the cell holder 31 like the measurement cell 2.
  • the other end portion of the sample introduction tube 71 is deformed into a curved shape such as an arc shape by the deformation block 75 so that the opening of the other end portion faces upward.
  • the sample introduction mechanism 7 is provided outside the cell rotation mechanism 3, and is provided with a sample introduction needle 72 that is capable of advancing and retreating with respect to the other end of the sample introduction tube 71 and the sample introduction needle 72 in the retreating direction. And an elastic body 73 that urges.
  • the sample introduction needle 72 is provided on the opening / closing lid 13 above the cell holder 31 so as to be movable up and down. At the upper end of the sample introduction needle 72, an injection part 74 into which the measurement sample is injected by a pipette or the like is provided. The tip of the pipette is inserted into the injection section 74 to inject the measurement sample, and the measurement sample is introduced from the sample introduction needle 72 into the sample introduction tube 71 via the injection section 74.
  • the elastic body 73 is, for example, a coil spring, and biases the sample introduction needle 72 upward so that the sample introduction needle 72 is housed from the lower surface of the opening / closing lid 13 to the upper side.
  • the sample introduction needle 72 moves upward due to the elastic restoring force of the elastic body 73, and the sample introduction needle 72 is positioned below the lower surface of the opening / closing lid 13. Retract upwards.
  • the sample introduction pipe 71 may be closed to provide a blocking mechanism for blocking the internal space of the measurement cell 2 from the outside. Good.
  • this blocking mechanism it is conceivable to provide a lid that closes the opening at the other end of the sample introduction tube 71.
  • the particle size distribution measurement by the line start method is started.
  • the line start method the time from the introduction of the measurement sample is measured, but it is necessary to press the measurement start button (not shown) of the particle size distribution measuring apparatus 100 to start the measurement.
  • the particle size distribution measuring apparatus 100 has a notification unit 14 that notifies the start timing of the line start method using the sample introduction mechanism 7.
  • the notification unit 14 notifies the user of the sample introduction timing by sound, for example. For example, it is possible to notify the sample introduction timing by counting down.
  • the sample introduction timing may be displayed on a display (not shown).
  • the particle size distribution calculation unit 15 starts the particle size distribution measurement from this sample introduction timing.
  • sucrose solutions having different concentrations are injected into the measurement cell 2 from the high concentration side via the sample introduction mechanism 7 to form a density gradient solution in the measurement cell 2.
  • the calibration liquid is introduced into the measurement cell 2 via the sample introduction mechanism 7 at the timing of the final “pee”.
  • the timing of the last "pee” is the timing of introducing the calibration liquid / starting rotation increase / starting data acquisition. This starts the measurement of the calibration liquid.
  • the measurement sample is introduced into the measurement cell 2 via the sample introduction mechanism 7 at the final “pee” timing.
  • the timing of the last “pee” is the timing of introducing the measurement sample / starting rotation increase / starting data acquisition. As a result, the measurement of the measurement sample starts.
  • the line start method is performed by introducing the measurement sample into the measurement cell 2 rotated by the cell rotation mechanism 3 by the sample introduction mechanism 7. It can be carried out.
  • the measuring cell 2 is detachably attached to the apparatus main body, it is possible to easily wash the measuring cell 2 in the particle size distribution measuring apparatus 100 that measures the particle size distribution by the line start method. ..
  • the measuring cell 2 is detachably attached to the cell holder 31 so that the measuring cell 2 can be detached from the apparatus main body, the detaching operation is facilitated and the handling at the time of cleaning is simplified.
  • the sample introduction needle 72 of the sample introduction mechanism 7 can move forward and backward with respect to the other end of the sample introduction tube 71, and the measurement sample is introduced in a state of entering the other end of the sample introduction tube 71.
  • the measurement sample can be easily introduced into the tube 71. Further, since the sample introduction needle 72 is retracted from the other end of the sample introduction tube 71 by the elastic body 73 after the sample introduction, the sample introduction needle 72 comes into contact with the sample introduction tube 71 and rotates when the cell rotation mechanism 3 rotates. You can prevent them from getting in the way or getting damaged.
  • the notification unit 14 notifies the sample introduction timing, when the user introduces the measurement sample using the sample introduction mechanism 7, it is easy to match the sample introduction timing with the measurement start timing of the line start method. it can.
  • the particle size distribution measuring device 100 may further include a cooling mechanism 8 that cools the measurement cell 2 and the reference cell 6.
  • the cooling mechanism 8 cools the cells 2 and 6 by supplying cold air to the accommodation space S that rotatably accommodates the cell holder 31.
  • the cooling mechanism 8 includes a cooler 81 and a supply path 82 that supplies the gas cooled by the cooler 81 to the accommodation space S.
  • a Peltier element may be used or a cooling medium may be used.
  • FIG. 6 shows an example in which the cooler 81 is provided outside the device housing, it may be provided inside the device housing.
  • one end of the supply passage 82 is connected to the outside of the accommodation space S in the radial direction, and the other end of the supply passage 82 is connected to the rotation center portion of the cell holding body 31 in the accommodation space S or in the vicinity thereof. ..
  • the supply path 82 connected in this way one end connected to the outside in the radial direction has a positive pressure, and the other end connected to the rotation center or in the vicinity thereof has a negative pressure.
  • the gas flows through the supply path 82 from one end to the other end.
  • the gas is cooled by the cooler 81, and the cooled gas is supplied to the central portion of the accommodation space S.
  • the cooled gas flows radially outward in the accommodation space S and flows into one end of the supply path 82.
  • the gas circulates through the supply path 82.
  • a circulation pump for circulating gas may be provided in the supply passage 82.
  • the cooler 81 of the cooling mechanism 8 is controlled by the control unit 10. Specifically, a temperature sensor TS that detects the temperature of the accommodation space S is provided, and the cooler 81 is controlled based on the temperature detected by the temperature sensor TS. If a circulation pump is provided, the control unit 10 may control the rotation speed of the circulation pump to adjust the circulation flow rate.
  • the cooling mechanism 8 can keep the temperature of the accommodation space S constant, the viscosity, density or refractive index of the density gradient solution can be kept constant, and the sedimentation velocity of particles can be accurately measured. .. As a result, the particle size distribution can be measured accurately. Further, since the inner surface (especially the upper surface and the lower surface) of the accommodation space S is flush with each other and has no unevenness, frictional heat is not locally generated and temperature unevenness can be reduced, which is combined with the effect of the cooling mechanism 8. Therefore, the temperature of the accommodation space S can be kept more constant.
  • the particle size distribution calculation unit 15 of the particle size distribution measuring device 100 performs temperature correction on the particle size distribution data calculated from the light intensity signal from the photodetector 51 using the temperature detected by the temperature sensor TS. It may be.
  • the measurement cell 2 partitions the density gradient solution and the introduced measurement sample, for example, a partition film 2m made of resin and the number of rotations of the cell rotation mechanism 3 becomes a predetermined value or more. It is desirable to have a breaking mechanism 2n that breaks the partition film 2m.
  • the sample introduction mechanism 7 of the above embodiment is unnecessary.
  • the breaking mechanism 2n is, for example, slidably movable inside the cell, and is moved to the partition membrane 2m side by moving the inside of the cell to the partition membrane 2m side by a centrifugal force generated when the number of rotations of the cell rotating mechanism 3 becomes a predetermined value or more. Break the membrane 2m (see FIG. 7 (B)).
  • the breaking mechanism 2n has a penetrating portion 2n1 such as a needle that breaks the partition film 2m.
  • the particle size distribution measurement is performed by the line start method, but the particle size distribution measurement can be performed by the uniform sedimentation method as well as the line start method.
  • the measurement cell 2 contains a sample dispersion liquid in which particles are dispersed in a medium.
  • the timing of introducing the measurement sample or the timing of introducing the measurement sample and pressing the measurement start button is the measurement start timing, but in the uniform sedimentation method, the measurement cell of the sample dispersion liquid is stored.
  • the rotation start timing is the measurement start timing.
  • the light passage hole 31h of the cell holder 31 and the light passage hole 33h of the cover body 33 of the above-described embodiment may have a circular opening shape, but in this case, when the resolution is improved, the circular shape is changed. It will be smaller. Then, there is a problem that the amount of light is reduced. For this reason, at least one of the light passage holes 31h and 33h has a linear slit shape that extends linearly in the tangential direction of the rotation of the cell holder, as shown in FIG. ), It is conceivable to form an arc slit shape that extends in an arc shape in the rotation direction of the cell holder.
  • the light passage holes 31h and 33h in the slit shape, it is possible to prevent the decrease in the light amount while improving the resolution.
  • the light passing hole 31h of the cell holding body 31 on the light incident side should be narrowed down to reduce stray light, and the light passing hole 33h of the cover body 33 on the light emitting side improves the resolution.
  • the above-mentioned slit shape is adopted.
  • the measurement cell 2 is provided in a metal cell main body 21 that forms a storage space for a measurement sample inside and opposing walls 2a and 2b orthogonal to the centrifugal force direction of the cell main body 21.
  • the window member 22 may be provided.
  • the opposed walls 2a and 2b have flat plate-shaped portions, and the window member 22 is provided on the flat plate-shaped portions of the opposed walls 2a and 2b.
  • the window member 22 is provided such that its inner surface is located on the same plane as the inner surface of the flat plate-shaped portion of the facing walls 2a and 2b or outside the inner surface of the flat plate-shaped portion.
  • the measurement cell 2 is, for example, a cell made of metal such as aluminum, and as shown in FIG. 9, translucent windows W1 and W2 for transmitting light are provided in the opposed walls 2a and 2b facing each other. ing.
  • the measurement cell 2 has a metal bottomed cell body 21 and a resin cap (not shown) that closes the opening of the cell body 21.
  • the translucent windows W1 and W2 are configured by providing glass window members 22 in through holes 2h1 and 2h2 formed in the opposing walls 2a and 2b of the cell body 21. Since the window member 22 is made of glass, it has excellent chemical resistance.
  • the window member 22 of this example has a disk shape, and is fitted into a metal ring member 23. Then, the structure in which the window member 22 is fitted in the ring-shaped member 23 is attached to the through holes 2h1 and 2h2 via the seal member 24, and is clamped and fixed to the side walls 2a and 2b by the pressing member 25. At this time, the tightening force of the pressing member 25 is configured to be transmitted to the ring-shaped member 23 so that the window member 22 is not cracked.
  • the inner surface 22a of the window member 22 may be configured to be flush with the inner surfaces 2a1 and 2b1 of the opposing walls 2a and 2b. That is, the window member 22 is configured to close the inner openings of the through holes 2h1 and 2h2. With this structure, the unevenness due to the through holes 2h1 and 2h2 is eliminated. As a result, it is possible to solve the problem that the density gradient in the cell is disturbed and the sedimentation of particles is not uniform.
  • the measurement cell 2 and the cell holder 31 may be integrated.
  • the cell holder 21 serves as the cell main body 21 that forms the accommodation space for the measurement sample therein
  • the window member 22 is provided on the opposing walls 2a and 2b orthogonal to the centrifugal force direction of the cell main body 21. .. Also in this configuration, the centrifugal force of the measurement sample is not applied to the window member, and only the centrifugal force of the window member itself is applied to the window member, so that the window member can be prevented from being damaged.
  • the measurement cell 2 is configured to be detachable from the device body by configuring the measurement cell 2 to be detachable from the cell holder 31, but the cell holder 31 is configured to be detachable from the device body. Therefore, the measuring cell 2 may be detachable from the main body of the apparatus. Even in this case, it is desirable that the measuring cell 2 be detachable from the cell holder 31 in order to simplify the cleaning operation of the measuring cell 2.
  • the configuration of the measurement cell 2 may be that shown in FIG. In addition, in the measurement cell 2 of this configuration, the sample introduction mechanism 7 of the above embodiment is unnecessary.
  • this measurement cell 2 an opening 21H is formed at one end, and a cell body 21 for accommodating the density gradient solution and an internal flow passage 26R for closing the opening 21H of the cell body 21 and holding a measurement sample inside are formed.
  • the cell cap 26 is provided.
  • the internal channel 26R formed in the cell cap 26 has a sample inlet 26R1 formed at one end and a sample outlet 26R2 formed at the other end. With the cell cap 26 attached to the cell body 21, the sample inlet 26R1 is located outside the cell body 21, and the sample outlet 26R2 is located inside the cell body 21.
  • a holding channel portion 26R3 that temporarily holds the measurement sample and a downstream side of the holding channel portion 26R3 are provided.
  • An enlarged flow path portion 26R4 communicating with the sample outlet 26R2 is provided.
  • the sample introduction port 26R1 and the holding flow passage portion 26R3 are provided along the rotation axis direction of the measurement cell 2, and the enlarged flow passage portion 26R4 is arranged in the centrifugal force direction (rotation radial direction) applied to the measurement cell 2. It is provided along.
  • the measurement sample is introduced from the sample introduction port 26R1 with the cell cap 26 attached to the cell body 21 as shown in FIG. 12 (1). Introduce. After the introduction, the measurement sample is held in the holding channel portion 26R3 (see FIG. 12 (2)). After the introduction, the sample introduction port 26R1 may be closed by the lid 27. By closing the sample introduction port 26R1 with the lid 27, it is possible to prevent the measurement sample from evaporating and prevent the density gradient liquid from leaking out to the internal flow passage 26R side due to the accumulation of air in the internal flow passage 26R. it can.
  • the measurement sample receives the centrifugal force and moves from the holding channel section 26R3 to the enlarged channel section 26R4.
  • the measurement sample from the holding channel 26R3 spreads in the enlarged channel 26R4 and is introduced into the density gradient solution from the sample outlet 26R2. This can prevent the streaming phenomenon from occurring.
  • the internal flow path 26R does not have the expanded flow path portion 26R4 and the internal flow path 26R has a single diameter, the measurement sample is introduced into the density gradient liquid as a mass, and the particle size distribution cannot be accurately measured due to the streaming phenomenon. Problem will occur.
  • the present invention it is possible to easily clean the cell in the particle size distribution measuring device that measures the particle size distribution by the line start method.

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Abstract

本発明は、ラインスタート法による粒径分布測定を行う粒径分布測定装置においてセルの洗浄を簡単にするものであり、密度勾配溶液を収容するセル２と、セル２に対して密度勾配の小さい方から大きい方に向かって遠心力が加わるように回転させるセル回転機構３と、セル回転機構３より回転しているセル２内に測定試料を導入する試料導入機構７とを備え、セル２は、装置本体から着脱可能に構成されている。

Description

遠心沈降式の粒径分布測定装置
　本発明は、遠心沈降式の粒径分布測定装置に関するものである。
　従来の遠心沈降式の粒径分布測定装置としては、非特許文献１に示すように、密度勾配溶液が収容されたセルに試料懸濁液を供給し、試料懸濁液中の粒子を密度勾配溶液中で遠心沈降させるラインスタート法を用いたものがある。
　具体的にこの粒径分布測定装置は、中空のディスク状のセルが用いられており、一定の回転数で回転されているセルに密度勾配溶液を収容するとともに、回転中心部から試料懸濁液を注入するように構成されている。
　しかしながら、この粒径分布測定装置においてセルの洗浄は、セルを装置本体から取り外して行うことができず、装置本体に取り付けられた状態でセルを空にして行う必要がある。その結果、ラインスタート法による粒径分布測定を行う粒径分布測定装置では、セルを洗浄する作業が難しいという問題がある。
スティフン・フィッツパトリック（Stephen T. Fitzpatrick）、"頻度別遠心沈降法による粒度分布測定：利点と欠点、現状、将来展望"［2018年5月30日検索］、インターネット（URL：https://www.nihon-rufuto.com/myadmin/rufuto_catalog/wp-content/uploads/2017/06/CPS-Polymer-News.pdf）
　そこで本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、ラインスタート法による粒径分布測定を行う粒径分布測定装置においてセルの洗浄を簡単にすることをその主たる課題とするものである。
　すなわち本発明に係る遠心沈降式の粒径分布測定装置は、密度勾配が形成された溶液である密度勾配溶液を収容するセルと、前記セルに対して密度勾配の小さい方から大きい方に向かって遠心力が加わるように回転させるセル回転機構と、前記セル回転機構より回転している前記セル内に測定試料を導入する試料導入機構とを備え、前記セルは、装置本体から着脱可能に構成されている。
　このようなものであれば、セル回転機構によって回転しているセルに対して試料導入機構によって測定試料を導入することで、ラインスタート法を行うことができる。ここで、セルは装置本体に対して着脱可能に取り付けられているので、ラインスタート法を用いた粒径分布測定装置においてセルの洗浄を簡単にすることができる。
　前記セル回転機構が、前記セルが取り付けられるセル保持体を有する構成が考えられる。この構成の場合、前記セルは、前記セル保持体に対して着脱可能に構成されることによって、装置本体から着脱可能に構成されることが望ましい。
　この構成であれば、装置本体から取り外される部品がセルのみとなり、その取り外し作業を簡単にすることができ、また、その後の洗浄作業も簡単にすることができる。その他、前記セルは、前記セル保持体を装置本体から着脱可能に構成することによって、装置本体から着脱可能に構成しても良い。
　前記試料導入機構の具体的な構成としては、前記セル回転機構に設けられ、一端部が前記セルに接続され、他端部が前記セル回転機構の回転中心部において開口する試料導入管を有することが望ましい。
　試料導入管の他端部が回転中心部において開口しているので、開口が回転中心部に留まることになり、測定試料の導入を容易にすることができる。
　前記試料導入機構は、前記セル回転機構の外部に設けられ、前記試料導入管の他端部に対して進退可能に設けられた試料導入針と、前記試料導入針を退避方向に付勢する弾性体とを有することが望ましい。
　このとき、前記試料導入針が前記試料導入管の他端部に進入した状態で、前記測定試料が導入される。これにより、試料導入管に測定試料を導入しやすくできる。また、試料導入後においては、試料導入針が弾性体によって前記試料導入管の他端部から退避する。これにより、セル回転機構が回転する際に試料導入針が試料導入管に接触して回転の邪魔となったり、それらが破損してしまうことを防ぐことができる。
　上記の遠心沈降式の粒径分布測定装置を用いてラインスタート法により試験を行う場合、測定試料をセルに導入したタイミングを測定開始タイミングとすることが考えられる。
　しかしながら、ユーザが測定試料を導入する作業と、粒径分布測定装置の測定開始ボタンを押す操作とを同時に行うことが難しい。
　この問題を好適に解決するためには、前記セルは、前記密度勾配溶液と導入された前記測定試料とを仕切る仕切り膜と、前記セル回転機構の回転数が所定値以上となった場合に前記仕切り膜を破る破断機構とを有することが望ましい。
　これならば、セル回転機構を所定の回転数としたタイミングをラインスタート法の測定開始タイミングとすることができ、測定精度を向上させることができる。また、ユーザは、測定開始ボタンを押す操作に関係なく、測定試料をセルに導入することができる。
　遠心沈降式の粒径分布測定装置の使い勝手を良くするためには、粒径分布測定装置が、ラインスタート法と一様沈降法とが切り替え可能に構成されていることが望ましい。
　ユーザが試料導入機構を用いて測定試料を導入する際に、当該試料導入タイミングとラインスタート法の測定開始タイミングとを合わせやすくするためには、粒径分布測定装置が、前記試料導入機構を用いたラインスタート法の測定開始タイミングを報知する報知部を有することが望ましい。
　遠心沈降式の粒径分布測定装置は、前記セル回転機構による前記セルの回転通過領域を挟んで設けられた光源及び光検出器をさらに備えている。この粒径分布測定装置において、前記光源と前記回転通過領域との間、又は、前記光検出器と前記回転通過領域との間に集光レンズが設けられていることが望ましい。
　この構成であれば、セルに照射される光量を多くする、又は、光検出器により検出される光量を多くすることができるので、測定精度を向上させることができる。
　光源としてＬＥＤを用いることが考えられる。このとき、前記集光レンズを設けることによって、ＬＥＤの配線の像が光検出器に結像してしまい、測定精度に悪影響を与える恐れがある。
　この問題を好適に解決するためには、ＬＥＤの電極の配線方向は、前記セルの回転方向に沿うように設けられていることが望ましい。
　この構成であれば、電極の配線方向がセルの回転方向に沿うように設けられているので、配線の像が光検出器で結像しにくくなり、測定精度への悪影響を低減することができる。また、セル回転機構の回転軸がずれて生じるセルの振動によって測定精度が悪くなることを防ぐことができる。
　以上に述べた本発明によれば、ラインスタート法による粒径分布測定を行う粒径分布測定装置においてセルの洗浄を簡単にすることができる。
本発明に係る一実施形態の遠心沈降式の粒径分布測定装置の構成を模式的に示す図である。 同実施形態のセルが取り付けられたセル保持体の平面図である。 同実施形態の光照射部の構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は側方から見た図であり、（Ｂ）は上方から見た図である。 同実施形態の測定試料導入時の状態を模式的に示す部分断面図である。 同実施形態の粒径分布測定装置の測定手順及び報知部の報知態様を示す模式図である。 変形実施形態の遠心沈降式の粒径分布測定装置の構成を模式的に示す図である。 変形実施形態の測定セルの構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は仕切り膜が破れる前の図であり、（Ｂ）は仕切り膜が破れた後の図である。 透光窓の変形例を示す模式図である。 測定セルの変形例を示す断面図及び分解図である。 測定セルの変形例を示す断面図である。 測定セルの変形例を示す断面図である。 測定セルの変形例において、（１）試料準備の段階、（２）回転開始前の状態、（３）回転開始後の状態を示す断面図である。
１００・・・遠心沈降式の粒径分布測定装置
２　　・・・測定セル
３　　・・・セル回転機構
３１　・・・セル保持体
７　　・・・試料導入機構
７１　・・・試料導入管
７２　・・・試料導入針
７３　・・・弾性体
１４　・・・報知部
４１　・・・光源（ＬＥＤ）
４２　・・・集光レンズ
５１　・・・光検出器
５２　・・・集光レンズ
２１　・・・仕切り膜
２２　・・・破断機構
　以下、本発明の一実施形態に係る遠心沈降式の粒径分布測定装置について、図面を参照しながら説明する。
　本実施形態の遠心沈降式の粒径分布測定装置１００は、ラインスタート法により粒径分布測定を行うものであり、図１に示すように、密度勾配溶液及び測定試料を収容する測定セル２と、当該測定セル２を回転させるセル回転機構３と、当該セル回転機構３による測定セル２の回転通過領域を挟んで設けられた光照射部４及び光検出部５とを備えている。なお、本実施形態の測定試料は、粒子が分散された試料懸濁液である。
　測定セル２は、例えば樹脂製の透光性を有する材料から形成された角形セルである。この測定セル２には、密度勾配が形成された溶液である密度勾配溶液が収容される。この密度勾配溶液は、例えば、濃度の異なる複数のショ糖溶液を用いて形成されており、測定セル２の底側に行くに従って徐々に密度が大きくなるように多層状に収容されている。本実施形態では、参照セル６も設けられており、当該参照セル６には水が収容されている。
　セル回転機構３は、測定セル２に対して密度勾配の小さい方から大きい方に向かって遠心力が加わるように回転させるものである。
　具体的にセル回転機構３は、測定セル２及び参照セル６が着脱可能に取り付けられるセル保持体３１と、当該セル保持体３１を回転させる回転部３２とを有している。
　セル保持体３１は、図２に示すように、例えば円盤形状をなすものであり、その回転中心を挟むように測定セル２及び参照セル６が取り付けられる。ここで、測定セル２は、密度勾配の方向がセル保持体３１の径方向に沿うように取り付けられる。また、セル保持体３１には、セル形状に対応した取り付け凹部３１ａが形成されており、当該取り付け凹部３１ａにセル２、６を嵌め入れることによって取り付けられる。さらに、測定セル２及び参照セル６と取り付け凹部３１ａとの間には、ガイド機構（不図示）が設けられている。当該ガイド機構は、取り付け凹部３１ａ又はセル２、６の一方に設けられたガイドレールと、他方に設けられたガイド溝とから構成される。セル２、６に設けられるガイドレール又はガイド溝は、セル２、６に一体に設けられたものであってもよいし、セル２、６に装着される部材に設けられたものであっても良い。
　そして、測定セル２及び参照セル６は、セル保持体３１に対して着脱可能に構成されている。これらセル２、６がセル保持体３１に対して着脱可能とされることによって、セル２、６は、装置本体に対して着脱可能となる。なお、セル２、６を装置本体から取り外す際には、開閉蓋１３は開けられた状態である。
　また、セル保持体３１の上面には、測定セル２及び参照セル６が回転中に不意に外れないようにするためのカバー体３３が設けられている（図１参照）。セル保持体３１の上面をカバー体３３で覆うことによって、セル保持体３１の上面の凹凸構造が少なくなり、回転時の摩擦抵抗が小さくなり、セル保持体３１を回転しやすくするとともに、回転により生じる摩擦熱を小さくすることができる。
　測定セル２のセル保持体３１への取り付け方としては、密度の大きい方が径方向外側となるように取り付けられる。これにより、セル保持体３１が回転することによって、測定セル２に対して密度勾配の小さい方から大きい方に向かって遠心力が加わることになる。
　回転部３２は、図１に示すように、セル保持体３１の下面における中心部に接続された回転軸３２１と、当該回転軸３２１を回転させるモータ３２２とを有している。当該モータ３２２は、制御部１０によってその回転数が制御される。なお、回転軸３２１は、セル保持体３１に一体形成されたものであってもよいし、別体に形成されたものであっても良い。また、回転軸３２１は、１つの部材から構成されるものであってもよいし、複数の部材を接続して構成されたものであっても良い。
　上記のセル保持体３１は、粒径分布測定装置１００の内部に形成された収容空間Ｓに収容されている。当該収容空間Ｓを形成する下壁１１には、回転部３２の回転軸３２１が貫通している。なお、収容空間Ｓを形成する上壁１２は、測定セル２を着脱する際に開閉される開閉蓋１３により形成されている。
　光照射部４は、図１に示すように、セル２、６の回転通過領域（セル保持体３１）の下方に設けられている。本実施形態の光照射部４は、収容空間Ｓの下壁１１よりも下側に設けられており、当該下壁１１に形成された透光窓Ｗ１を介してセル２、６に向かって光を照射する。具体的に光照射部４は、光源４１と、当該光源４１から出射された光を集光する集光レンズ４２とを有している。光照射部４により射出された光は、セル保持体３１に形成された光通過孔３１ｈを通って測定セル２又は参照セル６に照射される。
　光源４１は、図３に示すように、櫛状の電極を有するＬＥＤである。そして、ＬＥＤ４１は、その電極の配線方向がセル２、６の回転方向に沿うように設けられている。
　光検出部５は、図１に示すように、セル２、６の回転通過領域（セル保持体３１）の上方に設けられている。本実施形態の光検出部５は、収容空間Ｓの上壁１２よりも上側に設けられており、当該上壁１２に形成された透光窓Ｗ２を介してセル２、６を透過した光を検出する。具体的に光検出部５は、光検出器５１と、当該光検出器５１により検出される光を集光する集光レンズ５２とを有している。光検出部５により検出される光は、セル２、６を透過してカバー体３３に形成された光通過孔３３ｈを通り、集光レンズ５２により集光される。
　ここで、光照射部４の集光レンズ４２と光検出部５の集光レンズ５２とは、光検出器５１による観察領域が、電極を挟んで設けられた配線４１ｙを含まない発光領域となるように設定されている。これにより、光検出器５１にＬＥＤ４１の配線４１ｙが結像しないようにして、測定精度が低下しないようにすることができる。
　光検出器５１により得られた光強度信号は、粒径分布演算部１５により取得されて、粒径分布演算部１５によって粒径分布データが算出される。当該粒径分布データは、図示しない表示部によってディスプレイ上に表示される。
　しかして、本実施形態の粒径分布測定装置１００は、図１及び図４に示すように、セル回転機構３より回転している測定セル２内に測定試料を導入する試料導入機構７を備えている。
　試料導入機構７は、セル回転機構３に設けられ、一端部が測定セル２に接続され、他端部がセル回転機構３の回転中心部において開口する試料導入管７１を有している。
　試料導入管７１は、測定セル２のキャップに一体形成されたものであってもよいし、測定セル２のキャップに着脱可能に接続されてものであっても良い。試料導入管７１と測定セル２のキャップとが一体形成されている場合には、当該試料導入管７１も測定セル２と同様にセル保持体３１に対して着脱可能となる。
　ここで、試料導入管７１の他端部は、当該他端部の開口が上方を向くように変形ブロック７５により例えば円弧状などの曲線状に変形されている。
　また、試料導入機構７は、セル回転機構３の外部に設けられ、試料導入管７１の他端部に対して進退可能に設けられた試料導入針７２と、試料導入針７２を退避方向に付勢する弾性体７３とを有している。
　試料導入針７２は、セル保持体３１の上部にある開閉蓋１３に昇降移動可能に設けられている。試料導入針７２の上端部には、例えばピペット等により測定試料が注入される注入部７４が設けられている。注入部７４には、ピペットの先端部が差し込まれて測定試料が注入され、当該注入部７４を介して試料導入針７２から試料導入管７１に測定試料が導入される。
　弾性体７３は、例えばコイルばねであり、試料導入針７２を上方向に付勢して試料導入針７２が開閉蓋１３の下面から上側に収納されるようにするものである。
　そして、この試料導入機構７において、測定試料を導入する場合には、例えばピペットを注入部７４に差し込んで試料導入針７２を下方向に押し込む。これにより試料導入針７２が試料導入管７１の他端部に差し込まれた状態となる。この状態で、注入部７４に測定試料を注入すると、試料導入針７２から試料導入管７１に測定試料が導入される。
　一方、測定試料の導入後において、例えばピペットを注入部７４から外すと、試料導入針７２は弾性体７３の弾性復帰力によって上方向に移動し、試料導入針７２は開閉蓋１３の下面よりも上側に引っ込む。ここで、測定試料導入後においては、測定中における測定試料の揮発を防止するために、試料導入管７１を閉塞して、測定セル２の内部空間と外部とを遮断する遮断機構を設けてもよい。この遮断機構の一例としては、試料導入管７１の他端部開口を閉塞する蓋を設けることが考えられる。
　この試料導入機構７を用いて測定試料を測定セル２内に導入すると、ラインスタート法による粒径分布測定が開始される。ラインスタート法では、測定試料を導入してからの時間を計測することになるが、粒径分布測定装置１００の測定開始ボタン（不図示）を押して測定を開始する必要がある。
　本実施形態では、測定試料を導入するタイミングを装置側でコントロールすることによって、ユーザが測定試料を導入する操作と装置１００の測定開始ボタンを押す操作の両方を同時にする手間を省略している。具体的に粒径分布測定装置１００は、試料導入機構７を用いたラインスタート法の開始タイミングを報知する報知部１４を有している。この報知部１４は、例えば音により試料導入タイミングをユーザに知らせるものである。例えば、カウントダウンにより試料導入タイミングを知らせることが考えられる。その他、ディスプレイ（不図示）上に試料導入タイミングを表示するものであっても良い。粒径分布演算部１５は、この試料導入タイミングから粒径分布測定を開始する。
　次に粒径分布測定装置１００の測定手順について報知部１４による報知態様とともに図５を参照して簡単に説明する。
　まず空の測定セル２をセル保持体３１にセットする。
　準備完了を示す「ｒｅａｄｙ」ボタンを押して、回転を開始するための「ＳＴＡＲＴ」ボタンを押し、セル回転機構３により測定セル２が設定回転数（例えば５００ｒｐｍ）に到達するのを待つ。
　その後、試料導入機構７を介して濃度の異なる複数のショ糖溶液を高濃度側から測定セル２に注入して、測定セル２内に密度勾配溶液を形成する。
　そして、校正するための「Ｃａｌ」ボタンを押して、「ＳＴＡＲＴ」ボタンを押すと、報知部１４が「ピッ・ピッ・ピッ・ピー」と鳴り出す。最後の「ピー」のタイミングで校正液を試料導入機構７を介して測定セル２に導入する。最後の「ピー」のタイミングは、校正液の導入／回転上昇スタート／データ取得開始のタイミングである。これにより、校正液の測定が始まる。
　校正液の測定が終了すると、「Ｒｅａｄｙ」ボタンと「ＳＴＡＲＴ」ボタンを押して、５００回転まで戻す。
　そして、測定を開始するための「Ｍｅａｓ」ボタンを押して、「ＳＴＡＲＴ」ボタンを押すと、報知部１４が「ピッ・ピッ・ピッ・ピー」と鳴り出す。最後の「ピー」のタイミングで測定試料を試料導入機構７を介して測定セル２に導入する。最後の「ピー」のタイミングは、測定試料の導入／回転上昇スタート／データ取得開始のタイミングである。これにより、測定試料の測定が始まる。
＜本実施形態の効果＞
　本実施形態の遠心沈降式の粒径分布測定装置１００によれば、セル回転機構３によって回転している測定セル２に対して試料導入機構７によって測定試料を導入することで、ラインスタート法を行うことができる。ここで、測定セル２は装置本体に対して着脱可能に取り付けられているので、ラインスタート法による粒径分布測定を行う粒径分布測定装置１００において測定セル２の洗浄を簡単にすることができる。特に、セル保持体３１に対して測定セル２を着脱可能にすることによって装置本体から取り外せるように構成しているので、その取り外し作業を容易にして、洗浄時における取り扱いが簡単になる。
　試料導入機構７の試料導入針７２が試料導入管７１の他端部に対して進退移動可能であり、試料導入管７１の他端部に進入した状態で測定試料が導入されるので、試料導入管７１に測定試料を導入しやすくできる。また、試料導入後に試料導入針７２が弾性体７３により試料導入管７１の他端部から退避するので、セル回転機構３が回転する際に試料導入針７２が試料導入管７１に接触して回転の邪魔となったり、それらが破損してしまうことを防ぐことができる。
　報知部１４により試料導入タイミングを報知しているので、ユーザが試料導入機構７を用いて測定試料を導入する際に、当該試料導入タイミングとラインスタート法の測定開始タイミングとを合わせやすくすることができる。
＜その他の変形実施形態＞
　なお、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６に示すように、粒径分布測定装置１００が測定セル２及び参照セル６を冷却する冷却機構８をさらに備えても良い。
　この冷却機構８は、セル保持体３１を回転可能に収容する収容空間Ｓに冷気を供給してセル２、６を冷却するものである。具体的に冷却機構８は、冷却器８１と、当該冷却器８１により冷却された気体を収容空間Ｓに供給する供給路８２とを備えている。冷却器８１としては、ペルチェ素子を用いたものであってもよいし、冷却媒体を用いたものであってもよい。図６では、冷却器８１を装置筐体の外部に設けた例を示しているが、装置筐体の内部に設けたものであっても良い。
　また、供給路８２の一端は、収容空間Ｓの径方向外側に接続されており、供給路８２の他端は、収容空間Ｓにおけるセル保持体３１の回転中心部又はその近傍に接続されている。このように接続された供給路８２は、径方向外側に接続された一端が正圧となり、回転中央部又はその近傍に接続された他端が負圧となる。これにより、供給路８２は一端から他端に向かって気体が流れる。その途中で気体が冷却器８１により冷却されて、冷却された気体が収容空間Ｓの中央部に供給される。そして、その冷却された気体は、収容空間Ｓにおいて径方向外側に向かって流れ、供給路８２の一端に流入する。これにより、気体が供給路８２を介して循環することになる。なお、供給路８２に気体を循環させるための循環ポンプを設けても良い。
　この冷却機構８の冷却器８１は、制御部１０により制御される。具体的には、収容空間Ｓの温度を検出する温度センサＴＳが設けられており、当該温度センサＴＳの検出温度に基づいて冷却器８１が制御される。なお、循環ポンプが設けられている場合には、制御部１０は、循環ポンプの回転数を制御して循環流量を調整するようにしても良い。
　この冷却機構８により、収容空間Ｓの温度を一定に保つことができるので、密度勾配溶液の粘度、密度又は屈折率を一定に保つことができ、粒子の沈降速度を正確に測定することができる。その結果、粒径分布を精度良く測定することができる。また、収容空間Ｓの内面（特に上面及び下面）が面一で凹凸の無い形状としているので、局所的に摩擦熱が生じることがなく温度ムラを低減でき、冷却機構８による効果と相俟って収容空間Ｓの温度をより一層一定に保つことができる。
　その他、粒径分布測定装置１００の粒径分布演算部１５は、光検出器５１からの光強度信号から算出した粒径分布データを、前記温度センサＴＳの検出温度を用いて温度補正するものであっても良い。
　また、図７に示すように、測定セル２が、密度勾配溶液と導入された測定試料とを仕切る例えば樹脂製の仕切り膜２ｍと、セル回転機構３の回転数が所定値以上となった場合に仕切り膜２ｍを破る破断機構２ｎとを有することが望ましい。なお、この構成の測定セル２においては、前記実施形態の試料導入機構７は不要である。破断機構２ｎは、セル内部で例えばスライド移動可能とされており、セル回転機構３の回転数が所定値以上となったときに生じる遠心力によってセル内部を仕切り膜２ｍ側に移動することによって仕切り膜２ｍを破る（図７（Ｂ）参照）。破断機構２ｎは、例えば仕切り膜２ｍを破る例えば針などの貫通部２ｎ１を有している。
　前記実施形態では、ラインスタート法による粒径分布測定を行うものであったが、ラインスタート法だけでなく、一様沈降法による粒径分布測定もできるように構成することができる。このとき、測定セル２には、媒体中に粒子を分散した試料分散液が収容される。また、ラインスタート法では、測定試料を導入したタイミングや測定試料を導入して測定開始ボタンを押したタイミングが測定開始タイミングとなるが、一様沈降法では、試料分散液を収容した測定セルの回転開始タイミングが測定開始タイミングとなる。
　前記実施形態のセル保持体３１の光通過孔３１ｈ及びカバー体３３の光通過孔３３ｈの開口形状としては円形状とすることが考えられるが、この場合、分解能を向上させようとすると円形状を小さくすることになる。そうすると、光量が低下してしまうという問題ある。このため、光通過孔３１ｈ又は３３ｈの少なくとも一方を、例えば、図８（Ａ）に示すように、セル保持体の回転の接線方向に直線状に延びる直線スリット形状とし、或いは、図８（Ｂ）に示すように、セル保持体の回転方向に円弧状に延びる円弧スリット形状とすることが考えられる。このように光通過孔３１ｈ、３３ｈをスリット形状とすることによって、分解能を向上しつつ光量の低下を防止することができる。ここで、光入射側であるセル保持体３１の光通過孔３１ｈは迷光を少なくするために絞った方が良いし、光出射側であるカバー体３３の光通過孔３３ｈは分解能を向上させるために上記のスリット形状とすることが良い。
　また、図９に示すように、測定セル２は、内部に測定試料の収容空間を形成する金属製のセル本体２１と、当該セル本体２１の遠心力方向に直交する対向壁２ａ、２ｂに設けられた窓部材２２とを有するものであってもよい。対向壁２ａ、２ｂは平板状部分を有しており、窓部材２２は対向壁２ａ、２ｂの平板状部分に設けられている。ここで、窓部材２２は、その内面が対向壁２ａ、２ｂの平板状部分の内面と同一面上又は当該平板状部分の内面よりも外側に位置するように設けることが考えられる。このような構成であれば、測定セルが回転したときに、測定試料の遠心力が窓部材に加わらず、窓部材には窓部材自体の遠心力しか加わらないので、窓部材が破損することを防ぐことができる。
　具体的に測定セル２は、例えばアルミニウム等の金属製のセルであり、図９に示すように、互いに対向する対向壁２ａ、２ｂに光を透過するための透光窓Ｗ１、Ｗ２が設けられている。セル２を金属製とすることによって、遠心力に耐える強度にすることができるとともに、耐薬品性に優れたものにできる。この例では、測定セル２は、金属製であり有底のセル本体２１と、当該セル本体２１の開口を塞ぐ樹脂製のキャップ（不図示）とを有するものである。
　透光窓Ｗ１、Ｗ２は、セル本体２１の対向壁２ａ、２ｂに形成された貫通孔２ｈ１、２ｈ２にガラス製の窓部材２２を設けることにより構成されている。窓部材２２がガラス製のため耐薬品性に優れている。この例の窓部材２２は円盤形状をなすものであり、金属製のリング状部材２３にはめ込まれている。そしてこのリング状部材２３に窓部材２２をはめ込んだ構造体をシール部材２４を介して貫通孔２ｈ１、２ｈ２に取り付け、押さえ部材２５により側壁２ａ、２ｂに締め付けて固定する。このとき、押さえ部材２５の締め付け力はリング状部材２３に伝わるよう構成されており、窓部材２２が割れないようにしている。窓部材２２には、３万Ｇ程度の力が加わるが、窓部材２２の質量×３万Ｇの遠心力が加わるだけであり、窓部材２２は壊れにくい。なお、セル全体がガラス製で、内部にサンプルが収容されたものでは、（セルの質量＋サンプル質量）×３万Ｇの遠心力が加わり割れてしまう。
　また、図１０に示すように、窓部材２２の内側面２２ａが、対向壁２ａ、２ｂの内面２ａ１、２ｂ１と面一となるように構成しても良い。つまり、窓部材２２は、貫通孔２ｈ１、２ｈ２の内側開口を塞ぐように構成されている。このように構成することで貫通孔２ｈ１、２ｈ２による凹凸が無くなる。その結果、セル内の密度勾配が乱れたり、粒子の沈降が一様にならないといった問題を解決することができる。
　さらに、図１１に示すように、測定セル２とセル保持体３１とを一体構成としてもよい。この場合、セル保持体が２１、内部に測定試料の収容空間を形成するセル本体２１となり、当該セル本体２１の遠心力方向に直交する対向壁２ａ、２ｂに窓部材２２が設けられる構成となる。この構成においても測定試料の遠心力が窓部材に加わらず、窓部材には窓部材自体の遠心力しか加わらないので、窓部材が破損することを防ぐことができる。
　前記実施形態では、測定セル２をセル保持体３１から着脱可能に構成することによって測定セル２を装置本体から着脱可能に構成しているが、セル保持体３１を装置本体から着脱可能に構成することによって測定セル２を装置本体から着脱可能に構成しても良い。この場合であっても、測定セル２の洗浄作業を簡単にするために、測定セル２をセル保持体３１から着脱可能にすることが望ましい。
　また、測定セル２の構成としては、図１２に示すものであっても良い。なお、この構成の測定セル２においては、前記実施形態の試料導入機構７は不要である。この測定セル２は、一端に開口部２１Ｈが形成され、密度勾配溶液を収容するセル本体２１と、セル本体２１の開口部２１Ｈを塞ぐとともに、内部に測定試料を保持する内部流路２６Ｒが形成されたセルキャップ２６とを備えている。セルキャップ２６に形成された内部流路２６Ｒは、一端部に試料導入口２６Ｒ１が形成されており、他端部に試料導出口２６Ｒ２が形成されている。そして、セル本体２１にセルキャップ２６が取り付けられた状態で、試料導入口２６Ｒ１はセル本体２１の外部に位置しており、試料導出口２６Ｒ２はセル本体２１の内部に位置している。また、内部流路２６Ｒにおいて試料導入口２６Ｒ１と試料導出口２６Ｒ２との間には、測定試料を一時的に保持する保持流路部２６Ｒ３と、当該保持流路部２６Ｒ３の下流側に設けられ、試料導出口２６Ｒ２に連通する拡大流路部２６Ｒ４とが設けられている。なお、試料導入口２６Ｒ１と保持流路部２６Ｒ３は、測定セル２の回転軸方向に沿って設けられており、拡大流路部２６Ｒ４は、測定セル２に加わる遠心力方向（回転径方向）に沿って設けられている。
　このように構成された測定セル２に測定試料を導入する場合には、図１２（１）に示すように、セル本体２１にセルキャップ２６を取り付けた状態で、試料導入口２６Ｒ１から測定試料を導入する。導入後において測定試料は、保持流路部２６Ｒ３に保持される（図１２（２）参照）。また、導入後において試料導入口２６Ｒ１は、蓋体２７により閉塞しても良い。この蓋体２７により試料導入口２６Ｒ１を閉塞することによって、測定試料の蒸発を防ぐとともに、内部流路２６Ｒに空気溜まりができて密度勾配液が内部流路２６Ｒ側に漏れ出ることを防ぐことができる。その後、測定セル２を回転させると、測定試料は遠心力を受けて、保持流路部２６Ｒ３から拡大流路部２６Ｒ４に移動する。このとき、図１２（３）に示すように、拡大流路部２６Ｒ４において、保持流路部２６Ｒ３からの測定試料が広がり、試料導出口２６Ｒ２から密度勾配溶液に導入されることになる。これにより、ストリーミング現象が起きないようにできる。なお、拡大流路部２６Ｒ４が無く、内部流路２６Ｒが単一径の場合には、測定試料が塊となって密度勾配液に導入され、ストリーミング現象によって、粒径分布を精度良く測定できないなどの問題が生じてしまう。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
　本発明によれば、ラインスタート法による粒径分布測定を行う粒径分布測定装置においてセルの洗浄を簡単にすることができる。

Claims (9)

  1. 　密度勾配が形成された溶液である密度勾配溶液を収容するセルと、
    　前記セルに対して密度勾配の小さい方から大きい方に向かって遠心力が加わるように回転させるセル回転機構と、
    　前記セル回転機構より回転している前記セル内に測定試料を導入する試料導入機構とを備え、
    　前記セルは、装置本体から着脱可能に構成されている、遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  2. 　前記セル回転機構は、前記セルが取り付けられるセル保持体を有しており、
    　前記セルは、前記セル保持体に対して着脱可能に構成されている、請求項１記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  3. 　前記試料導入機構は、前記セル回転機構に設けられ、一端部が前記セルに接続され、他端部が前記セル回転機構の回転中心部において開口する試料導入管を有する、請求項１又は２記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  4. 　前記試料導入機構は、前記セル回転機構の外部に設けられ、前記試料導入管の他端部に対して進退可能に設けられた試料導入針と、前記試料導入針を退避方向に付勢する弾性体とを有し、
    　前記試料導入針が前記試料導入管の他端部に進入した状態で前記測定試料が導入される、請求項３記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  5. 　前記セルは、前記密度勾配溶液と導入された前記測定試料とを仕切る仕切り膜と、前記セル回転機構の回転数が所定値以上となった場合に前記仕切り膜を破る破断機構とを有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  6. 　ラインスタート法と一様沈降法とが切り替え可能に構成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  7. 　前記試料導入機構を用いたラインスタート法の開始タイミングを報知する報知部を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  8. 　前記セル回転機構による前記セルの回転通過領域を挟んで設けられた光源及び光検出器をさらに備え、
    　前記光源と前記回転通過領域との間、又は、前記光検出器と前記回転通過領域との間に集光レンズが設けられている、請求項１乃至７の何れか一項に記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
  9. 　前記光源は、ＬＥＤであり、その電極の配線方向は、前記セルの回転方向に沿うように設けられている、請求項８記載の遠心沈降式の粒径分布測定装置。
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