粒子径測定装置
【課題】 レーザ光源の光軸を正確に調整しなくても、第ｎ次の回折光強度を検出することができる粒子径測定装置を提供すること。
【解決手段】 検出器５１で検出された第ｎ次の回折光強度の時間変化に基づいて、被測定粒子群の拡散係数を算出して、粒子径を算出する粒子径算出部３５を備える粒子径測定装置１０であって、検出器５１は、２次元的に配列された複数の受光素子５１ａからなり、粒子径算出部３５は、電源３から電極２に印加する電圧を停止する前に得られた複数の受光素子５１ａからの回折光強度のうちから、最大の回折光強度を検出した受光素子５１ａ’又は受光素子５１ａ’を含む周辺の受光素子群５１ａ’、５１ａを選択し、選択した受光素子５１ａ’又は受光素子群５１ａ’、５１ａを用いて、第ｎ次の回折光強度の時間変化を得る。
【解決手段】 検出器５１で検出された第ｎ次の回折光強度の時間変化に基づいて、被測定粒子群の拡散係数を算出して、粒子径を算出する粒子径算出部３５を備える粒子径測定装置１０であって、検出器５１は、２次元的に配列された複数の受光素子５１ａからなり、粒子径算出部３５は、電源３から電極２に印加する電圧を停止する前に得られた複数の受光素子５１ａからの回折光強度のうちから、最大の回折光強度を検出した受光素子５１ａ’又は受光素子５１ａ’を含む周辺の受光素子群５１ａ’、５１ａを選択し、選択した受光素子５１ａ’又は受光素子群５１ａ’、５１ａを用いて、第ｎ次の回折光強度の時間変化を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的手法（例えば、誘導回折格子法（ＩＧ法）等）を用いて被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径測定装置に関し、特に媒体中で形成した被測定粒子群の粒子密度分布による過渡的な回折格子（以下、「密度回折格子」ともいう）を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体（例えば、水等の液体や、ゲル等）中に分散させた粒子群の粒子径ｄの測定は、製薬や化学や研磨剤やセラミックスや顔料等の粒子径ｄが品質に影響を与える製品について行われている。さらに、粒子径ｄが１００ｎｍ以下である粒子は、一般にナノ粒子と称され、同じ材質であっても通常のバルク物質とは異なる性質を表すことから、さまざまな分野で利用され始めている。
【０００３】
ナノ粒子の粒子径ｄを測定する測定方法として、媒体中に粒子群を分散させた試料に、空間周期パターンを有する電界分布を発生させることによって、粒子群を誘電泳動作用（若しくは電気泳動作用）で移動させることで、媒体中に粒子群の密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ密度回折格子を形成させて、この密度回折格子にレーザ光（測定光）を照射することによって、密度回折格子による第ｎ次の回折光強度Ｉ０を検出した後、電界分布を発生させることを停止（若しくは変調）することによって、媒体中で粒子群を拡散させることでぼやけていく密度回折格子による第ｎ次の回折光強度Ｉｔの時間変化を計測することにより、粒子群の拡散係数Ｄを算出し、さらには拡散係数Ｄから粒子径ｄを算出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ｎは１以上の整数を表している。
【０００４】
このような測定方法によれば、粒子径ｄが小さくなればなるほど拡散係数Ｄが大きくなるので、形成した密度回折格子が早く消失することを利用している。つまり、電界分布を発生させることを停止した拡散開始時間ｔ０から密度回折格子が消失するときまでの間、試料にレーザ光を照射して第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出しつづけることにより、第ｎ次の回折光強度Ｉｔの時間変化を計測している。
図６（ａ）は、電圧Ｖと時間ｔとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、回折光強度Ｉと時間ｔとの関係を示すグラフである。
【０００５】
そして、回折光強度Ｉｔの時間変化から拡散係数Ｄを算出するために、下記式（１）を用いている。
Ｉｔ＝Ｉ０ｅｘｐ（−２Ｄｑ２ｔ）・・・・・（１）
ここで、ｑ＝２π／Λ、ｔは拡散開始時間ｔ０から経過した時間、Ｉ０は拡散開始時間ｔ０に検出された回折光強度、Ｉｔは時間ｔに検出された回折光強度、Λは密度回折格子の格子間隔である。
【０００６】
次に、拡散係数Ｄを算出したら、下記式（２）で示すアインシュタインストークスの関係を用いて、絶対温度Ｔと媒体の粘度μとを入力することにより、拡散係数Ｄから粒子径ｄを算出している。
Ｄ＝ ＫＢＴ／ ３πμｄ ・・・・・（２）
ここで、ＫＢはボルツマン定数である。
【０００７】
図８は、このような測定方法を用いる粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。また、図２は、試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図であり、図９は、検出光学系の一例を示す図である。
粒子径測定装置１００は、試料が収容される試料キュベット１と、試料キュベット１に設けられている電極対２に対して交流電圧を印加する交流電源３と、試料キュベット１に対してレーザ光（測定光）を照射するレーザ光源４と、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出するための検出光学系１５０と、粒子径測定装置１００全体を制御する制御部７０とを備える。
【０００８】
試料キュベット１は、長方形状の底面１２と、４個の側壁１１とを有するガラス製のものであり、光透過性を有する。そして、試料キュベット１の内部には、試料が収容されるようになっている。
試料キュベット１の一つの側壁１１の表面（内面）には、電極対２が形成されている。図３は、電極対２が形成された側壁１１の一例を示す平面図であり、図４は、試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
電極対２は、左側電極２１と右側電極２２とからなる。
左側電極２１は、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２１ａが間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片２１ａの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部２１ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
右側電極２２についても左側電極２１と同様であり、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２２が間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片２２ａの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部２２ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
そして、電極片２１ａと電極片２２ａとの各間隔が、それぞれ一定距離Ｓ（例えば、１μｍ）を空けて配置される。
また、接続部２１ｂの上端部と接続部２２ｂの上端部とには、交流電源３が接続される。
【０００９】
これにより、電極対２に交流電源３からの交流電圧が印加されることにより、試料キュベット１内に電界分布が形成される。すると、電気力線が集中する電極片２１ａと電極片２２ａとの間に、誘電泳動によって被測定粒子群が凝集する。一方、電極片２１ａと電極片２１ａとの間と、電極片２２ａと電極片２２ａとの間とには、誘電泳動によって被測定粒子群が存在しなくなる。よって、被測定粒子群が凝集する領域Ｐは、格子間隔Λとなるように形成される（図４（ａ）参照）。すなわち、被測定粒子群が凝集する領域Ｐは、他の領域より粒子密度が高くなり、屈折率が異なることから、格子間隔Λの密度回折格子が形成される。
また、電極対２に交流電源３からの交流電圧が印加されなければ、試料キュベット１内に電界分布が形成されないので、電気力線が集中する領域もなく、被測定粒子群は媒体中で均一に存在する（図４（ｂ）参照）。すなわち、粒子密度が均一になり、屈折率が同じになっている。
【００１０】
なお、電極対２の材料としては、例えば、ＩＴＯ等が挙げられ、ＩＴＯの屈折率は２．０程度であり、試料キュベット１の側壁１１の材料として高屈折率ガラス（例えば、商品名「ｓ−ＬＡＨ７９」；オハラ社製；屈折率２．０）を用いることで、電極対２と側壁１１との屈折率差をなくすことにより、レーザ光の照射時に電極対２による回折光が発生することを抑えることができる。
【００１１】
交流電源３には、被測定粒子群に誘電泳動を引き起こすことができる電圧、周波数の交流電源が用いられる。例えば、１〜１００Ｖ、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の交流電圧が印加できる交流電源等を使用する。
レーザ光源４は、被測定粒子群に応じて種類を選択すればよいが、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源（波長λ＝０．６３２８μｍ）である。そして、試料キュベット１にレーザ光が照射される。
【００１２】
検出光学系１５０は、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出する検出器１５１と、不要なノイズ光を避けるために直径１ｍｍの円形状（面積：０．７８５ｍｍ２）のピンホール１５２ａを有するピンホール板１５２と、レーザ光源４の光軸Ｌの位置を把握するための光軸調整用受光部１５３とからなる。
検出器１５１は、１個のフォトダイオード（受光素子）からなる。そして、検出器１５１の直前には、レーザ光源４から出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した次数ｎの回折光のみを検出するように、ピンホール１５２ａが配置される。
ここで、密度回折格子の格子間隔Λ、レーザ光の波長λ、回折角θ、次数ｎとすると、下記式（３）が成立する。
ｎλ＝Λ・ｓｉｎθ・・・・・（３）
よって、例えば、λ＝０．６３２８μｍ、Λ＝３μｍとしたとき、ｎ＝１次の回折光はθ≒１２°に現れるので、光軸Ｌに対して角度θ≒１２°となる光が、ピンホール１５２ａを通過するように、ピンホール板１５２が配置される。
【００１３】
ところで、光軸Ｌに対して角度θとなる光が、ピンホール１５２ａを通過するように、ピンホール板１５２を配置するためには、レーザ光源４の光軸Ｌ（ｎ＝０）の位置を把握する必要がある。そのため、粒子径測定装置１００には、例えば、４個のフォトダイオード（受光素子）１５３ａからなる光軸調整用受光部１５３が設けられている。光軸調整用受光部１５３の受光面の面積は、３ｍｍ×３ｍｍ（＝９ｍｍ２）であり、光軸調整用受光部１５３の受光面に、三角形状のフォトダイオード１５３ａが光軸調整用受光部１５３の受光面の中心に頂角が来るように配置されている。そして、４個のフォトダイオード１５３ａでそれぞれ検出される光強度の大きさが等しくなるように、光軸調整用受光部１５３を移動させることで、光軸調整用受光部１５３の中心にレーザ光源４の光軸Ｌが来るように光軸合わせが行われている。このように光軸調整用受光部１５３を用いて、レーザ光源４の光軸Ｌの位置を把握することにより、光軸Ｌに対して角度θとなる光のみが、ピンホール１５２ａを通過するように、ピンホール板１５２を配置している。
【特許文献１】特開２００６−８４２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、第ｎ次の回折光が、直径１ｍｍの円形状のピンホール１５２ａを通過するようにするためには、レーザ光源４の光軸Ｌを正確に把握する必要があり、すなわち、光軸調整用受光部１５３の中心にレーザ光源４の光軸Ｌが正確に来るように光軸合わせを行う必要があり、非常に手間がかかった。
なお、光軸調整用受光部１５３のほぼ中心にレーザ光源４の光軸Ｌが来るように光軸合わせを行えばよくなるように、ピンホール１５２ａの直径を１ｍｍより大きくすることで、第ｎ次の回折光が、ピンホール１５２ａを通過するようにすることも考えられるが、ピンホール１５２ａの直径を１ｍｍより大きくすると、多量のノイズ光もピンホール１５２ａを通過してしまうという問題点がある。
そこで、本発明は、レーザ光源の光軸を正確に把握する必要もなく、第ｎ次の回折光強度を検出することができる粒子径測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた本発明の粒子径測定装置は、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、交流電圧又は直流電圧を印加する電源と、前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による第ｎ次の回折光強度を検出する検出器と、前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、前記検出器で検出された第ｎ次の回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置であって、前記検出器は、並べられた複数の受光素子からなり、前記粒子径算出部は、前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調する前に得られた複数の受光素子からの回折光強度のうちから、最大の回折光強度を検出した受光素子又は当該受光素子を含む周辺の受光素子群を選択し、選択した受光素子又は受光素子群を用いて、第ｎ次の回折光強度の時間変化を得るようにしている。
【００１６】
ここで、「電気的な泳動」としては、例えば、荷電した被測定粒子群に直流電圧を印加して電気的に被測定粒子群を泳動させる静電泳動や、分極した被測定粒子群に交流電圧を印加して電気的に被測定粒子群を泳動させる誘電泳動等が挙げられる。
また、「測定光」としては、レーザ光が好ましいが、これに限らず、ＬＥＤによる光、分光器で分光された光、干渉フィルタやバンドパスフィルタ等で波長範囲が制限された光を用いてもよい。
また、「媒体」としては、内部で被測定粒子群が泳動できるものであればよく、例えば、水や油等の液体や、ゲルや、固体等が挙げられる。
そして、「回折光強度」とは、検出器で検出される数値そのものではなくてもよく、密度回折格子を形成する前に既に検出されている初期余剰光の光強度が存在する場合もあるので、検出器で検出される数値と初期余剰光の数値との差分であることが好ましい。
【００１７】
本発明の粒子径測定装置によれば、検出器は、並べられた複数の受光素子からなる検出器を備える。これにより、複数の受光素子のいずれかが、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出すればよくなるので、光源の光軸Ｌを正確に把握する必要がなく、検出器を配置することができるようになっている。しかしながら、光源の光軸Ｌを正確に把握していないので、複数の受光素子のいずれが、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出しているかがわからないことになる。
そこで、本発明の粒子径測定装置では、まず、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料をセル内に収容する。次に、電源からの電圧を電極に印加することにより、セル内の空間に対して空間周期的に変化する電界を形成する。すると、被測定粒子群に電気的な泳動が生じることで、電界の空間周期に対応するように密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ空間周期的な濃度変化が発生し、すなわち被測定粒子群による密度回折格子が形成される。次に、密度回折格子が形成された試料に向けて光源から測定光を照射することで、密度回折格子による回折光が生じる。このとき、密度回折格子が安定して形成されているので、回折光強度Ｉｔは強くなっている。
【００１８】
次に、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出している受光素子を特定することになるが、複数の受光素子からの光強度Ｉｔのうちから、最大の光強度Ｉｔを検出した受光素子又はその受光素子を含む周辺の受光素子群を選択する。つまり、複数の受光素子から、不要なノイズ光を検出している受光素子群を除外する。その結果、この特定した受光素子又は受光素子群を用いて、第ｎ次の回折光強度Ｉｔの時間変化を得ることになる。
次に、印加電圧制御部が、電極へ印加する電圧を停止又は変調することにより、空間周期的に変化する電界が消失するので、被測定粒子群は徐々に拡散していくことになる。つまり、密度回折格子が崩れてぼやけるようになる。そして、特定した受光素子又は受光素子群によって回折光強度Ｉｔの時間変化を検出する。これにより、電圧を停止又は変調した拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとの関係が得られる。
なお、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出している受光素子を特定するには、電極へ印加する電圧を停止又は変調する前から、電極へ印加する電圧を停止又は変調することにより、媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせた後までの複数の受光素子からの光強度Ｉｔの時間変化を記憶しておき、記憶した複数の受光素子からの光強度Ｉｔを用いて受光素子又はその受光素子を含む周辺の受光素子群を選択してもよい。
最後に、粒子径算出部は、拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとに基づいて、上記式（１）及び式（２）を用いて被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の粒子径測定装置によれば、光源の光軸Ｌを正確に把握する必要もなく、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出することができる。さらに、光軸調整用受光部等を設ける必要がなくなるので、コストを下げることができる。
【００２０】
（その他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記検出器の受光面に、前記受光素子がＸ行Ｙ列で配列されているようにしてもよい。
本発明の粒子径測定装置によれば、受光素子がＸ行Ｙ列で配列されているので、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを確実に見つけ出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
図１は、本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。また、図７は、本発明に係る検出光学系の一例を示す図である。なお、粒子径測定装置１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態は、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を測定することにより、被測定粒子群の粒子径ｄの分布を算出するものである。また、媒体の粘度μは既知であるものを使用している。そして、交流電圧を印加して誘電泳動により分極した被測定粒子群を媒体中で泳動させるものとする。
【００２２】
粒子径測定装置１０は、試料が収容される試料キュベット１と、試料キュベット１に設けられている電極対２に対して交流電圧を印加する交流電源３と、試料キュベット１に対してレーザ光を照射するレーザ光源４と、第１次の回折光強度Ｉｔを検出するための検出光学系５０と、粒子径測定装置１０全体を制御する制御部７とを備える。
【００２３】
検出光学系５０は、第１次の回折光強度Ｉｔを検出する検出器５１と、レーザ光が外部に漏れることを防止するビームストッパ５２とからなる。
ビームストッパ５２は、試料キュベット１を通過したレーザ光が外部に漏れることを防止するために、光軸Ｌ上に配置される。なお、ビームストッパ５２は、円形状であり、その直径は２ｍｍとなっている。
【００２４】
検出器５１は、６４個のフォトダイオード（受光素子）５１ａからなる。１個のフォトダイオード５１ａの受光面の面積は、０．２ｍｍ×０．２ｍｍ（＝０．０４ｍｍ２）であり、６４個のフォトダイオード５１ａが、８列８行に配列されることにより、検出器５１の受光面の面積は、１．６ｍｍ×１．６ｍｍ（＝２．５６ｍｍ２）となっている。
これにより、検出器５１の受光面の面積が、２．５６ｍｍ２と大きくなっているので、レーザ光源４の光軸Ｌを正確に把握することなく、６４個のフォトダイオード５１ａのいずれかが、レーザ光源４から出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した第１次の回折光を検出することができる位置に、配置されるようになっている。
そして、６４個のフォトダイオード５１ａでそれぞれ検出された光強度Ｉｔの出力は、増幅器６で増幅された後、制御部７にデジタル化されて取り込まれるようになっている。
【００２５】
制御部７は、ＣＰＵを備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置（図示せず）と、キーボードやマウス等を有する入力装置（図示せず）とが連結されている。
また、ＣＰＵが処理する機能をブロック化して説明すると、交流電源３の制御を行う印加電圧制御部３１と、レーザ光源４の制御を行うレーザ光源制御部３２と、光強度Ｉｔを取り込む光強度取得制御部３６と、粒子径ｄの分布を算出する粒子径算出部３５とからなる。
【００２６】
印加電圧制御部３１は、電極対２に交流電圧を印加（ＯＮ）したり印加停止（ＯＦＦ）したりするように交流電源３の制御を行う（図６（ａ）参照）。
これにより、印加電圧制御部３１が、交流電源３から電極対２に交流電圧を印加すると、上述したように試料キュベット１内に電界分布が形成されるので、充分な時間、交流電圧を印加することにより、安定した密度回折格子を形成することができるようになっている。そして、安定した密度回折格子を形成した後、交流電圧を印加停止すれば、試料キュベット１内に電界分布が形成されなくなるので、交流電圧を印加停止した時間が拡散開始時間ｔ０として、密度回折格子を崩してぼやけさせていくことができるようになっている。
レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）したり照射停止（ＯＦＦ）したりするようにレーザ光源４の制御を行う。
【００２７】
光強度取得制御部３６は、６４個のフォトダイオード５１ａでそれぞれ検出された光強度Ｉｔを所定の時間間隔で取得して、第１次の回折光強度Ｉｔを検出していく制御を行う。
ところで、粒子径測定装置１０では、レーザ光源４の光軸Ｌを調整していないので、６４個のフォトダイオード５１ａのいずれが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているかがわからない。そこで、光強度取得制御部３６は、交流電源３から電極対２に印加する電圧を印加停止（ＯＦＦ）する前に、密度回折格子が安定して形成されていることにより、回折光強度Ｉｔは強くなっているので、６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔのうちから、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオード５１ａ’を特定し、さらに特定した１個のフォトダイオード５１ａ’を中心とする３行３列のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａを選択する。これにより、この９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする。
そして、交流電源３から電極対２に印加する電圧を印加停止（ＯＦＦ）した後には、９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａで検出された光強度Ｉｔの時間変化を、第一次の回折光強度Ｉｔの時間変化として得る。
なお、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出しているフォトダイオード５１ａを特定するには、電極対２へ印加する電圧を停止する前から、電極対２へ印加する電圧を停止することにより、媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせた後までの６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔの時間変化をメモリ等に記憶しておき、記憶した６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔを用いて９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａを選択してもよい。
粒子径算出部３５は、光強度取得制御部３６で得られた第１次の回折光強度Ｉｔの時間変化に基づいて、上記式（１）及び式（２）を用いて被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する制御を行う。
【００２８】
次に、粒子径測定装置１０により粒子径ｄの分布を算出する算出方法について説明する。図５は、算出方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を試料キュベット１に収容する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、印加電圧制御部３１は、電極対２に交流電圧を印加するように交流電源３の制御を行う。つまり、密度回折格子が形成される。
【００２９】
次に、ステップＳ１０３の処理において、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、光強度取得制御部３６は、６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔを取得する。
次に、ステップＳ１０５の処理において、光強度取得制御部３６は、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオード５１ａ’を特定し、さらに特定した１個のフォトダイオード５１ａ’を中心とする９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａを選択する。
【００３０】
次に、ステップＳ１０６の処理において、印加電圧制御部３１は、電極対２に交流電圧を印加停止するように交流電源３の制御を行う。つまり、密度回折格子が崩れてぼやけていく。このとき、拡散開始時間ｔ０となり、９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａで検出された回折光強度Ｉｔが回折光強度Ｉ０となる。
次に、ステップＳ１０７の処理において、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射停止（ＯＦＦ）する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０８の処理において、粒子径算出部３５は、拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとに基づいて、被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する。
そして、ステップＳ１０８の処理を終了したときには、本フローチャートを終了させる。
【００３２】
以上のように、本発明の粒子径測定装置１０によれば、レーザ光源４の光軸Ｌを正確に把握する必要もなく、第１次の回折光強度Ｉｔを検出することができる。さらに、光軸調整用受光部等を設ける必要がなくなるので、コストを下げることができる。
【００３３】
（他の実施形態）
（１）上述した粒子径測定装置１０では、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオード５１ａ’を中心とする３行３列のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成を示したが、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオードのみが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成としてもよく、順番に大きな４個の光強度Ｉｔを検出した４個のフォトダイオードが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成としてもよい。
（２）上述した粒子径測定装置１０では、検出器５１が、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成を示したが、第２次やさらに高次の回折光強度Ｉｔを検出するものとする構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の粒子径測定装置は、媒体中で形成した被測定粒子群による密度回折格子を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
【図２】試料キュベットの一例を示す斜視図である。
【図３】電極対が形成された側壁の一例を示す平面図である。
【図４】試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
【図５】算出方法について説明するためのフローチャートである。
【図６】電圧と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。
【図７】本発明に係る検出光学系の一例を示す図である。
【図８】従来の粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
【図９】従来の検出光学系の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 試料キュベット（セル）
２ 電極対
３ 交流電源
４ レーザ光源
１０ 粒子径測定装置
３１ 印加電圧制御部
３５ 粒子径算出部
５１ 検出器
５１ａ、５１ａ’ フォトダイオード（受光素子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的手法（例えば、誘導回折格子法（ＩＧ法）等）を用いて被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径測定装置に関し、特に媒体中で形成した被測定粒子群の粒子密度分布による過渡的な回折格子（以下、「密度回折格子」ともいう）を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体（例えば、水等の液体や、ゲル等）中に分散させた粒子群の粒子径ｄの測定は、製薬や化学や研磨剤やセラミックスや顔料等の粒子径ｄが品質に影響を与える製品について行われている。さらに、粒子径ｄが１００ｎｍ以下である粒子は、一般にナノ粒子と称され、同じ材質であっても通常のバルク物質とは異なる性質を表すことから、さまざまな分野で利用され始めている。
【０００３】
ナノ粒子の粒子径ｄを測定する測定方法として、媒体中に粒子群を分散させた試料に、空間周期パターンを有する電界分布を発生させることによって、粒子群を誘電泳動作用（若しくは電気泳動作用）で移動させることで、媒体中に粒子群の密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ密度回折格子を形成させて、この密度回折格子にレーザ光（測定光）を照射することによって、密度回折格子による第ｎ次の回折光強度Ｉ０を検出した後、電界分布を発生させることを停止（若しくは変調）することによって、媒体中で粒子群を拡散させることでぼやけていく密度回折格子による第ｎ次の回折光強度Ｉｔの時間変化を計測することにより、粒子群の拡散係数Ｄを算出し、さらには拡散係数Ｄから粒子径ｄを算出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ｎは１以上の整数を表している。
【０００４】
このような測定方法によれば、粒子径ｄが小さくなればなるほど拡散係数Ｄが大きくなるので、形成した密度回折格子が早く消失することを利用している。つまり、電界分布を発生させることを停止した拡散開始時間ｔ０から密度回折格子が消失するときまでの間、試料にレーザ光を照射して第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出しつづけることにより、第ｎ次の回折光強度Ｉｔの時間変化を計測している。
図６（ａ）は、電圧Ｖと時間ｔとの関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、回折光強度Ｉと時間ｔとの関係を示すグラフである。
【０００５】
そして、回折光強度Ｉｔの時間変化から拡散係数Ｄを算出するために、下記式（１）を用いている。
Ｉｔ＝Ｉ０ｅｘｐ（−２Ｄｑ２ｔ）・・・・・（１）
ここで、ｑ＝２π／Λ、ｔは拡散開始時間ｔ０から経過した時間、Ｉ０は拡散開始時間ｔ０に検出された回折光強度、Ｉｔは時間ｔに検出された回折光強度、Λは密度回折格子の格子間隔である。
【０００６】
次に、拡散係数Ｄを算出したら、下記式（２）で示すアインシュタインストークスの関係を用いて、絶対温度Ｔと媒体の粘度μとを入力することにより、拡散係数Ｄから粒子径ｄを算出している。
Ｄ＝ ＫＢＴ／ ３πμｄ ・・・・・（２）
ここで、ＫＢはボルツマン定数である。
【０００７】
図８は、このような測定方法を用いる粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。また、図２は、試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図であり、図９は、検出光学系の一例を示す図である。
粒子径測定装置１００は、試料が収容される試料キュベット１と、試料キュベット１に設けられている電極対２に対して交流電圧を印加する交流電源３と、試料キュベット１に対してレーザ光（測定光）を照射するレーザ光源４と、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出するための検出光学系１５０と、粒子径測定装置１００全体を制御する制御部７０とを備える。
【０００８】
試料キュベット１は、長方形状の底面１２と、４個の側壁１１とを有するガラス製のものであり、光透過性を有する。そして、試料キュベット１の内部には、試料が収容されるようになっている。
試料キュベット１の一つの側壁１１の表面（内面）には、電極対２が形成されている。図３は、電極対２が形成された側壁１１の一例を示す平面図であり、図４は、試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
電極対２は、左側電極２１と右側電極２２とからなる。
左側電極２１は、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２１ａが間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片２１ａの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部２１ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
右側電極２２についても左側電極２１と同様であり、幅Ｌ（例えば、１μｍ）の直線状の電極片２２が間隔を空けて平行に並べられるとともに、これらの電極片２２ａの外側の片側端どうしを電気的に接続する直線状の接続部２２ｂが設けられ、いわゆる櫛型電極を形成している。
そして、電極片２１ａと電極片２２ａとの各間隔が、それぞれ一定距離Ｓ（例えば、１μｍ）を空けて配置される。
また、接続部２１ｂの上端部と接続部２２ｂの上端部とには、交流電源３が接続される。
【０００９】
これにより、電極対２に交流電源３からの交流電圧が印加されることにより、試料キュベット１内に電界分布が形成される。すると、電気力線が集中する電極片２１ａと電極片２２ａとの間に、誘電泳動によって被測定粒子群が凝集する。一方、電極片２１ａと電極片２１ａとの間と、電極片２２ａと電極片２２ａとの間とには、誘電泳動によって被測定粒子群が存在しなくなる。よって、被測定粒子群が凝集する領域Ｐは、格子間隔Λとなるように形成される（図４（ａ）参照）。すなわち、被測定粒子群が凝集する領域Ｐは、他の領域より粒子密度が高くなり、屈折率が異なることから、格子間隔Λの密度回折格子が形成される。
また、電極対２に交流電源３からの交流電圧が印加されなければ、試料キュベット１内に電界分布が形成されないので、電気力線が集中する領域もなく、被測定粒子群は媒体中で均一に存在する（図４（ｂ）参照）。すなわち、粒子密度が均一になり、屈折率が同じになっている。
【００１０】
なお、電極対２の材料としては、例えば、ＩＴＯ等が挙げられ、ＩＴＯの屈折率は２．０程度であり、試料キュベット１の側壁１１の材料として高屈折率ガラス（例えば、商品名「ｓ−ＬＡＨ７９」；オハラ社製；屈折率２．０）を用いることで、電極対２と側壁１１との屈折率差をなくすことにより、レーザ光の照射時に電極対２による回折光が発生することを抑えることができる。
【００１１】
交流電源３には、被測定粒子群に誘電泳動を引き起こすことができる電圧、周波数の交流電源が用いられる。例えば、１〜１００Ｖ、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度の交流電圧が印加できる交流電源等を使用する。
レーザ光源４は、被測定粒子群に応じて種類を選択すればよいが、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源（波長λ＝０．６３２８μｍ）である。そして、試料キュベット１にレーザ光が照射される。
【００１２】
検出光学系１５０は、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出する検出器１５１と、不要なノイズ光を避けるために直径１ｍｍの円形状（面積：０．７８５ｍｍ２）のピンホール１５２ａを有するピンホール板１５２と、レーザ光源４の光軸Ｌの位置を把握するための光軸調整用受光部１５３とからなる。
検出器１５１は、１個のフォトダイオード（受光素子）からなる。そして、検出器１５１の直前には、レーザ光源４から出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した次数ｎの回折光のみを検出するように、ピンホール１５２ａが配置される。
ここで、密度回折格子の格子間隔Λ、レーザ光の波長λ、回折角θ、次数ｎとすると、下記式（３）が成立する。
ｎλ＝Λ・ｓｉｎθ・・・・・（３）
よって、例えば、λ＝０．６３２８μｍ、Λ＝３μｍとしたとき、ｎ＝１次の回折光はθ≒１２°に現れるので、光軸Ｌに対して角度θ≒１２°となる光が、ピンホール１５２ａを通過するように、ピンホール板１５２が配置される。
【００１３】
ところで、光軸Ｌに対して角度θとなる光が、ピンホール１５２ａを通過するように、ピンホール板１５２を配置するためには、レーザ光源４の光軸Ｌ（ｎ＝０）の位置を把握する必要がある。そのため、粒子径測定装置１００には、例えば、４個のフォトダイオード（受光素子）１５３ａからなる光軸調整用受光部１５３が設けられている。光軸調整用受光部１５３の受光面の面積は、３ｍｍ×３ｍｍ（＝９ｍｍ２）であり、光軸調整用受光部１５３の受光面に、三角形状のフォトダイオード１５３ａが光軸調整用受光部１５３の受光面の中心に頂角が来るように配置されている。そして、４個のフォトダイオード１５３ａでそれぞれ検出される光強度の大きさが等しくなるように、光軸調整用受光部１５３を移動させることで、光軸調整用受光部１５３の中心にレーザ光源４の光軸Ｌが来るように光軸合わせが行われている。このように光軸調整用受光部１５３を用いて、レーザ光源４の光軸Ｌの位置を把握することにより、光軸Ｌに対して角度θとなる光のみが、ピンホール１５２ａを通過するように、ピンホール板１５２を配置している。
【特許文献１】特開２００６−８４２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、第ｎ次の回折光が、直径１ｍｍの円形状のピンホール１５２ａを通過するようにするためには、レーザ光源４の光軸Ｌを正確に把握する必要があり、すなわち、光軸調整用受光部１５３の中心にレーザ光源４の光軸Ｌが正確に来るように光軸合わせを行う必要があり、非常に手間がかかった。
なお、光軸調整用受光部１５３のほぼ中心にレーザ光源４の光軸Ｌが来るように光軸合わせを行えばよくなるように、ピンホール１５２ａの直径を１ｍｍより大きくすることで、第ｎ次の回折光が、ピンホール１５２ａを通過するようにすることも考えられるが、ピンホール１５２ａの直径を１ｍｍより大きくすると、多量のノイズ光もピンホール１５２ａを通過してしまうという問題点がある。
そこで、本発明は、レーザ光源の光軸を正確に把握する必要もなく、第ｎ次の回折光強度を検出することができる粒子径測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた本発明の粒子径測定装置は、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、交流電圧又は直流電圧を印加する電源と、前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による第ｎ次の回折光強度を検出する検出器と、前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、前記検出器で検出された第ｎ次の回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置であって、前記検出器は、並べられた複数の受光素子からなり、前記粒子径算出部は、前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調する前に得られた複数の受光素子からの回折光強度のうちから、最大の回折光強度を検出した受光素子又は当該受光素子を含む周辺の受光素子群を選択し、選択した受光素子又は受光素子群を用いて、第ｎ次の回折光強度の時間変化を得るようにしている。
【００１６】
ここで、「電気的な泳動」としては、例えば、荷電した被測定粒子群に直流電圧を印加して電気的に被測定粒子群を泳動させる静電泳動や、分極した被測定粒子群に交流電圧を印加して電気的に被測定粒子群を泳動させる誘電泳動等が挙げられる。
また、「測定光」としては、レーザ光が好ましいが、これに限らず、ＬＥＤによる光、分光器で分光された光、干渉フィルタやバンドパスフィルタ等で波長範囲が制限された光を用いてもよい。
また、「媒体」としては、内部で被測定粒子群が泳動できるものであればよく、例えば、水や油等の液体や、ゲルや、固体等が挙げられる。
そして、「回折光強度」とは、検出器で検出される数値そのものではなくてもよく、密度回折格子を形成する前に既に検出されている初期余剰光の光強度が存在する場合もあるので、検出器で検出される数値と初期余剰光の数値との差分であることが好ましい。
【００１７】
本発明の粒子径測定装置によれば、検出器は、並べられた複数の受光素子からなる検出器を備える。これにより、複数の受光素子のいずれかが、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出すればよくなるので、光源の光軸Ｌを正確に把握する必要がなく、検出器を配置することができるようになっている。しかしながら、光源の光軸Ｌを正確に把握していないので、複数の受光素子のいずれが、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出しているかがわからないことになる。
そこで、本発明の粒子径測定装置では、まず、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料をセル内に収容する。次に、電源からの電圧を電極に印加することにより、セル内の空間に対して空間周期的に変化する電界を形成する。すると、被測定粒子群に電気的な泳動が生じることで、電界の空間周期に対応するように密な領域と疎な領域とが周期的に並ぶ空間周期的な濃度変化が発生し、すなわち被測定粒子群による密度回折格子が形成される。次に、密度回折格子が形成された試料に向けて光源から測定光を照射することで、密度回折格子による回折光が生じる。このとき、密度回折格子が安定して形成されているので、回折光強度Ｉｔは強くなっている。
【００１８】
次に、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出している受光素子を特定することになるが、複数の受光素子からの光強度Ｉｔのうちから、最大の光強度Ｉｔを検出した受光素子又はその受光素子を含む周辺の受光素子群を選択する。つまり、複数の受光素子から、不要なノイズ光を検出している受光素子群を除外する。その結果、この特定した受光素子又は受光素子群を用いて、第ｎ次の回折光強度Ｉｔの時間変化を得ることになる。
次に、印加電圧制御部が、電極へ印加する電圧を停止又は変調することにより、空間周期的に変化する電界が消失するので、被測定粒子群は徐々に拡散していくことになる。つまり、密度回折格子が崩れてぼやけるようになる。そして、特定した受光素子又は受光素子群によって回折光強度Ｉｔの時間変化を検出する。これにより、電圧を停止又は変調した拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとの関係が得られる。
なお、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出している受光素子を特定するには、電極へ印加する電圧を停止又は変調する前から、電極へ印加する電圧を停止又は変調することにより、媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせた後までの複数の受光素子からの光強度Ｉｔの時間変化を記憶しておき、記憶した複数の受光素子からの光強度Ｉｔを用いて受光素子又はその受光素子を含む周辺の受光素子群を選択してもよい。
最後に、粒子径算出部は、拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとに基づいて、上記式（１）及び式（２）を用いて被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の粒子径測定装置によれば、光源の光軸Ｌを正確に把握する必要もなく、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出することができる。さらに、光軸調整用受光部等を設ける必要がなくなるので、コストを下げることができる。
【００２０】
（その他の課題を解決するための手段および効果）
また、本発明の粒子径測定装置においては、前記検出器の受光面に、前記受光素子がＸ行Ｙ列で配列されているようにしてもよい。
本発明の粒子径測定装置によれば、受光素子がＸ行Ｙ列で配列されているので、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを確実に見つけ出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
図１は、本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。また、図７は、本発明に係る検出光学系の一例を示す図である。なお、粒子径測定装置１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
本実施形態は、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を測定することにより、被測定粒子群の粒子径ｄの分布を算出するものである。また、媒体の粘度μは既知であるものを使用している。そして、交流電圧を印加して誘電泳動により分極した被測定粒子群を媒体中で泳動させるものとする。
【００２２】
粒子径測定装置１０は、試料が収容される試料キュベット１と、試料キュベット１に設けられている電極対２に対して交流電圧を印加する交流電源３と、試料キュベット１に対してレーザ光を照射するレーザ光源４と、第１次の回折光強度Ｉｔを検出するための検出光学系５０と、粒子径測定装置１０全体を制御する制御部７とを備える。
【００２３】
検出光学系５０は、第１次の回折光強度Ｉｔを検出する検出器５１と、レーザ光が外部に漏れることを防止するビームストッパ５２とからなる。
ビームストッパ５２は、試料キュベット１を通過したレーザ光が外部に漏れることを防止するために、光軸Ｌ上に配置される。なお、ビームストッパ５２は、円形状であり、その直径は２ｍｍとなっている。
【００２４】
検出器５１は、６４個のフォトダイオード（受光素子）５１ａからなる。１個のフォトダイオード５１ａの受光面の面積は、０．２ｍｍ×０．２ｍｍ（＝０．０４ｍｍ２）であり、６４個のフォトダイオード５１ａが、８列８行に配列されることにより、検出器５１の受光面の面積は、１．６ｍｍ×１．６ｍｍ（＝２．５６ｍｍ２）となっている。
これにより、検出器５１の受光面の面積が、２．５６ｍｍ２と大きくなっているので、レーザ光源４の光軸Ｌを正確に把握することなく、６４個のフォトダイオード５１ａのいずれかが、レーザ光源４から出射されたレーザ光のうち、被測定粒子群による密度回折格子で回折した第１次の回折光を検出することができる位置に、配置されるようになっている。
そして、６４個のフォトダイオード５１ａでそれぞれ検出された光強度Ｉｔの出力は、増幅器６で増幅された後、制御部７にデジタル化されて取り込まれるようになっている。
【００２５】
制御部７は、ＣＰＵを備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置（図示せず）と、キーボードやマウス等を有する入力装置（図示せず）とが連結されている。
また、ＣＰＵが処理する機能をブロック化して説明すると、交流電源３の制御を行う印加電圧制御部３１と、レーザ光源４の制御を行うレーザ光源制御部３２と、光強度Ｉｔを取り込む光強度取得制御部３６と、粒子径ｄの分布を算出する粒子径算出部３５とからなる。
【００２６】
印加電圧制御部３１は、電極対２に交流電圧を印加（ＯＮ）したり印加停止（ＯＦＦ）したりするように交流電源３の制御を行う（図６（ａ）参照）。
これにより、印加電圧制御部３１が、交流電源３から電極対２に交流電圧を印加すると、上述したように試料キュベット１内に電界分布が形成されるので、充分な時間、交流電圧を印加することにより、安定した密度回折格子を形成することができるようになっている。そして、安定した密度回折格子を形成した後、交流電圧を印加停止すれば、試料キュベット１内に電界分布が形成されなくなるので、交流電圧を印加停止した時間が拡散開始時間ｔ０として、密度回折格子を崩してぼやけさせていくことができるようになっている。
レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）したり照射停止（ＯＦＦ）したりするようにレーザ光源４の制御を行う。
【００２７】
光強度取得制御部３６は、６４個のフォトダイオード５１ａでそれぞれ検出された光強度Ｉｔを所定の時間間隔で取得して、第１次の回折光強度Ｉｔを検出していく制御を行う。
ところで、粒子径測定装置１０では、レーザ光源４の光軸Ｌを調整していないので、６４個のフォトダイオード５１ａのいずれが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているかがわからない。そこで、光強度取得制御部３６は、交流電源３から電極対２に印加する電圧を印加停止（ＯＦＦ）する前に、密度回折格子が安定して形成されていることにより、回折光強度Ｉｔは強くなっているので、６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔのうちから、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオード５１ａ’を特定し、さらに特定した１個のフォトダイオード５１ａ’を中心とする３行３列のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａを選択する。これにより、この９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする。
そして、交流電源３から電極対２に印加する電圧を印加停止（ＯＦＦ）した後には、９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａで検出された光強度Ｉｔの時間変化を、第一次の回折光強度Ｉｔの時間変化として得る。
なお、第ｎ次の回折光強度Ｉｔを検出しているフォトダイオード５１ａを特定するには、電極対２へ印加する電圧を停止する前から、電極対２へ印加する電圧を停止することにより、媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせた後までの６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔの時間変化をメモリ等に記憶しておき、記憶した６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔを用いて９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａを選択してもよい。
粒子径算出部３５は、光強度取得制御部３６で得られた第１次の回折光強度Ｉｔの時間変化に基づいて、上記式（１）及び式（２）を用いて被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する制御を行う。
【００２８】
次に、粒子径測定装置１０により粒子径ｄの分布を算出する算出方法について説明する。図５は、算出方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を試料キュベット１に収容する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、印加電圧制御部３１は、電極対２に交流電圧を印加するように交流電源３の制御を行う。つまり、密度回折格子が形成される。
【００２９】
次に、ステップＳ１０３の処理において、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射（ＯＮ）する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、光強度取得制御部３６は、６４個のフォトダイオード５１ａからの光強度Ｉｔを取得する。
次に、ステップＳ１０５の処理において、光強度取得制御部３６は、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオード５１ａ’を特定し、さらに特定した１個のフォトダイオード５１ａ’を中心とする９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａを選択する。
【００３０】
次に、ステップＳ１０６の処理において、印加電圧制御部３１は、電極対２に交流電圧を印加停止するように交流電源３の制御を行う。つまり、密度回折格子が崩れてぼやけていく。このとき、拡散開始時間ｔ０となり、９個のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａで検出された回折光強度Ｉｔが回折光強度Ｉ０となる。
次に、ステップＳ１０７の処理において、レーザ光源制御部３２は、試料キュベット１にレーザ光を照射停止（ＯＦＦ）する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０８の処理において、粒子径算出部３５は、拡散開始時間ｔ０からの時間ｔと回折光強度Ｉｔとに基づいて、被測定粒子群の拡散係数Ｄを算出して、粒子径ｄの分布を算出する。
そして、ステップＳ１０８の処理を終了したときには、本フローチャートを終了させる。
【００３２】
以上のように、本発明の粒子径測定装置１０によれば、レーザ光源４の光軸Ｌを正確に把握する必要もなく、第１次の回折光強度Ｉｔを検出することができる。さらに、光軸調整用受光部等を設ける必要がなくなるので、コストを下げることができる。
【００３３】
（他の実施形態）
（１）上述した粒子径測定装置１０では、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオード５１ａ’を中心とする３行３列のフォトダイオード群５１ａ’、５１ａが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成を示したが、最大の光強度Ｉｔを検出した１個のフォトダイオードのみが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成としてもよく、順番に大きな４個の光強度Ｉｔを検出した４個のフォトダイオードが、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成としてもよい。
（２）上述した粒子径測定装置１０では、検出器５１が、第１次の回折光強度Ｉｔを検出しているものとする構成を示したが、第２次やさらに高次の回折光強度Ｉｔを検出するものとする構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の粒子径測定装置は、媒体中で形成した被測定粒子群による密度回折格子を利用して、被測定粒子群の拡散係数を算出し、さらには拡散係数から粒子径を算出する粒子径測定装置等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
【図２】試料キュベットの一例を示す斜視図である。
【図３】電極対が形成された側壁の一例を示す平面図である。
【図４】試料キュベットの断面の一部を示す断面図である。
【図５】算出方法について説明するためのフローチャートである。
【図６】電圧と時間との関係を示すグラフと、回折光強度と時間との関係を示すグラフとである。
【図７】本発明に係る検出光学系の一例を示す図である。
【図８】従来の粒子径測定装置の全体構成を示す概略構成ブロック図である。
【図９】従来の検出光学系の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 試料キュベット（セル）
２ 電極対
３ 交流電源
４ レーザ光源
１０ 粒子径測定装置
３１ 印加電圧制御部
３５ 粒子径算出部
５１ 検出器
５１ａ、５１ａ’ フォトダイオード（受光素子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、
交流電圧又は直流電圧を印加する電源と、
前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、
前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、
前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による第ｎ次の回折光強度を検出する検出器と、
前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、
前記検出器で検出された第ｎ次の回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置であって、
前記検出器は、並べられた複数の受光素子からなり、
前記粒子径算出部は、前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調する前に得られた複数の受光素子からの回折光強度のうちから、最大の回折光強度を検出した受光素子又は当該受光素子を含む周辺の受光素子群を選択し、選択した受光素子又は受光素子群を用いて、第ｎ次の回折光強度の時間変化を得ることを特徴とする粒子径測定装置。
【請求項２】
前記検出器の受光面に、前記受光素子がＸ行Ｙ列で配列されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子径測定装置。
【請求項１】
被測定粒子群を媒体中に分散させた試料を収容するセルと、
交流電圧又は直流電圧を印加する電源と、
前記電源からの電圧印加によりセル内に空間周期的に変化する電界を形成する電極と、
前記電界により媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせた状態で、前記試料に測定光を照射する光源と、
前記試料に測定光を照射することにより発生する回折光による第ｎ次の回折光強度を検出する検出器と、
前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせることで、前記回折光に変化を生じさせる印加電圧制御部と、
前記検出器で検出された第ｎ次の回折光強度の時間変化に基づいて、前記被測定粒子群の粒子径を算出する粒子径算出部とを備える粒子径測定装置であって、
前記検出器は、並べられた複数の受光素子からなり、
前記粒子径算出部は、前記電源から電極に印加する電圧を停止又は変調する前に得られた複数の受光素子からの回折光強度のうちから、最大の回折光強度を検出した受光素子又は当該受光素子を含む周辺の受光素子群を選択し、選択した受光素子又は受光素子群を用いて、第ｎ次の回折光強度の時間変化を得ることを特徴とする粒子径測定装置。
【請求項２】
前記検出器の受光面に、前記受光素子がＸ行Ｙ列で配列されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子径測定装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０１６５７（Ｐ２０１０−１０１６５７Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７１３１２（Ｐ２００８−２７１３１２）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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