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粒子性状の測定方法及び装置並びに測定試料の調製装置
説明

粒子性状の測定方法及び装置並びに測定試料の調製装置

【課題】固体粒子を含む試料懸濁液を前記固体粒子の性状を変化させることなく所望の濃度に希釈し、高精度の固体粒子の性状測定に資することができる粒子性状の測定方法を提供する。
【解決手段】固体粒子の性状を測定する粒子性状の測定方法であって、前記固体粒子を含む試料懸濁液中の前記固体粒子の性状が変化することがないように前記試料懸濁液を利用して前記試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製し、その後前記測定試料中の固体粒子の性状を粒子性状評価装置を用いて測定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は粒子性状の測定方法及び装置並びに測定試料の調製装置に関し、特に液相から生成した固体粒子の性状(粒子径及び/又は粒子形状、並びにそれらの分布)を測定する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、液相から固体粒子を生成、析出させる様々な固体粒子生成プロセスが提案されている。例えば、1)溶液の温度を低下させることによる液相からの固体粒子の生成プロセス、2)溶液に貧溶媒を添加することによる液相からの固体粒子の生成プロセス、3)複数の反応原料を化学反応させることによる液相からの固体粒子の生成プロセス、4)単量体を含む液体の重合反応による液相からの固体重合物の生成プロセス等である。
【0003】
かかる固体粒子生成プロセスにおいて、生成する粒子の品質を精度良く管理するためには、生成する粒子の粒子径や粒子形状等の性状を、粒子が生成している状況下で直接測定することが望まれる。特に、固体粒子が生成する過程において、時間の経過と共に、生成する粒子の性状を追跡しながら測定することができれば、固体粒子生成プロセスのメカニズム等の理解が進み、結果として生成する粒子の品質を精度良く管理することが可能になると期待される。
【0004】
液体中に分散、懸濁している固体粒子の粒子径及び/又は粒子形状、並びにそれらの分布を評価するための粒子性状評価装置としては各種の湿式の粒度分布測定装置や粒子画像解析装置が知られている(例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
【0005】
かかる粒子性状評価装置では、一般に測定用の試料懸濁液中の固体粒子濃度が、実際の液相からの固体粒子生成プロセス中の固体粒子濃度よりも相当に薄くなくては精度良い測定が困難である(主として、粒子同士の重なり合いが起こるため)。従って、液相から生成した固体粒子の性状を精度良く測定するためには、試料懸濁液を希釈し、固体粒子濃度を粒子性状の測定に適した濃度に調節する必要がある。
【0006】
一方、 液相から固体粒子が生成するプロセスからサンプリングした試料懸濁液を希釈する場合、試料懸濁液の温度や濃度などの条件の変化により、試料懸濁液中の固体粒子が溶解したり、析出したり、あるいは成長したりなど、粒子性状の測定にとって好ましくない変化が起こりやすく、測定結果に大きな誤差を生み出す原因となるという問題がある。
【0007】
なお、かかる問題は、液相から固体粒子が生成するプロセスからサンプリングした試料懸濁液を希釈する場合に限らず、一般に試料懸濁液中の固体粒子を希釈・測定する場合に共通に生起される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2006−299219号公報
【特許文献2】特開平08−136439号公報
【特許文献3】WO2008/108237
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、上記従来技術に鑑み、固体粒子を含む試料懸濁液を前記固体粒子の性状を変化させることなく所望の濃度に希釈し、高精度の固体粒子の性状測定に資することができる粒子性状の測定方法及び装置並びに測定試料の調製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】
【0010】
上記目的を達成する本発明の第1の態様は、固体粒子の性状を測定する粒子性状の測定方法であって、前記固体粒子を含む試料懸濁液中の前記固体粒子の性状が変化することがないように前記試料懸濁液を利用して前記試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製し、その後前記測定試料中の固体粒子の性状を粒子性状評価装置を用いて測定することを特徴とする粒子性状の測定方法にある。
【0011】
本態様によれば、固体粒子を含む試料懸濁液を利用して試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製するので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。
【0012】
この結果、的確な濃度に調節された測定試料を用いて粒子性状の測定を的確且つ高精度に行うことができる。
【0013】
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する粒子性状の測定方法であって、前記測定試料の調製は、前記試料懸濁液を二つに分け、その一方の試料懸濁液から液相のみを取り出すとともに得られた液相をもう一方の試料懸濁液に添加することにより行うことを特徴とする粒子性状の測定方法にある。
【0014】
本態様によれば、試料懸濁液を二分割して得る一方の試料懸濁液から生成した液相を用いてもう一方の試料懸濁液を希釈しているので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。特に試料懸濁液が飽和溶液と飽和溶液から生成した固体粒子を含む場合、試料懸濁液から取り出した液相は飽和溶液であるため、この液相で試料懸濁液を希釈しても固体粒子が実質的に溶解、析出、あるいは成長などの性状変化を起こすことがないと期待される。
【0015】
この結果、的確な濃度に調節された測定試料を用いて粒子性状の測定を的確且つ高精度に行うことができる。
【0016】
本発明の第3の態様によれば、第1の態様に記載する粒子性状の測定方法であって、前記測定試料の調製は、前記試料懸濁液を固液分離し、固液分離により得られた固体成分に分散媒を添加混合して行うことを特徴とする粒子性状の測定方法にある。
【0017】
本態様によれば、試料懸濁液から得る固体成分を分散媒で希釈しているので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。
【0018】
この結果、的確な濃度に調節された測定試料を用いて粒子性状の測定を的確且つ高精度に行うことができる。
【0019】
本発明の第4の態様によれば、第1乃至第3の態様の何れか一つに記載する粒子性状の測定方法であって、前記測定試料の固体粒子濃度を測定するとともにその測定結果に基づいて前記測定試料の濃度を調節することを特徴とする粒子性状の測定方法にある。
【0020】
本態様によれば、測定試料の固体粒子濃度に基づいて測定試料の濃度を調節しているので、かかる調節を的確に行うことができる。
【0021】
本発明の第5の態様によれば、第1乃至第4の何れか一つに記載する粒子性状の測定方法であって、前記粒子性状評価手段は、キャリア液で包み込んだ前記測定試料が流れる流路を絞るように形成された絞り部及び光を透過する透過部を有するフローセルと、前記透過部に光を照射して前記測定試料に含まれる固体粒子を検出する粒子検出部と、粒子検出部の出力を解析して固体粒子の性状情報を算出する解析部とを具備するフロー式画像解析法による粒子性状の測定装置であることを特徴とする粒子性状の測定方法にある。
【0022】
本態様によれば、粒子性状を画像処理により分析することができるので、所定の粒子性状の測定を正確且つ的確に行うことができる。
【0023】
本発明の第6の態様によれば、第1乃至第5の態様の何れか一つに記載する粒子性状の測定方法であって、前記固体粒子の性状は、粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布の一つ以上であることを特徴とする粒子性状の測定方法にある。
【0024】
本態様によれば、固体粒子の粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布を的確且つ高精度に測定することができる。
【0025】
本発明の第7の態様は、固体粒子の性状を測定するための測定試料の調製装置であって、前記固体粒子を含む試料懸濁液をサンプリングするサンプリング手段と、前記固体粒子の性状が変化することがないように前記試料懸濁液を利用して前記試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製する試料調製手段とを有することを特徴とする測定試料の調製装置にある。
【0026】
本態様によれば、固体粒子を含む試料懸濁液を利用し、試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製することができるので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。
【0027】
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載する測定試料の調製装置であって、前記試料調製手段は、前記サンプリング手段で二つに分けた前記試料懸濁液の一方から液相を分離する液相分離手段と、当該液相分離手段で分離した液相をもう一方の試料懸濁液に添加するための希釈液分散手段とを有することを特徴とする測定試料の調製装置にある。
【0028】
本態様によれば、試料懸濁液を二分割して得る一方の試料懸濁液から生成した液相を用いてもう一方の試料懸濁液を希釈することができるので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。特に試料懸濁液が飽和溶液および飽和溶液から生成した固体粒子を含む場合、試料懸濁液から取り出した液相は飽和溶液であるため、この液相で試料懸濁液を希釈しても固体粒子が実質的に溶解、析出、あるいは成長などの性状変化を起こすことがないと期待される。
【0029】
本発明の第9の態様は、第7の態様に記載する測定試料の調製装置であって、前記試料調製手段は、前記サンプリング手段から供給された前記試料懸濁液を固液分離する固液分離手段と、当該固液分離手段で得られた固体成分に分散媒を添加混合する希釈液分散手段とを有することを特徴とする測定試料の調製装置にある。
【0030】
本態様によれば、試料懸濁液から得る固体成分を分散媒で希釈することができるので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。
【0031】
本発明の第10の態様によれば、第7乃至第9の態様の何れか一つに記載する測定試料の調製装置であって、前記測定試料の固体粒子濃度を測定する固体粒子濃度検出手段を有し、当該固体粒子濃度検出手段による固体粒子濃度の測定結果に基づいて前記測定試料の濃度を調節するように構成したことを特徴とする測定試料の調製装置にある。
【0032】
本態様によれば、測定試料の固体粒子濃度に基づいて測定試料の濃度を調節することができるので、かかる調節を的確に行い得る。
【0033】
本発明の第11の態様によれば、第7乃至第10の態様の何れか一つに記載する測定試料の調製装置と、前記試料調製手段から供給される前記測定試料中の固体粒子の性状を測定する粒子性状評価手段とを有することを特徴とする粒子性状の測定装置にある。
【0034】
本態様によれば、初期の固体粒子の性状を保ったまま測定に最適な濃度に希釈された測定試料を用いて所定の粒子性状の測定を行うことができるので、所定の測定を的確且つ高精度に行うことができる。
【0035】
本発明の第12の態様は、第11の態様に記載する粒子性状の測定装置であって、前記粒子性状評価手段は、キャリア液で包み込んだ前記測定試料が流れる流路を絞るように形成された絞り部及び光を透過する透過部を有するフローセルと、前記透過部に光を照射して前記測定試料に含まれる固体粒子を検出する粒子検出部と、粒子検出部の出力を解析して固体粒子の性状情報を算出する解析部とを具備するフロー式画像解析法による粒子性状の測定装置であることを特徴とする粒子性状の測定装置にある。
【0036】
本態様によれば、粒子性状を画像処理により分析することができるので、所定の粒子性状の測定を正確且つ的確に行うことができる。
【0037】
第13の態様は、第11又は第12の態様に記載する粒子性状の測定装置であって、前記粒子性状評価手段は、前記固体粒子の粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布の一つ以上を評価するものであることを特徴とする粒子性状の測定装置にある。
【0038】
本態様によれば、固体粒子の粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布を的確且つ高精度に測定することができる。
【発明の効果】
【0039】
本発明によれば、固体粒子を含む試料懸濁液を利用して試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製するので、粒子性状の測定に適した濃度の測定試料を試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく容易に得ることができる。この結果、特に液相から固体粒子が生成するプロセスからサンプリングした試料懸濁液を粒子性状の測定に適した濃度に希釈する場合、試料懸濁液の温度や濃度などの条件の変化により、試料懸濁液中の固体粒子が溶解、析出、あるいは成長することで粒子性状の測定にとって好ましくない変化が起こり易く、測定結果に大きな誤差を生み出す原因となるという問題を解消して高精度の粒子性状の測定に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る粒子性状の測定方法を示すフローチャートである。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る粒子性状の測定装置を示すブロック図である。
【図3】図2に示す粒子性状の測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る粒子性状の測定方法を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る粒子性状の測定装置を示すブロック図である。
【図6】図5に示す粒子性状の測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0041】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0042】
<第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施形態に係る粒子性状の測定方法を示すフローチャートである。同図に示すように、本形態に係る粒子性状の測定方法においては、先ず攪拌機等(図示せず)を備え付けた反応槽内で液相から固体粒子を生成、析出させる粒子生成反応を実施する(S1参照)。続いて反応槽で生成した固体粒子が懸濁した試料懸濁液(粒子分散液)を、ポンプ(図示せず)により抜出し吸引することでサンプリングする(S2参照)。このことにより粒子生成反応の結果生成した固体粒子を含む試料懸濁液を得る(S3参照)。続いて、かかる試料懸濁液を二つに分け、その一方の試料懸濁液から液相のみを取り出す(S4,S5参照)。ここで、液相の取り出しは固液分離、濃縮等により良好に実施し得る。
【0043】
さらに、試料懸濁液から取り出した液相を、もう一方の試料懸濁液に添加・混合することによりもう一方の試料懸濁液の濃度調節を行う(S6参照)。このことにより、試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく、固体粒子濃度を希釈することができる。ここで、固体粒子の性状とは、固体粒子の粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布等のことをいう(以下同じ)。また、本形態における固体粒子濃度は、試料懸濁液及び/又は測定試料の固体粒子濃度を測定し、かかる測定結果に基づき好適に調節することができる。ここで、固体粒子濃度とは、液相中に固体状態で懸濁している粒子の濃度であり、例えば懸濁液の光の透過度等で測定することができる。また、固体粒子濃度検出手段としては、市販の濁度センサや濁度計等の固体粒子濃度センサが好適に使用できる。
【0044】
かくして試料懸濁液を所定の濃度に希釈した測定試料を得(S7参照)、前述の如く試料懸濁液から取り出した液相として得るキャリア液(S8参照)とともに粒子性状評価装置に供給して所定の粒子性状評価を行う(S9参照)。本形態では粒子性状評価装置としてフロー式画像解析法による装置を用いている。この結果、本形態においては粒子性状評価装置に供給する測定試料を取り囲むシース機能を有するキャリア液が必要になるが、この点に関しては粒子性状評価装置の構造も含め、後で詳説する。
【0045】
図2は上記測定方法を実現する本発明の第1の実施の形態に係る粒子性状の測定装置を示すブロック図である。同図に示すように、反応槽1は、攪拌機等(図示せず)を具備しておりその内部に貯留する液相から固体粒子を生成、析出させて粒子生成反応を実施するものである。ここで、粒子生成反応は、バッチ式もしくは流通式で行われ、原料の投入量、溶液の濃度、温度、攪拌速度等を制御することで、生成する粒子の品質管理を行う。ポンプ3,6は反応槽1で生成した固体粒子が懸濁した試料懸濁液(粒子分散液)を、抜出し配管を通して吸引することでサンプリングする。すなわち、本形態においてはポンプ3,6及び抜き出し配管でサンプリング手段が形成されている。
【0046】
抜出し配管は反応槽1を出た後で2つに分岐されている。二つに分割された試料懸濁液の一方はポンプ3を経て湿式サイクロン4に供給される。湿式サイクロン4は供給された試料懸濁液を、主としてその粒子径によって大粒子径粒子を多く含む流れと、小粒子径粒子を多く含む流れもしくは粒子を実質的にほとんど含まない流れとに分離するための公知の装置である。湿式サイクロン4の代わりに、遠心分離装置や各種濾過装置等の固液分離装置、あるいはデカンターなどの濃縮装置等、試料懸濁液から主として液相だけを取り出すことの可能な各種装置を使用することもできる。ここでは湿式サイクロン4の設計条件および試料懸濁液の流速等の条件を選択することにより、湿式サイクロン4の上部より固体粒子を実質的に含まない液相流れが排出され、下部より固体粒子濃度が増大した高濃度スラリーが排出されるように運転する。キャリア槽5には湿式サイクロン4で分離された試料懸濁液の液相分が供給され、これを貯留する。なお、湿式サイクロン4とキャリア槽5との間に、適当なフィルタ装置を導入することで、湿式サイクロン4で除去しきれなかった微細な粒子を除去してもよい。一方、湿式サイクロン4の下部より排出される高濃度スラリーは回収槽17に導入される。
【0047】
前述の如く二つに分割された試料懸濁液の他方はポンプ6を経てサンプル分散槽9に供給される。一方、サンプル分散槽9にはキャリア槽5内に貯留されている試料懸濁液の液相もポンプ8の駆動により供給される。この結果、サンプル分散槽9では試料懸濁液から取り出した液相を、もう一方の試料懸濁液に添加・混合することによりもう一方の試料懸濁液の濃度調節を行うことができる。このことにより、試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく、固体粒子濃度を希釈した所望の測定試料が得られる。
【0048】
固体粒子濃度センサ2は反応槽1を出た試料懸濁液の固体粒子濃度を検出するとともに、固体粒子濃度センサ10はサンプル分散槽9内の測定試料の固体粒子濃度を検出する。また、サンプル分散槽9内の測定試料はスターラ9aにより攪拌されて均一な固体粒子濃度を保持している。
【0049】
三方バルブ11は三種類の動作モードを有する弁である。三種類の動作モードとは、1)サンプル分散槽9内の測定試料を直接回収槽17に導入するバイパスモード、2)粒子性状評価手段7のフローセル13に導入する測定モード、3)サンプル分散槽9から測定試料を流出させない閉止モードである。
【0050】
本形態における粒子性状評価手段7は、フローセル13、ストロボ発光源14、粒子検出部であるCCDカメラ15及び粒子性状の解析部であるパソコン18を具備するフロー式画像解析法による粒子性状の測定装置である。ここで、フローセル13は、キャリア液で包み込まれた測定試料を扁平な流れとするように流路を絞った絞り部、及び光を透過する透過部を有する。CCDカメラ15はストロボ発光源14からフローセル13の前記透過部に照射された光により前記測定試料に含まれる固体粒子の画像情報を得るためのものである。パソコン18は前記画像情報を解析し、粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布などの固体粒子の性状情報を算出する。
【0051】
キャリア液はポンプ12の駆動によりキャリア槽5内に貯留されている試料懸濁液の液相の一部を抽出することにより得られる。また、フローセル13から排出される測定試料は回収槽17に導入される。
【0052】
シーケンサ16はパソコン18との間で必要な情報の授受を行いつつ、当該装置の各部の動作を予め定められた手順に従って制御する。この場合の代表的な制御対象としてポンプ3,6,8,12や三方バルブ11がある。
【0053】
図3は図2に示す粒子性状の測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。かかる動作は主にシーケンサ16の機能として実現される。同図に示すように、ポンプ3を運転することにより反応槽1から試料懸濁液をサンプリングする(ST31参照)。
【0054】
サンプリングの結果二つに分割される一方の試料懸濁液を湿式サイクロン4に供給することにより固形分を除去するとともに、液体成分をキャリア槽5に貯留する(ST32参照)。
【0055】
ポンプ6を運転して二つに分割されたもう一方の試料懸濁液を、サンプル分散槽9内に貯留する(ST33参照)。ここで、ポンプ6による試料懸濁液の抜き取り時間は固体粒子濃度センサ2で測定する試料懸濁液の固体粒子濃度に応じて調製する(ST33参照)。
【0056】
ポンプ8を運転してサンプル分散槽9内の試料懸濁液を希釈して測定試料を調製する(ST34参照)。
【0057】
固体粒子濃度センサ10で測定試料の固体粒子濃度を測定しつつ、固体粒子濃度が所定値よりも低い場合はポンプ6を駆動するとともに、高い場合にはポンプ8を駆動して測定試料の固体粒子濃度を所定値に調節する(ST35参照)。このとき、サンプル分散槽9内は大気開放とし、三方バルブ11は閉止モードとしておく。また、サンプル分散槽9内の測定試料がオーバーフローした場合は三方バルブ11をバイパスモードとして測定試料のオーバーフロー分を回収槽17へ導入する(ST35参照)。
【0058】
ST33からST35の操作はサンプル分散槽9内の測定試料の固体粒子濃度が所定値になるまで繰り返す。
【0059】
その後粒子性状評価手段7による粒子性状の測定を開始する。具体的には、先ずポンプ12を運転してフローセル13内にキャリア液を流入させる(ST36参照)。
【0060】
次に、ポンプ8を運転することによりキャリア液が流入しているフローセル13に三方バルブ11を介して測定試料を流入させる(ST37参照)。さらに、詳言すると、サンプル分散槽9を密閉した状態で三方バルブ11を測定モードにし、この状態でポンプ8を運転すると、ポンプ8は三方バルブ11を介して測定試料をフローセルに押し込むための押し込みポンプとして機能する。かくしてキャリア液で包み込まれた測定試料をフローセル13内に供給する。この結果、フローセル13内には測定試料の扁平な流れが形成される。
【0061】
続けて、ストロボ発光源14からフローセル13の透過部に照射された光により測定試料中に含まれる固体粒子の画像情報をCCDカメラ15で得るとともに、この画像情報をパソコン18で解析する(ST38参照)。ST36からST38の操作は予め定めた所定の条件が成立するまで繰り返す。
【0062】
測定済みの測定試料はキャリア液とともに回収槽17で回収する(ST39参照)。
【0063】
かくして、本形態においては、試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく、固体粒子濃度を任意に希釈して測定試料を得、この測定試料を利用して固体粒子の性状を測定することができる。
【0064】
なお、上記実施の形態における配管部分は反応槽1内と同一の温度となるように制御されている。これは、例えば各槽や配管を二重管構造とし、そのジャケット側に冷媒もしくは熱媒を流す等、既存の技術を適用することで容易に実現し得る。
【0065】
<第2の実施の形態>
図4は本発明の第2の実施形態に係る粒子性状の測定方法を示すフローチャートである。同図に示すように,本形態に係る粒子性状の測定方法においては、第1の実施の形態と同様に、反応槽内で液相から固体粒子を生成、析出させる粒子生成反応を実施するとともに、反応槽で生成した固体粒子が懸濁した試料懸濁液をサンプリングして所定の試料懸濁液を得る(S1乃至S3参照)。続いて、サンプリングした試料懸濁液の固液分離を行い(S21参照)、得られた固体(S22参照)を分散媒(S24参照)と混合し、所定の濃度に調節する(S23参照)。ここで、分散媒としては固体粒子が溶解したり、析出したり、あるいは成長したりなどの粒子性状の変化が起こることのない貧溶媒などの適当な液体を用いる。このことにより、試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく、固体粒子濃度を希釈することができる。ここで、本形態における固体粒子濃度は、第1の実施の形態と同様に、試料懸濁液及び/又は測定試料の固体粒子濃度を測定し、かかる測定結果に基づき好適に調節する。
【0066】
かくして第1の実施の形態と同様に、試料懸濁液を所定の濃度に希釈した測定試料を得る(S7参照)。その後、濃度調節のための前記分散媒を一部抽出して得るキャリア液(S25参照)とともに測定試料を粒子性状評価装置に供給して、第1の実施の形態と同様に、所定の粒子性状評価を行う(S9参照)。本形態でも粒子性状評価装置としてフロー式画像解析法による装置を用いている。この結果、粒子性状評価装置に供給する測定試料を取り囲むシース機能を有するキャリア液が必要になる。
【0067】
図5は上記測定方法を実現する本発明の第2の実施の形態に係る粒子性状の測定装置を示すブロック図である。同図に示すように、反応槽1は、第1の実施の形態と同様に、攪拌機等(図示せず)を具備しておりその内部に貯留する液相から固体粒子を生成、析出させて粒子生成反応を実施するものである。ここで、粒子生成反応は、バッチ式もしくは流通式で行われ、原料の投入量、溶液の濃度、温度、攪拌速度等を制御することで、生成する粒子の品質管理を行う。
【0068】
ポンプ33は反応槽1で生成した固体粒子が懸濁した試料懸濁液を、抜出し配管を通して吸引することでサンプリングする。すなわち、本形態においてはポンプ33及び抜き出し配管でサンプリング手段が形成されている。
【0069】
ポンプ33で抜き出した試料懸濁液は固液分離装置34に供給される。固液分離装置34は試料懸濁液を固体と液体に分離するもので、既知の遠心分離機乃至フィルタで好適に構成することができる。固液分離装置34で分離したウエットケーキ状の固形分はサンプル安定化槽35に貯留されるとともに、液体分は回収槽17に導入される。
【0070】
サンプル安定化槽35には分散媒槽41から分散媒が二方バルブ45を介して供給される。かくして、サンプル安定化槽35内の固形分は分散媒で希釈されるが、この希釈液が所定のレベルに達したことをレベルスイッチ36が検出することにより二方バルブ45が閉じられる。この結果、サンプル安定化槽35内には、分散媒中に固体粒子が分散する任意の濃度の試料懸濁液が所定量貯留される。ここで、分散媒としては固体粒子が溶解したり、性状が変化したりすることのない貧溶媒などの分散媒を用いているので、固体粒子の性状を変化させることなく、これを含む任意の濃度の試料懸濁液を得ることができる。サンプル安定化槽35はスターラ35aを有しており、サンプル安定化槽35に貯留された試料懸濁液はスターラ35aにより攪拌されて均一な濃度に保持されている。
【0071】
サンプル安定化槽35内の試料懸濁液は三方バルブ37の図中右側のポートと上側のポート間が連通した状態でポンプ38を駆動することによりサンプル分散槽39に供給することができる。なお、三方バルブ37の図中右側のポートと左側のポート間が連通した状態ではサンプル安定化槽35内の試料懸濁液が回収槽17に導入される。
【0072】
サンプル分散槽39には分散媒槽41内に貯留されている分散媒もポンプ42の駆動により供給される。この結果、サンプル分散槽39では試料懸濁液と分散媒とが混合され、所定の固体粒子濃度に調節される。ここでは固体粒子を溶解、析出、あるいは成長させることのない分散媒を用いているので、試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく、固体粒子濃度を所望の濃度に希釈した測定試料を得ることができる。
【0073】
固体粒子濃度センサ2は反応槽1を出た試料懸濁液の固体粒子濃度を検出するとともに、固体粒子濃度センサ40はサンプル分散槽39内の測定試料の固体粒子濃度を検出する。また、サンプル分散槽39内の測定試料はスターラ39aにより攪拌されて均一な固体粒子濃度を保持している。
【0074】
三方バルブ11及び粒子性状評価手段7は第1の実施の形態と全く同様のものであるので、同一部分には同一番号を付し、重複する説明を省略する。ここで、キャリア液はポンプ43の駆動により分散媒槽41内に貯留されている分散媒の一部を抽出することにより得られる。
【0075】
シーケンサ46はパソコン18との間で必要な情報の授受を行いつつ、当該装置の各部の動作を予め定められた手順に従って制御する。この場合の代表的な制御対象としてポンプ33,38,42,43、二方バルブ45、三方バルブ11,37がある。
【0076】
図6は図5に示す粒子性状の測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。かかる動作は主にシーケンサ46の機能として実現される。同図に示すように、ポンプ33を運転することにより反応槽1から試料懸濁液をサンプリングする。ここで、ポンプ33による試料懸濁液の抜き取り時間は固体粒子濃度センサ2で測定する試料懸濁液の固体粒子濃度に応じて調製する(ST41参照)。
【0077】
次に固液分離装置34で試料懸濁液中の固形分を回収してサンプル安定化槽35に貯留する。このときの液体分は回収槽17に貯留する(ST42参照)。
【0078】
サンプル安定化槽35に分離した固形分を貯留した状態で二方バルブ45を開き分散媒槽41より分散媒をサンプル安定化槽35内に流入させる(ST43参照)。このことにより、分散媒中に固形分が分散した任意濃度の試料懸濁液を得、そのサンプル安定化槽35内でのレベルが所定のレベルに達したことをレベルスイッチ36が検出することにより二方バルブ45を閉じる(ST44参照)。
【0079】
続いて三方バルブ37の図中右側のポートと上側のポート間が連通した状態でポンプ38を運転することによりサンプル分散槽39内にサンプル安定化槽35内の試料懸濁液を貯留する(ST45参照)。
【0080】
その後、ポンプ42を運転することによりサンプル分散槽39内の試料懸濁液を分散媒槽41に貯留する分散媒で希釈することにより測定試料を調製する(ST46参照)。ここで、分散媒としては固体粒子が溶解したり、析出したり、あるいは成長したりなどの粒子性状の変化が起こることのない適当な液体を用いているので、固体粒子の性状を変化させることはない。
【0081】
次に、固体粒子濃度センサ40で測定試料の固体粒子濃度を測定しつつ、固体粒子濃度が所定値よりも低い場合はポンプ38を駆動するとともに高い場合にはポンプ42を駆動して測定試料の固体粒子濃度を所定値に調節する。このとき、サンプル分散槽39内は大気開放とし、三方バルブ11は閉止モードとしておく。また、サンプル分散槽39内の測定試料がオーバーフローした場合は三方バルブ11をバイパスモードとして測定試料のオーバーフロー分を回収槽17へ導入する(ST47参照)。
【0082】
ST46及びST47の操作はサンプル分散槽39内の測定試料の固体粒子濃度が所定値になるまで繰り返す。
【0083】
その後粒子性状評価手段7による粒子性状の測定を開始する。具体的には、先ずポンプ43を運転してフローセル13内にキャリア液を流入させる(ST48参照)。
【0084】
次に、ポンプ42を運転することによりキャリア液が流入しているフローセル13に三方バルブ11を介して測定試料を流入させる(ST49参照)。さらに、詳言すると、サンプル分散槽39を密閉した状態で三方バルブ11を測定モードにし、この状態でポンプ42を運転すると、ポンプ42は三方バルブ11を介して測定試料をフローセル13に押し込むための押し込みポンプとして機能する。かくしてキャリア液で包み込まれた測定試料をフローセル13内に供給する。この結果、フローセル13内には測定試料の扁平な流れが形成される。
【0085】
続けて、ストロボ発光源14からフローセル13の透過部に照射された光により測定試料中に含まれる固体粒子の画像情報をCCDカメラ15で得るとともに、この画像情報をパソコン18で解析する(ST50参照)。ST48からST50の操作は予め定めた所定の条件が成立するまで繰り返す。
【0086】
測定済みの測定試料はキャリア液とともに回収槽17で回収する(ST51参照)。
【0087】
かくして、本形態においては、試料懸濁液中の固体粒子の性状を変化させることなく、固体粒子濃度を任意に希釈して測定試料を得、この測定試料を利用して固体粒子の性状を測定することができる。
【0088】
なお、上記第1の実施の形態では、サンプリングから測定終了までの全過程において、試料懸濁液および測定試料の温度が反応槽1内と同一の温度となるように制御されており、上記第2の実施の形態では、サンプリングから固液分離までの過程の試料懸濁液の温度が反応槽1内と同一の温度となるように制御されている。これは、例えば各槽や配管を二重構造とし、そのジャケット側に冷媒もしくは熱媒を流す等、既存の技術を適用することで容易に実現し得る。
【0089】
本発明は、上記第1及び第2の実施の形態に限定されるものではない。1)固体粒子の性状を変化させることなく、2)試料懸濁液を利用して、3)固体粒子濃度を希釈することができる粒子形状の測定方法乃至測定装置であれば本発明の範囲に包含される。
【0090】
また、上記第1及び第2の実施の形態では、フロー式画像解析法による粒子性状の測定装置を用いたが、これに限るものでもない。粒子性状を測定することができる装置であれば制限なく使用することができる。
【0091】
さらに、上記第1及び第2の実施の形態では、反応槽1から抜出した試料懸濁液および測定試料の温度を反応槽1内の温度と同一の温度に保持するように制御しているが、それでも希釈操作や時間経過等により固体粒子の性状の変化(溶解、析出、成長等)が避けられない場合もある。この場合には、試料懸濁液に固体粒子の生成反応を停止させる薬剤を添加することで、これら固体粒子の性状変化を防止することもできる。
【0092】
回収槽17に導入した測定試料は反応槽1に回収しても良い。かかる構成は、高価な試料を用いる場合有効に特に有用なものとなる。
【0093】
また、試料懸濁液の抜き取りサンプリング態様も第1及び第2の実施の形態のものに限定する必要はない。例えばプラントの配管から直接抜き取る等の方法で収集するようにしても構わない。
【0094】
さらに、反応槽1内で液相から固体粒子を生成、析出させる粒子生成反応を実施するものに限定する必要もない。ただ、粒子生成反応を伴う場合により効果的である。この場合には、濃度調節の際に固体性状が変化し易く、従来技術では測定精度の向上を図ることが一般に困難であるからである。
【0095】
また、希釈混合による測定試料の調製とこれを用いる粒子性状の評価を連続的に行うようにしたが、これに限定するものでもない。測定試料の調製工程と、測定試料の評価とが分離されていても構わない。
【産業上の利用可能性】
【0096】
本発明は液体中に含まれている固体粒子の性状を画像処理により観察する装置を製造・販売する産業分野、および液体から固体粒子を生成させ、生成した固体粒子を利用した製品を製造・販売する産業分野で有効に利用することができる。
【符号の説明】
【0097】
1 反応槽
2,10,40 固体粒子濃度センサ
3,6,8,12,33,38,42,43 ポンプ
4 湿式サイクロン
5 キャリア槽
7 粒子性状評価手段
9,39 サンプル分散槽
11,37 三方バルブ
13 フローセル
14 ストロボ発光源
15 CCDカメラ
16,46 シーケンサ
17 回収槽
18 パソコン
34 固液分離装置
35 サンプル安定化槽
36 レベルスイッチ
41 分散媒槽
45 二方バルブ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体粒子の性状を測定する粒子性状の測定方法であって、
前記固体粒子を含む試料懸濁液中の前記固体粒子の性状が変化することがないように前記試料懸濁液を利用して前記試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製し、
その後前記測定試料中の固体粒子の性状を粒子性状評価装置を用いて測定することを特徴とする粒子性状の測定方法。
【請求項2】
請求項1に記載する粒子性状の測定方法であって、
前記測定試料の調製は、前記試料懸濁液を二つに分け、その一方の試料懸濁液から液相のみを取り出すとともに得られた液相をもう一方の試料懸濁液に添加することにより行うことを特徴とする粒子性状の測定方法。
【請求項3】
請求項1に記載する粒子性状の測定方法であって、
前記測定試料の調製は、前記試料懸濁液を固液分離し、固液分離により得られた固体成分に分散媒を添加混合して行うことを特徴とする粒子性状の測定方法。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載する粒子性状の測定方法であって、
前記測定試料の固体粒子濃度を測定するとともにその測定結果に基づいて前記測定試料の濃度を調節することを特徴とする粒子性状の測定方法。
【請求項5】
請求項1乃至請求項4の何れか一つに記載する粒子性状の測定方法であって、
前記粒子性状評価手段は、キャリア液で包み込んだ前記測定試料が流れる流路を絞るように形成された絞り部及び光を透過する透過部を有するフローセルと、前記透過部に光を照射して前記測定試料に含まれる固体粒子を検出する粒子検出部と、粒子検出部の出力を解析して固体粒子の性状情報を算出する解析部とを具備するフロー式画像解析法による粒子性状の測定装置であることを特徴とする粒子性状の測定方法。
【請求項6】
請求項1乃至請求項5の何れか一つに記載する粒子性状の測定方法であって、
前記固体粒子の性状は、粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布の一つ以上であることを特徴とする粒子性状の測定方法。
【請求項7】
固体粒子の性状を測定するための測定試料の調製装置であって、
前記固体粒子を含む試料懸濁液をサンプリングするサンプリング手段と、
前記固体粒子の性状が変化することがないように前記試料懸濁液を利用して前記試料懸濁液中の固体粒子濃度を希釈して測定試料を調製する試料調製手段とを有することを特徴とする測定試料の調製装置。
【請求項8】
請求項7に記載する測定試料の調製装置であって、
前記試料調製手段は、前記サンプリング手段で二つに分けた前記試料懸濁液の一方から液相を分離する液相分離手段と、当該液相分離手段で分離した液相をもう一方の試料懸濁液に添加するための希釈液分散手段とを有することを特徴とする測定試料の調製装置。
【請求項9】
請求項7に記載する測定試料の調製装置であって、
前記試料調製手段は、前記サンプリング手段から供給された前記試料懸濁液を固液分離する固液分離手段と、当該固液分離手段で得られた固体成分に分散媒を添加混合する希釈液分散手段とを有することを特徴とする測定試料の調製装置。
【請求項10】
請求項7乃至請求項9の何れか一つに記載する測定試料の調製装置であって、
前記測定試料の固体粒子濃度を測定する固体粒子濃度検出手段を有し、当該固体粒子濃度検出手段による固体粒子濃度の測定結果に基づいて前記測定試料の濃度を調節するように構成したことを特徴とする測定試料の調製装置。
【請求項11】
請求項7乃至請求項10の何れか一つに記載する測定試料の調製装置と、
前記試料調製手段から供給される前記測定試料中の固体粒子の性状を測定する粒子性状評価手段とを有することを特徴とする粒子性状の測定装置。
【請求項12】
請求項11に記載する粒子性状の測定装置であって、
前記粒子性状評価手段は、キャリア液で包み込んだ前記測定試料が流れる流路を絞るように形成された絞り部及び光を透過する透過部を有するフローセルと、前記透過部に光を照射して前記測定試料に含まれる固体粒子を検出する粒子検出部と、粒子検出部の出力を解析して固体粒子の性状情報を算出する解析部とを具備するフロー式画像解析法による粒子性状の測定装置であることを特徴とする粒子性状の測定装置。
【請求項13】
請求項11又は請求項12に記載する粒子性状の測定装置であって、
前記粒子性状評価手段は、前記固体粒子の粒子径、粒子径分布、粒子形状及び粒子形状分布の一つ以上を評価するものであることを特徴とする粒子性状の測定装置。


【図1】
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【図3】
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【図4】
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【図6】
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【図2】
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【図5】
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