JP5720504B2

JP5720504B2 - Particle size measuring device

Info

Publication number: JP5720504B2
Application number: JP2011196623A
Authority: JP
Inventors: 隆志川辺
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: JP2013057608A

Description

本発明は、光学的手法を用いて被測定粒子群の粒子径の分布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の分布を算出する粒子径測定装置に関する。 The present invention relates to a particle size measuring apparatus for calculating a particle size distribution of a group of particles to be measured using an optical technique, and more particularly to a transient diffraction grating (hereinafter referred to as a particle density distribution of a group of particles to be measured formed in a medium). In addition, the present invention relates to a particle size measuring apparatus that calculates a diffusion coefficient of a group of particles to be measured using a “density diffraction grating”), and calculates a particle size distribution from the diffusion coefficient.

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、様々な分野で利用され始めている。 Measurement of particle size d of particles dispersed in a medium (eg, liquid such as water, gel, etc.) is a product whose particle size d such as pharmaceutical, chemical, abrasive, ceramics and pigments affects quality. Has been done about. Furthermore, particles having a particle diameter d of 100 nm or less are generally referred to as nanoparticles, and even if they are the same material, they exhibit properties different from ordinary bulk materials, and thus are beginning to be used in various fields.

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、粒子群を電気泳動作用（若しくは誘電泳動作用）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、密度回折格子の消散速度（回折光強度Ｉ_ｔ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（以下、「ＩＧ法」ともいう）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 As a measuring method for measuring the particle diameter d of the nanoparticles, an electrophoretic action (or dielectrophoretic action) of the particle group is generated by generating an electric field distribution having a spatial periodic pattern in a sample in which the particle group is dispersed in a medium. By moving with the above, a density diffraction grating in which a dense region and a sparse region of particle groups are periodically arranged in a medium is formed, and laser light (measurement light) is irradiated to the density diffraction grating, by measuring the dissipation rate of the density diffraction grating (temporal change in the diffracted light intensity I _t), the method of calculating the diffusion coefficient D of the particles, further calculates the particle diameter d from the diffusion coefficient D (hereinafter, "IG (Also referred to as Patent Document 1).

このような測定方法では、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。具体的には、電界分布を発生させることを停止した拡散開始時間ｔ_０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回折光強度Ｉ_ｔを検出しつづけることにより、回折光強度Ｉ_ｔの時間変化を計測している。
図５（ａ）は、電圧値Ｖと時間ｔとの関係を示すグラフであり、図５（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。なお、図５（ａ）では、電圧値Ｖ_ｎと印加時間Δｔ_ｎとの直流電圧を印加している。そして、印加時間Δｔ_ｎの開始時間が電気泳動作用開始時間ｔ_ｓとなるとともに、印加時間Δｔ_ｎの終了時間が拡散開始時間ｔ_０となり、拡散開始時間ｔ_０に検出された回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度Ｉ_０となる。 In such a measuring method, since the diffusion coefficient D increases as the particle diameter d decreases, the fact that the formed density diffraction grating disappears earlier is utilized. Specifically, until when the density grating disappears that to generate an electric field distribution from the diffusion start time t ₀ of stopping, by continuing to detect the diffracted light intensity I _t by irradiating a laser beam to the sample , it measures the time change of the diffracted light intensity I _t.
FIG. 5A is a graph showing the relationship between the voltage value V and time t, and FIG. 5B is a graph showing the relationship between the diffracted light intensity I and time t. In FIG. 5A, a DC voltage having a voltage value V _n and an application time Δt _n is applied. Then, the start time of the application time Delta] t _n is the electrophoretic action start time t _s, end time becomes ₀ diffusion start time t of the application time Delta] t _n, detected spreading start time t ₀ diffracted light intensity I _t Becomes the diffracted light intensity I ₀ .

そして、回折光強度Ｉ_ｔ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。
Ｉ_ｔ＝Ｉ_０ｅｘｐ（−２Ｄｑ^２ｔ）・・・（１）
ここで、ｑ＝２π／Λ、ｔは拡散開始時間ｔ_０から経過した時間、Ｉ_０は拡散開始時間ｔ_０に検出された回折光強度、Ｉ_ｔ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。
次に、拡散係数Ｄを算出した後に、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＝ｋ_ＢＴ／３πμｄ・・・（２）
ここで、ｋ_Ｂはボルツマン定数である。 Then, in order to calculate the diffusion coefficient D from the time change of the diffracted light intensity I _t, and using the following equation (1).
I _t = I ₀ exp (−2Dq ² t) (1)
Here, q = 2π / Λ, t is time elapsed from the diffusion starting time t _0, I ₀ is the diffracted light intensity detected in the diffusion starting time t _0, I _t is the diffracted light intensity detected in the time t, Λ is the grating spacing of the density diffraction grating.
Next, after calculating the diffusion coefficient D, the particle diameter d is calculated from the diffusion coefficient D by inputting the absolute temperature T and the viscosity μ of the medium using the Einstein-Stokes relationship represented by the following formula (2). doing.
D = k _B T / 3πμd (2)
Here, k _B is a Boltzmann constant.

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９は、従来の試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図である。
粒子径測定装置１１０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に対して直流電圧を印加する直流電源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１次の回折光強度Ｉ_ｔを検出するための検出光学系５０と、増幅器６と、粒子径測定装置１１０全体を制御する制御部１０７とを備える。なお、本明細書では、垂直方向（上下方向）をＺ方向とし、Ｚ方向と垂直な方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向と垂直な方向をＹ方向とする。 FIG. 8 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a particle size measuring apparatus using such a measuring method. FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional sample cuvette (cell).
The particle diameter measuring apparatus 110 includes a sample cuvette 1 in which a sample is accommodated, a DC power source 3 that applies a DC voltage to an electrode pair 2 provided in the sample cuvette 1, and a laser beam ( It comprises a laser light source 4 for irradiating the measurement light), and the detection optical system 50 for detecting the first-order diffracted light intensity I _t, an amplifier 6, and a control unit 107 for controlling the overall particle size measurement device 110 . In this specification, the vertical direction (up and down direction) is the Z direction, the direction perpendicular to the Z direction is the X direction, and the direction perpendicular to the Z direction and the X direction is the Y direction.

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１の断面の一部を示した図である。なお、電極対２は、側壁１１の表面に形成されずに、板状体の表面に形成された電極チップを用いることにより試料キュベットの内部に浸漬されてもよい。 The sample cuvette 1 is made of glass having a rectangular bottom surface 12 and four side walls 11, and has light transmittance. A sample is accommodated in the sample cuvette 1.
An electrode pair 2 is formed on the surface (inner surface) of one side wall 11 of the sample cuvette 1. FIG. 3 is a plan view showing an example of the side wall 11 on which the electrode pair 2 is formed, and FIG. 4 is a view showing a part of the cross section of the sample cuvette 1. The electrode pair 2 may be immersed in the sample cuvette by using an electrode tip formed on the surface of the plate-like body without being formed on the surface of the side wall 11.

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、直流電源３が接続される。 The electrode pair 2 includes a left electrode 21 and a right electrode 22.
The left electrode 21 has a linear electrode piece 21a having a width L (for example, 1 μm) arranged in parallel with a space therebetween, and a linear electrode piece that electrically connects the outer side ends of the electrode pieces 21a. A connecting portion 21b is provided to form a so-called comb electrode.
The right electrode 22 is the same as the left electrode 21, and linear electrode pieces 22 having a width L (for example, 1 μm) are arranged in parallel with a space therebetween, and the outer ends of these electrode pieces 22a are connected to each other. A linear connection portion 22b for electrical connection is provided to form a so-called comb-shaped electrode.
And each space | interval of the electrode piece 21a and the electrode piece 22a is arrange | positioned at predetermined distance S (for example, 1 micrometer), respectively.
Further, the DC power source 3 is connected to the upper end portion of the connection portion 21b and the upper end portion of the connection portion 22b.

これにより、電極対２に直流電源３からの直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、電気泳動によって粒子群が凝集する。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、電気泳動によって粒子群が存在しなくなる。よって、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、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に直流電源３からの直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、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。 Thus, an electric field distribution is formed in the sample cuvette 1 by applying a DC voltage from the DC power source 3 to the electrode pair 2. Then, a group of particles aggregates by electrophoresis between the electrode piece 21a and the electrode piece 22a where electric lines of force concentrate. On the other hand, no particle group exists between the electrode piece 21a and the electrode piece 21a and between the electrode piece 22a and the electrode piece 22a by electrophoresis. Therefore, the region P in which the particle group is aggregated is formed so as to have the lattice interval Λ (see FIG. 4A). That is, the region P in which the particle group is aggregated has a higher particle density than the other regions and has a different refractive index, so that a density diffraction grating having a lattice interval Λ is formed.
Further, if a DC voltage from the DC power source 3 is not applied to the electrode pair 2, no electric field distribution is formed in the sample cuvette 1, so there is no region where electric lines of force are concentrated, and particles are present uniformly in the medium. (See FIG. 4B). That is, the particle density is uniform and the refractive index is the same.

なお、電極対２の形状は、特に限定されず、上述したもの以外でもよく、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。 The shape of the electrode pair 2 is not particularly limited and may be other than those described above. Examples of the material of the electrode pair 2 include ITO, and the refractive index of ITO is about 2.0. By using a high refractive index glass (for example, trade name “s-LAH79”; manufactured by OHARA; refractive index 2.0) as the material of the side wall 11 of the cuvette 1, the refractive index difference between the electrode pair 2 and the side wall 11 can be reduced. By eliminating, it can suppress that the diffracted light by the electrode pair 2 generate | occur | produces at the time of laser beam irradiation.

直流電源３には、粒子群に電気泳動を引き起こすことができる電圧値Ｖ_ｎと印加時間Δｔ_ｎとの直流電圧が印加できるものが用いられる。具体的には、電圧値０．１〜１００Ｖ程度のうちから０．１Ｖ刻みで自由に選択して、選択した直流電圧値を印加できる直流電源等を使用する。
レーザ光源４は、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）が挙げられる。そして、試料キュベット１にレーザ光が照射される。 As the DC power source 3, one that can apply a DC voltage having a voltage value V _n capable of causing electrophoresis in the particle group and an application time Δt _n is used. Specifically, a DC power source or the like that can be freely selected from voltage values of about 0.1 to 100 V in increments of 0.1 V and can apply the selected DC voltage value is used.
The type of the laser light source 4 may be selected according to the particle group, and examples thereof include a He—Ne laser light source (wavelength λ = 0.6328 μm). Then, the sample cuvette 1 is irradiated with laser light.

検出光学系５０は、第１次の回折光強度Ｉ_ｔを検出する検出器５１と、不要なノイズ光を避けるために直径１ｍｍの円形状（面積：０．７８５ｍｍ^２）のピンホールを有するピンホール板５２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５３とからなる。
検出器５１は、フォトダイオード（受光素子）からなる。そして、検出器５１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、粒子群による密度回折格子で回折した次数ｍの回折光のみを検出するように、ピンホールが配置される。
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ｍとすると、下記式（３）が成立する。
ｍλ＝Λ・ｓｉｎθ ・・・（３）
よって、例えば、λ＝０．６３２８μｍ、Λ＝３μｍとしたとき、ｍ＝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、ピンホールを通過するように、ピンホール板５２が配置される。 Detecting optical system 50 includes a detector 51 for detecting the first-order diffracted light intensity _{I t,} circular diameter 1mm to avoid unnecessary noise light (area: 0.785 mm ²⁾ pins having a pin hole It comprises a hall plate 52 and an optical axis adjusting light receiving portion 53 for grasping the position of the optical axis L of the laser light source 4.
The detector 51 includes a photodiode (light receiving element). A pinhole is arranged immediately before the detector 51 so as to detect only the diffracted light of the order m diffracted by the density diffraction grating of the particle group out of the laser light emitted from the laser light source 4.
Here, when the lattice spacing Λ of the density diffraction grating, the wavelength λ of the laser beam, the diffraction angle θ, and the order m, the following formula (3) is established.
mλ = Λ · sinθ (3)
Therefore, for example, when λ = 0.6328 μm and Λ = 3 μm, m = 1st-order diffracted light appears at θ≈12 °, so that light having an angle θ≈12 ° with respect to the optical axis L is pinned. A pinhole plate 52 is disposed so as to pass through the hole.

特開２００６−０８４２０７号公報JP 2006-084207 A

ところで、粒子径測定装置１１０では、電極対２に直流電圧を印加することによって生じる粒子の電気泳動現象を利用している。しかしながら、粒子や溶媒の種類によっては電気化学反応が発生し、電極対２の腐食、気泡の発生等を引き起こす恐れがあった。よって、正確に粒子径ｄを測定するには、適正な直流電圧値（泳動電圧値）Ｖ_ｎを設定する必要がある。特に、電解質を多く含む高導電率溶媒中に分散する粒子群の捕集においては、適正な泳動電圧値Ｖ_ｎの設定が非常に重要となる。
一方、電気化学反応が発生しないように小さい泳動電圧値Ｖ_ｎを設定することも考えられるが、印加する泳動電圧値Ｖ_ｎが小さすぎると粒子群が充分に捕集されず、その結果、粒子径解析に必要な回折光強度Ｉ_０を得られないことがあった。 By the way, the particle diameter measuring apparatus 110 uses the electrophoresis phenomenon of particles generated by applying a DC voltage to the electrode pair 2. However, depending on the type of particles and solvent, an electrochemical reaction may occur, which may cause corrosion of the electrode pair 2 and generation of bubbles. Therefore, exactly measure the particle diameter d, it is necessary to set a proper DC voltage value (electrophoresis voltage value) V _n. In particular, in a collection of particles dispersed in a high conductivity solvent containing a large amount of electrolyte, setting a proper migration voltage value V _n it is very important.
On the other hand, it is conceivable to set a small electrophoretic voltage value V _n so that an electrochemical reaction does not occur. However, if the applied electrophoretic voltage value V _n is too small, the particles are not sufficiently collected, and as a result, the particles In some cases, the diffracted light intensity I ₀ required for the diameter analysis could not be obtained.

また、電気化学反応が発生せず、粒子径解析に必要な回折光強度Ｉ_０を得ることができたとしても、粒子群の過剰捕集が起きると、電極対２の表面への粒子の固着や凝集が起こったり、粒子間の反発力による自然拡散への影響を考慮したりしなければならなくなる。よって、電気泳動現象を利用したＩＧ法を実現するためには、電気化学反応の発生を抑制でき、粒子径解析に充分な回折光強度Ｉ_０が得られ、かつ、粒子群の過剰捕集が起きない粒子泳動条件（印加電圧値Ｖ_ｎ、印加時間Δｔ_ｎ）を設定することが重要になる。 Further, even if the electrochemical reaction does not occur and the diffracted light intensity I ₀ required for the particle size analysis can be obtained, if the particles are excessively collected, the particles are fixed to the surface of the electrode pair 2. Or agglomeration occurs, and the influence on the natural diffusion due to the repulsive force between particles must be taken into consideration. Therefore, in order to realize the IG method using the electrophoretic phenomenon, the generation of an electrochemical reaction can be suppressed, a diffracted light intensity I ₀ sufficient for particle size analysis can be obtained, and excessive collection of particles can be prevented. It is important to set particle migration conditions (applied voltage value V _n , applied time Δt _n ) that do not occur.

本件発明者は、上記課題を解決するために、粒子泳動条件を決定する方法について検討を行った。
まず、電気化学反応が起こる電圧値は、一般的には目的物質の理論電解電圧に、過電圧や溶媒の電気抵抗（溶液抵抗）を加えた値となるが、測定対象となる試料は多岐に渡るため、その電圧値を予想することは困難である。溶液を電気分解する場合、理論電解電圧値以下の電圧値では電極近傍の電気二重層の充電に伴う微弱電流（非ファラデー電流）のみが両極間に流れる。一方、理論電解電圧値を越える電圧値では、まず、電極近傍の電気二重層の充電に伴う微弱電流（非ファラデー電流）のみが両極間に流れるが、反応が進行する電圧値に達すると反応の進行速度に対応した電流（ファラデー電流）が恒常的に流れるようになり、印加電圧値の増加とともに電流値の増加が起きる。一方、非ファラデー電流は過渡的な電流であり、一般的に非ファラデー電流が流れる持続時間は電気二重層が充電されるまでの極めて短い時間に限られるため、昇圧後一定時間が経過すると非ファラデー電流による電流の増分はほぼ０となると考えられる。よって、適切な時間閾値ｔ_ｔｈと電流値閾値Ａ_ｔｈとを設定することで、溶液の種類によらず電気分解反応の発生の有無を判断できる。つまり、電流値閾値Ａ_ｔｈ以上の電流値Ａ_ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上流れたときには、電気化学反応が起こっていることを示すファラデー電流が流れていると判定できることを見出した。 In order to solve the above problems, the present inventor has studied a method for determining particle migration conditions.
First, the voltage value at which the electrochemical reaction occurs is generally the value obtained by adding the overvoltage or the electric resistance (solution resistance) of the solvent to the theoretical electrolytic voltage of the target substance, but there are a wide variety of samples to be measured. Therefore, it is difficult to predict the voltage value. When the solution is electrolyzed, at a voltage value lower than the theoretical electrolysis voltage value, only a weak current (non-Faraday current) accompanying charging of the electric double layer near the electrode flows between both electrodes. On the other hand, at a voltage value exceeding the theoretical electrolysis voltage value, only a weak current (non-Faraday current) associated with charging of the electric double layer near the electrode flows between both electrodes, but when the voltage reaches a value at which the reaction proceeds, A current corresponding to the traveling speed (Faraday current) flows constantly, and the current value increases as the applied voltage value increases. On the other hand, the non-Faraday current is a transient current, and generally the duration of the flow of the non-Faraday current is limited to an extremely short time until the electric double layer is charged. The increase in current due to the current is considered to be almost zero. Therefore, by setting appropriate time threshold value t _th and current value threshold value A _th, it is possible to determine whether or not an electrolysis reaction has occurred regardless of the type of solution. That is, when the current value threshold A _th or more current values A _t flows time threshold t _th or more, it was found that it can be determined that the Faraday current is flowing indicating the electrochemical reaction is taking place.

また、粒子径解析に充分な回折光強度Ｉ_０が得られる粒子泳動条件も、測定対象となる試料によって異なる。ここで、図６（ａ）は、直流電圧１５００ｍＶを印加したときの粒子径５０ｎｍのポリスチレン粒子群の電気泳動により得られる回折光強度Ｉ_ｔの時間変化を示すグラフである。図６（ａ）に示すように、回折光強度Ｉ_ｔは電圧印加後、時間経過とともに次第に上昇し、ほぼ一定値に達した後緩やかに減少する。つまり、泳動電圧値１５００ｍＶにおいて捕集可能な粒子量には上限が存在し、回折光強度の緩やかな減少は過度の粒子捕集が起こっているためと考えられる。また、粒子捕集量が上限に近い領域においては、密集した粒子の電極対２への固着や粒子同志の凝集等も起きやすいと考えられ、このような過度の粒子捕集を抑制するためには、電圧印加後からある適切な時間で粒子捕集を終了することが必要となる。 In addition, the particle migration conditions for obtaining a diffracted light intensity I ₀ sufficient for particle size analysis also differ depending on the sample to be measured. Here, FIG. 6 (a) is a graph showing temporal changes in the diffracted light intensity I _t obtained by electrophoresis of polystyrene particles of particle diameter 50nm when applying a DC voltage 1500 mV. As shown in FIG. 6 (a), the diffracted light intensity I _t after the application of a voltage, gradually rising with time, gradually decreases after reaching a substantially constant value. That is, there is an upper limit to the amount of particles that can be collected at an electrophoresis voltage value of 1500 mV, and the gradual decrease in the intensity of diffracted light is considered to be due to excessive particle collection. Further, in a region where the amount of collected particles is close to the upper limit, it is considered that dense particles are likely to be fixed to the electrode pair 2 and agglomeration of particles is likely to occur. In order to suppress such excessive particle collection, Therefore, it is necessary to finish collecting particles at a certain appropriate time after voltage application.

次に、図６（ｂ）は、図６（ａ）より得られる回折光強度Ｉ_ｔの時間ｔに対する二次微分値ｄ^２Ｉ／ｄｔ^２の時間変化を示すグラフである。図６（ａ）に示す回折光強度Ｉ_ｔの増大速度は、電圧印加と同時に０から増加し、ある時間経過後に最大値を示した後、回折光強度が最大値を示した時間に再び０に戻る。よって、回折光強度Ｉ_ｔの時間ｔに対する二次微分値ｄ^２Ｉ／ｄｔ^２は時間経過とともに減少し、変曲点Ｂを境に負の値に転じることになる。二次微分値ｄ^２Ｉ／ｄｔ^２が負の値を取る領域Ｃは、一定時間あたりの粒子捕集量が減少に転じた領域Ｃと見なすことができ、過大な粒子捕集が起こり始めたことを示す一つの指標となりうる。つまり、粒子捕集を終了する時間（＝電圧印加時間Δｔ_ｎ）を決定するために、回折光強度Ｉ_ｔの時間ｔに対する二次微分値ｄ^２Ｉ／ｄｔ^２の時間変化を利用することができる。 Next, FIG. 6 (b) is a graph showing a time change of the secondary differential value ^d ² I / dt 2 with respect to time t of the diffracted light intensity _{I t} obtained from FIG. 6 (a). The increasing speed of the diffracted light intensity It shown in FIG. _6A increases from 0 at the same time as the voltage is applied, and after reaching a maximum value after a certain period of time, it again becomes 0 at a time when the diffracted light intensity reaches the maximum value. Return to. Therefore, second derivative d ^{² I} / dt ² with respect to time t of the diffracted light intensity I _t decreases with time, so that the turns to a negative value as a boundary the inflection point B. The region C in which the ^second derivative d ² I / dt ² takes a negative value can be regarded as a region C in which the amount of collected particles per certain time has started to decrease, and excessive particle collection has started to occur. It can be an indicator of this. In other words, be utilized to determine the time to end the particle collection (= voltage application time Delta] t _n), the time change of the second derivative d ^{² I} / dt ² with respect to time t of the diffracted light intensity I _t it can.

よって、回折光強度とその時間変化とを監視することで、粒子径解析に充分な回折光強度が得られているか、粒子群の過剰捕集が起きていないかを検出することが可能となる。つまり、粒子径算出に必要な回折光強度Ｉ_０が得られたと判定するための回折光強度閾値Ｉ_ｔｈを記憶し、回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度閾値Ｉ_ｔｈになったときには、電圧印加を停止することにより、媒体中で粒子群に拡散を生じさせる。また、回折光強度Ｉ_０が回折光強度閾値Ｉ_ｔｈに達するか否かを判定するための回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”を記憶し、電圧印加後、回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度閾値Ｉ_ｔｈになる前に、回折光強度Ｉ_ｔの時間ｔに対する二次微分値ｄ^２Ｉ／ｄｔ^２が回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”以下になったときには、電圧印加を停止する。
そして、これらを用いて粒子泳動条件を自動的に決定することができることを見出した。 Therefore, by monitoring the diffracted light intensity and its change over time, it becomes possible to detect whether the diffracted light intensity sufficient for particle size analysis has been obtained or whether excessive collection of particles has occurred. . That is, when storing the diffracted light intensity threshold I _th for determining that the diffracted light intensity I ₀ required unloading grain diameter calculation obtained, the diffracted light intensity I _t becomes diffracted light intensity threshold I _th the voltage applied Is caused to diffuse in the particles in the medium. Further, the diffracted light intensity I ₀ stored diffracted light intensity time variation threshold I _{th "for} determining whether reached diffracted light intensity threshold I _th, after voltage application, the diffracted light intensity I _t diffracted light intensity before the threshold _{I th,} when the diffracted light intensity _I second derivative ^d 2 I / dt ² with respect to time t of _t is equal to or less than the diffracted light intensity time variation threshold _{I th} "stops the voltage application.
And it discovered that particle migration conditions could be determined automatically using these.

すなわち、本発明の粒子径測定装置は、被測定粒子群を媒体中に含有する試料を収容するセルと、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回折光強度を検出する検出器と、電圧印加を停止することにより、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、電圧印加を停止したときである拡散開始時間の回折光強度から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の分布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、回折光強度の計測中に前記被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせる電圧を印加した状態で前記電極を流れる電流値を計測する電流値計測部と、前記試料中にファラデー電流が流れているか否かを判定するための電流値閾値及び時間閾値を記憶する記憶部と、前記被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせる電圧を印加した状態で前記電流値閾値以上の電流値が前記時間閾値以上流れたときには、前記試料中にファラデー電流が流れていると判定する判定部とを備えるようにしている。 That is, the particle size measuring apparatus of the present invention includes a cell that contains a sample containing a group of particles to be measured in a medium, a power source that applies a voltage, and a spatial periodic change in the cell by applying a voltage from the power source. An electrode for forming an electric field, a light source for irradiating the sample with measurement light in a state in which electrophoretic migration is caused in the measured particle group in the medium by the electric field, and irradiating the sample with measurement light A detector for detecting the intensity of the diffracted light generated by the diffracted light generated by the light source, and an applied voltage that causes a change in the diffracted light by causing the particles to be measured to diffuse in the medium by stopping the voltage application. A control unit, and a particle size calculation unit for calculating a particle size distribution of the group of particles to be measured based on a temporal change in the diffracted light intensity from the diffracted light intensity at the diffusion start time when the voltage application is stopped. Particle size measuring equipment A is a current value measuring unit for measuring a current value flowing in the electrode while applying a voltage to cause electrical migration in the particles to be measured during the measurement of the diffracted light intensity, Faraday in the sample A storage unit for storing a current value threshold value and a time threshold value for determining whether or not a current is flowing, and a voltage that causes electrophoretic migration to the measured particle group is greater than or equal to the current value threshold value. And a determination unit that determines that a Faraday current is flowing in the sample when the current value flows more than the time threshold value.

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。 Here, as the “electrophoresis”, for example, an electrostatic migration in which a voltage is applied to a charged group of particles to be measured and the group of particles to be measured is electrophoresed, or a voltage is applied to a polarized group of particles to be measured. Examples thereof include dielectrophoresis in which a group of particles to be measured is electrophoresed by application.
The “measurement light” is preferably laser light, but is not limited to this, and light using an LED, light dispersed by a spectroscope, light having a wavelength range limited by an interference filter, a bandpass filter, or the like is used. Also good.

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、水や油やアルコール等の液体や、ゲルや、固体等が挙げられる。
さらに、「回折光強度」とは、検出器で検出される数値そのものでなくてもよく、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。 Further, the “medium” is not limited as long as the particles to be measured can migrate inside, and examples thereof include liquids such as water, oil, and alcohol, gels, and solids.
Furthermore, the “diffracted light intensity” does not have to be the numerical value itself detected by the detector, and there may be the light intensity of the initial excess light that has already been detected before forming the density diffraction grating. The difference between the numerical value detected by the detector and the numerical value of the initial surplus light is preferable.

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含有する試料をセル内に収容する。このとき、媒体中で被測定粒子群は均一に分散しているので、回折光強度Ｉ_ｔは、非常に弱い回折光強度Ｉ_ｓとなる。
次に、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分布を形成する。すると、被測定粒子群に電気的な泳動が生じることで、電界分布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ていく。このとき、判定部は、電流値閾値Ａ_ｔｈ以上の電流値Ａ_ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上流れれば、試料中にファラデー電流が流れているので、電圧印加を停止させることになる。
一方、電流値閾値Ａ_ｔｈ以上の電流値Ａ_ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上流れなければ、つまり、電気化学反応の発生を起こさず、電気的な泳動によって被測定粒子群を凝集させていくことで、密度回折格子が形成されていく。その結果、最終的に密度回折格子が安定して形成されるので、回折光強度Ｉ_ｔは、非常に強い回折光強度Ｉ_０となる。 In the particle size measuring apparatus of the present invention, first, a sample containing a group of particles to be measured in a medium is accommodated in a cell. At this time, since the particles to be measured in the medium are uniformly dispersed, the diffracted light intensity I _t is a very weak diffracted light intensity I _s.
Next, by applying a voltage to the electrodes, an electric field distribution that varies spatially with respect to the space in the cell is formed. Then, electrophoretic migration occurs in the group of particles to be measured, and a spatial periodic concentration change occurs in which dense regions and sparse regions are periodically arranged so as to correspond to the spatial period of the electric field distribution. . At this time, the determination unit, if flows through current threshold A _th or more current values A _t is time threshold t _th or more, since the Faraday current is flowing in the sample, thus stopping the voltage application.
On the other hand, to flow current threshold A _th or more current values A _t is time threshold t _th or more, i.e., without causing the generation of electrochemical reaction, that will be permitted to aggregate the particles to be measured by electrical migration A density diffraction grating is formed. As a result, the final density diffraction grating can be stably formed, the diffracted light intensity I _t is a very strong diffracted light intensity I _0.

そして、印加電圧制御部は、電圧印加を完全に停止すると、空間周期的に変化する電界分布が消失するので、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。このとき、回折光強度Ｉ_ｔの時間的変化を検出する。その結果、電圧を停止した拡散開始時間ｔ_０からの時間ｔと回折光強度Ｉとの関係が得られる。なお、回折光強度Ｉ_ｔは、式（１）に従って減衰する。
そして、粒子径算出部は、回折光強度Ｉ_ｔの時間的変化に基づいて、粒子径ｄの分布を算出する。 When the applied voltage control unit completely stops the voltage application, the electric field distribution that changes spatially disappears, and the particle group to be measured gradually diffuses. That is, the density diffraction grating collapses and becomes blurred. In this case, to detect a temporal change in the diffracted light intensity I _t. As a result, the relationship between the time t from the diffusion start time t ₀ when the voltage is stopped and the diffracted light intensity I is obtained. The diffraction intensity _{I t} is attenuated according to the equation (1).
The portion out particles diameter calculation is based on the temporal change of the diffracted light intensity I _t, calculates the particle size distribution d.

以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、粒子径ｄの測定中に電気化学反応の発生を抑止することが可能となる。 As described above, according to the particle size measuring apparatus of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of an electrochemical reaction during the measurement of the particle size d.

（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、前記記憶部は、粒子径算出に必要な回折光強度が得られたと判定するための回折光強度閾値を記憶し、前記印加電圧制御部は、前記検出器から取得した回折光強度が前記回折光強度閾値になったときには、電圧印加を停止することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせ、前記粒子径算出部は、前記拡散開始時間の回折光強度から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の分布を算出するようにしてもよい。 (Means and effects for solving other problems)
Further, in the particle size measuring apparatus of the present invention, the storage unit stores a diffracted light intensity threshold for determining that a diffracted light intensity necessary for particle size calculation is obtained, and the applied voltage control unit When the diffracted light intensity acquired from the detector reaches the diffracted light intensity threshold, the voltage application is stopped to cause diffusion in the measured particle group in the medium, and the particle diameter calculation unit The particle size distribution of the group of particles to be measured may be calculated based on the time change of the diffracted light intensity from the diffracted light intensity at the start time.

ここで、「回折光強度閾値」とは、拡散開始時間ｔ_０での回折光強度Ｉ_０を決定するための数値のことをいう。これにより、拡散開始時間ｔ_０での回折光強度Ｉ_０が弱くなりすぎたり強くなりすぎたりすることなく、良好な粒子径ｄの測定結果が得られ、さらに再現性の高い粒子径ｄの測定結果が得られるようになる。
以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、粒子径解析に充分な回折光強度Ｉ_０が得られる。 Here, the “diffracted light intensity threshold value” refers to a numerical value for determining the diffracted light intensity I ₀ at the diffusion start time t ₀ . Thus, without too strong diffracted light intensity I ₀ becomes too weak in the diffusion starting time t _0, measurement results of good particle size d is obtained, further measurements of highly reproducible particle size d Results will be obtained.
As described above, according to the particle size measuring apparatus of the present invention, a diffracted light intensity I ₀ sufficient for particle size analysis can be obtained.

そして、本発明の粒子径測定装置においては、前記記憶部は、回折光強度時間変化閾値を記憶し、前記印加電圧制御部は、電圧印加後、前記検出器から取得した回折光強度が前記回折光強度閾値になる前に、前記検出器から取得した回折光強度の時間に対する二次微分値が前記回折光強度時間変化閾値以下になったときには、電圧印加を停止し、その後、前記電極に印加する電圧値を変更して、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせるようにしてもよい。 In the particle size measuring apparatus of the present invention, the storage unit stores a diffracted light intensity time change threshold value, and the applied voltage control unit is configured such that the diffracted light intensity acquired from the detector is diffracted after voltage application. When the second derivative value with respect to time of the diffracted light intensity acquired from the detector is equal to or less than the diffracted light intensity time change threshold before the light intensity threshold is reached, the voltage application is stopped, and then applied to the electrode. The voltage value to be changed may be changed to cause electrophoretic migration of the particles to be measured in the medium.

ここで、「回折光強度時間変化閾値」とは、電圧をこれ以上印加しても、回折光強度Ｉ_ｔが変化せず、媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動がほとんど生じないと判定するための数値のことをいう。これにより、被測定粒子群の過剰捕集を抑止することができ、電極の表面への粒子の固着や凝集が起こらず、粒子間の反発力による自然拡散への影響を考慮する必要がなくなる。
以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、被測定粒子群の過剰捕集を抑止することが可能となる。 Here, "diffraction light intensity time variation threshold", even if a voltage is applied more, does not change the diffracted light intensity I _t, the hardly occurs electrical migration in the particles to be measured in a medium This is a numerical value for judgment. As a result, excessive collection of the particles to be measured can be suppressed, the particles are not fixed or aggregated on the surface of the electrode, and it is not necessary to consider the influence on the natural diffusion due to the repulsive force between the particles.
As described above, according to the particle diameter measuring apparatus of the present invention, it is possible to suppress excessive collection of the measured particle group.

さらに、本発明の粒子径測定装置においては、前記記憶部は、初期設定電圧値を記憶し、前記印加電圧制御部は、まず初期設定電圧値を電極に印加し、前記検出器から取得した回折光強度が前記回折光強度閾値になる前に、前記検出器から取得した回折光強度の時間に対する二次微分値が前記回折光強度時間変化閾値以下になったときには、電圧印加を停止し、その後、前記電極に印加する電圧値を大きくしていくようにしてもよい。
以上のように、本発明の粒子径測定装置によれば、粒子泳動条件を自動的に決定することができる。 Further, in the particle size measuring apparatus of the present invention, the storage unit stores an initial setting voltage value, and the applied voltage control unit first applies the initial setting voltage value to the electrode, and obtains diffraction obtained from the detector. Before the light intensity becomes the diffracted light intensity threshold, when the second derivative value with respect to the time of the diffracted light intensity acquired from the detector is equal to or less than the diffracted light intensity time change threshold, the voltage application is stopped, The voltage value applied to the electrode may be increased.
As described above, according to the particle size measuring apparatus of the present invention, the particle migration conditions can be automatically determined.

本発明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。1 is a schematic configuration block diagram showing the overall configuration of a particle size measuring apparatus of the present invention. 試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of a sample cuvette (cell). 電極対が形成された側壁の一例を示す平面図。The top view which shows an example of the side wall in which the electrode pair was formed. 試料キュベットの断面の一部を示す図。The figure which shows a part of cross section of a sample cuvette. 電圧値と時間との関係及び回折光強度と時間との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a voltage value and time, and the relationship between diffracted light intensity and time. 回折光強度の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of diffracted light intensity. 粒子泳動条件を決定する決定方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the determination method which determines particle migration conditions. 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。The schematic structure block diagram which shows the whole structure of the conventional particle diameter measuring apparatus. 従来の試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the conventional sample cuvette (cell).

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.

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２は、試料キュベット（セル）の一例を示す斜視図である。なお、粒子径測定装置１１０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、直流電圧を印加して電気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。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a particle size measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a sample cuvette (cell). In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the particle diameter measuring apparatus 110. FIG.
In this embodiment, the distribution of the particle diameter d of the measured particle group is calculated by measuring a sample in which the measured particle group is dispersed in a medium. A medium having a known viscosity μ is used. Then, a group of particles to be measured, which is polarized by electrophoresis by applying a direct current voltage, is migrated in the medium.

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に対して直流電圧を印加する直流電源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Ｉ_ｔを検出するための検出光学系５０と、増幅器６と、電極対２を流れる電流値Ａ_ｔを計測する電流計（電流値計測部）８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。 The particle size measuring apparatus 10 includes a sample cuvette 1 in which a sample is accommodated, a DC power source 3 that applies a DC voltage to an electrode pair 2 provided in the sample cuvette 1, and laser light to the sample cuvette 1. a laser light source 4 for irradiating a detection optical system 50 for detecting the first-order diffracted light intensity I _t, a current meter for measuring the amplifier 6, the current value a _t flowing through the electrode pair 2 (current value measurement unit ) 8 and a control unit 7 for controlling the entire particle size measuring apparatus 10.

電流計（電流値計測部）８は、電極対２を流れる電流値Ａ_ｔを計測するものであり、接続部２１ｂ（図３参照）の上端部と直流電源３との間に接続されている。そして、電流計８は、電流値Ａ_ｔを制御部７に所定の時間間隔で出力するようになっている。 Ammeter (current value measuring unit) 8, which measures the current value A _t flowing through the electrode pair 2, is connected between the DC power source 3 and the upper end portion of the connecting portion 21b (see FIG. 3) . The ammeter 8 is made a current value A _t to the control unit 7 to output at predetermined time intervals.

制御部７は、ＣＰＵ３０とメモリ４０とを備え、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、ＣＰＵ３０が処理する機能をブロック化して説明すると、直流電源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Ｉ_ｔを取り込む光強度取得制御部３６と、電流値Ａ_ｔを取り込む電流値取得制御部３３と、判定部３４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。 The control unit 7 includes a CPU 30 and a memory 40, and is connected to a display device (not shown) having a monitor screen and an input device (not shown) having a keyboard, a mouse, and the like. Further, the light intensity capturing will be described with blocking functions CPU30 processes, the applied voltage control unit 31 for controlling the DC power supply 3, a laser light source controller 32 for controlling the laser light source 4, the light intensity I _t an acquisition control section 36, a current value acquisition control unit 33 to capture the current value a _t, a determination unit 34, consisting of particles diameter calculating unit 35 for calculating a particle size distribution d.

さらに、メモリ４０は、電圧値データ記憶領域４１と、光強度データ記憶領域４２とを有する。
電圧値データ記憶領域４１には、電流値閾値Ａ_ｔｈと時間閾値ｔ_ｔｈと初期設定電圧値Ｖ_ｓとが予め記憶されている。電流値閾値Ａ_ｔｈと時間閾値ｔ_ｔｈとは、ファラデー電流が流れているか否かを判定するための数値であり、例えばＡ_ｔｈ＝１０ｍＡ、ｔ_ｔｈ＝１００ｍｓｅｃと設定される。初期設定電圧値Ｖ_ｓは、一回目の測定時に印加する任意の電圧値であり、例えば電圧値０．１〜１００Ｖ程度のうちから０．１Ｖ刻みで自由に選択することのできる直流電源では、初期設定電圧値Ｖ_ｓ＝０．５Ｖと設定される。 Further, the memory 40 has a voltage value data storage area 41 and a light intensity data storage area 42.
The voltage value data storage area 41, and a current value threshold A _th and time threshold t _th and the initial set voltage value V _s is stored in advance. The current value threshold A _th and the time threshold t _th are numerical values for determining whether or not a Faraday current is flowing, and are set to, for example, A _th = 10 mA and t _th = 100 msec. The initial setting voltage value V _s is an arbitrary voltage value applied at the time of the first measurement. For example, in a DC power source that can be freely selected from 0.1 to 100 V in steps of 0.1 V, The initial setting voltage value V _s = 0.5V is set.

光強度データ記憶領域４２には、回折光強度閾値Ｉ_ｔｈと回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”とが予め記憶されている。回折光強度閾値Ｉ_ｔｈは、拡散開始時間ｔ_０での回折光強度Ｉ_０を決定するための数値であり、例えば回折光強度閾値Ｉ_ｔｈとして検出器５１で検出可能な最大光強度の７０％の数値と設定される。回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”は、電圧をこれ以上印加しても、回折光強度Ｉ_ｔが変化せず、媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動がほとんど生じないと判定するための数値であり、例えば回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”＝０と設定される。 The light intensity data storage area 42 stores in advance a diffracted light intensity threshold I _th and a diffracted light intensity time change threshold I _th ″. The diffracted light intensity threshold I _th is diffracted light at the diffusion start time t _0. This is a numerical value for determining the intensity I ₀ , and is set, for example, as a diffracted light intensity threshold I _{th that} is 70% of the maximum light intensity that can be detected by the detector 51. The diffracted light intensity time change threshold I _th ″ is , even if a voltage is applied more, does not change the diffracted light intensity I _t, a numerical value for determining that hardly occurs electrical migration in the particles to be measured in a medium, for example, the diffracted light intensity time The change threshold value I _th ″ = 0 is set.

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。
光強度取得制御部３６は、検出器５１で所定の時間間隔で検出された第１次の回折光強度Ｉ_ｔを取得する制御を行う。
電流値取得制御部３３は、電流計８で所定の時間間隔で検出された電流値Ａ_ｔを取得する制御を行う。 The laser light source control unit 32 controls the laser light source 4 so that the sample cuvette 1 is irradiated (ON) with laser light or stopped (OFF).
Light intensity acquisition control unit 36 performs control to obtain the first-order diffracted light intensity I _t detected by the detector 51 at predetermined time intervals.
Current value acquisition control unit 33 performs control to acquire the current value A _t detected at predetermined time intervals by the ammeter 8.

印加電圧制御部３１は、判定部３４からの変更信号に基づいて所定の電圧値Ｖ_ｎの直流電圧を電極対２に印加したり、判定部３４からの停止信号に基づいて電極対２への直流電圧の印加を停止したりするように直流電源３の制御を行う。これにより、印加電圧制御部３１が、電圧値Ｖ_ｎの直流電圧を電極対２に印加すると、密度回折格子を形成していくようになっている。そして、直流電圧の印加を停止することにより、直流電圧の印加を停止した時間が拡散開始時間ｔ_０として、密度回折格子を崩してぼやけさせていくことになっている。 Applied voltage control unit 31, or by applying a DC voltage of a predetermined voltage value V _n to the electrode pair 2 on the basis of a change signal from the determination unit 34, based on the stop signal from the determination unit 34 to the electrode pair 2 The DC power supply 3 is controlled so as to stop the application of the DC voltage. Accordingly, the applied voltage control unit 31, a current of the voltage value V _n to the electrode pair 2, is adapted to continue to form a density grating. Then, by stopping the application of the DC voltage, the time when the application of the DC voltage is stopped is set as the diffusion start time t ₀ and the density diffraction grating is broken and blurred.

粒子径算出部３５は、判定部３４からの算出信号に基づいて光強度取得制御部３６で得られた回折光強度Ｉ_ｔの時間変化を用いて、媒体中における被測定粒子群の粒子径ｄの分布を算出する制御を行う。例えば、回折光強度Ｉ_ｔの時間変化と式（１）〜（３）とに基づいて、粒子径ｄの分布を算出する。 Particle diameter calculating unit 35 uses the time change of the diffracted light intensity I _t obtained in light intensity acquisition control unit 36 based on the calculation signal from the determination unit 34, the particle diameter d of the particles to be measured in the medium Control to calculate the distribution of. For example, based on the time change and the expression of the diffracted light intensity _{I t (1) ~ (3} ), calculates the particle size distribution d.

判定部３４は、電流値Ａ_ｔと回折光強度Ｉ_ｔとに基づいて、電圧値Ｖ_ｎと印加時間Δｔ_ｎとを決定する制御を行う。図７は、粒子泳動条件を決定する決定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、初期設定電圧値Ｖ_ｓの直流電圧を電極対２に印加するように直流電源３の制御を行う。 Determining unit 34, based on the diffracted light intensity I _t and the current value A _t, performs control to determine the time applying the voltage value V _{_n} Δt _n. FIG. 7 is a flowchart for explaining a determination method for determining particle migration conditions.
First, in the process of step S101, a sample in which the particles to be measured are dispersed in a medium is stored in the sample cuvette 1.
Next, in the process of step S102, the applied voltage control unit 31 controls the DC power supply 3 to a DC voltage of the initial set voltage value V _s to the electrode pair 2.

次に、ステップＳ１０３の処理において、電流値取得制御部３３は、電流計８から電流値Ａ_ｔを取得する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、判定部３４は、電流値Ａ_ｔが電流値閾値Ａ_ｔｈ以下であるか否かを判定する。電流値Ａ_ｔが電流値閾値Ａ_ｔｈ以下でないと判定したときには、ステップＳ１０５の処理において、判定部３４は、電流値Ａ_ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上流れているか否か（持続時間Ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上であるか否か）を判定する。電流値Ａ_ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上流れていないと判定したときには、ステップＳ１０４の処理に戻る。つまり、ステップＳ１０４とＳ１０５との処理によってファラデー電流が流れているかを判定する。 Next, in the process of step S103, the current value acquisition control unit 33 acquires the current value _{A t} ammeter 8.
Next, in the process of step S104, the determination unit 34, the current value _{A t} is equal to or less than the current value threshold _{A th.} When the current value A _t is determined not to be less than the current value threshold A _th it is in the process of step S105, the determination unit 34 determines whether (the duration T is time threshold current value A _t is flowing time threshold t _th or more whether or not t _th or more). When the current value A _t is determined not flowing time threshold t _th or more, the process returns to step S104. That is, it is determined whether the Faraday current is flowing through the processes in steps S104 and S105.

一方、ステップＳ１０５の処理において、電流値閾値Ａ_ｔｈ以上の電流値Ａ_ｔが時間閾値ｔ_ｔｈ以上流れていると判定したときには、ファラデー電流が流れていると判定して、ステップＳ１０６の処理において、判定部３４は、印加電圧制御部３１に停止信号を出力するとともに、粒子径算出部３５に算出信号を出力する。このとき、粒子径算出部３５は、電圧値Ｖ_ｓ−１の直流電圧を電極対２に印加したときの回折光強度Ｉ_ｔの時間変化に基づいて、媒体中における被測定粒子群の粒子径ｄの分布を算出する。そして、本フローチャートを終了させる。 On the other hand, in the process of step S105, when the current value threshold A _th or more current values A _t is determined to be flowing time threshold t _th or more, it is determined that the Faraday current is flowing in the process of step S106, The determination unit 34 outputs a stop signal to the applied voltage control unit 31 and outputs a calculation signal to the particle size calculation unit 35. In this case, the particle diameter calculating unit 35, based on the time change of the diffracted light intensity I _t at the time of applying a DC voltage of the voltage value V _s-1 to the electrode pair 2, the particle size of the particles to be measured in the medium Calculate the distribution of d. Then, this flowchart is ended.

また、ステップＳ１０４の処理において、判定部３４は、電流値Ａ_ｔが電流値閾値Ａ_ｔｈ以下であると判定したときには、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（ＯＮ）させ、光強度取得制御部３６は、回折光強度Ｉ_ｔを取得していく。
次に、ステップＳ１０８の処理において、判定部３４は、回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度閾値Ｉ_ｔｈより大きいか否かを判定する。回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度閾値Ｉ_ｔｈより小さいと判定したときには、ステップＳ１１０の処理において、判定部３４は、回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”より小さいか否かを判定する。回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”より大きいと判定したときには、ステップＳ１０７の処理に戻る。つまり、被測定粒子群の過剰捕集が発生しているかを判定する。 Further, in the process of step S104, the determination unit 34, when the current value _{A t} is equal to or less than the current value threshold _{A th} is in the process of step S107, the laser light source controller 32, the laser beam to the sample cuvette 1 was irradiated (ON), the light intensity acquisition control unit 36, will acquire a diffracted light intensity I _t.
Next, in the process in step S108, the determination unit 34 determines the diffracted light intensity _{I t} is whether the diffracted light intensity threshold _{I th} or greater. When the diffracted light intensity I _t is determined and the diffracted light intensity threshold I _th is smaller than in the process of step S110, the determination unit 34, the diffracted light intensity I _t diffracted light intensity time variation threshold I _{th "or} less or not determining. when the diffracted light intensity I _t is determined to be larger than the diffracted light intensity time variation threshold I _{th ",} the process returns to step S107. That is, it is determined whether excessive collection of the particles to be measured has occurred.

一方、ステップＳ１０８の処理において、回折光強度Ｉ_ｔが回折光強度閾値Ｉ_ｔｈより大きいと判定したときには、粒子径解析に充分な回折光強度Ｉ_０が得られていると判定して、ステップＳ１０９の処理において、判定部３４は、印加電圧制御部３１に停止信号を出力して、光強度取得制御部３６に回折光強度Ｉ_ｔを取得させていくとともに、粒子径算出部３５に算出信号を出力する。このとき、粒子径算出部３５は、電圧値Ｖ_ｓの直流電圧を電極対２に印加したときの回折光強度Ｉ_ｔの時間変化に基づいて、媒体中における被測定粒子群の粒子径ｄの分布を算出する。そして、本フローチャートを終了させる。 On the other hand, in the process of step S108, when the diffracted light intensity I _t is determined to be larger than the diffracted light intensity threshold I _th, it is determined that sufficient diffracted light intensity I ₀ in the particle size analysis are obtained, step S109 in the processing of, the determination unit 34 outputs the stop signal to the voltage regulator unit 31, together will then obtain the diffracted light intensity I _t to the light intensity acquisition control unit 36, a calculation signal to the particle-diameter calculating unit 35 Output. In this case, the particle diameter calculating unit 35, based on the time change of the diffracted light intensity I _t at the time of applying a DC voltage of the voltage value V _s to the electrode pair 2, the particles to be measured in the medium of the particle size d Calculate the distribution. Then, this flowchart is ended.

一方、ステップＳ１１０の処理において、回折光強度Ｉ_ｔの時間ｔに対する二次微分値ｄ^２Ｉ／ｄｔ^２が回折光強度時間変化閾値Ｉ_ｔｈ”より小さいと判定したときには、粒子群の過剰捕集が起こっていると判定して、ステップＳ１１１の処理において、判定部３４は、印加電圧制御部３１に停止信号を出力して、光強度取得制御部３６に回折光強度Ｉ_ｔを取得させていく。
次に、ステップＳ１１２の処理において、判定部３４は、印加電圧制御部３１に変更信号を出力して、印加電圧制御部３１は、初期設定電圧値Ｖ_ｓから０．１Ｖ大きくした電圧値Ｖ_ｓ＋１に変更して、電圧値Ｖ_ｓ＋１の直流電圧を電極対２に印加するように直流電源３の制御を行う。そして、ステップＳ１０３〜Ｓ１１２の処理を繰り返すことになる。 On the other hand, in the processing of step S110, when the diffracted light intensity second derivative with respect to time t of _{I t} ^d ² _I / dt 2 is determined as the diffracted light intensity time variation threshold _{I th} "less than an excess of particles collected it is determined that is occurring in the process of step S111, the determination unit 34 outputs the stop signal to the voltage regulator unit 31, gradually to obtain the diffracted light intensity I _t to the light intensity acquisition control unit 36 .
Next, in the process of step S112, the determination unit 34 outputs the change signal to the voltage regulator unit 31, the applied voltage control unit 31, the voltage value _{V s + 1} which is greater 0.1V from the initial set voltage value _{V s} In other words, the DC power supply 3 is controlled so that a DC voltage having a voltage value V _{s + 1} is applied to the electrode pair 2. Then, the processes in steps S103 to S112 are repeated.

以上のように、粒子径測定装置１０によれば、電気化学反応の発生を抑制でき、粒子径解析に充分な回折光強度Ｉ_０が得られ、かつ、粒子群の過剰捕集が起きない粒子泳動条件（印加電圧値Ｖ_ｎ、印加時間Δｔ_ｎ）を自動的に設定することができる。 As described above, according to the particle size measuring apparatus 10, generation of an electrochemical reaction can be suppressed, a diffracted light intensity I ₀ sufficient for particle size analysis can be obtained, and particles that do not excessively collect particles are generated. The electrophoresis conditions (applied voltage value V _n , applied time Δt _n ) can be automatically set.

本発明は、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の分布を算出する粒子径測定装置等に使用することができる。 The present invention uses a density diffraction grating formed of a measured particle group formed in a medium, calculates a diffusion coefficient of the measured particle group, and further calculates a particle size distribution from the diffusion coefficient, etc. Can be used for

１試料キュベット（セル）
２電極対
３直流電源
４レーザ光源
８電流計（電流値計測部）
１０粒子径測定装置
３１印加電圧制御部
３４判定部
３５粒子径算出部
４０メモリ（記憶部）
５１検出器 1 Sample cuvette (cell)
2 Electrode pair 3 DC power supply 4 Laser light source 8 Ammeter (current value measuring unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Particle diameter measuring device 31 Applied voltage control part 34 Determination part 35 Particle diameter calculation part 40 Memory (memory | storage part)
51 Detector

Claims

被測定粒子群を媒体中に含有する試料を収容するセルと、
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回折光強度を検出する検出器と、
電圧印加を停止することにより、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、
電圧印加を停止したときである拡散開始時間の回折光強度から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の分布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、
回折光強度の計測中に前記被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせる電圧を印加した状態で前記電極を流れる電流値を計測する電流値計測部と、
前記試料中にファラデー電流が流れているか否かを判定するための電流値閾値及び時間閾値を記憶する記憶部と、
前記被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせる電圧を印加した状態で前記電流値閾値以上の電流値が前記時間閾値以上流れたときには、前記試料中にファラデー電流が流れていると判定する判定部とを備えることを特徴とする粒子径測定装置。 A cell containing a sample containing a group of particles to be measured in a medium;
A power supply for applying voltage;
An electrode that forms an electric field that varies spatially in the cell by applying a voltage from the power source;
A light source for irradiating the sample with measurement light in a state in which electrophoretic migration is caused in the particles to be measured in the medium by the electric field;
A detector for detecting the intensity of diffracted light caused by diffracted light generated by irradiating the sample with measurement light;
An applied voltage control unit that causes a change in the diffracted light by causing the measurement target particle group to diffuse in the medium by stopping voltage application; and
Particle size measurement comprising: a particle size calculation unit for calculating a particle size distribution of the measured particle group based on a temporal change in the diffracted light intensity from the diffracted light intensity at the diffusion start time when the voltage application is stopped A device,
A current value measuring unit for measuring a current value flowing through the electrode in a state in which a voltage that causes electrophoresis in the measured particle group is applied during measurement of the diffracted light intensity ;
A storage unit for storing a current value threshold and a time threshold for determining whether or not a Faraday current flows in the sample;
Determination that a Faraday current is flowing in the sample when a current value equal to or greater than the current value threshold flows in a state where a voltage causing electrophoresis is applied to the group of particles to be measured flows. A particle diameter measuring device.

前記記憶部は、粒子径算出に必要な回折光強度が得られたと判定するための回折光強度閾値を記憶し、
前記印加電圧制御部は、前記検出器から取得した回折光強度が前記回折光強度閾値になったときには、電圧印加を停止することにより、前記媒体中で被測定粒子群に拡散を生じさせ、
前記粒子径算出部は、前記拡散開始時間の回折光強度から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の分布を算出することを特徴とする請求項１に記載の粒子径測定装置。 The storage unit stores a diffracted light intensity threshold for determining that the diffracted light intensity necessary for particle diameter calculation has been obtained,
When the diffracted light intensity acquired from the detector reaches the diffracted light intensity threshold, the applied voltage control unit causes the measured particle group to diffuse in the medium by stopping voltage application,
The particle size calculation unit calculates a particle size distribution of the particle group to be measured based on a temporal change in the diffracted light intensity from the diffracted light intensity at the diffusion start time. Particle size measuring device.

前記記憶部は、回折光強度時間変化閾値を記憶し、前記印加電圧制御部は、電圧印加後、前記検出器から取得した回折光強度が前記回折光強度閾値になる前に、前記検出器から取得した回折光強度の時間に対する二次微分値が前記回折光強度時間変化閾値以下になったときには、電圧印加を停止し、その後、前記電極に印加する電圧値を変更して、前記媒体中で被測定粒子群に電気的な泳動を生じさせることを特徴とする請求項２に記載の粒子径測定装置。 The storage unit stores a diffracted light intensity time change threshold value, and the applied voltage control unit receives from the detector after the voltage application, before the diffracted light intensity acquired from the detector becomes the diffracted light intensity threshold value. When the second derivative value with respect to time of the acquired diffracted light intensity is below the diffracted light intensity time change threshold, the voltage application is stopped, and then the voltage value applied to the electrode is changed, The particle size measuring apparatus according to claim 2, wherein electrophoretic migration is caused in the group of particles to be measured.

前記記憶部は、初期設定電圧値を記憶し、
前記印加電圧制御部は、まず初期設定電圧値を電極に印加し、前記検出器から取得した回折光強度が前記回折光強度閾値になる前に、前記検出器から取得した回折光強度の時間に対する二次微分値が前記回折光強度時間変化閾値以下になったときには、電圧印加を停止し、
その後、前記電極に印加する電圧値を大きくしていくことを特徴とする請求項３に記載の粒子径測定装置。 The storage unit stores an initial setting voltage value,
The applied voltage control unit first applies an initial setting voltage value to the electrode, and the diffracted light intensity acquired from the detector with respect to time before the diffracted light intensity acquired from the detector reaches the diffracted light intensity threshold. When the second derivative value is below the diffracted light intensity time change threshold, the voltage application is stopped,
4. The particle size measuring apparatus according to claim 3, wherein the voltage value applied to the electrode is increased thereafter.