WO2013021910A1 - 空隙率測定装置および空隙率測定方法 - Google Patents

空隙率測定装置および空隙率測定方法 Download PDF

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WO2013021910A1
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dispersoid
porosity
dispersion medium
magnetic field
volume
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河野　誠
仁 渡會
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国立大学法人大阪大学
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G—PHYSICS
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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/088—Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
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    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects

Definitions

  • the present invention relates to a porosity measuring device and a porosity measuring method.
  • a gas adsorption method or a mercury injection method is known as a method for measuring the porosity of a sample of powder particles.
  • the surface area of the sample in a dry state is evaluated, and the average porosity of the material is calculated from the relationship with the average particle diameter or mass (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a technique for measuring the average porosity using NMR is also known.
  • the above-mentioned method cannot measure the individual porosity of particles.
  • the inventor of the present application has found a novel technique capable of measuring the porosity of each particle using the magnetic modulus.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a porosity measuring device and a porosity measuring method capable of measuring individual porosity of a dispersoid dispersed in a dispersion medium. .
  • a porosity measuring device includes a magnetic field generation unit, a dispersoid measurement unit that measures movement of a dispersoid dispersed in a dispersion medium in a state where a magnetic field is generated by the magnetic field generation unit, and the dispersoid measurement unit And a calculation unit that acquires the porosity of the dispersoid based on the measurement result.
  • the calculation unit obtains the magnetophoretic velocity of the dispersoid from the measurement result of the dispersoid measurement unit.
  • the computing unit obtains the volume magnetic susceptibility of the dispersoid from the magnetophoretic velocity of the dispersoid, and obtains the porosity of the dispersoid from the volume magnetic susceptibility of the dispersoid.
  • the dispersoid measurement unit includes an optical lens for enlarging the dispersoid dispersed in the dispersion medium, and an imaging unit for imaging the dispersoid expanded by the optical lens.
  • the magnetic field generation unit generates a magnetic field according to a volume magnetic susceptibility of the dispersoid so that a position of the dispersoid dispersed in the dispersion medium is different.
  • the porosity measurement method includes a step of measuring movement of a dispersoid dispersed in a dispersion medium in a state where a magnetic field is generated, and a porosity of the dispersoid based on a measurement result of the movement of the dispersoid. Obtaining.
  • the step of obtaining the porosity of the dispersoid includes the step of obtaining the magnetophoretic velocity of the dispersoid from the measurement result of the movement of the dispersoid.
  • the step of obtaining the porosity of the dispersoid includes the step of obtaining the volume magnetic susceptibility of the dispersoid from the magnetophoretic velocity of the dispersoid, and the dispersoid from the volume magnetic susceptibility of the dispersoid. Obtaining the porosity.
  • the magnetic field is generated so that the position of the dispersoid dispersed in the dispersion medium differs according to the volume magnetic susceptibility of the dispersoid.
  • the dispersoid includes silica gel particles.
  • the dispersion medium includes acetonitrile.
  • the individual porosity of the dispersoid dispersed in the dispersion medium can be measured.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of an embodiment of a porosity measuring device according to the present invention.
  • (A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the porosity measuring method by this invention.
  • (A) And (b) is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the volume magnetic susceptibility of a dispersoid and a dispersion medium, and the moving direction of a dispersoid in the porosity measuring apparatus of this embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a porosity measuring device 10 of the present embodiment.
  • the porosity measurement device 10 includes a magnetic field generation unit 20, a dispersoid measurement unit 30, and a calculation unit 40.
  • a dispersion system D in which the dispersoid s is dispersed in the dispersion medium m is disposed in the vicinity of the magnetic field generation unit 20.
  • the dispersion system D is placed in, for example, a tubular member.
  • a magnetic field is generated in the dispersion system D by the magnetic field generation unit 20, the dispersoid s moves in a predetermined direction. Such a phenomenon is also called magnetophoresis.
  • the dispersoid measurement unit 30 measures the movement of the dispersoid s in a state where the magnetic field generation unit 20 generates a magnetic field.
  • the dispersoid measurement unit 30 may be simply referred to as the measurement unit 30.
  • FIG. 1 shows that one dispersoid s exists in the dispersion medium m
  • a plurality of dispersoids s may exist in the dispersion medium m.
  • the dispersion medium m may be a liquid or a gas.
  • the dispersion medium m is acetonitrile.
  • the dispersion medium m may be methanol or water.
  • the dispersion medium m may be air, for example.
  • the dispersoid s may be fine particles.
  • the dispersoid s may be a cell (eg, red blood cell).
  • the diameter of the dispersoid s is 10 nm or more, and preferably 100 nm or more and 100 ⁇ m or less.
  • the specific gravity of the dispersoid s is twice or more than the specific gravity of the dispersion medium m, the sedimentation of the dispersoid s is relatively fast.
  • the measurement system (the direction of magnetic field migration by the magnetic field generation unit 20 and the direction in which the dispersion system D extends) is installed in the vertical direction to change the velocity due to the magnetic field against the gravity drop of the dispersoid s. Is preferably measured.
  • the dispersoid s moves in a predetermined direction by the generation of the magnetic field.
  • the degree of movement of the dispersoid s varies depending on the magnitude of the magnetic field.
  • the calculation unit 40 acquires the porosity of the dispersoid s based on the measurement result of the measurement unit 30. Although details will be described later, for example, the calculation unit 40 acquires the magnetophoretic velocity of the dispersoid s from the measurement result of the measurement unit 30. In this case, the calculation unit 40 may acquire the magnetophoretic velocity of the dispersoid s from the temporal change in the position information indicating the position of the dispersoid s measured by the measurement unit 30. As an example, the measurement unit 30 may image the dispersoid s at predetermined time intervals, and the calculation unit 40 may acquire the magnetophoretic velocity of the dispersoid s from the imaging results.
  • the calculation unit 40 acquires the porosity of the dispersoid s from the magnetophoretic velocity of the dispersoid s. Specifically, the calculation unit 40 acquires the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s from the magnetophoretic velocity of the dispersoid s, and acquires the porosity of the dispersoid s from the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s.
  • the calculation unit 40 for example, a personal computer is used.
  • the porosity of the dispersoid s can be obtained directly from the movement of one dispersoid s, and the porosity for each dispersoid s can be measured. Further, the uniformity of the porosity of the plurality of dispersoids s dispersed in the dispersion medium m can be examined.
  • the porosity measured by the porosity measuring device 10 is not simply defined only by the shape of the dispersoid s, but is an index indicating the relationship between the dispersoid s and the dispersion medium m.
  • the porosity may be different depending on the dispersion medium m. For this reason, the state of the dispersion medium m that has penetrated into the dispersoid s can be grasped by the porosity.
  • the dispersoid s may be dispersed in the dispersion medium m to swell.
  • the movement of the dispersoid s is determined according to the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s and the dispersion medium m.
  • the volume magnetic susceptibility is a parameter that depends on the electronic state, and is a physically reliable index. Further, according to the porosity measuring device 10, information on the inside and the surface of the dispersoid s can be obtained without destroying the dispersoid s.
  • the motion of the dispersoid s dispersed in the dispersion medium m is measured in a state where a magnetic field is generated.
  • the magnetophoretic velocity of the dispersoid s is obtained from the movement of the dispersoid s.
  • the porosity of the dispersoid s is obtained based on the measurement result of the motion of the dispersoid s.
  • the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s is acquired from the measurement result of the motion of the dispersoid s, and then the porosity of the dispersoid s is acquired from the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s.
  • the dispersoid s may be magnetic particles used for the ink toner.
  • the dispersoid s may be a material used for cosmetics (for example, a foundation) or a material applied to a DDS (drug delivery system).
  • the dispersoid s may be a cell. When the dispersoid s is a cell, the shape of the dispersoid s may change with time.
  • the magnetic field generation unit 20 generates a strong magnetic field and a large magnetic field gradient with a pole piece.
  • the dispersoid s moves in a direction away from the magnetic field.
  • the dispersoid s receives a force in the vicinity of the end of the magnet.
  • the dispersoid s receives a force in the range of about ⁇ 200 ⁇ m from the vicinity of the end of the magnet.
  • the dispersoid s moves in a direction approaching the magnetic field.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the porosity measuring device 10 of the present embodiment.
  • the capillary C in which the dispersion system D is placed is disposed in the vicinity of the magnetic field generation unit 20.
  • the capillary C has a substantially square shape with a cross section orthogonal to the axial direction of about 100 ⁇ m.
  • the measurement unit 30 includes an enlargement unit 32 and an imaging unit 34.
  • the enlargement unit 32 includes an objective lens
  • the imaging unit 34 includes a charge coupled device (CCD).
  • CCD charge coupled device
  • the imaging unit 34 can measure not only the position of the particle s but also the size thereof, but the imaging unit 34 may not measure the size of the particle s.
  • the imaging unit 34 may measure the position of the dispersoid s by detecting light scattered from the dispersoid s.
  • FIG. 5 shows an example of the measurement result of the movement of the dispersoid in the porosity measuring device 10.
  • the dispersoid s is polystyrene particles, and each point is shown by overlapping images taken at intervals of 0.3 seconds.
  • the calculation unit 40 obtains the magnetophoretic velocity v based on the measurement result of the measurement unit 30.
  • ⁇ s is the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s
  • ⁇ m is the volume magnetic susceptibility of the dispersion medium m
  • r is the radius of the dispersoid s
  • ⁇ is the viscosity of the dispersion medium m
  • ⁇ o is the vacuum permeability
  • B the magnetic flux density
  • (dB / dx) is the gradient of the magnetic flux density.
  • the above equation is derived from the fact that the difference in magnetic force between the dispersoid s and the dispersion medium m received in the axial direction of the capillary C is
  • the migration direction of the dispersoid s is determined according to the volume magnetic susceptibility ⁇ s of the dispersoid s and the volume magnetic susceptibility ⁇ m of the dispersion medium m. Further, as understood from the above formula, the magnetophoretic velocity v of the dispersoid s varies depending on the magnetic flux density B and / or the gradient (dB / dx) of the magnetic flux density.
  • the calculation unit 40 acquires the volume magnetic susceptibility ⁇ s of the dispersoid s using the magnetophoretic velocity v obtained from the measurement result of the measurement unit 30.
  • the dispersoid s has a void portion p filled with the dispersion medium m, and the dispersoid s is divided into a main body portion b and a void portion p.
  • V s is the volume of the dispersoid s
  • V b is the volume of the main body portion b of the dispersoid s
  • V p is the volume of the void portion p of the dispersoid s.
  • the volume V s of the dispersoid s is expressed as the sum of the volume V b of the main body portion b of the dispersoid s and the volume V p of the void portion p.
  • V s V b + V p
  • the magnetic susceptibility of the dispersoid s is expressed as the sum of the magnetic susceptibility of the main body portion b of the dispersoid s and the magnetic susceptibility of the void portion p of the dispersoid s.
  • the volume magnetic susceptibility ⁇ p of the void portion p of the dispersoid s is equal to the volume magnetic susceptibility ⁇ m of the dispersion medium m.
  • silica gel is generally used as a filler.
  • the configuration of the silica gel can be examined using the porosity measuring device 10 of the present embodiment.
  • silica gel particles having a diameter of about 5 ⁇ m as dispersoid s the result of measurement using acetonitrile as a dispersion medium m, when the magnetic migration speed v is 27.4Myums -1, from the magnetic migration speed v, chi s Is determined to be ⁇ 7.20 ⁇ 0.02 ⁇ 10 ⁇ 6 .
  • the dispersoid s is silica gel, when the dispersion medium m is acetonitrile, chi b is -1.36 ⁇ 10 -5, ⁇ m is -6.76 ⁇ 10 -6 is there. In this case, the porosity P is 93.3%. From the volume V s of silica gel particles, V p is determined to be 4.65 ⁇ 10 ⁇ 11 cm 3 .
  • the dispersoid s a known material may be used, or the diameter of the dispersoid s may be measured.
  • the diameter of the dispersoid s may be measured using the measurement unit 30.
  • the porosity measuring device 10 has the light source 50 as shown in FIG.
  • dispersion is performed by utilizing interference of light between two optical members in a state where the dispersoid s is trapped by a gap formed between the convex lens and the flat glass or between the flat glass and the flat glass.
  • the diameter of the material s may be measured. Or you may measure the diameter of the dispersoid s using the scattered light from the dispersoid s which carries out Brownian motion.
  • the capillary C in which the dispersion system D is placed is arranged vertically, but the present invention is not limited to this.
  • the capillary C in which the dispersion system D is placed may be arranged horizontally.
  • the magnetic field generation unit 20 generates a magnetic field having a magnetic flux density of 3T.
  • FIG. 9 shows the measurement results of the porosity when acetonitrile is used as the dispersion medium and porous silica gel particles are used as the dispersoid in the porosity measurement apparatus 10 of the present embodiment.
  • the average porosity is 69.7%.
  • the porosity of the porous silica gel particles indicates the ratio of the volume of acetonitrile that has entered the pores of the porous silica gel particles to the total volume of the porous silica gel particles.
  • an average porosity is 70% and it corresponds substantially with the measurement result of FIG.
  • the porosity measuring apparatus 10 of this embodiment can measure the porosity for each particle, the porosity distribution is easily obtained. Typically, obtaining one average porosity requires measurement of about 1000 particles, which takes approximately 20 minutes. When particles having a substantially constant particle size are used, it can be seen that the pore volume of the particles varies when the distribution of the porosity is wide.
  • Table 1 shows the measurement results of the porosity of the porous silica gel particles when methanol and ethanol are used in addition to acetonitrile as the dispersion medium in the porosity measuring device 10 of the present embodiment. As can be seen from Table 1, almost the same results were obtained with these three organic solvents. Thus, the porosity of the dispersoid s can be measured using different solutions.
  • the magnetophoresis direction of the dispersoid s with respect to the flow of the dispersion medium m may change.
  • the entire dispersoid s is radicalized due to a chemical change, the dispersoid s becomes paramagnetic, and the magnitude of the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s with respect to the volume magnetic susceptibility of the dispersion medium m may be reversed.
  • the magnetophoresis direction of the dispersoid s is reversed by the change of the dispersoid s.
  • the reversal of the magnetophoretic direction of the dispersoid s occurs when the density of the dispersoid s changes significantly and the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s and the volume magnetic susceptibility of the dispersion medium m are reversed. May also occur. However, whether or not the density of the dispersoid s has greatly changed can be checked by the measurement unit 30 monitoring the change of the dispersoid s.
  • the radicalization timing of the dispersoid s can be specified and the change to radicals can be visualized.
  • the change (for example, chemical change) of the dispersoid s may be performed in the state in which the porosity measuring device 10 is installed, or may be performed outside the porosity measuring device 10.
  • the dispersoid s is divided into two parts, a main body part b and a void part p, but the present invention is not limited to this.
  • the dispersoid s may be divided into three or more parts.
  • the dispersoid s may be subjected to a surface treatment to improve hydrophilicity. In this case, a portion different from the main body of the dispersoid s is formed on the surface of the dispersoid s. Is done.
  • the dispersoid s is divided into three parts: a main body part b, a surface part c, and a gap part p.
  • the dispersoid s having such three parts corresponds to, for example, a surface of the silica gel provided with voids modified with an Octa Decyl Silyl (ODS) group (C 18 H 37 Si).
  • ODS Octa Decyl Silyl
  • V s is the volume of the dispersoid s
  • V b is the volume of the main body portion b of the dispersoid s
  • V c is the volume of the surface portion c of the dispersoid s
  • V p is the dispersoid s. Is the volume of the void portion p.
  • the magnetic susceptibility of the dispersoid s is expressed by the sum of the magnetic susceptibility of the main body portion b of the dispersoid s, the magnetic susceptibility of the surface portion c of the dispersoid s, and the magnetic susceptibility of the void portion p of the dispersoid s.
  • ⁇ s V s ⁇ b V b + ⁇ c V c + ⁇ p V p
  • ⁇ s is the volume susceptibility of the dispersoid s
  • ⁇ b is the volume susceptibility of the main body portion b of the dispersoid s
  • ⁇ c is the volume susceptibility of the surface portion c of the dispersoid s
  • ⁇ p is the volume magnetic susceptibility of the void portion p of the dispersoid s.
  • V c V s ⁇ V b ⁇ V p It is expressed.
  • a measured value can be used for V b .
  • ⁇ s is determined to be ⁇ 7.82 ⁇ 10 ⁇ 6 from the magnetophoretic velocity of the dispersoid s.
  • the volume magnetic susceptibility chi p air gap portions p of the dispersoid s is -6.76 ⁇ 10 -6 equal to the volume magnetic susceptibility chi m of the dispersion medium m, also from literature values, the ⁇ b -1.56 ⁇ 10 ⁇ 5 and ⁇ c is ⁇ 8.43 ⁇ 10 ⁇ 6 .
  • the volume V b of the main body portion b of the dispersoid s is 6.06 ⁇ 10 ⁇ 11 cm 3
  • the volume V s of the dispersoid s is 9.04 ⁇ . 10 ⁇ 10 cm 3
  • the volume V c of the surface portion c of the surface-modified dispersoid s is 2.66 ⁇ 10 ⁇ 10 cm 3
  • the volume V p of the void portion p of the dispersoid s is 5.83 ⁇ 10 ⁇ 10 cm. 3 is determined.
  • the dispersoid s may have another part in addition to the main body part b and the gap part p.
  • the uniformity of the surface modification can be examined by comparing the porosity distribution of the dispersoid s after the surface modification and the porosity distribution of the dispersoid s before the surface modification. Specifically, when the dispersion of the porosity distribution of the dispersoid s after the surface modification is substantially the same as the dispersion of the porosity distribution of the dispersoid s before the surface modification, it is considered that the surface modification was performed almost uniformly. It is done.
  • the dispersoid s can be separated according to the magnetic susceptibility or porosity.
  • the porosity measuring device 10 capable of separating the dispersoid s according to the magnetic susceptibility or the porosity will be described.
  • FIG. 11 shows a schematic diagram of the porosity measuring device 10 of the present embodiment.
  • the porosity measurement apparatus 10 includes a magnetic field generation unit 20, a dispersoid measurement unit 30, and a calculation unit 40.
  • the dispersoid measurement unit 30 includes an enlargement unit 32 and an imaging unit 34. Yes.
  • the porosity measuring device 10 shown in FIG. 11 is except that the magnetic field forming unit 20 generates a magnetic field so that the position of the dispersoid s dispersed in the dispersion medium m differs according to the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s.
  • the configuration is the same as that of the porosity measuring apparatus 10 described above with reference to FIGS. 1 and 4, and redundant description is omitted for the purpose of avoiding redundancy.
  • a dispersion system D in which the dispersoid s is dispersed in the dispersion medium m is in the capillary C.
  • the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s is smaller than the volume magnetic susceptibility of the dispersion medium m.
  • the dispersoid s is polystyrene particles
  • the dispersion medium m is a MnCl 2 solution.
  • the magnetic field generator 20 has pole pieces 20a and 20b.
  • the pole pieces 20a and 20b sandwich the capillary C, and the capillary C is disposed across the space defined by the pole pieces 20a and 20b.
  • the pole pieces 20a and 20b form a magnetic field in the capillary C.
  • the pole pieces 20a and 20b form magnetic fields having different strengths depending on the position along the width direction (y direction) of the capillary C.
  • each of the pole pieces 20a and 20b has a triangular shape, and the shape and size of both are substantially equal.
  • the overlapping area between the pole pieces 20a and 20b and the capillary C changes almost monotonously along the width direction of the capillary C.
  • FIG. 12 shows an enlarged schematic diagram of a part of the porosity measuring device 10 shown in FIG.
  • the capillary C is connected to the dispersion medium introduction tube Ca and the dispersoid introduction tube Cb via the sealing portion Cc.
  • the diameter of the capillary C is larger than the diameters of the dispersion medium introduction pipe Ca and the dispersoid introduction pipe Cb, and typically, the diameter of the dispersion medium introduction pipe Ca is larger than the dispersoid introduction pipe Cb.
  • the dispersoid introduction tube Cb is disposed in the width direction of the capillary C so as to correspond to a region where the overlapping area between the pole pieces 20a and 20b and the capillary C is relatively large.
  • the pole pieces 20a and 20b have one of two sides defining a right angle parallel to the longitudinal direction of the capillary C (flow direction of the dispersion medium m: x direction) and the other of the two sides defining the right angle. Are arranged so that their sides are parallel to the width direction of the capillary C.
  • the pole pieces 20a and 20b apply different magnetic fields according to positions along the vertical direction (width direction of the capillary C). For example, the diameter (length in the width direction) of the capillary C is 300 ⁇ m, and the pole pieces 20a and 20b are right triangles having sides of 3 mm, 4 mm, and 5 mm, respectively.
  • the dispersion medium m moves from the dispersion medium introduction tube Ca to the capillary C and flows along the longitudinal direction (x direction) of the capillary C.
  • the dispersoid s moves from the dispersoid introduction pipe Cb to the capillary C.
  • the dispersoid s flowing into the capillary C through the dispersoid introduction pipe Cb joins with the dispersion medium m flowing into the capillary C through the dispersion medium introduction pipe Ca. Thereafter, the dispersoid s moves together with the dispersion medium m and reaches the vicinity of the magnetic field forming region formed by the pole pieces 20a and 20b.
  • FIG. 13 shows an enlarged schematic view of a part of the porosity measuring device 10 shown in FIGS.
  • FIG. 13 schematically shows a magnetic field forming region MR formed by the pole pieces 20a and 20b inside the capillary C.
  • the dispersion medium m flows along the longitudinal direction (x direction) of the capillary C, and the dispersoid s receives the fluid driving force F f from the dispersion medium m.
  • the dispersoid s moves at a flow velocity V f and moves to the vicinity of the pole pieces 20a and 20b. Strictly speaking, it is preferable to consider the flow of the dispersion medium m in the capillary C as a laminar flow.
  • the dispersoid s When the dispersoid s reaches the vicinity of the pole pieces 20a and 20b, the dispersoid s receives the magnetic force by the pole pieces 20a and 20b.
  • the magnetic force acts in a direction to push the dispersoid s back against the flow of the dispersion medium m.
  • the magnetic force received by the dispersoid s varies depending on the position of the capillary C in the width direction.
  • a component F mx in the x direction of the magnetic force is expressed as follows.
  • F mx ⁇ ⁇ 4 ( ⁇ s ⁇ m ) ⁇ r 3 ⁇ / (3 ⁇ o ) ⁇ B (dB / dx)
  • the size of B (dB / dx) varies depending on the position of the capillary C in the width direction. For this reason, in the width direction of the capillary C, at a position where the area where the pole pieces 20a, 20b overlap the capillary C is large, the value of B (dB / dx) is large, and the area where the pole pieces 20a, 20b overlap the capillary C is large. In the position where is small, the value of B (dB / dx) is small.
  • the component F mx in the x direction of the magnetic force increases as the overlapping area between the pole pieces 20a and 20b and the capillary C increases.
  • the dispersoid s reaches the vicinity of the magnetic field formation region MR formed by the pole pieces 20a and 20b, and receives a magnetic force larger than the fluid driving force F f .
  • the dispersoid s receives a magnetic force from the magnetic field forming region MR in a direction orthogonal to the hypotenuse of the magnetic field forming region MR, and the dispersoid s is a vector of the fluid driving force F f and the magnetic force. Proceed in the direction represented by the sum.
  • the direction of the vector sum is substantially parallel to the hypotenuse of the pole pieces 20a and 20b, and the dispersoid s moves in an oblique direction substantially parallel to the hypotenuse of the pole pieces 20a and 20b.
  • the dispersoid s moves obliquely, the component F mx in the x direction of the magnetic force received by the dispersoid s decreases.
  • the magnetic force F mx received by the dispersoid s becomes substantially equal to the fluid driving force F f from the dispersion medium m, the dispersoid s passes through the magnetic field formation region MR formed by the pole pieces 20a and 20b.
  • the magnetic force F mx becomes relatively large. Therefore, the dispersoid s cannot pass through the magnetic field forming region MR unless it moves a relatively long distance in the width direction of the capillary C.
  • the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s is relatively large, that is, when the difference between the volume magnetic susceptibility of the dispersion medium m and the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s is relatively small, the magnetic force F mx is relatively small.
  • the dispersoid s can pass through the magnetic field forming region MR even if the distance of movement in the width direction of the capillary C is relatively short.
  • the capillary C may be connected to at least one dispersoid take-out tube for separating and taking out the separated dispersoid s.
  • the porosity measuring apparatus 10 separates the dispersoid s by moving the dispersoid s in the width direction of the capillary C in accordance with the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s.
  • the magnetic field forming region MR formed by the pole pieces 20a and 20b functions as a sorting region for the dispersoid s.
  • the dispersoid s can be efficiently separated even if the width of the capillary C is relatively short.
  • the dispersoid s moves together with the dispersion medium m, so that a relatively large amount of dispersoid s can be easily separated.
  • the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s is related to the porosity of the dispersoid s. For this reason, by separating the dispersoid s according to the volume magnetic susceptibility, the dispersoid s can be separated according to the porosity. For example, when the dispersoid s having the same composition and the substantially same particle size is separated, the dispersoid s is separated by the volume magnetic susceptibility of the dispersoid s. It will be sorted into different positions. Therefore, the dispersoid s having a desired porosity can be obtained according to different positions in the capillary C in the width direction.
  • the porosity of each dispersoid can be measured.
  • the porosity measuring device and / or the porosity measuring method according to the present invention can be applied to the cosmetics field, the medical field, the environment field, and the production of nanoparticles.

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Abstract

　本発明による空隙率測定装置（１０）は、磁場生成部（２０）と、磁場生成部（２０）によって磁場を生成した状態で、分散媒（ｍ）に分散された分散質（ｓ）の動きを測定する分散質測定部（３０）と、分散質測定部（３０）の測定結果に基づいて分散質（ｓ）の空隙率を取得する演算部（４０）とを備える。演算部（４０）は、分散質測定部（３０）の測定結果から分散質（ｓ）の磁気泳動速度を取得する。演算部（４０）は、分散質測定部（３０）の測定結果から分散質（ｓ）の磁気泳動速度を取得することが好ましい。

Description

空隙率測定装置および空隙率測定方法
　本発明は、空隙率測定装置および空隙率測定方法に関する。
　粉体粒子の試料の空隙率を測定する手法として、気体吸着法または水銀注入法が知られている。これらの方法では、乾燥状態での試料の表面積を評価し、平均粒径または質量との関係から資料の平均空隙率を算出する（例えば、特許文献１、２参照）。また、ＮＭＲを用いて平均空隙率を測定する手法も知られている。
特開平０７－２４９２１８号公報 特開平１１－２２９２３２号公報
　しかしながら、上述した手法では粒子の個々の空隙率を測定することはできない。これに対して、本願発明者は、磁気率を用いて、粒子１つずつの空隙率を測定可能な新規な手法を見出した。
　本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、分散媒に分散された分散質の個々の空隙率を測定可能な空隙率測定装置および空隙率測定方法を提供することにある。
　本発明による空隙率測定装置は、磁場生成部と、前記磁場生成部によって磁場を生成した状態で、分散媒に分散された分散質の動きを測定する分散質測定部と、前記分散質測定部の測定結果に基づいて前記分散質の空隙率を取得する演算部とを備える。
　ある実施形態において、前記演算部は、前記分散質測定部の測定結果から前記分散質の磁気泳動速度を取得する。
　ある実施形態において、前記演算部は、前記分散質の磁気泳動速度から前記分散質の体積磁化率を取得し、前記分散質の前記体積磁化率から前記分散質の空隙率を取得する。
　ある実施形態において、前記分散質測定部は、前記分散媒に分散された前記分散質を拡大するための光学レンズと、前記光学レンズによって拡大された分散質を撮像する撮像部とを有する。
　ある実施形態において、前記磁場生成部は、前記分散質の体積磁化率に応じて、前記分散媒に分散される前記分散質の位置が異なるように磁場を生成する。
　本発明による空隙率測定方法は、磁場の生成された状態で、分散媒に分散された分散質の動きを測定する工程と、前記分散質の動きの測定結果に基づいて前記分散質の空隙率を取得する工程とを包含する。
　ある実施形態において、前記分散質の空隙率を取得する工程は、前記分散質の動きの測定結果から前記分散質の磁気泳動速度を取得する工程を含む。
　ある実施形態において、前記分散質の空隙率を取得する工程は、前記分散質の磁気泳動速度から前記分散質の体積磁化率を取得する工程と、前記分散質の前記体積磁化率から前記分散質の前記空隙率を取得する工程とを含む。
　ある実施形態では、前記分散質の動きを測定する工程において、前記分散質の体積磁化率に応じて、前記分散媒に分散される前記分散質の位置が異なるように前記磁場を生成する。
　ある実施形態において、前記分散質はシリカゲル粒子を含む。
　ある実施形態において、前記分散媒はアセトニトリルを含む。
　本発明によれば、分散媒に分散された分散質の個々の空隙率を測定することができる。
本発明による空隙率測定装置の実施形態の模式図である。 （ａ）および（ｂ）は本発明による空隙率測定方法を説明するための模式図である。 （ａ）および（ｂ）は本実施形態の空隙率測定装置における分散質及び分散媒の体積磁化率と分散質の移動方向の関係を説明するための模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置における分散質の動きの測定結果を示す模式的な図である。 空隙の設けられた分散質を示す模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置において、分散媒としてアセトニトリルを用い、分散質として多孔質シリカゲル粒子を用いた場合の空隙率の測定結果を示すグラフである。 空隙の設けられた分散質を示す模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置の一部を拡大した模式図である。 本実施形態の空隙率測定装置の一部を拡大した模式図である。
　以下、図面を参照して本発明による空隙率測定装置の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。
　図１に、本実施形態の空隙率測定装置１０の模式図を示す。空隙率測定装置１０は、磁場生成部２０と、分散質測定部３０と、演算部４０とを備える。磁場生成部２０の近傍には分散媒ｍに分散質ｓが分散された分散系Ｄが配置されている。分散系Ｄは、例えば、管状部材に入れられている。磁場生成部２０によって分散系Ｄに磁場が生成される場合、分散質ｓは所定の方向に移動する。このような現象は磁気泳動とも呼ばれる。
　分散質測定部３０は、磁場生成部２０によって磁場が生成された状態で分散質ｓの動きを測定する。なお、以下の説明において、分散質測定部３０を単に測定部３０と呼ぶことがある。
　なお、図１には、分散媒ｍに１つの分散質ｓが存在しているように示されているが、もちろん、分散媒ｍに複数の分散質ｓが存在していてもよい。分散媒ｍは液体であってもよく、気体であってもよい。例えば、分散媒ｍはアセトニトリルである。あるいは、分散媒ｍはメタノールであってもよく、水であってもよい。あるいは、分散媒ｍは、例えば空気であってもよい。また、分散質ｓは微粒子であってもよい。あるいは、分散質ｓは細胞（例えば、赤血球）であってもよい。分散質ｓの直径は１０ｎｍ以上であり、１００ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。なお、分散質ｓの比重が分散媒ｍの比重に対して２倍以上であると、分散質ｓの沈降が比較的早い。この場合、分散媒ｍを比重の比較的高いものに変更するか、または、ポンプ等によって分散媒ｍを流動させることが好ましい。また、ポンプでの流動に加えて、測定系（磁場生成部２０による磁場泳動方向および分散系Ｄの延びている方向）を鉛直方向に設置することで分散質ｓの重力落下に対する磁場による速度変化を測定することが好ましい。
　分散質ｓの磁化率は分散媒ｍの磁化率とは異なるため、磁場の生成により、分散質ｓは所定の方向に移動する。分散質ｓの移動の程度は、磁場の大きさに応じて変化する。
　演算部４０は、測定部３０の測定結果に基づいて分散質ｓの空隙率を取得する。詳細は後述するが、例えば、演算部４０は、測定部３０の測定結果から分散質ｓの磁気泳動速度を取得する。この場合、演算部４０は、測定部３０によって測定された分散質ｓの位置を示す位置情報の時間的な変化から、分散質ｓの磁気泳動速度を取得してもよい。その一例として、測定部３０は、所定の時間間隔ごとに分散質ｓを撮像し、演算部４０は、それらの撮像結果から分散質ｓの磁気泳動速度を取得してもよい。
　その後、演算部４０は、分散質ｓの磁気泳動速度から分散質ｓの空隙率を取得する。具体的には、演算部４０は、分散質ｓの磁気泳動速度から分散質ｓの体積磁化率を取得し、分散質ｓの体積磁化率から分散質ｓの空隙率を取得する。演算部４０として、例えば、パーソナルコンピュータが用いられる。
　空隙率測定装置１０によれば、１つの分散質ｓの動きから、分散質ｓの空隙率を直接的に求めることができ、分散質ｓ毎の空隙率を測定することができる。また、分散媒ｍに分散された複数の分散質ｓの空隙率の均一性を調べることができる。
　なお、空隙率測定装置１０で測定される空隙率は、単純に分散質ｓの形状のみによって規定されるものではなく、分散質ｓと分散媒ｍとの関係をも示す指標である。例えば、仮に分散質ｓが同じものであっても、分散媒ｍが異なることにより、空隙率は異なる値を示すことがある。このため、空隙率により、分散質ｓ内に浸透した分散媒ｍの状況を把握することができる。なお、分散質ｓは、分散媒ｍに分散されて膨潤してもよい。
　分散質ｓの動きは、分散質ｓおよび分散媒ｍの体積磁化率に応じて決定される。なお、体積磁化率は、電子状態に依存するパラメータであり、物理学的に信頼性の高い指標である。また、空隙率測定装置１０によれば、分散質ｓを破壊することなく分散質ｓの内部および表面の情報を得ることができる。
　以下、図２を参照して本実施形態の空隙率測定方法を説明する。
　まず、図２（ａ）に示すように、磁場を生成した状態で、分散媒ｍに分散された分散質ｓの動きを測定する。例えば、分散質ｓの動きから、分散質ｓの磁気泳動速度が求められる。
　次に、図２（ｂ）に示すように、分散質ｓの動きの測定結果に基づいて分散質ｓの空隙率を取得する。例えば、分散質ｓの動きの測定結果から分散質ｓの体積磁化率を取得し、その後、分散質ｓの体積磁化率から分散質ｓの空隙率を取得する。
　このようにして、分散質ｓの磁気泳動を利用して分散質ｓを破壊することなく分散質ｓの空隙率を測定できる。なお、分散質ｓはインクトナーに用いられる磁性粒子であってもよい。また、分散質ｓは化粧品（例えば、ファウンデーション）に用いられる材料であってもよく、ＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）に適用される材料であってもよい。なお、上述したように、分散質ｓは細胞であってもよい。分散質ｓが細胞の場合、分散質ｓの形状が時間とともに変化することがある。
　以下、図３を参照して、分散質ｓの動きを説明する。例えば、磁場生成部２０はポールピースによって強い磁場および大きな磁場勾配を生成することが好ましい。
　図３（ａ）に示すように、分散質ｓの体積磁化率が分散媒ｍの体積磁化率よりも小さい場合、分散質ｓは磁場から遠ざかる方向に移動する。なお、分散質ｓは磁石の端部の近傍において力を受ける。例えば、分散質ｓは磁石の端部の近傍から±２００μｍ程度の範囲で力を受ける。
　図３（ｂ）に示すように、分散質ｓの体積磁化率が分散媒ｍの体積磁化率よりも大きい場合、分散質ｓは磁場に近づく方向に移動する。
　図４に、本実施形態の空隙率測定装置１０の模式図を示す。図４に示した空隙率測定装置１０において分散系Ｄの入れられたキャピラリＣは磁場生成部２０の近傍に配置されている。例えば、キャピラリＣは、軸方向に直交する断面が約１００μｍのほぼ正方形状に構成されている。
　測定部３０は、拡大部３２および撮像部３４を有している。例えば、拡大部３２は対物レンズを含み、撮像部３４は電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）を含む。なお、撮像部３４は一般に分散質ｓの位置だけでなく大きさも併せて測定可能であるが、撮像部３４は分散質ｓの大きさを測定しなくてもよい。例えば、撮像部３４は分散質ｓから散乱する光を検出することによって分散質ｓの位置を測定してもよい。
　図５に、空隙率測定装置１０における分散質の動きの測定結果の一例を示す。ここでは、分散質ｓはポリスチレン粒子であり、各点は０．３秒間隔で撮像した画像を重ねて示している。
　例えば、演算部４０は、測定部３０の測定結果に基づいて磁気泳動速度ｖを求める。分散質ｓの磁気泳動速度ｖは以下のように表される。
　ｖ＝｛２（χs－χm）ｒ2｝／（９ημo）×Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）
ここで、χsは分散質ｓの体積磁化率であり、χmは分散媒ｍの体積磁化率であり、ｒは分散質ｓの半径であり、ηは分散媒ｍの粘性率であり、μoは真空の透磁率であり、Ｂは磁束密度であり、（ｄＢ／ｄｘ）は磁束密度の勾配である。なお、上記式は、キャピラリＣの軸方向に受ける分散質ｓおよび分散媒ｍの磁気力の差と、粘性抵抗力とがほぼ等しいことから導かれる。
　上述したように、分散質ｓの泳動方向は、分散質ｓの体積磁化率χsと分散媒ｍの体積磁化率χmの大きさに応じて決定される。また、上記の式から理解されるように、分散質ｓの磁気泳動速度ｖは磁束密度Ｂおよび／または磁束密度の勾配（ｄＢ／ｄｘ）に依存して変化する。
　演算部４０は、測定部３０の測定結果から求めた磁気泳動速度ｖを利用して、分散質ｓの体積磁化率χsを取得する。例えば、図６に示すように、分散質ｓには分散媒ｍの充填された空隙部分ｐがあり、分散質ｓは、本体部分ｂと、空隙部分ｐとに分けられる。
　この場合、空隙率Ｐは、
　　Ｐ＝Ｖp／Ｖs＝Ｖp／（Ｖb＋Ｖp）
と表される。ここで、Ｖsは分散質ｓの体積であり、Ｖbは分散質ｓの本体部分ｂの体積であり、Ｖpは分散質ｓの空隙部分ｐの体積である。このように、分散質ｓの体積Ｖsは、分散質ｓの本体部分ｂの体積Ｖbと、空隙部分ｐの体積Ｖpとの和で表される。
　　Ｖs＝Ｖb＋Ｖp
　なお、分散質ｓの磁化率は、分散質ｓの本体部分ｂの磁化率と、分散質ｓの空隙部分ｐの磁化率との和で表される。図６に示すように、分散質ｓの空隙部分ｐに分散媒ｍが充填されている場合、磁化の関係は、
　χsＶs＝χbＶb＋χpＶp
と表される。この場合、上述した式は、
　Ｐ＝Ｖp／（Ｖb＋Ｖp）＝（χs－χb）／（χp－χb）
と表される。なお、分散質ｓの空隙部分ｐに分散媒ｍが充填されている場合、分散質ｓの空隙部分ｐの体積磁化率χpは分散媒ｍの体積磁化率χmに等しい。
　なお、化学分析においてしばしば用いられる液体クロマトグラフィーでは、充填剤として一般にシリカゲルが用いられる。本実施形態の空隙率測定装置１０を用いてシリカゲルの構成を調べることができる。
　例えば、分散質ｓとして直径約５μｍのシリカゲル粒子を用い、分散媒ｍとしてアセトニトリルを用いた測定の結果、磁気泳動速度ｖが２７．４μｍｓ-1である場合、この磁気泳動速度ｖから、χsは－７．２０±０．０２×１０-6と求められる。また、上述したように、分散質ｓがシリカゲルであり、分散媒ｍがアセトニトリルである場合、χbは－１．３６×１０-5であり、χmは－６．７６×１０-6である。この場合、空隙率Ｐは９３．３％である。また、シリカゲル粒子の体積Ｖsから、Ｖpは４．６５×１０-11ｃｍ3と求められる。
　なお、分散質ｓは、大きさの既知の材料を用いてもよく、あるいは、分散質ｓの直径を測定してもよい。例えば、分散質ｓの直径は測定部３０を用いて測定してもよい。なお、測定部３０が分散質ｓの直径を直接的に測定する場合、図７に示すように、空隙率測定装置１０は光源５０を有することが好ましい。
　あるいは、凸レンズと平板ガラスとの間、または、平板ガラスと平板ガラスとの間に形成される空隙によって分散質ｓをトラップさせた状態で２つの光学部材に間における光の干渉を利用して分散質ｓの直径を測定してもよい。あるいは、ブラウン運動を行う分散質ｓからの散乱光を利用して分散質ｓの直径を測定してもよい。
　なお、図４および図７に示した空隙率測定装置１０では、分散系Ｄの入れられたキャピラリＣは垂直に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。図８に示すように、空隙率測定装置１０において、分散系Ｄの入れられたキャピラリＣは水平に配置されてもよい。例えば、磁場生成部２０は磁束密度３Ｔの磁場を生成する。
　図９に、本実施形態の空隙率測定装置１０において、分散媒としてアセトニトリルを用い、分散質として多孔質シリカゲル粒子を用いた場合の空隙率の測定結果を示す。図９に示した測定結果において平均空隙率は６９．７％である。ここでは、多孔質シリカゲル粒子の空隙率は、多孔質シリカゲル粒子の全体体積に対して、多孔質シリカゲル粒子の細孔に侵入したアセトニトリルの体積の割合を示している。なお、従来の窒素ガス吸着による多孔質シリカゲル粒子の空隙率を測定したところ、平均空隙率は７０％であり、図９の測定結果とほぼ一致している。これは、窒素ガスと同じ程度の量のアセトニトリルが多孔質シリカゲル粒子の細孔へ侵入したことを示しており、分散質ｓの体積磁化率から分散質ｓの空隙率を取得する本実施形態の手法の妥当性が理解される。
　また、本実施形態の空隙率測定装置１０では、粒子ごとの空隙率を測定できるため、空隙率分布が容易に取得される。典型的には、１つの平均空隙率の取得には、約１０００個の粒子の測定が必要であり、これに要する時間はおおよそ約２０分である。ほぼ一定の粒径を有する粒子を用いた場合、空隙率の分布が広いと、粒子の細孔体積にバラツキがあることがわかる。
　表１に、本実施形態の空隙率測定装置１０において、分散媒としてアセトニトリル以外に、メタノールおよびエタノールを用いた場合の多孔質シリカゲル粒子の空隙率の測定結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　表１から理解されるように、これら３種類の有機溶媒では、ほぼ同じ結果が得られている。このように、異なる溶液を用いても、分散質ｓの空隙率を測定できる。
　なお、分散質ｓを化学的に変化させて分散質ｓの体積磁化率が変化することにより、分散媒ｍの流れに対する分散質ｓの磁気泳動方向が変化することがある。例えば、化学変化によって分散質ｓ全体がラジカル化すると、分散質ｓは常磁性化するため、分散媒ｍの体積磁化率に対する分散質ｓの体積磁化率の大きさが反転することがある。この場合、分散質ｓの変化により、分散質ｓの磁気泳動方向が反転する。一方、分散質ｓの多くの箇所で化学変化することなく、一部の箇所でのみラジカル化が起きる場合、分散質ｓ全体としては反磁性のままであり、分散質ｓの磁化率が減少することがある。このため、分散質ｓの磁気泳動の動き、すなわち、分散質ｓの磁化率の変化により、分散質ｓのラジカル化の進行の程度をモニタすることができる。
　なお、厳密には、分散質ｓの磁気泳動方向の反転は、分散質ｓの密度が大きく変化して分散質ｓの体積磁化率および分散媒ｍの体積磁化率の大きさが反転する場合にも起きることがある。ただし、分散質ｓの密度が大きく変化したか否かは、測定部３０が分散質ｓの変化をモニタすることにより、調べることができる。
　このように、本実施形態の空隙率測定装置１０により、分散質ｓのラジカル化のタイミングを特定できるとともにラジカルへの変化を可視化できる。なお、分散質ｓの変化（例えば、化学変化）は、空隙率測定装置１０を設置した状態で行われてもよく、空隙率測定装置１０の外部で行われてもよい。
　なお、上述した説明では、分散質ｓは、本体部分ｂおよび空隙部分ｐの２つの部分に分けられたが、本発明はこれに限定されない。分散質ｓは、３以上の部分に分けられてもよい。例えば、分散質ｓには、親水性を向上させるために、分散質ｓに表面処理を行うことがあり、この場合、分散質ｓの表面に、分散質ｓの本体部分とは異なる部分が形成される。
　図１０に示すように、分散質ｓは、本体部分ｂと、表面部分ｃと、空隙部分ｐの３つの部分に分けられる。このような３つの部分を有する分散質ｓは、例えば、空隙の設けられたシリカゲルの表面がオクタデシルシリル（Ｏｃｔａ　Ｄｅｃｙｌ　Ｓｉｌｙｌ：ＯＤＳ）基（Ｃ18Ｈ37Ｓｉ）で修飾されたものに相当する。この場合、分散質ｓの体積は、
　　Ｖs＝Ｖb＋Ｖc＋Ｖp
と表される。ここで、Ｖsは分散質ｓの体積であり、Ｖbは分散質ｓの本体部分ｂの体積であり、Ｖcは分散質ｓの表面部分ｃの体積であり、Ｖpは分散質ｓの空隙部分ｐの体積である。
　また、分散質ｓの磁化率は、分散質ｓの本体部分ｂの磁化率と、分散質ｓの表面部分ｃの磁化率と、分散質ｓの空隙部分ｐの磁化率との和で表される。
　　χsＶs＝χbＶb＋χcＶc＋χpＶp
ここで、χsは分散質ｓの体積磁化率であり、χbは分散質ｓの本体部分ｂの体積磁化率であり、χcは分散質ｓの表面部分ｃの体積磁化率であり、χpは分散質ｓの空隙部分ｐの体積磁化率である。
　なお、上述の体積の関係は、
　　Ｖc＝Ｖs－Ｖb－Ｖp
と表される。Ｖbは測定値を用いることができる。
　また、空隙率Ｐは、
　　Ｐ＝Ｖp／Ｖs＝Ｖp／（Ｖb＋Ｖc＋Ｖp）
と表される。この空隙率Ｐは、また、上述の磁化の関係を用いて、
　　Ｐ＝（χc－χs）／（χc－χm）－（χc－χb）×Ｖb／（（χc－χm）×Ｖs）
と表される。
　例えば、ＯＤＳ基で表面修飾した直径５μｍのシリカゲル粒子をアセトニトリルに分散させた場合、分散質ｓの磁気泳動速度から、χsは－７．８２×１０-6と求められる。分散質ｓの空隙部分ｐの体積磁化率χpは分散媒ｍの体積磁化率χmに等しく－６．７６×１０-6であり、また、文献の値から、χbは－１．５６×１０-5であり、χcは－８．４３×１０-6である。また、同様のシリカゲルを表面未修飾で用いた結果、分散質ｓの本体部分ｂの体積Ｖbは６．０６×１０-11ｃｍ3であり、分散質ｓの体積Ｖsは９．０４×１０-10ｃｍ3である。以上から、空隙率Ｐ（＝Ｖp／Ｖs）は０．６４（６４％）と求められる。この結果から、表面修飾された分散質ｓの表面部分ｃの体積Ｖcは２．６６×１０-10ｃｍ3、分散質ｓの空隙部分ｐの体積Ｖpは５．８３×１０-10ｃｍ3と決定される。なお、図６および図１０を参照した上述した説明の比較から理解されるように、分散質ｓは、本体部分ｂと空隙部分ｐ以外に別の部分を有してもよい。
　また、表面修飾後の分散質ｓの空隙率分布と、表面修飾前の分散質ｓの空隙率分布とを比較することにより、表面修飾の均一性を調べることができる。具体的には、表面修飾後の分散質ｓの空隙率分布の分散が表面修飾前の分散質ｓの空隙率分布の分散とほぼ同程度であると、表面修飾がほぼ均一に行われたと考えられる。これに対して、表面修飾後の分散質ｓの空隙率分布の分散が表面修飾前の分散質ｓの空隙率分布の分散よりもかなり大きいと、表面修飾は不均一に行われたと考えられる。
　なお、分散質ｓは磁化率または空隙率に応じて分別可能である。ここで、図１１～図１３を参照して、磁化率または空隙率に応じて分散質ｓを分別可能な空隙率測定装置１０の実施形態を説明する。
　図１１に、本実施形態の空隙率測定装置１０の模式図を示す。この空隙率測定装置１０は、磁場生成部２０と、分散質測定部３０と、演算部４０とを備えており、分散質測定部３０は、拡大部３２と、撮像部３４とを有している。図１１に示した空隙率測定装置１０は、磁場形成部２０が分散質ｓの体積磁化率に応じて分散媒ｍに分散される分散質ｓの位置が異なるように磁場を生成する点を除いて、図１および図４を参照して上述した空隙率測定装置１０と同様の構成を有しており、冗長を避ける目的で重複する説明を省略する。
　磁場生成部２０の近傍において、分散媒ｍに分散質ｓが分散された分散系ＤがキャピラリＣの中に入っている。ここでは、分散質ｓの体積磁化率は分散媒ｍの体積磁化率よりも小さい。例えば、分散質ｓはポリスチレン粒子であり、分散媒ｍはＭｎＣｌ2溶液である。
　磁場生成部２０は、ポールピース２０ａ、２０ｂを有している。ポールピース２０ａ、２０ｂはキャピラリＣを挟んでおり、キャピラリＣは、ポールピース２０ａ、２０ｂによって規定される空間を横切るように配置されている。
　ポールピース２０ａ、２０ｂはキャピラリＣ内に磁場を形成する。ポールピース２０ａ、２０ｂにより、キャピラリＣの幅方向（ｙ方向）に沿った位置に応じて異なる強度の磁場が形成される。ここでは、ポールピース２０ａ、２０ｂはそれぞれ三角形状を有しており、両者の形状および大きさはほぼ等しい。ポールピース２０ａ、２０ｂとキャピラリＣとの重なる面積は、キャピラリＣの幅方向に沿ってほぼ単調に変化する。
　図１２に、図１１に示した空隙率測定装置１０の一部を拡大した模式図を示す。キャピラリＣは、分散媒導入管Ｃａおよび分散質導入管Ｃｂと封止部Ｃｃを介して連結している。キャピラリＣの径は、分散媒導入管Ｃａおよび分散質導入管Ｃｂの径よりも大きく、また、典型的には、分散媒導入管Ｃａの径は分散質導入管Ｃｂよりも大きい。分散質導入管Ｃｂは、キャピラリＣの幅方向において、ポールピース２０ａ、２０ｂとキャピラリＣとの重なる面積が比較的大きい領域と対応するように配置されている。
　ポールピース２０ａ、２０ｂは、直角を規定する２つの辺の一方の辺がキャピラリＣの長手方向（分散媒ｍの流れ方向：ｘ方向）に平行で、かつ、直角を規定する２つの辺の他方の辺がキャピラリＣの幅方向に平行になるように配置されている。ポールピース２０ａ、２０ｂは、垂直方向（キャピラリＣの幅方向）に沿った位置に応じて異なる大きさの磁場を印加する。例えば、キャピラリＣの径（幅方向の長さ）は３００μｍであり、ポールピース２０ａ、２０ｂは、それぞれ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの辺を有する直角三角形である。
　分散媒ｍは分散媒導入管ＣａからキャピラリＣに移動し、キャピラリＣの長手方向（ｘ方向）に沿って流れる。分散質ｓは分散質導入管ＣｂからキャピラリＣに移動する。分散質導入管Ｃｂを介してキャピラリＣに流れる分散質ｓは、分散媒導入管Ｃａを介してキャピラリＣに流れる分散媒ｍと合流する。その後、分散質ｓは分散媒ｍとともに移動し、ポールピース２０ａ、２０ｂによって形成される磁場形成領域の近傍に到達する。
　図１３に、図１１および図１２に示した空隙率測定装置１０の一部を拡大した模式図を示す。図１３には、キャピラリＣの内部において、ポールピース２０ａ、２０ｂによって形成される磁場形成領域ＭＲを模式的に示している。
　分散媒ｍはキャピラリＣの長手方向（ｘ方向）に沿って流れており、分散質ｓは分散媒ｍからの流体駆動力Ｆfを受けている。分散質ｓは流速Ｖfで移動し、ポールピース２０ａ、２０ｂの近傍まで移動する。なお、厳密には、キャピラリＣ内の分散媒ｍの流れは層流と考えることが好ましい。
　分散質ｓは、ポールピース２０ａ、２０ｂの近傍に達すると、ポールピース２０ａ、２０ｂによる磁気力を受ける。ここでは、分散質ｓの体積磁化率は分散媒ｍの体積磁化率よりも小さいため、磁気力は、分散媒ｍの流れに対して分散質ｓを押し戻す方向に作用する。分散質ｓの受ける磁気力は、キャピラリＣの幅方向の位置に応じて異なる。磁気力のｘ方向の成分Ｆmxは以下のように表される。
　Ｆmx＝－｛４（χs－χm）πｒ3｝／（３μo）×Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）
　図１３に示した空隙率測定装置１０の磁場形成領域ＭＲにおいて、Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）の大きさは、キャピラリＣの幅方向の位置に応じて異なる。このため、キャピラリＣの幅方向において、ポールピース２０ａ、２０ｂとキャピラリＣとの重なる面積が大きい位置では、Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）の値は大きく、ポールピース２０ａ、２０ｂとキャピラリＣとの重なる面積が小さい位置では、Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）の値は小さい。したがって、同一の分散質ｓであっても、キャピラリＣの幅方向において、ポールピース２０ａ、２０ｂとキャピラリＣとの重なる面積が大きい位置ほど、磁気力のｘ方向の成分Ｆmxは大きく、キャピラリＣとの重なる面積が小さくなるほど、磁気力のｘ方向の成分Ｆmxは小さくなる。
　分散質ｓは、ポールピース２０ａ、２０ｂによって形成された磁場形成領域ＭＲの近傍に到達し、流体駆動力Ｆfよりも大きい磁気力を受ける。厳密には、分散質ｓは、磁場形成領域ＭＲから、磁場形成領域ＭＲの斜辺に対して直交する方向に磁気力を受け、分散質ｓは、流体駆動力Ｆfと磁気力とのベクトルの和で表される方向に進む。典型的には、ベクトルの和の方向はポールピース２０ａ、２０ｂの斜辺とほぼ平行であり、分散質ｓはポールピース２０ａ、２０ｂの斜辺とほぼ平行に斜め方向に移動する。
　分散質ｓが斜めに移動していくほど、分散質ｓの受ける磁気力のｘ方向の成分Ｆmxは減少する。分散質ｓの受ける磁気力Ｆmxが分散媒ｍからの流体駆動力Ｆfとほぼ等しくなると、分散質ｓは、ポールピース２０ａ、２０ｂによって形成された磁場形成領域ＭＲを通過する。
　例えば、分散質ｓの体積磁化率が比較的小さい場合、すなわち、分散媒ｍの体積磁化率と分散質ｓの体積磁化率との差が比較的大きい場合、磁気力Ｆmxが比較的大きくなるため、分散質ｓが、キャピラリＣの幅方向に比較的長い距離移動しないと、磁場形成領域ＭＲを通過できない。反対に、分散質ｓの体積磁化率が比較的大きい場合、すなわち、分散媒ｍの体積磁化率と分散質ｓの体積磁化率との差が比較的小さい場合、磁気力Ｆmxが比較的小さいため、分散質ｓは、キャピラリＣの幅方向に移動する距離が比較的短くても、磁場形成領域ＭＲを通過できる。なお、ここでは図示していないが、キャピラリＣには、分別された分散質ｓを分離して取り出すための少なくとも１本の分散質取出管が連結していてもよい。
　このように、空隙率測定装置１０は、分散質ｓの体積磁化率に応じて分散質ｓをキャピラリＣの幅方向に移動させて分散質ｓを分別する。この場合、ポールピース２０ａ、２０ｂによって形成される磁場形成領域ＭＲが分散質ｓの選別領域として機能する。本実施形態の空隙率測定装置１０によれば、キャピラリＣの幅が比較的短くても分散質ｓを効率的に分別することができる。また、本実施形態の空隙率測定装置１０によれば、分散質ｓは分散媒ｍとともに移動するため、比較的多くの分散質ｓを簡便に分別することができる。
　なお、上述したように、分散質ｓの体積磁化率は分散質ｓの空隙率と関連している。このため、体積磁化率に応じて分散質ｓを分別することにより、分散質ｓは空隙率に応じて分別することができる。例えば、同じ組成でほぼ同じ粒径の分散質ｓを分別する場合、分散質ｓが分散質ｓの体積磁化率で分別された結果、分散質ｓは、空隙率に応じてキャピラリＣ内の幅方向の異なる位置に分別されることになる。したがって、キャピラリＣ内の幅方向の異なる位置に応じて、所望の空隙率を有する分散質ｓを取得することができる。
　本発明によれば、各分散質の空隙率を測定することができる。本発明による空隙率測定装置および／または空隙率測定方法は、化粧品分野、医療品分野、環境分野、ナノ粒子の製造に適用可能である。
　１０　空隙率測定装置
　２０　磁場生成部
　３０　分散質測定部
　４０　演算部

Claims (11)

  1. 　磁場生成部と、
    　前記磁場生成部によって磁場を生成した状態で、分散媒に分散された分散質の動きを測定する分散質測定部と、
    　前記分散質測定部の測定結果に基づいて前記分散質の空隙率を取得する演算部と
    を備える、空隙率測定装置。
  2. 　前記演算部は、前記分散質測定部の測定結果から前記分散質の磁気泳動速度を取得する、請求項１に記載の空隙率測定装置。
  3. 　前記演算部は、前記分散質の磁気泳動速度から前記分散質の体積磁化率を取得し、前記分散質の前記体積磁化率から前記分散質の空隙率を取得する、請求項２に記載の空隙率測定装置。
  4. 　前記分散質測定部は、
    　前記分散媒に分散された前記分散質を拡大するための光学レンズと、
    　前記光学レンズによって拡大された分散質を撮像する撮像部と
    を有する、請求項１から３のいずれかに記載の空隙率測定装置。
  5. 　前記磁場生成部は、前記分散質の体積磁化率に応じて、前記分散媒に分散される前記分散質の位置が異なるように磁場を生成する、請求項１から４のいずれかに記載の空隙率測定装置。
  6. 　磁場の生成された状態で、分散媒に分散された分散質の動きを測定する工程と、
    　前記分散質の動きの測定結果に基づいて前記分散質の空隙率を取得する工程と
    を包含する、空隙率測定方法。
  7. 　前記分散質の空隙率を取得する工程は、
    　前記分散質の動きの測定結果から前記分散質の磁気泳動速度を取得する工程を含む、請求項６に記載の空隙率測定方法。
  8. 　前記分散質の空隙率を取得する工程は、
    　前記分散質の磁気泳動速度から前記分散質の体積磁化率を取得する工程と、
    　前記分散質の前記体積磁化率から前記分散質の前記空隙率を取得する工程と
    を含む、請求項７に記載の空隙率測定方法。
  9. 　前記分散質の動きを測定する工程において、前記分散質の体積磁化率に応じて、前記分散媒に分散される前記分散質の位置が異なるように前記磁場を生成する、請求項６から８のいずれかに記載の空隙率測定方法。
  10. 　前記分散質はシリカゲル粒子を含む、請求項６から９のいずれかに記載の空隙率測定方法。
  11. 　前記分散媒はアセトニトリルを含む、請求項６から１０のいずれかに記載の空隙率測定方法。
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