ナノ粒子サイズ及びZETA電位分析器

りゅうしりゅうどそくてい

動的光散乱（DLS）法の原理

液体媒体中に分散された微小粒子にレーザー光を照射すると、粒子のブラウン運動により散乱光の周波数がずれ、時間とともに散乱光信号が動的に変化し、この変化の大きさは粒子のブラウン運動速度と関係があり、粒子のブラウン運動速度は粒子粒径の大きさに依存し、粒子のブラウン運動速度は遅く、逆に粒子のブラウン運動速度は速いため、動的光散乱技術はサンプル粒子の散乱光強度の時間とともに変動する法則を分析し、光子検出器を用いて固定の角度で散乱光を収集し、相関器を通じて自己相関演算を行い相関関数を得、さらに数学的反転を経て粒子粒径情報を得る。

パフォーマンスの特長

1、高効率の光路システム：固体レーザと一体化光ファイバを用いて光路を集積し、空間コヒーレンスの要求を満たし、光強度自己相関関数の信号対雑音比を高め、後続データ反転の精度を確保する。

2、高感度光子検出器：計数型光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオードを採用し、光子信号に対して高い感度と信号対雑音比を持つ、エッジトリガモードを用いてカウントし、フォトンパルスの変化を瞬間的に捉える。

3、大ダイナミックレンジ高速光子相関器：高、低速チャンネルを組み合わせた光子相関器を採用し、ハードウェア資源とチャンネル数の間の矛盾を効果的に解決し、リアルタイムでダイナミックレンジが大きく、ベースラインが安定している相関関数を取得する。

4、高精度温度制御システム：半導体冷凍技術に基づいて、適応PID制御アルゴリズムを採用して、サンプルプールの温度制御精度を±0.1℃に達する。

5、データ選別機能：分数位に異常値を検出する方法を導入し、ほこりに邪魔された散乱光データを鑑別し、そして異常値を取り除き、粒度測定結果の精度を高める。

6、最適化された反転アルゴリズム：優＋フィッティング累積反転アルゴリズムを用いて平均粒径及び多分散係数を計算し、非負制約正則化アルゴリズムに基づいて粒子粒度分布を反転し、測定結果の精度と反復性はいずれも1%より優れている。

7、後方散乱光路：後方散乱光路を用いて高濃度サンプルを測定する場合、後方散乱光はサンプル全体を通過する必要がないため、散乱光路を小さくし、複数回散乱光を弱め、さらに高濃度サンプルの粒子粒度を測定することができる。

Zeta電位測定

帯電粒子は電界力の作用下で電極の逆方向に電気泳動運動を行い、単位電界強度下の電気泳動速度は電気泳動移動度と定義される。粒子は電気泳動移動時に、密着吸着層と部分拡散層を連れて一緒に移動し、液体との間に摺動面を形成し、摺動面と液体内部の電位差はZeta電位である。Zeta電位は分散系の安定性を特徴づける重要な指標であり、Zeta電位が高いほど、粒子間の相互反発力が大きくなり、コロイド系が安定するため、Zeta電位を測定することでコロイドの安定性を予測することができる。

位相分析光散乱（PALS）法の原理

Zeta電位と電気泳動移動度の関係はHenry方程式に従い、粒子の電界中の電気泳動移動度を測定することで粒子のZeta電位を算出することができる。電気泳動光散乱（ELS）法は、散乱光の周波数オフセットを測定することにより、粒子の電気泳動移動度を得て、Zeta電位を決定する。一方、位相分析光散乱（PALS）法則は散乱光信号の位相変化を測定することによって粒子の電気泳動移動度を得、測定分解能はELS法より2桁高く、それによってZeta電位の測定精度を高めた。