特許 5754575 空隙率測定装置および空隙率測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5754575

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】空隙率測定装置および空隙率測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/76 20060101AFI20150709BHJP

   G01N 27/74 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/76

   G01N27/74

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-527992(P2013-527992)

(86)(22)【出願日】2012年8月2日

(86)【国際出願番号】JP2012069697

(87)【国際公開番号】WO2013021910

(87)【国際公開日】20130214

【審査請求日】2014年2月4日

(31)【優先権主張番号】特願2011-171650(P2011-171650)

(32)【優先日】2011年8月5日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】河野 誠

(72)【発明者】

【氏名】渡會 仁

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０８９７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４９２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２９２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６７３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７１３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７１６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２２７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 諏訪雅頼 他， 磁気泳動速度解析による単一微粒子の磁化率測定法の開発，分析化学，２０１０年，Vol.50 No.10，pp.895-902

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／７２−２７／９０

Ｇ０１Ｒ ３３／００−３３／１８

Ｇ０１Ｎ １５／００−１５／１４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
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し、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、前記分散質の体積の関係、および、前記分散質の磁化の関係に基づいて、前記分散質の空隙率を取得する、空隙率測定装置。

【請求項2】

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に記載の空隙率測定装置。

【請求項3】

前記磁場生成部は、前記分散質の前記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又は請求項２に記載の空隙率測定装置。

【請求項4】

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
を包含し、
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と、
前記分散質の前記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、前記分散質の体積の関係、および、前記分散質の磁化の関係に基づいて、前記分散質の空隙率を取得する工程と
を含む、空隙率測定方法。

【請求項5】

前記分散質の動きを測定する工程において、前記分散質の前記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４に記載の空隙率測定方法。

【請求項6】

前記分散質はシリカゲル粒子を含む、請求項４又は請求項５に記載の空隙率測定方法。

【請求項7】

前記分散媒はアセトニトリルを含む、請求項４から請求項６のいずれかに記載の空隙率測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０７−２４９２１８号公報

【特許文献2】特開平１１−２２９２３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【発明の効果】

【0017】

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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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。

【図2】（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。

【図3】（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。

【図4】本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。

【図5】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。

【図6】空隙の設けられた分散質を示す模式図である。

【図7】本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。

【図8】本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。

【図9】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。

【図10】空隙の設けられた分散質を示す模式図である。

【図11】本実施形態の空隙率測定装置の模式図である。

【図12】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。

【図13】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。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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（χ_s−χ_m）ｒ²｝／（９ημ_o）×Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）
ここで、χ_sは分散質ｓの体積磁化率であり、χ_m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、μ_o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。

【0040】

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χ_sと分散媒ｍの体積磁化率χ_m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。

【0041】

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χ_s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。

【0042】

この場合、空隙率Ｐは、
Ｐ＝Ｖ_p／Ｖ_s＝Ｖ_p／（Ｖ_b＋Ｖ_p）
と表される。ここで、Ｖ_sは分散質ｓの体積であり、Ｖ_bは分散質ｓの本体部分ｂの体積であり、Ｖ_p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Ｖ_sは、分散質ｓの本体部分ｂの体積Ｖ_bと、空隙部分ｐの体積Ｖ_pとの和で表される。
Ｖ_s＝Ｖ_b＋Ｖ_p

【0043】

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、
χ_sＶ_s＝χ_bＶ_b＋χ_pＶ_p
と表される。この場合、上述した式は、
Ｐ＝Ｖ_p／（Ｖ_b＋Ｖ_p）＝（χ_s−χ_b）／（χ_p−χ_b）
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χ_pは分散媒ｍの体積磁化率χ_mに等しい。

【0044】

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。

【0045】

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、χ_s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、χ_bは−１．３６×１０^-5であり、χ_m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Ｖ_sから、Ｖ_pは４．６５×１０^-11ｃｍ³と求められる。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【表1】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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、
Ｖ_s＝Ｖ_b＋Ｖ_c＋Ｖ_p
と表される。ここで、Ｖ_sは分散質ｓの体積であり、Ｖ_bは分散質ｓの本体部分ｂの体積であり、Ｖ_cは分散質ｓの表面部分ｃの体積であり、Ｖ_pは分散質ｓの空隙部分ｐの体積である。

【0057】

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。
χ_sＶ_s＝χ_bＶ_b＋χ_cＶ_c＋χ_pＶ_p
ここで、χ_sは分散質ｓの体積磁化率であり、χ_bは分散質ｓの本体部分ｂの体積磁化率であり、χ_cは分散質ｓの表面部分ｃの体積磁化率であり、χ_pは分散質ｓの空隙部分ｐの体積磁化率である。

【0058】

なお、上述の体積の関係は、
Ｖ_c＝Ｖ_s−Ｖ_b−Ｖ_p
と表される。Ｖ_bは測定値を用いることができる。

【0059】

また、空隙率Ｐは、
Ｐ＝Ｖ_p／Ｖ_s＝Ｖ_p／（Ｖ_b＋Ｖ_c＋Ｖ_p）
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＝（χ_c−χ_s）／（χ_c−χ_m）−（χ_c−χ_b）×Ｖ_b／（（χ_c−χ_m）×Ｖ_s）
と表される。

【0060】

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、χ_s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χ_pは分散媒ｍの体積磁化率χ_mに等しく−６．７６×１０^-6であり、また、文献の値から、χ_bは−１．５６×１０^-5であり、χ_c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Ｖ_bは６．０６×１０^-11ｃｍ³であり、分散質ｓの体積Ｖ_sは９．０４×１０^-10ｃｍ³である。以上から、空隙率Ｐ（＝Ｖ_p／Ｖ_s）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Ｖ_cは２．６６×１０^-10ｃｍ³、分散質ｓの空隙部分ｐの体積Ｖ_p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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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Ｆ_fを受けている。分散質ｓは流速Ｖ_f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。

【0072】

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Ｆ_mxは以下のように表される。
Ｆ_mx＝−｛４（χ_s−χ_m）πｒ³｝／（３μ_o）×Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）

【0073】

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Ｆ_mx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Ｆ_mxは小さくなる。

【0074】

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Ｆ_f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Ｆ_f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。

【0075】

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Ｆ_mxは減少する。分散質ｓの受ける磁気力Ｆ_mxが分散媒ｍからの流体駆動力Ｆ_f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。

【0076】

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Ｆ_mx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Ｆ_mx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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【産業上の利用可能性】

【0079】

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。

【符号の説明】

【0080】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】