知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特開2022-184699動的光散乱測定装置、動的光散乱測定解析方法、および、測定プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022184699
(43)【公開日】2022-12-13
(54)【発明の名称】動的光散乱測定装置、動的光散乱測定解析方法、および、測定プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 21/65 20060101AFI20221206BHJP
G01N 15/02 20060101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
G01N21/65
G01N15/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022002138
(22)【出願日】2022-01-11
(31)【優先権主張番号】P 2021092057
(32)【優先日】2021-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】301023238
【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構
(72)【発明者】
【氏名】廣井 卓思
(72)【発明者】
【氏名】佐光 貞樹
(72)【発明者】
【氏名】石岡 邦江
【テーマコード（参考）】
2G043
【Ｆターム（参考）】
2G043AA03
2G043EA04
2G043FA06
2G043HA09
2G043LA02
2G043NA01
2G043NA02
(57)【要約】
【課題】 液体試料中の粒子の粒径／粒径分布を、動的光散乱法を用いて分子選択的に測定する動的光散乱測定装置、その測定解析方法及びその測定プログラムを提供すること。
【解決手段】 本発明の粒子（粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を有する液体試料中の粒子の粒径／粒径分布を動的光散乱法により測定する装置は、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）およびこれに同期した第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ω１＞ω２、ω１－ω２＝ωｖ）を発し、液体試料に照射し、第１および第２のパルスレーザ光のいずれかは単色パルスレーザ光である光源部と、ＣＡＲＳ光子／ＣＳＲＳ光子を取り出す分離装置と、これを検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、情報処理装置は、時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部と、粒子の粒径／粒径分布を演算する粒径演算部とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明の粒子（粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を有する液体試料中の粒子の粒径／粒径分布を動的光散乱法により測定する装置は、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）およびこれに同期した第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ω１＞ω２、ω１－ω２＝ωｖ）を発し、液体試料に照射し、第１および第２のパルスレーザ光のいずれかは単色パルスレーザ光である光源部と、ＣＡＲＳ光子／ＣＳＲＳ光子を取り出す分離装置と、これを検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、情報処理装置は、時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部と、粒子の粒径／粒径分布を演算する粒径演算部とを備える。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する装置であって、
少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、
前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、
前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、
前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置と
を備え、
前記情報処理装置は、
前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部と、
前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部と
をさらに備える、動的光散乱測定装置。
少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、
前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、
前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、
前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置と
を備え、
前記情報処理装置は、
前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部と、
前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部と
をさらに備える、動的光散乱測定装置。
【請求項2】
前記光源部は、前記第１のパルスレーザ光に同期する第３のパルスレーザ光（角振動数：ω３）をさらに発し、前記液体試料に照射し、
前記ＣＡＲＳ光子は、ω３＋ω１－ω２を満たし、
前記ＣＳＲＳ光子は、ω３－ω１＋ω２を満たす、請求項１に記載の動的光散乱測定装置。
前記ＣＡＲＳ光子は、ω３＋ω１－ω２を満たし、
前記ＣＳＲＳ光子は、ω３－ω１＋ω２を満たす、請求項１に記載の動的光散乱測定装置。
【請求項3】
前記光源部は、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を発し、
前記ＣＡＲＳ光子は、２ω１－ω２を満たし、
前記ＣＳＲＳ光子は、２ω２－ω１を満たす、請求項１に記載の動的光散乱測定装置。
前記ＣＡＲＳ光子は、２ω１－ω２を満たし、
前記ＣＳＲＳ光子は、２ω２－ω１を満たす、請求項１に記載の動的光散乱測定装置。
【請求項4】
前記分離装置は、フィルタまたは分光器である、請求項１～３のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項5】
前記第１のパルスレーザ光または前記第２のパルスレーザ光のいずれかは白色光である、請求項１～４のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項6】
前記動的光散乱測定装置は、顕微鏡をさらに備え、
前記光源部は、少なくとも、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を前記顕微鏡の対物レンズを介して前記液体試料に照射する、請求項１～５のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
前記光源部は、少なくとも、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を前記顕微鏡の対物レンズを介して前記液体試料に照射する、請求項１～５のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項7】
前記動的光散乱測定装置は、前記光子検出装置が検出する前記散乱光子の散乱角度を可変にする角度可変機構を備える、請求項１～５のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項8】
前記時間相関関数演算処理部はオートコリレータである、請求項１～７のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項9】
前記動的光散乱測定装置は、
前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置
をさらに備え、
前記時間相関関数演算処理部は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する、請求項１～７のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置
をさらに備え、
前記時間相関関数演算処理部は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する、請求項１～７のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項10】
前記動的光散乱測定装置は、
前記光源部がパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置
をさらに備え、
前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、
前記情報処理装置は、
前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する修正電気パルス到達時間リスト作成部
をさらに備え、
前記時間相関関数演算処理部は、前記光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する、請求項９に記載の動的光散乱測定装置。
前記光源部がパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置
をさらに備え、
前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、
前記情報処理装置は、
前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する修正電気パルス到達時間リスト作成部
をさらに備え、
前記時間相関関数演算処理部は、前記光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する、請求項９に記載の動的光散乱測定装置。
【請求項11】
前記パルスレーザ光タイミング装置は、光検出器、または、ディレイジェネレータである、請求項１０に記載の動的光散乱測定装置。
【請求項12】
前記光子検出装置で生成した前記電気パルスのパルス幅を伸長させ、不感時間を設けるパルス幅伸長・デッドタイム調整器をさらに備える、請求項９～１１のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項13】
前記時間相関関数演算部は、前記時間相関関数ｇ（２）（τ）を、次式に基づいて演算する、請求項９～１２のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
ここで、Δｔは任意に決められる相関時間の最小の時間幅であり、ｎ（ｔ）は、前記光子到達時間リスト中のある時間ｔ～ｔ＋Δｔの間に検出された散乱光子数であり、Ｎは測定時間をΔｔで除した値であり、＜・・・＞Δｔは時間平均を表す。
【数1】
【請求項14】
前記時間相関関数演算部は、前記時間相関関数ｇ（２）（τ）を、前記光子到達時間リストのフーリエ変換を二乗したパワースペクトルを求め、前記パワースペクトルを逆フーリエ変換して算出する、請求項９～１２のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項15】
前記粒径演算部は、指数関数によるフィッティング法、キュムラント法、ヒストグラム法およびＣＯＮＴＩＮ法からなる群から少なくとも１つ選択される解析法を用いる、請求項１～１４のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項16】
前記光源部は、可変減光フィルタをさらに備える、請求項１～１５のいずれかに記載の動的光散乱測定装置。
【請求項17】
少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定・解析する方法であって、
少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射することであって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、照射することと、
前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出すことと、
前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成することと、
前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算することと、
前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算すること
とを包含する、方法。
少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射することであって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、照射することと、
前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出すことと、
前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成することと、
前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算することと、
前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算すること
とを包含する、方法。
【請求項18】
前記方法は、
前記電気パルスを生成することに続いて、前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成すること
をさらに包含し、
前記時間相関関数を演算することは、光子到達時間リストとして前記電気到達時間リストを用いる、請求項１７に記載の方法。
前記電気パルスを生成することに続いて、前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成すること
をさらに包含し、
前記時間相関関数を演算することは、光子到達時間リストとして前記電気到達時間リストを用いる、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記照射することにおける前記パルスレーザ光を発するタイミングを通知することと、
前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成することと、
前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成することと
をさらに包含し、
前記時間相関関数を演算することは、前記光子到達時間リストとして前記修正電気到達時間リストを用いる、請求項１８に記載の方法。
前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成することと、
前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成することと
をさらに包含し、
前記時間相関関数を演算することは、前記光子到達時間リストとして前記修正電気到達時間リストを用いる、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する動的光散乱測定装置に用いられる測定・解析プログラムであって、
前記動的光散乱測定装置は、
少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、
前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、
前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、
前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置と
を備え、
前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数を演算する機能と、
前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能と
をコンピュータに実現させる、測定・解析プログラム。
前記動的光散乱測定装置は、
少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、
前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、
前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、
前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置と
を備え、
前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数を演算する機能と、
前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能と
をコンピュータに実現させる、測定・解析プログラム。
【請求項21】
前記動的光散乱測定装置は、前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置をさらに備え、
前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いる、請求項２０に記載の測定・解析プログラム。
前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いる、請求項２０に記載の測定・解析プログラム。
【請求項22】
前記動的光散乱測定装置は、
前記光源部が発するパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置
をさらに備え、
前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、
前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する機能
をコンピュータにさらに実現させ、
前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いる、請求項２１に記載の測定・解析プログラム。
前記光源部が発するパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置
をさらに備え、
前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、
前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する機能
をコンピュータにさらに実現させ、
前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いる、請求項２１に記載の測定・解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動的光散乱測定装置、動的光散乱測定解析方法、および、測定・解析プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
微粒子の粒径およびその分布を測定する手法は数多く存在し、対象である粒子の大きさや性質によって決められる。そして、その多くが光を用いた測定手法である。直接観測である光学顕微鏡法や粒子からの散乱光の干渉現象を利用した静的光散乱法は、原理的に光の波長よりも小さい物質を観測することが困難であり、粒径２００ｎｍ以下の微粒子の観測には適さない。そのような微粒子の観測には、波長の短いプローブを用いた顕微鏡法や散乱法が有効であり、光の場合はＸ線がプローブに対応する。しかし、Ｘ線は可視光と比較して発生させることが困難であり、高価な装置が必要となる。加えて、Ｘ線は１光子あたりのエネルギーが可視光と比較して桁違いに大きいため、高分子などの有機材料で構成された微粒子に照射すると、微粒子に不可逆的なダメージが与えられることも多い。その他の波長の短いプローブを用いた手法として、電子線を用いた電子顕微鏡法が挙げられるが、Ｘ線散乱装置と同様に高価であり、また試料を真空中に置く必要がある。これらの実験手法と比較して、安価で光の波長よりも小さい粒子の粒径分布を観測できる手法として動的光散乱法がある（例えば、特許文献１および２を参照）。
【0003】
特許文献１および２によれば、高分子やコロイド溶液に対して光を照射し、生じた散乱光の強度の時間相関関数を測定することによって、溶液中の粒子の粒径分布を測定する手法を採用する。このような手法は、１分以内で様々な粒径の溶質を含んだ溶液の粒径分布を測定できる簡便な手法として広く用いられている。
【0004】
特許文献１および２によれば、定常発振型レーザ光源、ミラーやレンズなどで構成される光学系、透明なセルに入った液体試料、フォトンカウンティングモジュール、オートコリレータ、パーソナルコンピュータを備える粒径測定装置を開示する。
【0005】
レーザ光は液体試料に集光され、発生した散乱光は適切な光学系を経てフォトンカウンティングモジュールに集光され、１光子レベルでの検出が行われる。光子の到達時間を逐一オートコリレータで取り込み、ハードウェア上で光子の時間相関関数を計算し、パーソナルコンピュータへとデータが転送される。得られた時間相関関数は、パーソナルコンピュータ上でキュムラント法やＣＯＮＴＩＮ法などの手法によって解析を行い、粒径分布関数へと変換される。
【0006】
しかしながら、動的光散乱法には分子選択性がない。これは、動的光散乱法で用いる散乱光が、入射光と同じ波長を持つレイリー散乱光であり、異なる分子から発生する散乱光を光学的に分けることが原理的にできないためである。動的光散乱測定を行う対象となる分散液は、多くの場合複数の分子種を含んでいるため、動的光散乱法で得られた分散液の粒径分布について、どの分子種がどのような粒径分布なのかという情報が得られることが望ましい。
【0007】
一方、動的光散乱法に類似した技術として、蛍光相関分光法が挙げられる（例えば、非特許文献１を参照）。動的光散乱法は、粒子から発生する散乱光の干渉を通して粒子の位置揺らぎを観測し、得られた拡散係数から粒径を推定するという手法であるため、被照射体積中に十分な数の散乱体が存在するという点が前提となる。非特許文献１によれば、蛍光相関分光法は、被照射体積から発生する光の強度を時間相関関数という形で測定するという点では動的光散乱と同じであるが、観測しているのは被照射体積中の粒子の数揺らぎであり、被照射体積中に存在する粒子の数は高々数個である点が動的光散乱と異なる。
【0008】
蛍光相関分光法では発生する光の干渉を観測しているわけではないので、観測する光に制限はなく、非特許文献２～４に示されるように、蛍光の他にラマン散乱光、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光、第二高調波発生光などで同様の相関分光法が報告されている。蛍光相関分光法を用いれば、粒子の拡散係数、分子数、濃度などを知ることはできるが、粒子の粒径分布を測定することはできない。また、蛍光を利用する際には、蛍光色素が長時間の露光によって破壊される光退色の影響を受けてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開昭６３－２６５１３８号公報
【特許文献2】特開平２－９６６３６号公報
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】Ｄ．Ｍａｇｄｅら，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，２９，７０５，１９７２
【非特許文献2】Ｊ．Ｃｈｅｎｇら，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ａ，１０６，８５６１，２００２
【非特許文献3】Ｍ．Ｇｅｉｓｓｂｕｅｈｌｅｒら，Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．，１２，１６６８，２０１２
【非特許文献4】Ａ． Ｂａｒｂａｒａら，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，２１，１５４１８，２０１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
以上から、本発明の課題は、液体試料中の粒子の粒径および／または粒径分布を、動的光散乱法を用いて分子選択的に測定する動的光散乱測定装置、その測定解析方法、および、その測定プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明による少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する動的光散乱測定装置は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、前記情報処理装置は、前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部と、前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部とをさらに備え、これにより上記課題を解決する。
前記光源部は、前記第１のパルスレーザ光に同期する第３のパルスレーザ光（角振動数：ω３）をさらに発し、前記液体試料に照射し、前記ＣＡＲＳ光子は、ω３＋ω１－ω２を満たし、前記ＣＳＲＳ光子は、ω３－ω１＋ω２を満たしてもよい。
前記光源部は、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を発し、前記ＣＡＲＳ光子は、２ω１－ω２を満たし、前記ＣＳＲＳ光子は、２ω２－ω１を満たしてもよい。
前記分離装置は、フィルタまたは分光器であってもよい。
前記第１のパルスレーザ光または前記第２のパルスレーザ光のいずれかは白色光であってもよい。
前記動的光散乱測定装置は、顕微鏡をさらに備え、前記光源部は、少なくとも、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を前記顕微鏡の対物レンズを介して前記液体試料に照射してもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記光子検出装置が検出する前記散乱光子の散乱角度を可変にする角度可変機構を備えてもよい。
前記時間相関関数演算処理部はオートコリレータであってもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置をさらに備え、前記時間相関関数演算処理部は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算してもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記光源部がパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置をさらに備え、前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、前記情報処理装置は、前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する修正電気パルス到達時間リスト作成部をさらに備え、前記時間相関関数演算処理部は、前記光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算してもよい。
前記パルスレーザ光タイミング装置は、光検出器、または、ディレイジェネレータであってもよい。
前記光子検出装置で生成した前記電気パルスのパルス幅を伸長させ、不感時間を設けるパルス幅伸長・デッドタイム調整器をさらに備えてもよい。
前記時間相関関数演算部は、前記時間相関関数ｇ（２）（τ）を、次式に基づいて演算してもよい。
ここで、Δｔは任意に決められる相関時間の最小の時間幅であり、ｎ（ｔ）は、前記光子到達時間リスト中のある時間ｔ～ｔ＋Δｔの間に検出された散乱光子数であり、Ｎは測定時間をΔｔで除した値であり、＜・・・＞Δｔは時間平均を表す。
前記時間相関関数演算部は、前記時間相関関数ｇ（２）（τ）を、前記光子到達時間リストのフーリエ変換を二乗したパワースペクトルを求め、前記パワースペクトルを逆フーリエ変換して算出してもよい。
前記粒径演算部は、指数関数によるフィッティング法、キュムラント法、ヒストグラム法およびＣＯＮＴＩＮ法からなる群から少なくとも１つ選択される解析法を用いてもよい。
前記光源部は、可変減光フィルタをさらに備えてもよい。
本発明による少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定・解析する方法は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射することであって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、照射することと、前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出すことと、前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成することと、前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算することと、前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記方法は、前記電気パルスを生成することに続いて、前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成することをさらに包含し、前記時間相関関数を演算することは、光子到達時間リストとして前記電気到達時間リストを用いてもよい。
前記方法は、前記照射することにおける前記パルスレーザ光を発するタイミングを通知することと、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成することと、前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成することとをさらに包含し、前記時間相関関数を演算することは、前記光子到達時間リストとして前記修正電気到達時間リストを用いてもよい。
本発明による少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する動的光散乱測定装置に用いられる測定・解析プログラムは、前記動的光散乱測定装置が、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数を演算する機能と、前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能とをコンピュータに実現させ、これにより上記課題を解決する。
前記動的光散乱測定装置は、前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置をさらに備え、前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いてもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記光源部が発するパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置をさらに備え、前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する機能をコンピュータにさらに実現させ、前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いてもよい。
前記光源部は、前記第１のパルスレーザ光に同期する第３のパルスレーザ光（角振動数：ω３）をさらに発し、前記液体試料に照射し、前記ＣＡＲＳ光子は、ω３＋ω１－ω２を満たし、前記ＣＳＲＳ光子は、ω３－ω１＋ω２を満たしてもよい。
前記光源部は、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を発し、前記ＣＡＲＳ光子は、２ω１－ω２を満たし、前記ＣＳＲＳ光子は、２ω２－ω１を満たしてもよい。
前記分離装置は、フィルタまたは分光器であってもよい。
前記第１のパルスレーザ光または前記第２のパルスレーザ光のいずれかは白色光であってもよい。
前記動的光散乱測定装置は、顕微鏡をさらに備え、前記光源部は、少なくとも、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光を前記顕微鏡の対物レンズを介して前記液体試料に照射してもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記光子検出装置が検出する前記散乱光子の散乱角度を可変にする角度可変機構を備えてもよい。
前記時間相関関数演算処理部はオートコリレータであってもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置をさらに備え、前記時間相関関数演算処理部は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算してもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記光源部がパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置をさらに備え、前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、前記情報処理装置は、前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する修正電気パルス到達時間リスト作成部をさらに備え、前記時間相関関数演算処理部は、前記光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算してもよい。
前記パルスレーザ光タイミング装置は、光検出器、または、ディレイジェネレータであってもよい。
前記光子検出装置で生成した前記電気パルスのパルス幅を伸長させ、不感時間を設けるパルス幅伸長・デッドタイム調整器をさらに備えてもよい。
前記時間相関関数演算部は、前記時間相関関数ｇ（２）（τ）を、次式に基づいて演算してもよい。
【数1】
前記時間相関関数演算部は、前記時間相関関数ｇ（２）（τ）を、前記光子到達時間リストのフーリエ変換を二乗したパワースペクトルを求め、前記パワースペクトルを逆フーリエ変換して算出してもよい。
前記粒径演算部は、指数関数によるフィッティング法、キュムラント法、ヒストグラム法およびＣＯＮＴＩＮ法からなる群から少なくとも１つ選択される解析法を用いてもよい。
前記光源部は、可変減光フィルタをさらに備えてもよい。
本発明による少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定・解析する方法は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射することであって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、照射することと、前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出すことと、前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成することと、前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算することと、前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記方法は、前記電気パルスを生成することに続いて、前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成することをさらに包含し、前記時間相関関数を演算することは、光子到達時間リストとして前記電気到達時間リストを用いてもよい。
前記方法は、前記照射することにおける前記パルスレーザ光を発するタイミングを通知することと、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成することと、前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成することとをさらに包含し、前記時間相関関数を演算することは、前記光子到達時間リストとして前記修正電気到達時間リストを用いてもよい。
本発明による少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する動的光散乱測定装置に用いられる測定・解析プログラムは、前記動的光散乱測定装置が、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、前記液体試料に照射する光源部であって、前記第２のパルスレーザ光は、前記第１のパルスレーザ光に同期しており、前記第１のパルスレーザ光および前記第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、前記液体試料からの散乱光子のうち、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子、または、コヒーレントストークスラマン散乱（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光子を取り出す分離装置と、前記取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、前記電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、前記電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数を演算する機能と、前記演算された時間相関関数を用いて前記粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能とをコンピュータに実現させ、これにより上記課題を解決する。
前記動的光散乱測定装置は、前記情報処理装置の前段に前記電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置をさらに備え、前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記電気パルス到達時間リストを用いてもよい。
前記動的光散乱測定装置は、前記光源部が発するパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置をさらに備え、前記データ収集装置は、前記パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、前記電気パルス到達時間リストに加えて、パルスレーザ光タイミングリストを生成し、前記電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する機能をコンピュータにさらに実現させ、前記時間相関関数を演算する機能は、光子到達時間リストとして前記修正電気パルス到達時間リストを用いてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の動的光散乱測定装置は、少なくとも１種の粒子（前記粒子を構成する分子の角振動数：ωｖ）を含有する液体試料中の前記粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する装置に関し、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第１のパルスレーザ光に同期した第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料に照射する光源部（ただし、第１または第２のパルスレーザ光のいずれか一方は単色パルスレーザ光である）と、液体試料からの散乱光子のうち、ＣＡＲＳ光子、または、ＣＳＲＳ光子を取り出す分離装置と、取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備える。情報処理装置は、電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部と、演算された時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部とをさらに備える。
【0014】
本発明の動的光散乱測定装置は、所定の角振動数を満たす少なくとも２つのパルスレーザ光を発する光源部を備えるため、液体試料中の検出すべき分子に起因するラマン散乱光を誘起できる。さらに、本発明の動的光散乱測定装置は分離装置を備えるため、液体試料からの散乱光子のうち必要なラマン散乱光子としてＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子のみを取り出すことができる。このように、本発明の動的光散乱測定装置は、検出すべき分子に起因するＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子に動的光散乱法を適用できる。この結果、液体試料中の分子種を区別して、すなわち分子選択的に、粒径および／または粒径分布を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図2】本発明で使用するＣＡＲＳ光の発生原理を説明する図
【図3】本発明で使用するラマン散乱光の別の発生原理を説明する図
【図4】本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図5】本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図6】本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャート
【図7】本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図8】本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図9】例示的なパルス幅伸長・デッドタイム調整器による電気パルスの変化を示す模式図
【図10】本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャート
【図11】本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図12】種々の電気パルスと測定時間との関係を示す模式図
【図13】例示的な（Ａ）電気パルス到達時間リスト、（Ｂ）パルスレーザ光タイミングリストおよび（Ｃ）修正電気パルス到達時間リストを示す図
【図14】本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図
【図15】本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャート
【図16】例１においてポリスチレンビーズから発生した後方散乱ＣＡＲＳ光の時間相関関数を示す図
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。
【0017】
【0018】
本発明の動的光散乱測定装置１００は、粒子１１０ａおよび粒子１１０ｂを含有する液体試料１２０中のそれぞれの粒子の粒径および／または粒径分布を、動的光散乱法を用いて測定する。ここで、測定対象である粒子１１０ａ、１１０ｂとしては、金属、無機物、有機物、高分子を問わないが、それぞれの粒子を構成する分子の角振動数が既知である。ここでは、粒子１１０ａを構成する分子の角振動数がωｖであり、粒子１１０ｂを構成する分子の角振動数がωｖｂであるとする。なお、角振動数の情報は、後述する情報処理装置１６０内のメモリに格納してよい。
【0019】
角振動数が不明な場合には、予め液体試料１２０にラマン分光法を適用し、ラマンスペクトルから粒子を構成する分子の角振動数を求めておくことよい。これらの情報を情報処理装置１６０のメモリに格納してよい。
【0020】
図１では、分かりやすさのために、２種類の粒子を示すが、粒子の種類や数は少なくとも１種類あればよく、２以上の複数であってもよい。また、液体試料１２０の濃度や粘度に制限はない。
【0021】
本発明の動的光散乱測定装置１００は、少なくとも、光源部１３０と、分離装置１４０と、光子検出装置１５０と、情報処理装置１６０とを備える。各構成要素について詳細に説明する。
【0022】
＜光源部＞
図２は、本発明で使用するＣＡＲＳ光の発生原理を説明する図である。
光源部１３０は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料１２０に照射する。第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光に同期しており、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である。本明細書において、「第２のパルスレーザ光が第１のパルスレーザ光に同期する」とは、第２のパルスレーザ光と第１のパルスレーザ光とが時間的にも空間的にも重なっていることを言う。
図２は、本発明で使用するＣＡＲＳ光の発生原理を説明する図である。
光源部１３０は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料１２０に照射する。第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光に同期しており、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である。本明細書において、「第２のパルスレーザ光が第１のパルスレーザ光に同期する」とは、第２のパルスレーザ光と第１のパルスレーザ光とが時間的にも空間的にも重なっていることを言う。
【0023】
このような構成とすることにより、粒子１１０ａに第１および第２のパルスレーザ光が照射されると、散乱光子として、レイリー散乱による散乱光子および自発ラマン散乱光に加えて、非線形ラマン散乱による散乱光子を発生させることができる。詳細には、本発明では、光源部１３０が発する第１および第２のパルスレーザ光の角振動数の差が、測定対象とする粒子１１０ａの角振動数ωｖに一致するため、同期した第１および第２のパルスレーザ光が粒子１１０ａに照射されると、粒子１１０ａを構成する分子のコヒーレントな振動を誘起できる。その結果、分子の位相が揃った非線形ラマン散乱光となるため、このような非線形ラマン散乱光の強度揺らぎは、対象とする粒子１１０ａの位置揺らぎの情報を含み、動的光散乱法を適用し、粒子１１０ａの粒径や粒径分布を求めることができる。以降では簡単のため、本発明で用いる非線形ラマン散乱光を単にラマン散乱光と呼ぶ。
【0024】
ここで、ラマン散乱光は、波長の短いコヒーレント反ストークスラマン散乱光子（ＣＡＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）、および、波長の長いコヒーレントストークスラマン散乱光子（ＣＳＲＳ：Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｓｔｏｋｅｓ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）である。ＣＡＲＳ光子は、２ω１－ω２を満たし、ＣＳＲＳは、２ω２－ω１を満たす。
【0025】
ラマン散乱光は、ＣＡＲＳ光子であっても、ＣＳＲＳ光子であってもよいが、好ましくは、蛍光の影響を受けない点から、ＣＡＲＳ光子である。以降では、ＣＡＲＳ光の場合について具体的に述べる。一般に、ＣＡＲＳ光子は、位相整合条件と呼ばれるある特定の条件を満たした方向に強く発生することが知られているが、位相整合条件を満たしたＣＡＲＳ光子は、粒子１１０ａから発生する散乱光の位相が完全に揃っている状態であり、粒子１１０ａの位置揺らぎに起因する散乱光強度の変化を観測できない。そのため、本発明では位相整合条件を満たしていない方向に発生するラマン散乱光を利用する。
【0026】
図２（Ａ）に示すように、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）および第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）がいずれも単色パルスレーザ光の場合には、第１の粒子１１０ａのラマン散乱光が得られるため、第１の粒子１１０ａの粒径および／または粒径分布を求めることができる。図２（Ａ）の方式を掃引法と呼ぶ。ここでは、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光との角振動数の差がωｖを満たすような波長に設定されているが、第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光との角振動数の差がωｖｂを満たすように、予め第１または第２のパルスレーザ光の波長を設定すれば、第２の粒子１１０ｂのラマン散乱光が得られる。
【0027】
一方、図２（Ｂ）に示すように、第１のパルスレーザ光または第２のパルスレーザ光のいずれかが白色光であってもよい。例えば、第１のパルスレーザ光が単色光（角振動数：ω１）であり、第２のパルスレーザ光が白色光である場合、第２のパルスレーザ光の角振動数は当然にω２（＜ω１）およびω１－ω２＝ωｖを満たすので、第１の粒子１１０ａのラマン散乱光が得られるが、ω１－ω２＝ωｖｂを満たす角振動数の光も第２のパルスレーザ光に含まれているので、第２の粒子１１０ｂのラマン散乱光も得られる。図２（Ｂ）の方式をマルチプレックス法と呼ぶ。なお、白色光を用いた場合には、測定対象とする粒子のラマン散乱光を後述する分離装置１４０で取り出せばよいので、光源部１３０を測定対象とする粒子に合わせた調整は不要となる。
【0028】
光源部１３０は、上述の条件を満たすパルスレーザ光を発するものであれば特に制限はなく、それ自身が単体でパルスレーザ光を発するＱスイッチレーザなど市販のパルスレーザ光源２台を時間的・空間的に重ねて使用してもよいし、１台のパルスレーザ光源で励起された別の波長可変レーザ（代表的には色素レーザ、光パラメトリック発振器等）を使用してもよい。このような改変は、当業者であれば容易に理解する。
【0029】
パルスレーザ光のパルス幅に特に制限はないが、例示的には、フェムト秒～マイクロ秒のパルス幅を有する。
【0030】
上述したように、第１または第２のパルスレーザ光がいずれも単色パルスレーザ光である場合には、上述の条件を満たすように角振動数を調整した光源を使用できるが、いずれかが白色パルスレーザ光の場合には、市販のパルスレーザ光源と市販の白色レーザ光源との２台を時間的・空間的に重ねて使用してもよいし、パルスレーザ光源の一部を、サファイヤ板、純水セル、フォトニック結晶ファイバ等の媒質を介するようにしてもよい。
【0031】
図３は、本発明で使用するラマン散乱光の別の発生原理を説明する図である。
【0032】
図２を参照して、光源部１３０が第１および第２のパルスレーザ光を発し、ラマン散乱光を発生させる原理を説明してきたが、本発明では、光源部１３０は、先の第１のパルスレーザ光（または第２のパルスレーザ光）に同期する第３の単色のパルスレーザ光（角振動数：ω３）を発し、液体試料１２０に照射するようにしてもよい。ω３に特に制限はない。
【0033】
この場合も、光源部１３０が発する第１および第２のパルスレーザ光の角振動数の差が、測定対象とする粒子１１０ａの角振動数ωｖに一致するため、同期した第１および第２のパルスレーザ光が粒子１１０ａに照射されると、粒子１１０ａを構成する分子のコヒーレントな振動を誘起できる。その結果、分子の位相が揃った、ω３＋ω１－ω２で表されるＣＡＲＳ光子、および、ω３－ω１＋ω２で表されるＣＳＲＳ光子のラマン散乱光が得られる。これらを用いて動的光散乱法を適用し、粒子１１０ａの粒径や粒径分布を求めることができる。
【0034】
なお、ω３＝ω１の場合には、ラマン散乱光は２ω１－ω２で表されるＣＡＲＳ光子となり、ω３＝ω２の場合には、２ω２－ω１で表されるＣＳＲＳ光子となる。このように、第３のパルスレーザ光の角振動数が特殊な場合には、２つのパルスレーザ光を用いた場合と同様のラマン散乱光がとなる。
【0035】
ここでも、光源部１３０は、市販のパルスレーザ光源３台を時間的・空間的に重ねて使用してもよいし、１台のパルスレーザ光源で励起された別の波長可変レーザ（代表的には色素レーザ、光パラメトリック発振器等）を複数使用してもよい。このような改変は、当業者であれば容易に理解する。
【0036】
光源部１３０は、透過率を変化させるフィルタ（図示せず）を備えてもよい。パルスレーザ光によって検出される光子の数は０か１かの制限がある。しかしながら、散乱光強度が強い場合、実際には散乱光子が複数個あっても１個と検出するため、誤差が大きくなり得る。このような現象をクリッピングと呼ぶ。予め散乱光強度が強くならないよう、光源部１３０からのパルスレーザ光の強度をフィルタによって調整することにより、クリッピングの影響を低減できるため、精度よく測定できる。このようなフィルタは、散乱光強度を任意に低減できる可変式減光フィルタであってよく、例示的には、検出される光子の頻度がレーザ光の繰り返し周波数の１０％以下まで低減するよう調整するとよい。
【0037】
＜分離装置＞
分離装置１４０は、液体試料１２０からの散乱光のうち、ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す機能を有するものであれば特に制限はない。例えば、分離装置１４０として、ショートパスフィルタなどのフィルタ、分光器であってよい。液体試料１２０からの散乱光子は、必要に応じて、レンズ、ピンホール、光ファイバ等の光学系（図示せず）を介して分離装置１４０で分離されるようにしてよい。
分離装置１４０は、液体試料１２０からの散乱光のうち、ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す機能を有するものであれば特に制限はない。例えば、分離装置１４０として、ショートパスフィルタなどのフィルタ、分光器であってよい。液体試料１２０からの散乱光子は、必要に応じて、レンズ、ピンホール、光ファイバ等の光学系（図示せず）を介して分離装置１４０で分離されるようにしてよい。
【0038】
光源部１３０が発するパルスレーザ光がいずれも単色である場合には、例えば、ω１よりも波長の短い光のみを透過させるフィルタや分光器であれば、２ω１－ω２のＣＡＲＳ光子のみを分離でき、ω２よりも波長の長い光のみを透過させるフィルタや分光器であれば、２ω２－ω１のＣＳＲＳ光子のみを分離できる。光源部１３０が発するパルスレーザ光が白色を含む場合には、検出対象である分子から発生するラマン散乱光のみ分光する分光器が好ましい。
【0039】
＜光子検出装置＞
光子検出装置１５０は、分離装置１４０で分離された測定対象である粒子の散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）を検出し、電気パルスを生成する。電気パルスのパルス幅は、例示的には、数十ナノ秒～数百ナノ秒である。このような光子検出装置１５０をフォトンカウンティングモジュールと呼ぶ場合がある。液体試料１２０からの散乱光子は、必要に応じて、レンズ、ピンホール、光ファイバ等の光学系（図示せず）を介して光子検出装置１５０で検出されるようにしてよい。
光子検出装置１５０は、分離装置１４０で分離された測定対象である粒子の散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）を検出し、電気パルスを生成する。電気パルスのパルス幅は、例示的には、数十ナノ秒～数百ナノ秒である。このような光子検出装置１５０をフォトンカウンティングモジュールと呼ぶ場合がある。液体試料１２０からの散乱光子は、必要に応じて、レンズ、ピンホール、光ファイバ等の光学系（図示せず）を介して光子検出装置１５０で検出されるようにしてよい。
【0040】
＜情報処理装置＞
情報処理装置１６０は、光子検出装置１５０で生成された電気パルスを用いた処理する。具体的には、情報処理装置１６０は、少なくとも、電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部１６１と、演算された時間相関関数を用いて、粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部１６２とを備える。
情報処理装置１６０は、光子検出装置１５０で生成された電気パルスを用いた処理する。具体的には、情報処理装置１６０は、少なくとも、電気パルスを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部１６１と、演算された時間相関関数を用いて、粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部１６２とを備える。
【0041】
時間相関関数演算処理部１６１は、オートコリレータであり得る。オートコリレータを用いれば、電気パルスを逐一取り込み、電気パルスから散乱光子を検出した時間相関関数をハードウェア上で計算し、時間相関関数を記録する。時間相関関数がパルスレーザ光の繰り返し周波数で振動する。そのため、必要に応じて、Ｆｏｕｒｉｅｒ変換などを用いて、振動成分を除去してから、時間相関関数を解析するようにしてもよい。このような計算結果をコンピュータ等に実装した粒径演算部１６２に送って、粒子の粒径や粒径分布を算出してもよい。
【0042】
粒径演算部１６２は、好ましくは、指数関数によるフィッティング法、キュムラント法、ヒストグラム法およびＣＯＮＴＩＮ法からなる群から少なくとも１つ選択される解析法を用いる。これらはいずれも時間相関関数を用いて粒径や粒径分布を算出する解析法として知られている。
【0043】
例えば、指数関数によるフィッティング法として、演算された時間相関関数を次式に代入し、粒径ｄを求めることができる。
ｇ（２）（τ）＝１＋Ａｅ－２Γｔ
ここで、Ａは、図１の動的光散乱測定装置１００の光学配置によって決まる干渉性因子であり、０＜Ａ≦１である。Γは並進拡散係数Ｄを用いて、次式のように表される。
Γ＝ｑ２Ｄ
ｑ＝４πｎ０／λ０×ｓｉｎ（θ／２）
ここで、ｑは散乱ベクトルであり、ｎ０は液体試料１２０中の溶媒の波長λ０における屈折率であり、λ０はパルスレーザ光の波長である。
測定対象とする粒子の粒径（流体力学的直径）ｄは、アインシュタイン・ストークスの式を用いて、並進拡散係数Ｄから算出される。
ｄ＝ｋＴ／（３πη０Ｄ）
ここで、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは測定温度（絶対温度）であり、η０は液体の粘度である。
ｇ（２）（τ）＝１＋Ａｅ－２Γｔ
ここで、Ａは、図１の動的光散乱測定装置１００の光学配置によって決まる干渉性因子であり、０＜Ａ≦１である。Γは並進拡散係数Ｄを用いて、次式のように表される。
Γ＝ｑ２Ｄ
ｑ＝４πｎ０／λ０×ｓｉｎ（θ／２）
ここで、ｑは散乱ベクトルであり、ｎ０は液体試料１２０中の溶媒の波長λ０における屈折率であり、λ０はパルスレーザ光の波長である。
測定対象とする粒子の粒径（流体力学的直径）ｄは、アインシュタイン・ストークスの式を用いて、並進拡散係数Ｄから算出される。
ｄ＝ｋＴ／（３πη０Ｄ）
ここで、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは測定温度（絶対温度）であり、η０は液体の粘度である。
【0044】
情報処理装置１６０は、時間相関関数演算処理部１６１、粒径演算部１６２の機能ブロックを、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いてソフトウェアによって実現してもよいし、オートコリレータとＣＰＵとの組み合わせであってもよい。
【0045】
情報処理装置１６０は、粒径演算部１６２による結果（例えば、粒径、粒径分布）を表示する表示装置１７０を備えてもよい。表示装置１７０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、プラズマディスプレイ等である。表示装置１７０には、結果に加えて、時間相関関数演算処理部１６１、粒径演算部１６２それぞれの測定・解析条件の設定画面等が表示されてもよい。
【0046】
情報処理装置１６０は、ユーザからの入力操作を受け付ける入力装置１８０を備えてもよい。入力装置１８０は、例えば、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル、タッチセンサ、タッチペン、音声入力等である。
【0047】
本発明の動的光散乱測定装置１００は、所定の角振動数を満たす少なくとも２つのパルスレーザ光を発する光源部１３０を備えるため、液体試料１２０中の検出すべき分子に起因するラマン散乱光を誘起できる。さらに、本発明の動的光散乱測定装置１００は分離装置１４０を備えるため、液体試料からの散乱光子のうち必要なラマン散乱光子としてＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子のみを取り出すことができる。このように、本発明の動的光散乱測定装置１００は、検出すべき分子に起因するＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子に動的光散乱法を適用できる。この結果、液体試料中の分子種を区別して、すなわち分子選択的に、粒径および／または粒径分布を測定できる。
【0048】
本発明の動的光散乱測定装置を用いれば、食品、塗料等の複数の化学種が混合したような複雑な液体試料であっても、前処理なしに、化学種ごとの粒径や粒径分布を測定できる。
【0049】
また、従来の動的光散乱で測定されるのは、粒径が数ｎｍ以上の高分子もしくはコロイド粒子であった。これは、レイリー散乱光の強度が粒径の６乗に比例して大きくなるので、粒径が数ｎｍ以上であれば溶媒分子からのレイリー散乱光を無視できるからである。一方、低分子溶液の場合は溶媒分子と同程度の強度でしかレイリー散乱光が発生せず、溶媒分子と溶質分子との間でコントラストがつかないため、動的光散乱測定ができなかった。しかしながら、本発明では、溶媒分子からのＣＡＲＳ光（ＣＳＲＳ光）と低分子からのＣＡＲＳ光（ＣＳＲＳ光）とを明確に分離して測定することが可能であるため、従来の動的光散乱法では測定不可能であった低分子溶液での動的光散乱測定を可能とする。このような効果は後述する別の動的光散乱測定装置においても同様に達成される。
【0050】
ラマンスペクトルから得られた分子の角振動数それぞれに本手法を適用し、角振動数ごとの拡散係数分布を得ることによって、拡散係数が同じ成分ごとにスペクトルを分けることができる。そのため、本手法を用いることによって、ラマンスペクトルを分子ごとに分けて抽出することが可能となる。
【0051】
図４は、本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図である。
【0052】
【0053】
角度可変機構４１０は、分離装置１４０が分離する散乱光子を検出する角度を変化させることができるので、散乱光強度の散乱ベクトル依存性を測定することができる。すなわち、光子検出装置１５０には特定の散乱角における散乱光子の散乱光強度が含まれるため、この測定を様々な散乱角で行うことによって、散乱ベクトル依存性が得られる。この結果、拡散係数の測定精度が向上し得、精度よく粒径、粒径分布を求めることができる。なお、角度可変機構４１０には、例えば、特開２０１０－１０１８７７号公報に記載の受光部４１が搭載される機構を採用できる。
【0054】
なお、本明細書では、分子の位相が揃い、位相整合条件を満たしていない方向に発生するラマン散乱光としてＣＡＲＳ光子およびＣＳＲＳ光子を用いるため、位相整合条件を満たした散乱光子について測定できないが、散乱ベクトル依存性の精度には問題ない。具体的には、第１～第３のパルスレーザ光のそれぞれの波数ベクトルｋ１、ｋ２、ｋ３（全てベクトル量）とした場合、ＣＡＲＳ光の場合は、ＣＡＲＳ光の波数ベクトルがｋ１－ｋ２＋ｋ３に一致するときのＣＡＲＳ光の波数ベクトルの方向、ならびに、ＣＳＲＳ光の場合はＣＳＲＳ光の波数ベクトルが－ｋ１＋ｋ２＋ｋ３に一致するときのＣＳＲＳ光の波数ベクトルの方向が、位相整合条件を満たす方向となり、これらの方向以外で測定を行えばよい。
【0055】
このような角度可変機構４１０は、光源部１３０が発するパルスレーザ光が単色であっても白色であっても適用できる。
【0056】
光子検出装置１５０以降の動作については、散乱角の情報が加わった以外は図１の動的光散乱測定装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【0057】
図５は、本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図である。
【0058】
図５の動的光散乱測定装置５００は、顕微鏡５１０を備える以外は、図１の動的光散乱測定装置１００と同様である。光源部１３０は、パルスレーザ光を顕微鏡５１０の対物レンズを介して液体試料１２０に照射する。次いで、分離装置１４０は、液体試料１２０からの後方散乱光子を、対物レンズを介して検出する。顕微鏡５１０を用いれば、液体試料１２０が白濁、有色の液体試料であっても測定できる。この場合、液体試料１２０は、カバーガラスとスライドガラスとで挟持される。
【0059】
分離装置１４０は、後方散乱光子のうちＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す。光子検出装置１５０以降の動作については、図１の動的光散乱測定装置１００と同様であるため、説明を省略する。
【0060】
次に、本発明の動的光散乱法を用いた粒子の粒径／粒径分布の測定・解析の方法について説明する。ここでは、動的光散乱測定装置１００、４００、５００を用いた測定方法を説明するが、測定装置はこれに限らない。
図６は、本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャートである。
図６は、本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャートである。
【0061】
ステップＳ６１０：少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料１２０（例えば、図１）に照射する。ここで、第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光に同期しており、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である。
【0062】
図２（Ａ）を参照して述べたように、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）および第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）がいずれも単色パルスレーザ光の場合には、第１の粒子１１０ａのラマン散乱光として、２ω１－ω２で表されるＣＡＲＳ光子、または、２ω２－ω１で表されるＣＳＲＳ光子が得られる。
【0063】
一方、図２（Ｂ）に示すように、第１のパルスレーザ光または第２のパルスレーザ光のいずれかが白色光であってもよい。例えば、第１のパルスレーザ光が単色光（角振動数：ω１）であり、第２のパルスレーザ光が白色光である場合、第２のパルスレーザ光の角振動数は当然にω２（＜ω１）およびω１－ω２＝ωｖを満たすので、第１の粒子１１０ａのラマン散乱光として２ω１－ω２で表されるＣＡＲＳ光子、または、２ω２－ω１で表されるＣＳＲＳ光子が得られるがω１－ω２＝ωｖｂを満たす角振動数の光も第２のパルスレーザ光に含まれているので、第２の粒子１１０ｂのラマン散乱光も得られる。そして、測定対象とする粒子のラマン散乱光を分離装置１４０で取り出すことによって目的のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子が得られる。
【0064】
第１および第２のパルスレーザ光に加えて、第３の単色のパルスレーザ光（角振動数：ω３）を発し、液体試料１２０（例えば、図１）に照射してもよい。ω３に制限はない。
【0065】
この場合も、第１および第２のパルスレーザ光の角振動数の差が、測定対象とする粒子１１０ａの角振動数ωｖに一致するため、同期した第１、第２および第３のパルスレーザ光を粒子１１０ａに照射すると、ω３＋ω１－ω２で表されるＣＡＲＳ光子、および、ω３－ω１＋ω２で表されるＣＳＲＳ光子が得られる。なお、ω３＝ω１の場合には、ラマン散乱光は２ω１－ω２で表されるＣＡＲＳ光子となり、ω３＝ω２の場合には、２ω２－ω１で表されるＣＳＲＳ光子となる。
【0066】
ステップＳ６１０において、パルスレーザ光を顕微鏡５１０（図５）の対物レンズを介して液体試料に照射すれば、白色、有色の液体試料であっても測定できる。
【0067】
ステップＳ６１０に先立って、好ましくは、パルスレーザ光の光強度を散乱光強度が弱くなるよう調整してもよい。これにより、クリッピングの影響を低減できる。このような光強度の調整には、フィルタを用いてよい。例示的には、検出される光子の頻度がレーザ光の繰り返し周波数の１０％以下まで低減するよう調整するとよい。
【0068】
液体試料中に含有される粒子を構成する分子の角振動数が不明な場合には、ステップＳ６１０に先立って、液体試料にラマン分光法を適用し、ラマンスペクトルから各分子の角振動数を求めておくとよい。
【0069】
ステップＳ６２０：液体試料１２０からの散乱光子のうちＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す（分離する）。このような散乱光子の分離において、フィルタや分光器等の分離装置を用いてよい。
【0070】
このとき、散乱光子の散乱角度を可変にして検出してもよい。これにより、ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子の散乱ベクトル依存性を測定できる。例えば、角度可変機構４１０（図４）を搭載した分離装置を用いることができる。
【0071】
顕微鏡５１０を介して液体試料にパルスレーザ光を照射した際には、液体試料からの散乱光子は後方散乱光子であり、顕微鏡５１０の対物レンズを介して検出される。
【0072】
ステップＳ６３０：ステップＳ６２０で取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する。このような電気パルスの生成には、例えば、上述の光子検出装置１５０（図１）を用いてよい。
【0073】
ステップＳ６４０：電気パルスを用いて時間相関関数を演算する。
ステップＳ６５０：演算された時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する。粒子の粒径および／または粒径分布の演算は、好ましくは、指数関数によるフィッティング法、キュムラント法、ヒストグラム法およびＣＯＮＴＩＮ法からなる群から少なくとも１つ選択される解析法を用いる。ステップＳ６４０およびＳ６５０は、既存の動的光散乱法を適用してよい。
ステップＳ６５０：演算された時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する。粒子の粒径および／または粒径分布の演算は、好ましくは、指数関数によるフィッティング法、キュムラント法、ヒストグラム法およびＣＯＮＴＩＮ法からなる群から少なくとも１つ選択される解析法を用いる。ステップＳ６４０およびＳ６５０は、既存の動的光散乱法を適用してよい。
【0074】
上述したステップＳ６１０～Ｓ６３０により、特定した分子で構成される粒子の位置揺らぎの情報を有するＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を動的光散乱法に適用するため、分子選択的に粒径や粒径分布を求めることができる。
【0075】
実施の形態１の動的光散乱測定装置は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料に照射する光源部であって、第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光に同期しており、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、液体試料からの散乱光子のうちＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す分離装置と、取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、電気パルスを用いて時間相関関数を演算する機能と、時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能とを実現するプログラムの命令を実行するＣＰＵ（図示せず）、そのプログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、図示せず）、プログラムを展開するＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、図示せず）、プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記録媒体を備えてよい。上述した機能を実現するソフトウェアであるプログラムのプログラムコードをコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、コンピュータあるいはＣＰＵが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行してもよい。このようにして、動的光散乱測定装置による液体試料中の粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する方法が実現され得る。
【0076】
このような記録媒体は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ等のディスク、ＩＣカード等のカード、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリなどがある。
【0077】
実施の形態１の動的光散乱測定装置を通信ネットワークと接続し、通信ネットワークを介してプログラムコードを供給してもよい。このような通信ネットワークは、特に制限はないが、例えば、インターネット、イントラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＣＡＴＶ通信網、電話回線網、衛星通信網等であり得る。プログラムコードは、電子的な伝送で具現化され、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態であってもよい。
【0078】
実施の形態１の動的光散乱測定装置、測定・解析方法および測定・解析プログラムは、粒子を含有する液体試料を測定対象とするものとして説明してきたが、本発明の動的光散乱測定装置をゲルやゴムなどの弾性体を測定対象としてもよい。この場合には、粒子の粒径や粒径分布に代えて、弾性体中に存在するネットワーク構造の振動に基づく散乱光により、ネットワーク構造の網目の大きさや分布を測定できる。このような測定対象の変更に伴う改変は当業者であれば、容易に理解する。
【0079】
（実施の形態２）
実施の形態１では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、測定しながら光子の到達時間を逐一オートコリレータで取り込み、粒径・粒径分布を演算する動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明してきた。実施の形態２では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、測定後の処理時に相関関数の適切な時間幅に基づいて粒径・粒径分布を演算可能な動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明する。
実施の形態１では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、測定しながら光子の到達時間を逐一オートコリレータで取り込み、粒径・粒径分布を演算する動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明してきた。実施の形態２では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、測定後の処理時に相関関数の適切な時間幅に基づいて粒径・粒径分布を演算可能な動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明する。
【0080】
図７は、本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図である。
【0081】
本発明の動的光散乱測定装置７００は、光源部１３０と、分離装置１４０と、光子検出装置１５０と、データ収集装置７１０と、情報処理装置１６０とを備える。動的光散乱測定装置７００は、データ収集装置７１０を光子検出装置１５０の後段に新たに設け、情報処理装置１６０の機能が異なる以外は、動的光散乱測定装置１００（図１）と同様であるため、説明を省略する。
【0082】
＜データ収集装置＞
データ収集装置７１０は、光子検出装置１５０と有線にて接続されており、光子検出装置１５０で生成された電気パルスを収集し、収集した電気パルスに基づいて、光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを生成する。データ収集装置７１０には、データを入力し、出力可能な入出力モジュールを用いることができる。ここで、生成される電気パルス到達時間リストは、測定対象とする粒子１１０ａからのすべての散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）が光子検出装置１５０に到達した時間の情報を含む。例えば、電気パルス到達時間リストは、（Ｎ個目の光子，Ｎ個目の光子の到達時間）で表される。Ｎは自然数である。
データ収集装置７１０は、光子検出装置１５０と有線にて接続されており、光子検出装置１５０で生成された電気パルスを収集し、収集した電気パルスに基づいて、光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを生成する。データ収集装置７１０には、データを入力し、出力可能な入出力モジュールを用いることができる。ここで、生成される電気パルス到達時間リストは、測定対象とする粒子１１０ａからのすべての散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）が光子検出装置１５０に到達した時間の情報を含む。例えば、電気パルス到達時間リストは、（Ｎ個目の光子，Ｎ個目の光子の到達時間）で表される。Ｎは自然数である。
【0083】
＜情報処理装置＞
情報処理装置１６０は、機能ブロックとして、時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部１６４に加えて、光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部１６１ａを備える。時間相関関数演算処理部１６１ａは、データ収集装置７１０で生成された電気パルス到達時間リストを用いる。
情報処理装置１６０は、機能ブロックとして、時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部１６４に加えて、光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部１６１ａを備える。時間相関関数演算処理部１６１ａは、データ収集装置７１０で生成された電気パルス到達時間リストを用いる。
【0084】
時間相関関数演算処理部１６１ａは、時間相関関数ｇ（２）（τ）を、次式に基づいて演算してよい。これを定義に基づいた直接計算と呼ぶ。
【0085】
【数2】
【0086】
あるいは、時間相関関数演算処理部１６１ａは、時間相関関数ｇ（２）（τ）を、光子到達時間リストのフーリエ変換を二乗したパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルを逆フーリエ変換して算出してもよい。これをフーリエ変換に基づいた計算と呼ぶ。このような選択は、後述する動的光散乱測定・解析プログラムにおいてユーザの指示によって行うことができる。
【0087】
粒径演算部１６２は、時間相関関数演算処理部１６１ａで演算された時間相関関数を用いて、粒子１１０の粒径および／または粒径分布を演算する。
【0088】
情報処理装置１６０は、時間相関関数演算処理部１６１ａ、粒径演算部１６２の各機能ブロックを、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【0089】
表示装置１７０には、結果に加えて、時間相関関数演算処理部１６１ａ、粒径演算部１６２それぞれの測定・解析条件の設定画面等が表示されてもよく、入力装置１８０を用いてユーザからの入力操作を受け付けるようにしてもよい。
【0090】
このように、動的光散乱測定装置７００は、データ収集装置７１０が、測定対象の粒子のすべての散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）の情報である電気パルス到達時間リストを作成後に、情報処理装置１６０がデータ処理するため、測定後の処理時に相関関数の適切な時間幅に基づいた正確な粒径および／または粒径分布の測定を可能とする。実施の形態１と異なり、測定後の処理時に相関関数の時間幅を設定できるので、ミリ秒～秒オーダの長い時間相関を有する高い粘性の溶液試料に対しても、正確に測定できる。
【0091】
図８は、本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図である。
【0092】
【0093】
光子検出装置１５０は、散乱光子の到達時間を検出し、電気パルスを生成する際に、通常は、散乱光子１個に対して１個の電気パルスを生成するが、誤って２個の電気パルスを生成する場合がある。このような現象をアフターパルスと呼ぶ。そのような場合には、電気パルス到達時間リストのような光子到達時間リストが誤った電気パルス（すなわち偽信号）を含むため、測定精度の低下を招く虞がある。
【0094】
一方で、データ収集装置７１０は、電気パルスのパルス幅が短い（例えば、数ナノ秒など）と検出し損なう場合がある。そのような場合には、光子到達時間リストの一部が欠落するため、測定精度の低下を招く虞がある。
【0095】
パルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０は、光子検出装置１５０が生成した電気パルスのパルス幅を伸長させ、不感時間を設ける。すなわち、パルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０は、１個の電気パルスを受信すると、受信した電気パルスの幅を伸長させるよう機能する。これにより、電気パルスのパルス幅が長くなるので、後段のデータ収集装置７１０が電気パルスを検出し損なうことはなく、電気パルス到達時間リストの情報の欠落が抑制される。また、１個の電気パルスを受信したら、一定期間検出不可にするよう機能する。これにより、アフターパルスが発生したとしても、電気パルス到達時間リストが偽信号を含まないよう制御できる。図９を参照して詳述する。
【0096】
図９は、例示的なパルス幅伸長・デッドタイム調整器による電気パルスの変化を示す模式図である。
【0097】
図９（Ａ）は、光子検出装置１５０が生成した電気パルスを示す。光子検出装置１５０は、パルス幅がｄの電気パルスｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５を生成し、ｐ２、ｐ４はアフターパルス現象による電気パルスであった。ここで、パルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０がパルス幅ｄをＤに伸長し、電気パルスを検出してから時間Ｔだけ不感時間を設けるよう設定されているとする。
【0098】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の電気パルスが、上記設定のパルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０を通った後に得られる電気パルスを示す。図９（Ｂ）によれば、パルスｐ１、ｐ３およびｐ５は、それぞれ、パルス幅がＤに伸長されパルスＰ１、Ｐ３、Ｐ５となり、不感時間Ｔによってｐ２およびｐ４が検出されていないことが分かる。この結果、アフターパルスによる偽信号が除去され、なおかつ、パルス幅が十分に伸長されているため、データ収集装置７１０は、数え落としのない電気パルス到達時間リストを作成することができる。パルス幅の伸長の程度や不感時間の設定は、パルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０に直接、あるいは、動的光散乱測定・解析プログラムにおいてユーザの指示によって行うことができる。
【0099】
データ収集装置７１０以降の動作については図７の動的光散乱測定装置７００と同様であるため、説明を省略する。
【0100】
【0101】
次に、本発明の動的光散乱法を用いた粒子の粒径／粒径分布の測定・解析の方法について説明する。ここでは、動的光散乱測定装置７００、８００を用いた測定方法を説明するが、測定装置はこれに限らない。
図１０は、本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャートである。
図１０は、本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャートである。
【0102】
ステップＳ１０１０～Ｓ１０３０：図６を参照して説明したステップＳ６１０～Ｓ６３０と同様であるため説明を省略する。
【0103】
ステップＳ１０３０に続いて、電気パルスのパルス幅を伸長させ、不感時間を設けるようにしてもよい。１個の電気パルスを受信すると、受信したパルス幅を伸長させる。これにより、電気パルスのパルス幅が長くなるので、電気パルスを検出し損なうことはなく、電気パルス到達時間リスト等の光子到達時間リストの情報の欠落が抑制される。また、１個の電気パルスを受信したら、一定期間電気パルスの検出を行わないようにしてもよい。これにより、アフターパルスが発生したとしても、光子到達時間リストが偽信号を含まないよう制御できる。このような電気パルスのパルス幅の伸長、不感時間の設定は、例えば、パルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０（図８）に直接行ってもよく、動的光散乱測定・解析プログラムにおいてユーザの指示によって行うことができる。
【0104】
ステップＳ１０４０：ステップＳ１０３０で生成された電気パルスの到達時間を収集し、光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを生成する。例えば、電気パルス到達時間リストは、（Ｎ個目の光子，Ｎ個目の光子の到達時間）で表される。Ｎは自然数である。このような電気パルス到達時間リストの生成には、例えば、上述のデータ収集装置７１０（図７）を用いてよい。生成された電気パルス到達時間リスト等の光子到達時間リストは、記憶部（図示せず）に記憶される。
【0105】
ステップＳ１０５０：光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する。時間相関関数ｇ（２）（τ）を、次式に基づいて演算してよい。
【0106】
【数3】
【0107】
あるいは、時間相関関数ｇ（２）（τ）を、電気パルス到達時間リスト等の光子到達時間リストのフーリエ変換を二乗したパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルを逆フーリエ変換して算出してもよい。
【0108】
ステップＳ１０６０：演算された時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する。このような演算は、図６で説明したステップＳ６５０と同様である。
【0109】
実施の形態２の動的光散乱測定装置は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料に照射する光源部であって、第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光に同期しており、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、液体試料からの散乱光子のうちＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す分離装置と、取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストを生成するデータ収集装置と、電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、光子到達時間リストとして電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する機能と、時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能とを実現するプログラムの命令を実行するＣＰＵ（図示せず）、そのプログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、図示せず）、プログラムを展開するＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、図示せず）、プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記録媒体を備えてよい。上述した機能を実現するソフトウェアであるプログラムのプログラムコードをコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、コンピュータあるいはＣＰＵが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行してもよい。このようにして、動的光散乱測定装置による液体試料中の粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する方法が実現され得る。
【0110】
このような記録媒体は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ等のディスク、ＩＣカード等のカード、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリなどがある。
【0111】
実施の形態１と同様に、実施の形態２の動的光散乱測定装置を通信ネットワークと接続し、通信ネットワークを介してプログラムコードを供給してもよい。実施の形態１と同様に、実施の形態２の動的光散乱測定装置、測定・解析方法および測定・解析プログラムは、粒子を含有する液体試料を測定対象とするものとして説明してきたが、本発明の動的光散乱測定装置をゲルやゴムなどの弾性体を測定対象としてもよい。
【0112】
（実施の形態３）
実施の形態２では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子の電気パルス到達時間リストを作成後に、相関関数の適切な時間幅に基づいて粒径・粒径分布を演算可能な動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明してきた。実施の形態３では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、これらとは関係のない機器によるダークカウントや外光によるノイズの影響を除去した、測定後の処理時に相関関数の適切な時間幅に基づいて粒径・粒径分布を演算可能な動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明する。
実施の形態２では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子の電気パルス到達時間リストを作成後に、相関関数の適切な時間幅に基づいて粒径・粒径分布を演算可能な動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明してきた。実施の形態３では、測定対象である粒子のＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を用いて、これらとは関係のない機器によるダークカウントや外光によるノイズの影響を除去した、測定後の処理時に相関関数の適切な時間幅に基づいて粒径・粒径分布を演算可能な動的光散乱測定装置、その測定方法および測定プログラムについて説明する。
【0113】
図１１は、本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図である。
【0114】
本発明の動的光散乱測定装置１１００は、光源部１３０と、分離装置１４０と、光子検出装置１５０と、パルスレーザ光タイミング装置１１１０、データ収集装置１１２０と、情報処理装置１６０とを備える。動的光散乱測定装置１１００は、パルスレーザ光タイミング装置１１１０、および、データ収集装置７１０（図７）に代えて、パルスレーザ光タイミング装置１１１０からのデータを収集するデータ収集装置１１２０を設け、情報処理装置１６０の機能が異なる以外は、動的光散乱測定装置７００（図７）と同様であるため、説明を省略する。
【0115】
＜パルスレーザ光タイミング装置＞
パルスレーザ光タイミング装置１１１０は、光源部１３０がパルスレーザ光を発するタイミングを、データ収集装置１１２０に通知する。パルスレーザ光タイミング装置１１１０は、パルスレーザ光が発せられたタイミングに同期する電気パルスを発するものであれば特に制限はないが、パルスレーザ光タイミング装置１１１０には光検出器がある。光検出器の具体例として、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等のフォトダイオード、光電子倍増管、フォトンカウンティングモジュールなどが挙げられ、いずれも、パルスレーザ光を検出し、電気パルスに変換できる。このような変換された電気パルスは、パルスレーザ光が発せられたタイミングに同期している。パルスレーザ光タイミング装置１１１０として、光源部１３０からの同期信号を用いるようにしてもよい。パルスレーザ光タイミング装置１１１０は、光源部１３０が発するパルスレーザ光としては、第１または第２のパルスレーザ光のいずれかのタイミングを通知すればよいが、光源部１３０が第１～第３のパルスレーザ光を発する場合には第３のパルスレーザ光のタイミングを通知してもよい。
パルスレーザ光タイミング装置１１１０は、光源部１３０がパルスレーザ光を発するタイミングを、データ収集装置１１２０に通知する。パルスレーザ光タイミング装置１１１０は、パルスレーザ光が発せられたタイミングに同期する電気パルスを発するものであれば特に制限はないが、パルスレーザ光タイミング装置１１１０には光検出器がある。光検出器の具体例として、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード等のフォトダイオード、光電子倍増管、フォトンカウンティングモジュールなどが挙げられ、いずれも、パルスレーザ光を検出し、電気パルスに変換できる。このような変換された電気パルスは、パルスレーザ光が発せられたタイミングに同期している。パルスレーザ光タイミング装置１１１０として、光源部１３０からの同期信号を用いるようにしてもよい。パルスレーザ光タイミング装置１１１０は、光源部１３０が発するパルスレーザ光としては、第１または第２のパルスレーザ光のいずれかのタイミングを通知すればよいが、光源部１３０が第１～第３のパルスレーザ光を発する場合には第３のパルスレーザ光のタイミングを通知してもよい。
【0116】
＜データ収集装置＞
データ収集装置１１２０は、光子検出装置１５０およびパルスレーザ光タイミング装置１１１０と有線にて接続されており、光子検出装置１５０で生成された電気パルス、および、パルスレーザ光タイミング装置１１１０で生成された電気パルスを収集し、電気パルス到達時間リスト、および、パルスレーザ光タイミングリストを生成する。データ収集装置１１２０には、２以上のデータの入力部を有し、出力可能な入出力モジュールを用いることができる。
データ収集装置１１２０は、光子検出装置１５０およびパルスレーザ光タイミング装置１１１０と有線にて接続されており、光子検出装置１５０で生成された電気パルス、および、パルスレーザ光タイミング装置１１１０で生成された電気パルスを収集し、電気パルス到達時間リスト、および、パルスレーザ光タイミングリストを生成する。データ収集装置１１２０には、２以上のデータの入力部を有し、出力可能な入出力モジュールを用いることができる。
【0117】
電気パルス到達時間リストは、測定対象とする粒子１１０ａからのすべての散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）が光子検出装置１５０に到達した時間の情報を含み、パルスレーザ光タイミングリストは、パルスレーザ光の発した時間の情報を含む。電気パルス到達時間リストは、光子検出装置１５０によるダークカウントや外光の影響を受けて、散乱光子以外の情報を含み得る場合がある。
【0118】
＜情報処理装置＞
情報処理装置１６０は、データ収集装置１１２０が作成したパルスレーザ光タイミングリストを用いて、電気パルス到達時間信号をデータ処理し、液体試料１２０中の粒子１１０ａからの散乱光子の情報のみを含む修正電気パルス到達時間リストを作成する。さらに、情報処理装置１６０は、光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リストを用いて、時間相関関数を演算し、粒子の粒径および／または粒径分布を算出する。
情報処理装置１６０は、データ収集装置１１２０が作成したパルスレーザ光タイミングリストを用いて、電気パルス到達時間信号をデータ処理し、液体試料１２０中の粒子１１０ａからの散乱光子の情報のみを含む修正電気パルス到達時間リストを作成する。さらに、情報処理装置１６０は、光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リストを用いて、時間相関関数を演算し、粒子の粒径および／または粒径分布を算出する。
【0119】
詳細には、情報処理装置１６０は、機能ブロックとして、修正電気パルス到達時間リストを作成する修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３と、光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する時間相関関数演算処理部１６１ｂと、演算された時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する粒径演算部１６２とを備える。
【0120】
ここで、修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３は、電気パルス到達時間リストからパルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する。このようにして得られた修正電気パルス到達時間リストは、機器によるダークカウントや外光の影響を含まない。この結果、１回の測定で、機器や外光の影響を排除した正確な粒径および／または粒径分布を分子選択的に測定できる。
【0121】
表示装置１７０には、結果に加えて、修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３、時間相関関数演算処理部１６１ｂ、粒径演算部１６２それぞれの測定・解析条件の設定画面等が表示されてもよく、入力装置１８０を用いてユーザからの入力操作を受け付けるようにしてもよい。
【0122】
修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３の動作を図１２および図１３を参照して詳述する。
図１２は、種々の電気パルスと測定時間との関係を示す模式図である。
図１３は、例示的な（Ａ）電気パルス到達時間リスト、（Ｂ）パルスレーザ光タイミングリストおよび（Ｃ）修正電気パルス到達時間リストを示す図である。
図１２は、種々の電気パルスと測定時間との関係を示す模式図である。
図１３は、例示的な（Ａ）電気パルス到達時間リスト、（Ｂ）パルスレーザ光タイミングリストおよび（Ｃ）修正電気パルス到達時間リストを示す図である。
【0123】
修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３は、例えば、図１３（Ａ）に示す電気パルス到達時間リスト（図１２（Ｄ）の検出された全電気パルスに相当）、ならびに、図１３（Ｂ）に示すパルスレーザ光タイミングリスト（図１２（Ａ）のパルスレーザ光に相当）を受け取る。
【0124】
修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３は、電気パルス到達時間リストとパルスレーザ光タイミングリストとを比較し、電気パルス到達時間リストからパルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出する。例えば、修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３は、図１３（Ａ）電気パルス到達時間リストのうち、図１３（Ｂ）パルスレーザ光タイミングリストと同期した、２０.０μｓ、４０．０μｓ、８０．０μｓ、１６０．０μｓの電気パルスの検出時間を抽出する。抽出したデータは、図１２（Ｄ）に示す電気パルスのうち、グレースケールで濃く示される電気パルス（図１２（Ｂ）の散乱光子の電気パルス）となり、パルスレーザ光が来たタイミングの散乱光子となる。一方、抽出されなかった電気パルス（図１２（Ｃ））は、機器によるダークカウントや外光の影響によるものであり、ランダムノイズと分かる。
【0125】
修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３は、抽出した電気パルスの検出時間を、液体試料１２０からの散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）が光子検出装置１５０に到達した時間であるとして、図１３（Ｃ）に示す修正電気パルス到達時間リストを作成する。修正電気パルス到達時間リストは、パルスレーザ光が来たタイミングで散乱光子が検出されたか否かの情報を有するため、検出個数は０（散乱光子が来なかった）または１（散乱光子が来た）となる。
【0126】
情報処理装置１６０は、修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３、時間相関関数演算処理部１６１ｂ、粒径演算部１６２等の各機能ブロックを、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【0127】
時間相関関数演算処理部１６１ｂは、光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リスト作成部１６３が作成した修正電気パルス到達時間リストを用いる以外は、図７で説明した時間相関関数演算処理部１６１ａと同様である。粒径演算部１６２は、時間相関関数演算処理部１６１ｂで演算された時間相関関数を用いて、粒子１１０の粒径および／または粒径分布を演算する。
【0128】
図１４は、本発明の別の動的光散乱測定装置を示す模式図である。
【0129】
図１４の動的光散乱測定装置１４００は、図１１において、光検出器であるパルスレーザ光タイミング装置１１１０に代えて、ディレイジェネレータであるパルスレーザ光タイミング装置１４１０を用いる以外は、図１１の動的光散乱測定装置１１００と同様である。
【0130】
ディレイジェネレータは、ディレイジェネレータからの信号に同期して光源部１３０からパルスレーザ光を発振させる場合に、当該信号（電気パルス）をデータ収集装置１１２０に送信する。このような電気パルスは、パルスレーザ光が発せられたタイミングに同期している。ここでは、具体例としてディレイジェネレータを挙げたが、光源部１３０からのパルスレーザ光と同期した電気パルスを送信可能な任意の外部発振器を採用できる。
【0131】
なお、図１１、図１４の動的光散乱測定装置１１００、１４００に、実施の形態１で説明した図４の角度可変機構４１０、図５の顕微鏡５１０、図８のパルス幅伸長装置８１０を適宜組み合わせ、改変した動的光散乱測定装置も本願の範囲内である。
【0132】
次に、本発明の動的光散乱法を用いた粒子の粒径／粒径分布の測定・解析の方法について説明する。ここでは、動的光散乱測定装置１１００、１４００を用いた測定方法を説明するが、測定装置はこれに限らない。
図１５は、本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャートである。
図１５は、本発明の動的光散乱測定・解析の工程を示すフローチャートである。
【0133】
ステップＳ１５１０～Ｓ１５３０：図１０を参照して説明したステップＳ１０１０～Ｓ１０３０と同様であるため説明を省略する。
【0134】
ステップＳ１５４０：ステップＳ１５１０におけるパルスレーザ光が発生されるタイミングを通知する。このような通知は、パルスレーザ光が発せられたタイミングに同期する電気パルスであってよい。このような電気パルスの生成には、光検出器であるパルスレーザ光タイミング装置１１１０（図１１）やディレイジェネレータ等の外部発振器であるパルスレーザタイミング装置１４１０（図１４）を用いてよい。
【0135】
なお、ステップＳ１５３０とステップＳ１５４０とは、この順に限らない。逆であってもよいし、同時に行ってもよい。
【0136】
ステップＳ１５５０：生成された電気パルスの到達時間およびパルスレーザ光のタイミングを収集し、電気パルス到達時間リストおよびパルスレーザ光タイミングリストを生成する。電気パルス到達時間リストおよびパルスレーザ光タイミングリストは上述した通りであるため、説明を省略する。このような電気パルス到達時間リストおよびパルスレーザ光タイミングリストの生成には、例えば、上述のデータ収集装置１１２０を用いてよい。生成された電気パルス到達時間リストおよびパルスレーザ光タイミングリストは、記憶部（図示せず）に記憶される。
【0137】
ステップＳ１５６０：電気パルス到達時間リストとパルスレーザ光タイミングリストとを比較し、電気パルス到達時間リストからパルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する。修正電気パルス到達時間リストの作成方法については、図１２および図１３を参照して説明した通りであるため、説明を省略するが、電気パルス到達時間リストのうち、液体試料の散乱光子（ＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子）に基づくデータのみが抽出されるので、作成された修正電気パルス到達時間リストは、ランダムノイズとなり得る機器によるダークカウントや外光の影響を含まない。この結果、後述のプロセスによって精度よく粒径、粒径分布を測定できる。
【0138】
ステップＳ１５７０：光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する。このような演算は、図１０で説明したステップＳ１０５０と同様である。
【0139】
ステップＳ１５８０：演算された時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する。このような演算は、図６で説明したステップＳ６５０と同様である。
【0140】
実施の形態３の動的光散乱測定装置は、少なくとも、第１のパルスレーザ光（角振動数：ω１）、および、第２のパルスレーザ光（角振動数：ω２、ただしω１＞ω２であり、ω１－ω２＝ωｖを満たす）を発し、液体試料に照射する光源部であって、第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光に同期しており、第１のパルスレーザ光および第２のパルスレーザ光のうち少なくともいずれか一方は単色パルスレーザ光である、光源部と、液体試料からの散乱光子のうちＣＡＲＳ光子またはＣＳＲＳ光子を取り出す分離装置と、取り出された散乱光子を検出し、電気パルスを生成する光子検出装置と、光源部がパルスレーザ光を発するタイミングを通知するパルスレーザ光タイミング装置と、電気パルスの到達時間を収集し、電気パルス到達時間リストの生成に加えて、パルスレーザ光のタイミングをさらに収集し、パルスレーザ光タイミングリストを生成するデータ収集装置と、電気パルスを用いて処理する情報処理装置とを備え、電気パルス到達時間リストと前記パルスレーザ光タイミングリストとを比較し、前記電気パルス到達時間リストから前記パルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成する機能と、光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算する機能と、時間相関関数を用いて粒子の粒径および／または粒径分布を演算する機能とを実現するプログラムの命令を実行するＣＰＵ（図示せず）、そのプログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、図示せず）、プログラムを展開するＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、図示せず）、プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記録媒体を備えてよい。上述した機能を実現するソフトウェアであるプログラムのプログラムコードをコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、コンピュータあるいはＣＰＵが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行してもよい。このようにして、動的光散乱測定装置による液体試料中の粒子の粒径および／または粒径分布を動的光散乱法により測定する方法が実現され得る。
【0141】
このような記録媒体は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ等のディスク、ＩＣカード等のカード、フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリなどがある。
【0142】
実施の形態１、２と同様に、実施の形態３の動的光散乱測定装置を通信ネットワークと接続し、通信ネットワークを介してプログラムコードを供給してもよい。実施の形態１、２と同様に、実施の形態３の動的光散乱測定装置、測定・解析方法および測定・解析プログラムは、粒子を含有する液体試料を測定対象とするものとして説明してきたが、本発明の動的光散乱測定装置をゲルやゴムなどの弾性体を測定対象としてもよい。
【0143】
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。
【実施例0144】
［例１］
例１では、顕微鏡下での後方散乱測定を利用した図５の動的光散乱測定装置に、光子検出装置、データ収集装置、パルス幅伸長・デッドタイム調整器、および、パルスレーザ光タイミング装置を搭載し、ＣＡＲＳ光を用いた動的光散乱法により粒径を求めた。
例１では、顕微鏡下での後方散乱測定を利用した図５の動的光散乱測定装置に、光子検出装置、データ収集装置、パルス幅伸長・デッドタイム調整器、および、パルスレーザ光タイミング装置を搭載し、ＣＡＲＳ光を用いた動的光散乱法により粒径を求めた。
【0145】
構築した動的光散乱測定装置は、光源部１３０としてパルスレーザシステム（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｍｉｒａ ９００、ＲｅｇＡ９０００、ＯＰＡ）、分離装置１４０としてダイクロイックミラー（エドモンド・オプティクス・ジャパン、６６２４５）および分光器（ＳＯＬ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＭＳ３５０４ｉ）の組み合わせ、光子検出装置１５０としてフォトンカウンティングモジュール（浜松ホトニクス、Ｃ１３００１－０１）、パルス幅伸長・デッドタイム調整器８１０としてノイズ除去回路（パルスの伸長幅：７５ｎｓ、不感時間：３００ｎｓ）、データ収集装置１１２０としてデジタル入出力モジュール（ナショナルインスツルメンツ、ＮＩ－９４０２およびｃＤＡＱ－９１７４、内部ベースクロック周波数：８０ＭＨｚ）、パルスレーザ光タイミング装置１１１０として光源部１３０からの同期信号、および、情報処理装置１６０としてＣＰＵを備えたパーソナルコンピュータを備えた。
【0146】
パルスレーザシステムは、第１のパルスレーザ光（ω１＝１５６００ｃｍ－１、波長；６４１ｎｍ、パルスエネルギー；５０ｎＪ／ｐｕｌｓｅ、パルス幅；１００ｆｓ）、および、第２のパルスレーザ光（ω２＝１２５００ｃｍ－１、波長；８００ｎｍ、パルスエネルギー；５ｎＪ／ｐｕｌｓｅ、パルス幅；１５０ｆｓ）を発した。第１および第２のパルスレーザ光の繰り返し周波数は１００ｋＨｚであった。なお、第１のパルスレーザ光を、フィルタを用いて、発生したＣＡＲＳ光の光強度が約１０ｋｃｐｓとなるように減光した。
【0147】
液体試料１２０は、ポリスチレンビーズの純水（屈折率１．３３２）分散液（産業技術総合研究所、濃度；１ｗｔ％、粒子径；６０ｎｍ）を用いた。このときの粘度は８．９４５×１０－４Ｐａ・ｓであった。これをフィルタ処理することなくホールスライドガラスにカバーガラスを用いて封入した。
【0148】
動的光散乱法による測定は室温（２３℃）にて次のようにして行った。
液体試料１２０に第１および第２のパルスレーザ光を照射し、ポリスチレンの３１００ｃｍ－１の分子振動由来のＣＡＲＳ光（波長５４０ｎｍ）のカウントレートが１０ｋｃｐｓとなるまで減光した（図１５のステップＳ１５１０）。
液体試料１２０に第１および第２のパルスレーザ光を照射し、ポリスチレンの３１００ｃｍ－１の分子振動由来のＣＡＲＳ光（波長５４０ｎｍ）のカウントレートが１０ｋｃｐｓとなるまで減光した（図１５のステップＳ１５１０）。
【0149】
次いで、液体試料からの後方散乱光子（散乱角１８０°）のうちＣＡＲＳ光（波長５４０ｎｍ）をダイクロイックミラーおよび分光器によって取り出した（図１５のステップＳ１５２０）。フォトンカウンティングモジュールにてＣＡＲＳ光の到達時間を検出し、電気パルスを生成させた（図１５のステップＳ１５３０）。パルス幅伸長・デッドタイム調整器にて電気パルスのパルス幅を７５ｎｓに伸長させ、３００ｎｓ不感時間を設けた。
【0150】
また、第１および第２のパルスレーザ光が発っせられるタイミングをデジタル入出力モジュールに通知した（図１５のステップＳ１５４０）。通知は、パルスレーザシステムから発せられる第１および第２のパルスレーザ光に同期した電気信号を使用した。
【0151】
デジタル入出力モジュールにて、ノイズ除去回路を通った電気パルスの到達時間およびパルスレーザ光のタイミングを収集し、電気パルス到達時間リストおよびパルスレーザ光タイミングリストを生成した（図１５のステップＳ１５５０）。電気パルス到達時間リストとパルス光タイミングリストとを比較し、電気パルス到達時間リストからパルスレーザ光タイミングリストに同期したデータのみを抽出し、修正電気パルス到達時間リストを作成し、パーソナルコンピュータに保存した（図１５のステップＳ１５６０）。
【0152】
パーソナルコンピュータにて、光子到達時間リストとして修正電気パルス到達時間リストを用いて時間相関関数を演算した（図１５のステップＳ１５７０）。時間相関関数の演算は、光子到達時間を１０μｓごとの散乱光子数の時間変化に変換することによって、１０μｓの時間相関で定義に基づいた直接計算を行った。演算された時間相関関数を図１６に示す。得られた時間相関関数を用いてポリスチレンビーズの粒径を演算した（図１５のステップＳ１５８０）。
【0153】
図１６は、例１においてポリスチレンビーズから発生した後方散乱ＣＡＲＳ光の時間相関関数を示す図である。
【0154】
図１６において、実線は実験で得られた時間相関関数であり、点線は得られた実験結果を指数関数によってフィッティングした結果である。フィッティングの結果から得られた粒径（流体力学的半径とも呼ぶ）は、６１±４ｎｍであった。この値は、粒径の認証値（５９±１ｎｍ）に良好に一致した。
【0155】
以上より、液体試料中の粒子の粒径、粒径分布等を、ＣＡＲＳ光を用いて分子選択的に測定できる動的光散乱測定装置、測定・解析方法および測定・解析プログラムを提供できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【0156】
本発明の動的光散乱測定装置は、液体試料中の粒子の粒径および／または粒径分布を分子選択的に測定できるので、化学、材料、医薬等の産業分野で利用される。
【符号の説明】
【0157】
１００、４００、５００、７００、８００、１１００、１４００ 動的光散乱測定装置
１１０ａ、１１０ｂ 粒子
１２０ 液体試料
１３０ 光源部
１４０ 分離装置
１５０ 光子検出装置
１６０ 情報処理装置
１６１、１６１ａ、１６１ｂ 時間相関関数演算処理部
１６２ 粒径演算部
１６３ 修正電気パルス到達時間リスト作成部
１７０ 表示装置
１８０ 入力装置
４１０ 角度可変機構
７１０、１１２０ データ収集装置
８１０ パルス幅伸長・デッドタイム調整器
１１１０、１４１０ パルスレーザ光タイミング装置
１１０ａ、１１０ｂ 粒子
１２０ 液体試料
１３０ 光源部
１４０ 分離装置
１５０ 光子検出装置
１６０ 情報処理装置
１６１、１６１ａ、１６１ｂ 時間相関関数演算処理部
１６２ 粒径演算部
１６３ 修正電気パルス到達時間リスト作成部
１７０ 表示装置
１８０ 入力装置
４１０ 角度可変機構
７１０、１１２０ データ収集装置
８１０ パルス幅伸長・デッドタイム調整器
１１１０、１４１０ パルスレーザ光タイミング装置
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
