JPH02143140A - 粒径測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック製品の原料等として使用されるア
ルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の粉体の粒径や、ケ
イ砂、ホワイトアランダム等の粉体の粒径を測定する方
法に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］光透過を
利用した粒径測定方法においては、透Ａ率及び吸光係数
を知ることが必要である。

Ｒｏｓｅの研究（Ｒｏｓｅ、ｌ（、Ｅ、、”Ｔｈｅ　Ｍ
ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆ　　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　　５
ｉｚｅ　　Ｉｎ　　Ｖｅｒｙ　　Ｆｌｎｅ　　Ｐｏｗｄ
ｅｒｓ”　　Ｃ。

ｎ５ｔａｂｌｅ　＆　Ｃｏ、　Ｌｔｄ、、　Ｉ、ｏｎｄ
ｏｎ　（１９５４））をはじめ、吸光係数の測定に関す
る研究は数多くあるが、透過光の波長は積極的には変え
られていない。

特にサブミクロン域の粒子の粒径特性の測定に確定され
た方法はなく、粉体特性の理解を困難にしている。

最近の光を用いるサブミクロン域粒径用定には、光回折
法、光散乱法、光子相関法等があるが、簡便とは言えず
、計測に際しても未だ種々の問題が存在する。

つまり、光回折法で測定できるのは数μｍ〜２０００μ
ｍの範囲の粒径に限られ、粒子径分布関数とのカーブフ
ィッティング法により代表粒子径及び分布指数が決定さ
れるが、濃度により多重回折現象が起り、みかけの粒子
径が小さく測定される欠点があった。

光散乱法での測定粒ｌ範囲は０．１μｍ〜数μｍであり
、粒子パラメータαの定義α−πＤ／λ（ここに、λは
光源波長であり、Ｄは粒径である。）より、微小粒子を
測定する場合は入射光波長を短くしなければならないた
め、Ｈｅ−Ｃｄレーザー又はＨｅ−Ｎｅレーザーの光源
を必要とし、光散乱現象の角度依存性による誤差も出る
し、高価でもある。また、温度依存性があるので、温度
管理をしないと誤差が出る。

光子相関法では、粒度分布がガウス分布であることを仮
定したうえで計数処理をしているので、ガウス分布をも
たない粒子に対しては誤差が大である。また、測定装置
が高価である。

単分散粒子の粒径測定に関しては、粒子濃度によらない
Ｈｅ１ｌｅｒらの方法（Ｐａｎｇｏｎｌｓ、Ｖ、Ｊ、、
）ｔｅｌｌｅｒ、Ｓ、、ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｏｕ、　
Ｎ、Ａ、、Ｊ、Ｃｈｅｎ、ＰｈｙＳ、、３４．９８０（
１９８１，））やＧｕｃｋｅｒらの方法（Ｇｕｃｋｅｒ
、Ｐ、Ｔ、、ａｎｄ　ｌ？ｏｖｅｌｌ、Ｒ，Ｉ、、、Ｄ
Ｉｓｃ、Ｆｒａｄ、Ｓ。

Ｃ，，３０，１８５（１９６０）　）があるが、装置及
び条件的に実用的でない。

また、粒子濃度により粒径を測定する方法には、Ｈｅａ
ｌｅｒらの方法（１ｌｅｌ　！ｅｒ、Ｗ、　＋ａ、ｎｄ
　Ｎａｋａｇａｋｊ、Ｍ、１．Ｃｈｅｍ、Ｐｈｙｓ、、
３１，１１．８８（１９５９））　　、　Ｉｎｎらの方
法（Ｌａ　Ｈｅｒ、Ｖ、に、、Ｉｎｎ、Ｅ、Ｃ，Ｙ、、
　ａｎｄＷｌｌｓｏｎ、１．Ｂ、、Ｊ、Ｃｏ１１ｏｌｄ
　　Ｓｃ１．、　１８，８８８（１９６３））　　、チ
ンダル現象の最大値をとって粒径を評価するＨｏｔｓら
の方法等があるが、吸光係数の算出に問題がある。

本発明はこれに鑑み、安価でしかも簡単な操作により正
確な粒径／ＩＰｊ定ができる方法を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る粒径測定方法は、前記の目的を達成するた
めに、既知粒径の基準粉体の複数分散液について特定波
長光の透過率を測定して分散液の透過率と粉体粒径との
関係を示す実験式を求めておき、基桑粉体と同一の物質
からなる粒径測定対象粉体の分散液について濃度及び同
一波長光の透過率を測定し、予め求めておいた実験式か
ら粒径を算出するものである。透過率のＡｐｊ定には、
８００ｎｍ以上の長波長光を使用すれば良い。また、粒
径ＡＰｌ定対象粉体の分散液濃度は、多重散乱を生じな
い範囲内においててきるだけ高くすることが望ましい。

粒径測定対象粉体の分散液について１ｌｌ１１定する特
定波長光の透過率からこの粉体の粒径を算出する際に使
用する分散液の透過率と粉体粒径との関係を示す実験式
は、粒径測定対象粉体と同一の物質からなる既知粒径の
基準粉体の複数分散液について測定した同一波長光の透
過率に基づいて求める。この際、基僧粉体分散液の透過
率の測定には、８００ｎｍ以上の長波長光を使用すれば
良い。また、基準粉体の分散液濃度は、多重散乱を生じ
ない範囲内においてできるだけ高くすることが望ましい
。

［作　用］ 本願発明者らは、特に８００ｎｍ以上の長波長光を用い
た場合に分散液の吸光係数が粒径に対して直線性を示す
ことを見出した。吸光係数を粒径の３乗で近似すること
もできる。しかも、これらの性質は揮々の粉体粒子につ
いて一般性、共通性を有する。

特に０．１μｍ〜１．０μｍのサブミクロン域の粒径は
前記のように短波長光によらなければｌ−１定し得ない
という常識があったが、本願発明によって得られる分散
液の透過率と粉体粒径との関係を示す実験式を使用すれ
ば、粉体粒子形状のいかんにかかわらず粒径が長波長光
で簡単に測定できる。

また、基準粉体の分散液濃度や粒径測定対象粉体の分散
液濃度は、多重散乱を生じない範囲内においてできるだ
け高くすれば、粒径？ｊＰＪ定誤差定量差限におさえる
ことができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の実施例に係る粒径ｎｊ定定法法好適
に使用される分光光度計の光学系統図である。

この分光光度計は、重水素ランプＤ２と７＼ロゲンラン
プＷｌとの２光源を有するδＩＩＪ定波長域２００ｎｍ
−１１００ｎｍの紫外可視分光光度計である。光源Ｄ２
又はＷｌから出た光は、窓板Ｗを通過し、光源集光ミラ
ーＭ１で反射した後、入口スリットＳ１を通して回折格
子Ｇに入射する。格子Ｇで回折されて出口スリットＳ２
を出た光は、迷光カットフィルタＦを通過してミラーＭ
　に入射し、ハーフミラ−Ｍ３により試料側光束と対照
側光束とに分けられ、ミラーＭ、Ｍ５で再び反射した後
、窓板Ｗを通してそれぞれ試料室に入る。試料室内にお
いて試料側セルＳａｍ、　　と対照側セルＲｅ　ｆ、　
とをそれぞれ透過した光束は、レンズＬで集光された後
、光検出器であるフォトダイオ−ドＰ、Ｄ、に入射する
。

この分光光度計を使用するに際し、粉体分散液を試料側
セルＳａｍ、　　としてセットする一方、分散媒のみを
対照側セルＲｅ　ｆ、　　とじてセットする。このとき
、粉体粒子が存在しない場合に対するこの粒子が存在す
る場合の透過光の減衰比すなわち透過率を測定すること
ができる。

まず、この分光光度計を使用して、既知粒径の粉体の分
散液について単波長光での光通過に関するデータ取りを
行う。

データ取りに使用する粉体としては、例えば単分散球形
粒子であるシリカ（Ｓ　ｉｏ　２　）粒子やポリスチレ
ンラテックス粒子を使用することができる。シリカ粒子
の場合の結果を第２図に、ポリスチレンラテックス粒子
の結果を第３図にそれぞれ示す。例えばシリカ粒子は１
．０μｍ〜８．０μｍの粒径のものを、ポリスチレンラ
テックス粒子は０．０６１μｒｎ　〜１．６９６μｍの
粒径のものをそれぞれ使用する。

両対数グラフに描かれた両図に示す吸光係数（Ｋ）−粒
径（Ｄ）曲線は、相似した傾向を示す。すなわち、粒径
りが大きくなるほど吸光係数Ｋが増大し、極大値を示し
た後に振動域に入る。第２図に示すシリカ粒子の場合は
、波長λ＝７００ｎｍ〜１ｌ１００ｎの条件下において
、粒径Ｄ−１μｍ〜３μｍの範囲では、吸光係数Ｋが粒
径りの１乗にほぼ比例する。第３図に示すポリスチレン
ラテックス粒子の場合は、波長λ−９００ｎｍ〜１ｌ１
００ｎの条件下において、吸光係数Ｋが粒径りの３乗に
ほぼ比例する。

また、いずれの粒子の場合も、粒径りが小さくなるにつ
れて振動域から減衰域に入るが、このとき、波長λが長
い領域では吸光係数Ｋが直線的にしかも互いに平行に、
各波長ごとに減衰する。

一般に、多重散乱を生じない稀薄濃度域で成立する単分
散系のＬａｍｂｅ　ｒ　ｔ−Ｂｅｅ　ｒの法則は、次式
（１）で示される。

ｌ　ｏ　ｇ　（ＩＯ／　Ｉ）　−ＫＡ　ｃｌ　−−（１
）■ｏ二人射光強度、■・透過光強度、Ｋ：吸光係数、
Ａ：粒子投影面積（１ｇ当光束中）、Ｃｚ粒子重量濃度
、ρ：分散液中の光路長さ。

ポリスチレンラテックス粒子の場合の第３図中のデータ
のうち直線性が最も良好な波長λ−１１００ｎｍのデー
タのみを抽出して第４図に示す。

同図に示される粒径０．１μｍ〜１．０μｍの範囲の吸
光係数にの減衰域において、吸光係数にと粒径りとの関
係は２つの直線で近似できる。すなわち、定数α、、β
１を用いて吸光係数Ｋを式（２）で表わすことができる
。

１ｏｇＫ−α＋　　ｌ　ｏ　ｇ　Ｄ＋β１・・・・・・
・・・・・・・・・（２）（ｉ−１，２） 一方、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則（式４式％） ： 粒子は球形であり、式（２）　（３）より次の実験式（
４）を得る。

−ＥＸＰ （（β、−１ｏｇＺ） ／（１−α、））　　・・・・・・・・・・・・・・・
（４）（ｆ−１，２） ここに、 Ｚは、 Ｚ−ｐ　Ｉ　ｏｇ　（Ｉｏ／　Ｉ）／１．５ｃＮ・・・
・・・・・・・・・・・・（５）である。

次に、ポリスチレンラテックス粒子の粒径０゜１μｍ〜
１．０μｍの範囲の減衰域で吸光係数Ｋが粒径りの３乗
に比例すると近似すれば、定数ｍを用いて吸光係数Ｋを
式（１３）で表わすことができる。

ＫｍｍＤ” この式（６）をＬａｍｂｅｒＬ−Ｂｅｅｒ式に代入し、
ポリスチレンラテックス粒子の場合に定数ｍがほぼ１に
等しいことを考慮すると、Ｉ　ｏ　ｇ　（Ｉ　ｏ　／　
Ｉ　）　−１−５ＣＤ　Ｄ／ρ・・・・・・・・・・・
・・・（７） となる。ここで、次式（８）を得る。

Ｄ−Ｊ］「 シリカ粒子の場合の吸光係数にと粒径りとの関係を示す
第２図中のデータのうち、振動域を示す波長λ−３００
ｎｍのデータと、直線性が最も良好な波長λ−１１００
ｎｍのデータとを抽出して第５図に示す。

波長３００ｎｒｎでは、粒径りにかかわらず吸光係数Ｋ
を一定値Ｋ。に近似できる。したがって、次式（９）　
（１０）を得る。

ｌ　ｏ　ｇ　　（１／　Ｉ）　＝１−　５Ｋｏ　ｃｆｌ
／ρＤ・・・・・・・・・・・・・・・（９）Ｄ−１−
５Ｋ　ｏ　ｃ　１　／ρＩ　ｏ　ｇ　（Ｉ　ｏ　／　Ｉ
　）・・・・・・・・・・・・・・・（１０）第５図に
示される粒径１μｍ〜３μｍの範囲のシリカ粒子の吸光
係数にの減衰域（波長λ−１１００ｎｍ）において、吸
光係数には定数ａ。

ｂを用いて粒径りの１次式（１１）に近似できる。

Ｋ−ａＤ＋ｂ ・・・・・・・・・・・・・・・（ＩＩ）一方、 Ｌａｍｂｅ　　ｒ　　ｔ−Ｂｅ ｒの法則より、 １　ｏ　ｇ　（Ｉ　ｏ　／　ｒ　） ＝　１　、　５　ｃ　１）　　（ａ　Ｄ　＋　ｂ　）　
　／　ｐ　Ｄ・・・・・・・・・・・・・・・（１２）
が成立する。したがって、次の実験式（１３）を得る。

Ｄ　−１，５ｂｃＲ ／　（ρｌｏｇ　（Ｉｏ　／　Ｉ）　　　１．５ａ　ｃ
Ｄ　ｌ・・・・・・・・・・・・・・・（Ｉ３）第６図
は、粒径０，１μｍ〜１，０μｍの範囲のポリスチレン
ラテックス粒子について、粒子重量濃度Ｃが一定（ｃ＝
１０　　ｇ／ｃｏ＋３）（７）場合の透過率Ｔ（−１゜
／Ｉ）と粒径りとの関係を片対数グラフに表わした図で
ある。第７図は、同一粒径範囲のポリスチレンラテック
ス粒子について、波長λが一定（λ−７００ｎ　ｒｎ）
の場合の透過率Ｔと粒径りとの関係を示す図である。

両図の透過率Ｔの粒径依存性は、濃度が多重散乱域であ
るにもかかわらず、１ａｇＴが粒径りの１次曲線（単調
減少）で表わされる領域が存在することを示す。これは
、ある物質の濃度及び波長を適当に選び、透過率−粒径
曲線を作れば、粒度分布が狭い粒子について、この曲線
を参照するだけで簡易的に粒径を測定できることを示す
。

この点を更に詳細に説明する。

第８図は、粒径０．１μｍ〜１．０μｍの範囲のポリス
チレンラテックス粒子について、波長λと粒子重量濃度
Ｃとが一定（λ−８００ｎｍ、　ｃ　＝　１．０　　ｇ
／ａｍ３）　ノ場合ノ透過率Ｔ（−Ｉ。／Ｔ）と粒径り
との関係を示す図である。

同図かられかるように、透過率Ｔの粒径依存性から、１
ａｇＴとＤとを次のように直線で近似することができる
。

ｌｏｇ　（■ｏ／Ｉ）−ａＤ＋ｂ・・・・・・・・・・
・・・・・（１４）したがって、次の実験式（１５）を
得る。

Ｄ−（ｌｏｇ　（１ｏ／Ｉ）−ｂ）／ａ・・・・・・・
・・・・・・・（１５）以上のようにして既知粒径の粉
体の分散液について透過率Ｔと粒径りとの関係を表わす
実験式を作成した後、以下の粒径測定操作を実施する。

まず、計量した粒径測定対象粉体を一定量の水中に投入
し、超音波分散及び手での撹拌により投入粉体を水中に
分散させて既知濃度の均一な原液を作成する。この原液
を希釈して例えばＪＦｆｉ類の濃度の試料を作成する。

第９図に示すように、セル１〜４には、例えば２０％、
４０％、６０％及び８０％の標線までそれぞれ予め水を
入れておく。そして、各セルに前記の原液を注ぎ入れて
各セル内の液量を１００％とし、更に超音波分散と手撹
拌とを施す。分散媒として使用する水は、イオン交換樹
脂による脱イオン水を使用することが好ましい。ただし
、分散媒は水に限らず、粉体の種類に応じて適宜変更可
能である。必要な場合にはへキサメタリン酸ソーダ等の
分散剤を使用しても良い。

セル１〜４を試料側セルＳａｍ、とじて分光光度計に順
次セットし、例えば１ｌ１００ｎの波長の光源を選択し
て、フォトダイオードＰ。

Ｄ、で光の透過率Ｔを測定する。

粒径測定感度を上げるためには粒子濃度が高いことが望
ましい。つまり、粒子が稀薄すぎると１ｌｌ）Ｉ定精度
が悪くなる。逆に、粒子濃度が高過ぎても多重散乱が発
生して誤差を生ずる。したがって、透過率（ＩｏｇＴ）
−粒子型ｆ：に濃度（ｃ）のグラフが直線性を示すこと
を通して多重散乱が起っていないことを確認しながら、
多重散乱域に達しない範囲内で粒子濃度をできるだけ高
くする。

第１０図は、ポリスチレンラテックスのサブミクロン粒
子（粒径Ｄ−０，０６１μｍ）について、透過率Ｔと粒
子重量濃度Ｃとの関係を示す図である。第１１図及び第
１２図は、それぞれ同粒子の粒径がＤ−０，２０８μｍ
の場合及びＤ−０，３０９μｍの場合の同様の図である
。

これら３図と同様の透過率−濃度のグラフを描いて、Ｍ
ｉｅ理論からのずれを１％以内におさえることが望まし
い。

以上のようにして透過率Ｔを求めれば、実験式（４）　
、（Ｉｌｌ）　、（１０）、（１３）又は（１５）を用
いて粒径りを算出することができる。なお、サブミクロ
ン域の実験式は粒径りが１μｍ以上の範囲では成立たな
いので、式（４）の粒径計算結果が１μｍに近付くか又
は越えた場合にはミクロン域の式（８）を使用する。

なお、サブミクロン粒子については、粒度分布幅がシャ
ープであるから、本発明を適用して特に高精度で粒径測
定を実行することができる。

ただし、粒径の異なるものが混合された場合であっても
本発明の方法は適用可能である。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明に係る粒径ｆｌｌｌｌ定
方法は、既知粒径の基準粉体の複数分散液について特定
波長光の透過率を測定して分散液の透過率と粉体粒径と
の関係を示す実験式を求めておき、基準粉体と同一の物
質からなる粒径測定対象粉体の分散液について濃度及び
同一波長光の透過率を測定し、予め求めておいた実験式
から粒径を算出するものであるから、本発明によれば、
０．１μｍ〜１．０μｍのサブミクロン域の粒径を長波
長光で測定できる。しかも、従来と同様に短波長光を使
用することもできる。

したがって、本発明によれば、安価でしかも簡単な操作
により正確な粒径測定ができる方法を提供することがで
きる。透過率測定に８０００ｍ以上の長波長光を使用す
れば、粉体粒子形状に依存しない粒径測定が可能である
。粒径測定対象粉体の分散液濃度を、多重散乱を生じな
い範囲内においてできるだけ高くすれば、測定誤差を最
小限におさえることができる。

粒径測定対象粉体の分散液について測定する特定波長光
の透過率からこの粉体の粒径を算出する際に使用する分
散液の透過率と粉体粒径との関係を示す実験式を、粒径
測定対象粉体と同一の物質からなる既知粒径の基準粉体
の複数分散液について測定した同一波長光の透過率に基
づいて求めれば、長波長光でＱ粒径１Ｔｉｌ定に適当な
実験式が得られる。この際、８００ｎｍ以上の長波長光
を使用すれば、粒子形状に依存しない実験式の決定が可
能である。また、基準粉体の分散液濃度を、多重散乱を
生じない範囲内においてできるだけ高くすれば、実際値
に良く適合する実験式を決定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る粒径測定方法に使用さ
れる分光光度計の光学系統図、第２図は、シリカ粒子の
吸光係数にと粒径りとの関係を示す図、 第３図は、ポリスチレンラテックス粒子の吸光係数にと
粒径りとの関係を示す図、 第４図は、第３図中のデータのうち波長λ−］、　１０
０　ｎ　ｒｎの場合を抽出して示す図、Ｔｉ５図は、第
２図中のデータのうち、波長λ−３００ｎｍ及びλ−１
１００ｎｒｎの場合をそれぞれ抽出して示す図、 第６図は、ポリスチレンラテックス粒子について、粒子
重量濃度Ｃが一定の場合の透過率Ｔと粒径りとの関係を
示す図、 第７図は、ポリスチレンラテックス粒子について、波長
λが一定の場合の透過率Ｔと粒径りとの関係を示す図、 第８図は、ポリスチレンラテックス粒子について、波長
λと粒子重量濃度Ｃとが一定の場合の透過率Ｔと粒径り
との関係を示す図、第９図は、粒径測定のために第１図
の分光光度計に試料側セルとしてセットすべき４種類の
濃度のセルを作成する過程を示す工程図、第１０図は、
ポリスチレンラテックスのサブミクロン粒子について、
透過率Ｔと粒子重量濃度Ｃとの関係を示す図、 第１１図は、他の粒径のポリスチレンラテックス・サブ
ミクロン粒子の前回と同様の図、第１２図は、更に他の
粒径のポリスチレンラテックス・サブミクロン粒子の第
１０図と同様の図である。 符号の説明 Ｄ２・・・・・・・・・・・・重水素ランプＷＩ ・・・・・・・・・・・・フィルタ ・・・・・・・・・・・・回折格子 ・・・・・・・・・・・・レンズ 〜Ｍ５・・・ミラー Ｄ、・・・・・・フォトダイオ− ｆ、・・・・・・対照側セル ｍ５・・・・・・試料側セル 、Ｓ２・・・スリット ・・・・・・・・・・・・窓板 ・・・・・・・・・・・・ハロゲンランブト ・・・・・・・・・・・・粒径 ・・・・・・・・・・・・吸光係数 ・・・・・・・・・・・・透過率 許 出 願 人 神 保 ノし　　　　− ほか２名 ［′Ａ面の：ｒＩ＋刊内容に変更なし）載枠 ψｍ） セ′ル１ セル２ セル３ セル４ 第 図 第 図 第 図 第 図 手続補正書 （方式） 事件の表示 昭和６３年特許願第２９７３８３号 ２、発明の名称　　粒径測定方法 ３゜ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名古屋市千種区西山元町２丁目５番１号ニスボア覚王山
２Ｂ−６ 神保　元二 名古屋重訂区芳野３丁目５番１２号 水野　光間 大阪重訂区高麗橋２丁目２０番地 株式会社武智工務所 代表者藪内　真勇 ４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、既知粒径の基準粉体の複数分散液について特定波長
   光の透過率を測定して分散液の透過率と粉体粒径との関
   係を示す実験式を求めておき、前記基準粉体と同一の物
   質からなる粒径測定対象粉体の分散液について濃度及び
   同一波長光の透過率を測定し、前記の実験式から粒径を
   算出することを特徴とする粒径測定方法。 ２、８００ｎｍ以上の長波長光を使用することを特徴と
   する請求項１記載の粒径測定方法。 ３、粒径測定対象粉体の分散液濃度を、多重散乱を生じ
   ない範囲内においてできるだけ高くすることを特徴とす
   る請求項１記載の粒径測定方法。 ４、粒径測定対象粉体の分散液について測定する特定波
   長光の透過率からこの粉体の粒径を算出する際に使用す
   る分散液の透過率と粉体粒径との関係を示す実験式を、
   前記粒径測定対象粉体と同一の物質からなる既知粒径の
   基準粉体の複数分散液について測定した同一波長光の透
   過率に基づいて求めることを特徴とする粒径測定方法。 ５、８００ｎｍ以上の長波長光を使用することを特徴と
   する請求項４記載の粒径測定方法。 ６、基準粉体の分散液濃度を、多重散乱を生じない範囲
   内においてできるだけ高くすることを特徴とする請求項
   ４記載の粒径測定方法。