レーザー回折/散乱法

ご紹介

粒子径分布は、セメント、医薬品、セラミックス、顔料、肥料、エマルションなど、粉体や分散材料の品質や性能を評価する上で重要な指標です。近年、材料の高機能化や用途の多様化に伴い、粒子径分布測定には、より広い測定範囲、高速な測定、高い再現性が求められています。特に、粒子径の分布幅が広い試料や、複数の粒子径ピークを持つ試料では、ナノメートル領域の微小粒子からミリメートル領域の粗大粒子までを、同時に正確に測定することが重要になります。

Bettersizer S3 Plusは、レーザー回折・散乱法と画像解析技術を組み合わせた粒子径分布測定装置です。独自の光学システムにより、微小粒子から粗大粒子まで幅広い粒子径範囲を高精度に測定できます。微小粒子の測定では、高角度領域の後方散乱光を高感度に検出し、粗大粒子の測定では、高速CCDカメラによる画像解析を活用します。これにより、ナノメートル領域からミリメートル領域までの幅広い粒子径分布を1台で評価でき、複雑な粒子径分布を持つ試料にも対応します。

測定原理

レーザー回折・散乱法は、レーザー光（単色・コヒーレント光）を粒子に照射し、粒子によって生じる回折・散乱光を利用して粒子径および粒子径分布を測定する代表的な粒子径解析技術です。粒子による散乱光のパターンは、粒子径によって異なります。

• 大きな粒子：前方方向への散乱が強く、散乱角度は小さい
• 小さな粒子：より広い角度範囲に散乱光が広がる
• 100 nm以下の微小粒子：散乱強度はほぼ全方向に均一となる傾向があります

検出器で角度ごとの散乱光強度を測定し、その散乱パターンから粒子径分布を解析します。

粒子径による散乱光強度分布の違い

最新のレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置では、広範囲の散乱角度を高精度に検出することが重要です。Bettersizer S3 Plusレーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置では、独自のDLOI（Dual Lens and Oblique Incidence）光学システムを採用し、0.02～165°の広い角度範囲で散乱光を測定します。前方散乱、側方散乱、後方散乱を連続的に検出することで、粗大粒子から微小粒子まで幅広い粒子径範囲を高精度に解析できます。

Bettersizer S3 Plus DLOI光学系・CCDカメラシステムの構成図

レーザー回折・散乱法では、検出した散乱光パターンから粒子径分布を算出するため、Fraunhofer理論またはMie理論を使用します。Fraunhofer理論は、不透明球形粒子を仮定し、粒子端部で生じる回折現象を利用する解析方法です。材料の光学定数を必要としないため、簡便な粒子径評価に適しています。Mie理論は、粒子内部を透過する光の散乱も考慮した解析方法で、粒子および分散媒の屈折率情報を用いることで、微小粒子から幅広い粒子径範囲の高精度解析を可能にします。