粒子測定の計量標準と標準化 桜井 博 [email protected] (国研) 産業技術総合研究所 計量標準総合センター 物質計測標準研究部門 粒子計測研究グループ 2015年10月27日 日本化学会コロイド実用技術講座 標準（standard）とは ① 標準化、規格化 自由に放置すれば、多様化、複雑化、無秩序化してしまう「もの」や「事柄」を少 数化、単純化、秩序化すること。 （日本工業標準調査会（JISC） http://www.jisc.go.jp/std/index.html） 与えられた状況において最適な程度の秩序を達成することを目的に、諸活動又 はその結果に関する規則、指針又は特性を、共通的に、かつ、繰り返し使用す るために定める文書であって、合意によって確立され、かつ、公認機関によって 承認されたもの。（ISO/IEC Guide 2の定義） （日本工業標準調査会（JISC）「JISC関係用語と略語集」 http://www.jisc.go.jp/dictionary/index.html#50K04 ） ② 計量標準、校正用標準、測定標準 ある単位又はある量の一つ又は複数の値を参照として供給するために、定義し 、実現し、保存し、再現することを意図した実量器、計器、標準物質又は測定シ ステム。（例と注は省略） （International vocabulary of basic and general terms in metrology (VIM) (1993) 国際計量基本用語集・日本 語版） 2 概要 • 産業技術総合研究所が開発し供給を行ってい る粒子標準物質や校正サービスの紹介 • 粒子計測に関するISOやJISの規格の紹介 • 気相技術を活用した液中分散粒子の粒径分布 測定についての解説 3 4 5 産業技術総合研究所 物質計測標準研究部門 粒子計測研究グループ 粒子・高分子計測に関する標準の開発と供給 粒径・粒径分布 粒子数濃度（液中・気中） 比表面積 高分子分子量 計測器や標準物質に対する校正サービス NMIJ CRMの頒布 新たな粒子計測技術の開発 気中粒子計測技術：電気移動度分級、質量分級、荷電... 液中粒子計測技術：流動場分画、光散乱、... 標準化活動（ISOやJISなどの規格） 6 粒子測定の計量標準 粒子計測のための計量標準の整備 法規制や産業ニーズに対応 • 電子デバイス等の生産現場での清浄度管理 – クリーンルームの清浄度 – 洗浄液の清浄度 • 医療・診断 • 空気環境保全 – 自動車の排出するナノ粒子に対する規制 – レーザプリンタやコピー機の排出するナノ粒子に対する規制 • ナノ材料の安全管理に関する規制への対応 8 経済産業省 計量標準整備計画 第1期（2001～2010） • 産総研など国家計量標準機関が、物理標準303、化学標準313を整備。 – 粒子標準は、物理 4 （粒径100 nm以上、粒径100 nm以下、液中粒子 数濃度、気中粒子数濃度）と化学 1 （ナノ粒子）を整備。 第2期（2013～2022） • 整備計画策定にあたり、2013年2～3月にユーザーニーズ調査を実施。 • 変化する計測ニーズへの対応と、計量標準の質と利便性向上などのた め、新たな整備計画を策定。物理標準 106、化学標準 261。 – 粒子標準は、物理 4 と化学 10。 • 整備計画は定期的に見直し、ユーザーニーズ・重要性の高まり、NMIJ における関連技術の確立等によって、整備・供給すべきと評価される ものは追加するなど、修正を行っていく。 9 粒子標準の整備計画 第1期 粒径・粒径分布 第2期 2000～10 2013～14 粒径（30～1000 nm）、 粒径・粒径分布（120 粒径分布幅、 粒径・粒径分布（150 nm） nm, 200 nm） 粒径（1～30 nm）、 粒径分布測定器、 金粒子、シリカ粒子 粒径下限を 600 nmへ拡張 粒径下限を 50 nmへ拡張 粒径10～20 μm 粒子数濃度・液中 （濃度103～106 個 /cm3） 粒子数濃度・気中 濃度103～104 個/cm3 （粒径10～200 nm） 比表面積、 ガス吸着量 2015～17 濃度1～105 個/cm3 市販標準発生器 （粒径30～60 nm）、 発生器型 酸化チタン カーボンブラック ゼータ電位 高分子分子量 2018～22 ゼータ電位 ポリスチレン、 ポリエチレングリコー ル等9種 均一分子量、 有機溶媒系高分子 水系高分子 青字：物理標準（依頼試験による標準供給）、緑字：化学標準（標準物質頒布による標準供給） 10 粒径標準 粒子標準物質製造事業者に対し、粒径校正サービスを実施 校正範囲 20 nm ～ 1 μm 粒径測定法 • 計数ミリカン法（絶対測定法） • 100 nm～1 μm 電気移動度法（相対測定法） 20 nm～300 nm 粒径分布幅も校正可能 （粒径20 nm～300 nmにて、2015年～） http://www.jsrlifesciences.com 11 計数ミリカン法による粒子質量の高精度測定 The Millikan cell of the EAB apparatus 12 計数ミリカン法の原理 • 重力と静電気力のバランスによって決まる粒子の重力沈降を利用 • 粒径に換算して、おおよそ100 nm ～ 1 μmにおいて利用可能 • 産総研にて開発 time 0 time th Millikan cell fe > fg fe : electrostatic V fe = fg charged monodisperse particles fg : gravitational fe < fg Survival rate (arb. unit) Holding time:14 h NIST SRM 1963 (0.1 m nominal) Calculated (Dc=100.8 nm) Calculated (Dc=95 nm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 13 粒子密度の測定 Judgment based on motion of particles (stable suspension, floatation, or sedimentation) in salt solution of known concentration (and density) Density of salt solutions ρ(g/cm3) 1.063 1.064 Mass（EAB method） Density 1.065 1.066 1.067 Particle size 14 100 nmでの粒径測定の不確かさ Source of uncertainty Particle mass Voltage Electrode spacing Gravitational acceleration Particle survival rate Particle density Density of reference solution Temp. correction to p Judgment of sink-or-float in the immersion method Symbol mp Standard uncertainty u ( m p ) 0.0055 fg u (V ) 3.6 10 4 V V H u ( H ) 2 .1 m Contribution to uc(dp)/dp 0.0032 (mp = 0.5714 fg) - g u ( g ) 6.1 10 5 m/s 2 - ri u ( ri ) 3.9 10 4 - p u ( p ) 7.1 10 4 g/cm 3 2.4 10 4 (p = 1.065 g/cm3) NaCl u ( NaCl) 4.1 10 4 g/cm 3 - - u TD ( p ) 6.5 10 5 g/cm 3 - - u JD ( p ) 5.8 10 4 g/cm 3 - Relative combined standard uncertainty, uc(dp)/dp 0.0032 (dp = 100.8 nm) 15 粒径・粒子質量標準 微分型電気移動度分析器(DMA) ミリカン型セル 16 NMIJ CRM 5701-a, 5702-a, 5703-a Polystyrene latex nanoparticle, 120 nm, 150 nm, 200 nm NMIJ CRM 5701-a 値 1) 拡張不確かさ 118.5 nm 1.8 nm 114.4 nm 11.9 nm 13.2 nm 6.5 nm 2.4 nm 1.2 nm 1. 動的光散乱法による平均粒径値の評価 角度依存性・濃度依存性を考慮した動的光散乱法評価によ り、光強度平均粒径を値付けした。 128 0.018 mg/mL 0.027 mg/mL 124 0.035 mg/mL 122 0.044 mg/mL 120 118 116 true diameter 114 112 2. 流動場分離法を使用した世界初の液中粒径分布 情報の提供 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 5 2 10 q (nm -2 3 )+10 c(g/ml) average diameter standard deviation Int. 流動場分離におけるフラクトグラムの広幅化効果を考慮し たことによる、粒径分布の精確な値付けを実施した。 0.009 mg/mL 126 dl( , c )(nm) 特性 認証値： 光強度平均粒径 d l 参考値： 重量平均粒径 d w 光強度基準粒径分布の標準偏差 σl 重量基準粒径分布の標準偏差 σw 動的光散乱測定などの粒径計測における計測の精度管理及び計測法の 妥当性確認、 FFF液中サイズ分離分級技術の妥当性検証などに利用可。50 100 150 diamter /nm 200 17 液中粒子数濃度標準 粒子標準物質製造事業者に対し、粒子数濃度校正サービスを実施 – 注射剤の汚染状態管理 – 医用診断における血球計数 – 電子デバイス製造工程などで用いられる超純水・洗浄液の清浄度管理 http://www.jsrlifesciences.com 18 液中粒子数濃度標準 t-FCM SEM 一次標準 (走査型電子顕微鏡) 試料管中の全粒子数を 光散乱法により計数 校正対象懸濁液 ( 103 particles/g) Incident light ( 約 106 particles/g) ( 1 mg, 106 particles/g) Light detector Deposit on Si wafer Sample suspension 校正結果 Sheath water 比較による 妥当性確認 液中粒子数濃度標準 独立した2つの計測法を組み合わせ、高精度な値付けを実現 • 全数計数型フローサイトメータ（T-FCM）を用いた光散乱式粒子計数法 • 電子顕微鏡を用いた計数による検証 2007年に標準供給を開始 個数濃度：5 x 102 個/g ～ 2 x 106 個/g 拡張不確かさ（k = 2）: 4.4 % (106 個/g, 10 μmの場合) 粒径：10 µm ～ 20 µm ⇒ 薬局方による注射剤管理に利用可 2014年に 2 µmまで拡張 ⇒ 血球計数の計量トレーサビリティ確立に 利用可 T-FCM法とSEM法の比較 2022年度までに50 nmまで拡張予定 ⇒ 半導体業界からの要請（SEMI） →実現方法を検討中 20 ナノ物質のテストマテリアル規格と 酸化チタンナノ標準物質の開発 ● テストマテリアル規格 ISO/TC 229/JWG 2にて日本（産総研）が主導し作成 ISO/TS 16195:2013 Nanotechnologies — Guidance for developing representative test materials consisting of nano-objects in dry powder form （ナノ物質粉末からなるテストマテリアル開発のためのガイダンス） ● 実証的なテストマテリアルの製作 酸化チタンナノ粒子標準物質 2013年度完成 （NMIJ RM 5711, 5712, 5713） ●特性値 比表面積（BET多点法、77 Kにおける窒素吸着測定にもとづく） ●主な用途 比表面積測定の精度管理 NMIJ RM 比表面積 (m2/g) 拡張不確かさ （k = 2） (m2/g) メーカー 公称直径 （nm） 表面修飾 用途 5711 10.5 0.7 250 無処理 顔料 5712 56.6 1.4 15 脂肪酸 化粧品 5713 75.8 2.3 15 イソブチル基 トナー 21 ポリエチレングリコール単一重合体標準物質の開発 産総研の高分子分子量標準物質 （供給開始年度） 5001-a ポリスチレン 2400 2003年度 5002-a ポリスチレン 500 2003年度 5004-a ポリスチレン 1000 2004年度 5005-a ポリエチレングリコール 400 2005年度 5006-a ポリエチレングリコール 1000 2005年度 5007-a ポリエチレングリコール 1500 2005年度 5008-a ポリスチレン（多分散） 2006年度 5010-a ポリエチレングリコールノニルフェニルエーテル 2009年度 RM 5009-a ポリスチレン 8500 2010年度 5011-a ポリエチレングリコール（23量体） 2013年度 RM 5012-a 静的光散乱用高分子（有機溶媒系） 2014年度 予定 静的光散乱用高分子（水系） 22 ポリエチレングリコール単一重合体標準物質の開発 これまでのNMIJ CRM 全重合度成分度組成の認証 今回のNMIJ CRM 超臨界流体クロマトグラフィー（SFC）を使って、 単一重合度成分のみを分離 分離後成分のSFCスペクトル Fractionation of uniform oligomers 瓶 No. 1 250000 Intensity / V 200000 150000 100000 50000 0 0 10 20 30 40 50 Elution time / min 60 70 80 23 ポリエチレングリコール単一重合体標準物質の開発 NMIJ CRM 5011-a ポリエチレングリコール（23量体） 認証値 分子量の拡張不確かさ （k = 2） U(M) 0.2 分子量 M 1031.2 参考値：30 ℃重水中での拡散粒子径 拡散係数 D0 / m2 s-1 拡散粒子径 d(M) / nm 3.18×10-10 1.4 2013年度完成 Takahashi et al. (2015) Metrologia 52, 8-16. 24 粒子標準の供給形態 産総研からの供給形態は、標準によって異なる。 粒径、粒径分布 校正*、標準物質 粒子数濃度・液中 校正* 粒子数濃度・気中 校正 比表面積 標準物質 高分子分子量 標準物質 NMIJ CRM カタログに記載 されているもの ＊印は、粒子標準物質製造事業者を対象とした校正であり、 製造事業者からエンドユーザーへは標準物質が供給されるもの。 25 粒子測定の標準化 主な粒子径測定法(1) （粉体工学会誌第52巻（2015）88頁から抜粋） 原理 画像 方法 画像解析法 Image analysis method レーザ回折・散乱法 Laser diffraction/scattering method 光散乱法（単一粒子） Light scattering method 電磁波や 音波との 相互作用 を利用し た方法 遮光法（単一粒子） Light extinction method 小角X線散乱法 Small angle x-ray scattering (SAXS) method X線回折法 X-ray diffraction (XRD) method 音響法 Acoustic method 粒子径 規格 分布重み 相 代表径 固 幾何学径 個数 ISO JIS 液 光散乱径 体積 ISO JIS 液・気 光散乱径 個数 ISO JIS 液 幾何学径 個数 ISO JIS 液 X線散乱径 X線散乱強 度 ISO 固 シェラー径 （分布情報 なし） 液 超音波 散乱径 超音波散乱 ISO 強度 27 主な粒子径測定法(2) （粉体工学会誌第52巻（2015）88頁から抜粋） 原理 方法 動的光散乱法 Dynamic light scattering (DLS) method 誘導回折格子法 Iduced grating (IG) method 粒子追跡法 ブラウン Particle tracking analysis (PTA) method 運動を 利用した パルス磁場勾配核スピン共鳴法 方法 Pulsed field gradient nuclear magnetic 代表径 液 ブラウン 拡散径 光散乱強 度 液 ブラウン 拡散径 体積 液 ブラウン 拡散径 個数 液 ブラウン 拡散径 個数 気 ブラウン 拡散径 個数 resonance (PFG-NMR) method 拡散バッテリー法 Diffusion battery method 流動場分画法 Field flow fractionation (FFF) method 粒子径 規格 分布重み 相 液 組合せる 組合せる 検出法に 外力による よる ISO JIS ISO 策定中 28 主な粒子径測定法(3) （粉体工学会誌第52巻（2015）88頁から抜粋） 原理 方法 重力沈降法 Gravimetric sedimentation method 遠心沈降法 Centrifugal sedimentation method 流体中で 電気移動度法 の外力に Electrical mobility classification method よる運動 を利用し 慣性衝突法 Inertial impaction method た方法 遠心分離法 Centrifugal classification method 飛行時間法 Time-of-flight method 相 代表径 粒子径 規格 分布重み 液 質量、 ストークス 光（X線） 径 減衰率 ISO JIS 液 ストークス 光（X線） 径 減衰率 ISO JIS 気 電気移動度 径 個数 ISO 気 空気力学径 質量、 個数 気 空気力学径 質量 気 空気力学径 個数 29 主な粒子径測定法(4) （粉体工学会誌第52巻（2015）88頁から抜粋） 原理 方法 ふるい法 Sieving method 他の原理 電気的検知帯法 Electrical sensing zone method BETガス吸着法 BET gas adsorption method 粒子径 規格 分布重み 相 代表径 固 ふるい径 質量 ISO JIS 液 体積径 個数 ISO JIS 固 比表面積径 分布情報 なし 30 粒子径測定法に関する規格の策定 ISO/TC 24（粒子特性評価およびふるい分け） TC 24 Particle characterization including sieving SC 4 Particle characterization WG WG WG WG WG WG WG WG WG WG WG WG WG WG WG 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 Representation of analysis data Sedimentation, classification Pore size distribution, porosity 国内審議団体 Electrical sensing methods （一社）日本粉体工業技術協会 Laser diffraction methods （APPIE） Dynamic light scattering Image analysis methods Single particle light interaction methods Small angle X-ray scattering method Sample preparation and reference materials Electrical mobility and number concentration analysis for aerosol particles Acoustic methods Particle characterization by focused beam techniques Characterisation of particle dispersion in liquids Methods for zeta potential determination SC 8 Test sieves, sieving and industrial screens 31 粒子径測定法に関するISO規格とJIS規格(1) （粉体工学会誌第52巻（2015）89頁から抜粋・更新） 方法名 画像解析法 ISO 番号 発行年 名称 2014 Particle size analysis ― Image analysis methods ― 13322-1 (Ed. 2) Part 1: Static image analysis methods 13322-2 2006 レーザ回折・ 13320 散乱法 2009 21501-2 2007 光散乱 21501-1 2009 (単一粒子) 21501-4 2007 遮光法 21501-3 2007 (単一粒子) 小角X線 散乱法 JIS 17867 2015 20998-1 2006 音響法 20998-2 2013 Particle size analysis ― Image analysis methods ― Part 2: Dynamic image analysis methods Particle size analysis ― Laser diffraction methods Determination of particle size distribution ― Single particle light interaction methods ― Part 2: Light scattering liquid-borne particle counter Determination of particle size distribution ― Single particle light interaction methods ― Part 1: Light scattering aerosol spectrometer Determination of particle size distribution ― Single particle light interaction methods ― Part 4: Light scattering airborne particle counter for clean spaces Determination of particle size distribution ― Single particle light interaction methods ― Part 3: Light extinction liquid-borne particle counter 番号 発行年 名称 粒子径解析 ― Z 8827-1 2008 画像解析法 ― 第1部：静的画像解析法 粒子径解析 ― Z 8827-2 2010 画像解析法 ― 第2部：動的画像処理法 Z 8825 2014 粒子径解析 ― レーザ回折・散乱法 B 9925 2010 光散乱式液中粒子計数器 ― 校正方法及び検証方法 B 9921 2010 光散乱式気中粒子計数器 ― 校正方法及び検証方法 B 9916 光遮へい式液中粒子計数 2010 器 ― 校正方法及び検証 方法 Particle size analysis ― Small-angle X-ray scattering Measurement and characterization of particles by acoustic methods — Part 1: Concepts and procedures in ultrasonic attenuation spectroscopy Measurement and characterization of particles by acoustic methods — Part 2: Guidelines for linear theory 32 粒子径測定法に関するISO規格とJIS規格(2) （粉体工学会誌第52巻（2015）89頁から抜粋・更新） 方法名 動的 光散乱法 重力沈降法 ISO 番号 発行年 13321 1996 Particle size analysis ― Photon correlation spectroscopy 22412 2008 Particle size analysis ― Dynamic light scattering (DLS) 名称 13317-1 2001 Determination of particle size distribution by gravitational liquid sedimentation methods ― Part 1: General principles and guidelines 13317-2 2001 Determination of particle size distribution by gravitational liquid sedimentation methods ― Part 2: Fixed pipette method 13317-3 2001 13317-4 2014 13318-1 2001 遠心沈降法 JIS 13318-2 Determination of particle size distribution by gravitational liquid sedimentation methods ― Part 3: X-ray gravitational technique Determination of particle size distribution by gravitational liquid sedimentation methods ― Part 4: Balance method Determination of particle size distribution by centrifugal liquid sedimentation methods ― Part 1: General principles and guidelines Determination of particle size distribution by 2007 centrifugal liquid sedimentation methods ― (Ed. 2) Part 2: Photocentrifuge method 13318-3 2004 Determination of particle size distribution by centrifugal liquid sedimentation methods ― Part 3: Centrifugal X-ray method 番号 発行年 名称 粒子径解析 ― 光子相関法 粒子径解析 ― Z 8828 2014 動的光散乱法 液相重力沈降法による粒子 径分布測定方法 ― Z 8820-1 2002 第1部：測定の一般原理 及び指針 液相重力沈降法による粒子 Z 8820-2 2004 径分布測定方法 ― 第2部：ピペット法 Z 8826 2005 Z 8822 2001 沈降質量法による粉体の粒 子径分布測定方法 液相遠心沈降法による粒子 径分布の測定方法 ― Z 8823-1 2001 第1部：測定原理及び指 針 液相遠心沈降法による粒子 径分布の測定方法 ― Z 8823-2 2004 第2部：光透過式遠心沈 降法 33 粒子径測定法に関するISO規格とJIS規格(3) （粉体工学会誌第52巻（2015）89頁から抜粋・更新） 方法名 ISO 番号 電気移動度 15900 法 565 2591-1 ふるい法 2009 名称 番号 発行年 名称 Determination of particle size distribution ― Differential electrical mobility analysis for aerosol particles Test sieves ― Metal wire cloth, perforated metal 1990 plate and electroformed sheet ― (Ed. 3) Nominal sizes of openings 1988 Test sieving ― Part 1: Methods using test sieves of woven wire cloth and perforated metal plate Z 8815 1994 ふるい分け試験方法通則 2000 試験用ふるい ― (Ed. 4) Test sieves ― Technical requirements and testing ― 3310-1 Z 8801-1 2006 Part 1: Test sieves of metal wire cloth 第1部：金属製網ふるい Cor 1:2014 3310-2 3310-3 電気的 検知帯法 発行年 JIS 13319 試験用ふるい ― 2013 Test sieves ― Technical requirements and testing ― Z 8801-2 2000 第2部：金属製板ふるい (Ed. 5) Part 2: Test sives of perforated metal plate 1990 試験用ふるい ― Test sieves ― Technical requirements and testing ― Z 8801-3 2000 Part 3: Test sieves of electroformed sheets 第3部：電成ふるい 2007 Determination of particle size distributions ― (Ed. 2) Electrical sensing zone method Z 8832 2010 粒子径測定方法 ― 電気的検知帯法 34 ISO/TC 24/SC 4の策定したISO規格 ～ 上記以外 (1)～ ISO 番号 発行年 JIS 名称 番号 発行年 名称 粒子特性評 価に関する 26824 用語 2013 Particle characterization of particulate systems -Vocabulary 9276-1 1998 Representation of results of particle size analysis -Part 1: Graphical representation (Cor. 1: 2004) Z 8819-1 1999 9276-2 2014 Representation of results of particle size analysis -Part 2: Calculation of average particle sizes/diameters and moments from particle size distributions 粒子径測定結果の表現 − 第2部：粒子径分布からの Z 8802-2 2001 平均粒子径又は平均粒子 直径及びモーメントの計算 9276-3 2008 Representation of results of particle size analysis -Part 3: Adjustment of an experimental curve to a reference model 9276-4 2001 Representation of results of particle size analysis -Part 4: Characterization of a classification process 9276-5 2005 Representation of results of particle size analysis -Part 5: Methods of calculation relating to particle size analyses using logarithmic normal probability distribution 9276-6 2008 14488 2007 14887 2000 粒子径測定 結果の表現 試料調製 Representation of results of particle size analysis -Part 6: Descriptive and quantitative representation of particle shape and morphology Particulate materials -- Sampling and sample splitting for the determination of particulate properties Sample preparation -- Dispersing procedures for powders in liquids 粒子径測定結果の表現 − 第1部：図示方法 Z 8833 2011 粒子特性を評価するための 粉体材料の縮分 Z 8824 2004 粒子径測定のための試料調 製 − 粉体の液中分散方法 35 ISO/TC 24/SC 4の策定したISO規格 ～ 上記以外 (2)～ ISO 番号 発行年 9277 2010 12154 2014 15901-1 2005 比表面積・ 細孔分布・ 気孔率 15901-2 2006 15901-3 2007 分散安定性 TR 13097 評価 2013 13099-1 2012 ゼータ電位 13099-2 2012 13099-3 2014 エアロゾル 27891 粒子数濃度 2015 JIS 名称 Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption -- BET method 番号 発行年 名称 Z 8830 2013 ガス吸着による粉体（固 体）の比表面積測定方法 Determination of density by volumetric displacement -- Skeleton density by gas pycnometry Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption -- Part 1: Mercury porosimetry (Cor. 1: 2007) Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption -- Part 2: Analysis of mesopores and macropores by gas adsorption (Cor. 1: 2007) 粉体（固体）の細孔径分 布及び細孔特性 − 第2 Z 8831-2 2010 部：ガス吸着によるメソ細孔 及びマクロ細孔の測定方法 Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption -- Part 3: Analysis of micropores by gas adsorption 粉体（固体）の細孔径分 布及び細孔特性 − 第 3 Z 8831-3 2010 部：ガス吸着によるミクロ細 孔の測定方法 Guidelines for the characterization of dispersion stability Colloidal systems -- Methods for zeta-potential determination -- Part 1: Electroacoustic and electrokinetic phenomena Colloidal systems -- Methods for zeta-potential determination -- Part 2: Optical methods Colloidal systems -- Methods for zeta potential determination -- Part 3: Acoustic methods Aerosol particle number concentration -- Calibration of condensation particle counters 36 気相技術を活用した 液中分散粒子の粒径分布測定 気相技術を活用した液中分散粒子の粒径分布測定 電気移動度式粒径分布測定 は、高い粒径精度と粒径分 解能が特徴。 液中分散粒子を気相に噴霧 することで、電気移動度法 の特徴を活かした粒径分布 測定が可能。 液中での粒径分布をいかに 変えずに気相に噴霧するか がカギ。 エレクトロスプレー 粒子発生器 電気移動度式 粒径分布測定装置 www.tsi.com エレクトロスプレー 粒子発生器の原理 www.tsi.com 38 液中分散粒子のエアロゾル化 Particle number • 噴霧液滴の大きさ（噴霧方法） • 粒子濃度 Particle size 電気移動度式粒径分布測定装置 試料 エアロゾル 荷電装置 電気移動度式 分級装置 検出装置 データ解析 DMA 未知の帯電分布を平衡状態にする CPC 異なる電圧を設定して、粒径ごとに特定の 電気移動度を持つ粒子を選択する 分級された粒子数を測定 SMPS （TSI社） 帯電粒子の分布を帯電率で割り戻し、試料 エアロゾルの粒径分布を得る 粒径分布 40 微分型電気移動度分析器 Differential mobility analyzer (DMA) 静電気力 r 空気抵抗 qE z 3d r CC 清浄空気の流れにより 下向きに押される µ CC 「エアロゾル用語集」（日本エアロゾル学会編、2004年） p.80より転載 粘度 すべり補正係数 （粒径dの関数） 41 凝縮粒子計数器（CPC） Condensation Particle Counter (CPC) www.tsi.com 過飽和蒸気中で粒子を核として凝縮成長させた液滴 を、１つずつ光学的に検出（計数） 粒径を区別することはできない 対象粒径範囲： およそ 3 nm - 3 μm 42 荷電装置 Punched Plates 多孔板 帯電状態が不明な エアロゾル粒子 “電荷中和された” エアロゾル粒子 241Am 平衡帯電分布の粒径依存性 流入してきた粒子の未知の帯電状 態を“リセット”して、平衡帯電分布 に従わせる荷電装置。 1.0E+00 n=0 正負ほぼ同濃度のイオンが漂う空 間を粒子が通過する。 帯電数の平均はゼロになる（これが “中和”と呼ばれる所以）。 荷電効率 Probability Charging 1.0E-01 n=-1 n=+1 n=-2 n=+2 1.0E-02 n=-3 n=+3 1.0E-03 n=-4 帯電率の正確さが特に重要な場合 に有用な荷電方法。 n=+4 1.0E-04 1 10 100 1000 Dp (nm) [nm] Particle粒径 Diameter 43 SMPSによる粒径分布測定の例 ポリスチレン粒子6種 エレクトロスプレー粒子発生器と 電気移動度式粒径分布測定装置を組み合わせることによって、 幅や偏りも含め、粒径分布を正確に測定できる。 44
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