JP6238425B2 - 磁化率測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁化率測定装置に関する。

従来、磁化率の測定は、磁気天秤を利用して行われてきた。しかしながら、磁気天秤では、粒子１個ずつの磁化率を測定することができなかった。

このため、近年、小さい粒子（微粒子）の１個ずつの磁化率を測定する手法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、磁場によって粒子が移動する磁気泳動を観測することよって粒子の磁化率を測定する磁化率測定装置が記載されている。特許文献１の磁化率測定装置では、照明ライトから出射されてキャピラリを透過した光を介してキャピラリ内で移動する粒子を顕微鏡で観測することによって粒子の磁気泳動速度を測定し、粒子の磁気泳動速度および粒径から磁化率が求められる。

特開２００２−０７１６４５号公報

しかしながら、上述した装置では粒径の比較的大きな粒子を観測できる一方、粒径の比較的小さい粒子を観測することができなかった。

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、比較的小さい粒径の粒子の磁化率を測定可能な磁化率測定装置を提供することである。

本発明による磁化率測定装置は、溶液内の粒子を磁場によって移動させる磁気泳動発生部と、前記溶液にレーザ光を出射するレーザと、前記溶液内の前記粒子によって散乱されたレーザ光を用いて前記粒子の磁化率を取得する磁化率取得部とを備える。

ある実施形態において、前記磁化率取得部は、前記溶液内の前記粒子によって散乱されたレーザ光によって前記粒子を観測する観測部と、前記観測部の観測結果から前記粒子の磁化率を求める演算部とを有する。

ある実施形態において、前記磁化率測定装置は、前記溶液に光を出射する光源をさらに備える。

ある実施形態において、前記観測部は、前記光源から出射され前記溶液を透過した光で前記粒子を観測する。

ある実施形態において、前記磁気泳動発生部は、磁場を形成する磁場形成部と、前記磁場形成部を含む筐体とを有し、前記筐体には、前記溶液を保持する溶液保持部材の設置される空隙と、前記筐体の内部を貫通して前記空隙と連絡する孔とが設けられている。

ある実施形態において、前記磁化率測定装置は、前記溶液保持部材をさらに備える。

ある実施形態において、前記溶液保持部材は測定セルを含む。

ある実施形態において、前記測定セルは、主面と、前記主面に設けられた凹部とを有する。

ある実施形態において、前記凹部は、観測領域と、液導入部位と、排液部位と、前記観測領域と前記液導入部位とを連絡する液導入経路と、前記観測領域と前記排液部位とを連絡する液排出経路とを有する。

ある実施形態において、前記観測領域は、前記溶液に到達する前の前記レーザ光の進行方向に沿って延びている。

ある実施形態において、前記排液部位は、前記観測領域に対して前記液導入部位と同じ側に位置している。

ある実施形態において、前記液導入経路および前記液排出経路は互いに平行である。

ある実施形態において、前記観測領域は、前記液導入経路および前記液排出経路の少なくとも一方の延びている方向に対して直交する方向に延びている。

ある実施形態において、前記観測領域は前記筐体の前記空隙内に位置しており、前記液導入部位および前記排液部位の少なくとも一方は前記筐体の前記空隙の外に位置している。

ある実施形態において、前記測定セルの少なくとも一部の側面は鏡面加工されている。

本発明による測定セルは、主面と、前記主面に設けられた凹部とを有する測定セルであって、前記凹部は、観測領域と、液導入部位と、排液部位と、前記観測領域と前記液導入部位とを連絡する液導入経路と、前記観測領域と前記排液部位とを連絡する液排出経路とを有する。

ある実施形態において、前記排液部位は、前記観測領域に対して前記液導入部位と同じ側に位置している。

ある実施形態において、前記液導入経路および前記液排出経路は互いに平行である。

本発明による磁化率測定装置は、比較的小さい粒径の粒子の磁化率を測定できる。

本発明による磁化率測定装置の実施形態を示す模式図である。 溶液内の粒子の磁気泳動の挙動を示す模式図である。 （ａ）は本実施形態の磁化率測定装置における磁気泳動発生部の模式的な正面図であり、（ｂ）は上記磁気泳動発生部の模式的な側面図である。 本実施形態の磁化率測定装置において用いられる測定セルの模式図である。 本実施形態の磁化率測定装置における磁化率取得部の模式図である。 本実施形態の磁化率測定装置の模式図である。 本実施形態の磁化率測定装置の一部を拡大した模式図である。 本実施形態の磁化率測定装置における磁気泳動発生部の模式的な正面図である。 （ａ）は本実施形態の磁化率測定装置において用いられる測定セルの一例の模式的な正面図であり、（ｂ）は上記測定セルの模式的な側面図であり、（ｃ）は上記測定セルの設置された磁気泳動発生部を示す模式図である。 本実施形態の磁化率測定装置において用いられる測定セルの一例の模式的な正面図である。 （ａ）は本実施形態の磁化率測定装置において用いられる測定セルの一例の模式的な正面図であり、（ｂ）は上記測定セルの設置された磁気泳動発生部を示す模式図である。 本実施形態の磁化率測定装置において用いられる測定セルの模式図である。 空隙の設けられた粒子の模式図である。

以下、図面を参照して本発明による磁化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。

まず、図１を参照して本実施形態の磁化率測定装置１００を説明する。磁化率測定装置１００は、溶液ｓ内の粒子ｐを磁場によって移動させる磁気泳動発生部１０と、溶液ｓにレーザ光Ｌを出射するレーザ２０と、溶液ｓ内の粒子ｐによって散乱されたレーザ光Ｌを用いて粒子ｐの磁化率を取得する磁化率取得部３０とを備える。溶液ｓは、粒子ｐと、粒子ｐの分散された溶媒ｍとを有しており、典型的には、粒子ｐは溶液ｓ内で分散している。なお、図１は、例示の目的で１つの粒子ｐのみを示しているが、通常、溶液ｓ内には複数の粒子ｐが分散している。粒子ｐの粒径は、ほぼ一定であってもよいし、所定の分布を有していてもよい。

磁気泳動発生部１０は、磁場により、粒子ｐを所定の方向に移動させる。このような現象は磁気泳動とも呼ばれる。ここでは、磁気泳動発生部１０は、鉛直方向（ｙ方向）に所定の間隔を空けて配置された一対の磁石を有しており、粒子ｐは、形成される磁場により、ｘ方向に沿って移動する。

レーザ２０は、溶液ｓにレーザ光Ｌを出射する。ここでは、レーザ２０は、ほぼ均一な波長のレーザ光Ｌをｘ方向に出射する。レーザ光Ｌは、連続波であってもよく、パルス波であってもよい。なお、レーザ光Ｌの波長は任意であり、特に限定されない。ただし、レーザ光Ｌの波長が短いほど、粒子ｐによる散乱の程度が大きいため、レーザ光Ｌの波長は比較的短いことが好ましい。

磁化率取得部３０は、溶液ｓ内の粒子ｐによって散乱されたレーザ光Ｌを検出する。ここでは、磁化率取得部３０は、磁気泳動発生部１０に対してレーザ２０の位置する方向とほぼ直交する方向に位置しており、磁化率取得部３０は、粒子ｐによって９０度に散乱されたレーザ光Ｌで粒子ｐを観測する。

本実施形態の磁化率測定装置１００では、粒子ｐによって散乱されたレーザ光Ｌで粒子ｐを観測するため、粒子ｐの粒径が比較的小さくても粒子ｐの位置を測定することができる。例えば、磁化率取得部３０が異なる時刻の粒子ｐの位置を測定することにより、粒子ｐの動きが測定される。磁化率測定装置１００では、粒子ｐのｘ方向の動きから磁気泳動速度が求められる。

粒子ｐの磁気泳動速度ｖは以下のように表される。
ｖ＝｛２（χ_p−χ_m）ｒ²｝／（９ημ_o）×Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）
ここで、χ_pは粒子ｐの体積磁化率であり、χ_mは溶媒ｍの体積磁化率であり、ｒは粒子ｐの半径であり、ηは溶媒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、ｘ方向に受ける粒子ｐおよび溶媒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。磁化率取得部３０は上記関係に基づき粒子ｐの体積磁化率を取得することができる。

例えば、粒子ｐとして粒径（または半径）の既知の粒子を用いてもよい。あるいは、磁化率測定装置１００は、粒子ｐの粒径を測定してもよい。この場合、磁化率取得部３０が粒子ｐの粒径を測定する。例えば、粒子ｐの粒径は粒子ｐの撮像結果から直接的に求めることができる。あるいは、後述するように、粒子ｐの粒径は、粒子ｐのブラウン運動の解析結果から求めることができる。このように、本実施形態の磁化率測定装置１００では、各粒子ｐの動きから求めた各粒子ｐの磁気泳動速度と、粒子ｐの粒径とから、粒子ｐの磁化率を測定できる。

なお、図１に示した磁化率測定装置１００において、磁化率取得部３０は、磁気泳動発生部１０に対して、ｘ方向に直交するｚ方向に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。磁化率取得部３０は磁気泳動発生部１０に対してｚ方向以外のｘｚ平面のいずれかに配置されてもよい。あるいは、磁化率取得部３０は、粒子ｓによるレーザ光Ｌの散乱を観測できれば、磁気泳動発生部１０に対して鉛直方向（ｙ方向）に配置されてもよい。

ここで、図２を参照して、溶液ｓ内の粒子ｐの磁気泳動の挙動を説明する。磁気泳動発生部１０は、一対の磁石１２ａ、１２ｂを含む磁場形成部１２を有している。例えば、磁石１２ａ、１２ｂはそれぞれ永久磁石である。

磁場形成部１２が、溶液ｓに磁場を形成すると、磁場により、溶液ｓ内の粒子ｐはｘ方向に移動する。図２は、時刻とともに移動する粒子ｐを模式的に示している。なお、粒子ｐは磁石１２ａ、１２ｂの端部の近傍において特に強い力を受ける。例えば、粒子ｐは磁石１２ａ、１２ｂの端部の近傍から±２００μｍ程度の範囲で力を受ける。

粒子ｐの体積磁化率が溶媒ｍの体積磁化率より小さい場合、粒子ｐは磁場形成部１２から離れる方向に移動する。例えば、粒子ｐとしてポリスチレン粒子を用い、かつ、溶媒としてアセトニトリルを用いた場合、ポリスチレン粒子は磁場形成部１２から離れる方向に移動する。ポリスチレン粒子の体積磁化率は−８．２１×１０^-6であり、アセトニトリルの体積磁化率は−６．７４×１０^-6である。反対に、粒子ｐの体積磁化率が溶媒ｍの体積磁化率よりも大きい場合、粒子ｐは磁場形成部１２に近づく方向に移動する。

なお、粒子ｐの粒径が比較的小さい場合、粒子ｐはブラウン運動を行う。例えば、粒径が３μｍ以下の場合、粒子ｐのブラウン運動が観測される。粒子ｐは、ｘ方向に磁場の影響を受けるが、ｙ方向には磁場の影響をほとんど受けない。このため、粒子ｐのｙ方向の動きはブラウン運動に直接的に対応する。したがって、粒子ｐのｙ方向の変位の分散から拡散係数Ｄを求めることができ、この拡散係数Ｄから粒子ｐの粒径を求めることができる。

なお、一般的な光学顕微鏡の分解能は、０．６１×波長／ＮＡ（ここで、ＮＡは対物レンズの開口数）と表され、典型的には１μｍ以下の粒子の粒径を測定することは困難である。しかしながら、本実施形態の磁化率測定装置１００では、レーザ光Ｌの散乱によって粒子ｐの動きを測定するため、粒径が１μｍ以下であっても、粒子ｐの粒径を測定することができる。例えば、磁化率測定装置１００は、粒径が１００ｎｍ以上１μｍ以下の粒子ｐの磁気泳動速度および粒径を容易に測定でき、これにより、磁化率を簡便に測定できる。

ここで、図３を参照して本実施形態の磁化率測定装置１００における磁気泳動発生部１０の一例を説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、磁気泳動発生部１０の模式的な正面図および側面図である。図３に示した磁気泳動発生部１０には、溶液保持部材として測定セルＣが設置されている。ここでは、測定セルＣは、粒子ｐの分散している溶液ｓの少なくとも一部を露出した状態で保持している。

この磁気泳動発生部１０は、磁石１２ａ、１２ｂと、磁石１２ａ、１２ｂを含む筐体１４とを有している。筐体１４には、溶液ｓを保持する測定セルＣの設置される空隙１４ｏと、筐体１４の内部を貫通して筐体１４の側面部１４ｓと空隙１４ｏとを連絡する孔１４ｈとが設けられている。

レーザ２０（図１参照）から出射されたレーザ光Ｌは、孔１４ｈを通過し、空隙１４ｏに設置された測定セルＣの溶液ｓに到達する。このように、磁気泳動発生部１０が孔１４ｈの設けられた筐体１４を有することにより、磁化率取得部３０からみて溶液ｓの側方からレーザ光Ｌを入射させることができ、粒子ｐによって散乱されたレーザ光を容易に測定できる。

ここでは、筐体１４は、磁石１２ａを収容する収容部１４ａと、磁石１２ｂを収容する収容部１４ｂと、収容部１４ａおよび収容部１４ｂを連結させる連結部１４ｍおよび連結部１４ｎとを有している。連結部１４ｍと連結部１４ｎとの間には空隙１４ｏが位置している。測定セルＣを設置するための設置部位１４ｇは空隙１４ｏに設けられている。なお、側面部１４ｓには、孔１４ｈが設けられるとともに、側面部１４ｓに支持される２つの支持部（図示せず）に磁石１２ａおよび磁石１２ｂがそれぞれ支持されている。

測定セルＣは、収納部１４ａと収納部１４ｂとの間に差し込むようにして空隙１４ｏに挿入され、設置部位１４ｇに設置される。例えば、設置部位１４ｇは、筐体１４のうちの磁化率取得部３０（図１参照）と向かい合う面（正面）に設けられた空隙１４ｏに位置しており、測定セルＣは、筐体１４のうちの磁化率取得部３０側から設置および取り出し可能である。

なお、空隙１４ｏは筐体１４の上記正面の窪みとして非貫通状態で設けられてもよい。あるいは、空隙１４ｏは筐体１４を貫通してもよく、筐体１４は環状であってもよい。この場合、測定セルＣは筐体１４の両面のいずれからも取り出し可能であってもよい。

図４に、本実施形態の磁化率測定装置１００において好適に用いられる測定セルＣの模式図を示す。なお、ここでは、測定セルＣに保持される溶液ｓを省略して示している。

測定セルＣは薄型の矩形状であり、例えば、ガラスまたは樹脂から形成される。あるいは、測定セルＣは石英から形成されてもよい。このように測定セルＣは透明部材から形成されることが好ましい。

測定セルＣの主面Ｃｓには凹部Ｃｏが設けられており、これにより、溶液ｓは測定セルＣの所定の位置に保持される。例えば、測定セルＣの厚さＣｔ（ｙ方向の長さ）は０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、凹部Ｃｏの深さは約０．１ｍｍである。また、凹部Ｃｏのｘ方向の長さはｙ方向の長さよりも大きい。例えば、凹部Ｃｏのｘ方向の長さは約６ｍｍであり、凹部Ｃｏのｙ方向の長さは約３ｍｍである。

なお、レーザ２０から出射されたレーザ光Ｌは、測定セルＣの側面ＣＬ側から入射する。測定セルＣの複数の側面のうち少なくとも側面ＣＬは鏡面加工されていることが好ましい。これにより、測定セルＣによるレーザ光Ｌの散乱を抑制することができる。測定セルＣは必要に応じて、磁化率測定装置１００に取り付けられてもよい。あるいは、測定セルＣは磁化率測定装置１００に備えられてもよい。

なお、図３および図４を参照した説明では、溶液保持部材の一例として測定セルＣを説明したが、本発明における溶液保持部材はこれに限定されない。例えば、溶液保持部材としてキャピラリを用いてもよい。この場合、キャピラリは、観測領域を除き、曲がった形状を有していることが好ましい。

また、図３を参照した説明では、磁気泳動発生部１０は磁石１２ａ、１２ｂを含む筐体１４を有しており、この場合、レーザ光Ｌは筐体１４の孔１４ｈを通過して溶液ｓに到達するが、本発明はこれに限定されない。レーザ光Ｌは筐体１４の内部を通過することなく溶液ｓに到達してもよい。または、磁気泳動発生部１０は必ずしも磁石１２ａ、１２ｂを含む筐体１４を有さなくてもよい。あるいは、磁石１２ａ、１２ｂとして超電導磁石を備える大型の筐体に設けられた孔の中に、測定セルＣだけでなく、レーザ２０および磁化率取得部３０の少なくとも一部が配置されてもよい。

また、図１を参照した説明では、レーザ光Ｌは、磁化率取得部３０の軸方向（ｚ方向）に対して直交するｘ方向から溶液ｓに入射したが、本発明はこれに限定されない。レーザ光Ｌは、ｘｚ平面における磁化率取得部３０の軸方向に対して斜めの方向から溶液ｓに入射してもよい。

ここで、図５を参照して、本実施形態の磁化率測定装置１００における磁化率取得部３０の一例を説明する。図５に、磁化率取得部３０の模式図を示す。磁化率取得部３０は、粒子ｐを観測する観測部３２と、観測部３２の観測結果から粒子ｐの磁化率を求める演算部３４とを有している。

観測部３２は、拡大部３２ａおよび撮像部３２ｂを有している。例えば、拡大部３２ａは対物レンズを含む。例えば、撮像部３２ｂは電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）を含む。撮像部３２ｂの各画素は、フォトダイオードまたは光電子増倍管で構成されてもよい。撮像部３２ｂの撮像結果から、粒子ｐの位置を特定できる。

例えば、演算部３４としてパーソナルコンピュータが用いられる。演算部３４は、撮像部３２ｂの撮像結果に基づいて粒子ｐの磁気泳動速度および粒径を測定する。

具体的には、演算部３４は、撮像部３２ｂで撮像された粒子ｐのｘ方向の動きから磁気泳動速度ｖを求める。演算部３４は、撮像部３２ｂによって測定された粒子ｐの位置の時間的な変化から、粒子ｐの磁気泳動速度を取得する。例えば、撮像部３２ｂは、所定の時間間隔ごとに粒子ｐを撮像し、演算部３４は、それらの撮像結果から粒子ｐの磁気泳動速度を取得してもよい。

また、演算部３４は、ブラウン運動から粒子ｐの粒径を求める。まず、演算部３４は、拡散係数Ｄを求める。拡散係数Ｄは、ブラウン運動を行う粒子ｐのｙ方向の移動距離の２乗を２倍の時間で除算することによって求められる。

さらに、演算部３４は拡散係数Ｄから粒径を求める。粒子ｐの粒径は以下のように表される。
ｄ＝ｋＴ／（３πηＤ）
ここで、ｄは粒子ｐの粒径であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、ηは溶媒の粘性率である。なお、磁場によって移動する粒子ｐの１回の撮像結果から、粒子ｐの磁気泳動速度および粒径は同時に測定できる。

上述したように、粒子ｐの磁気泳動速度ｖおよび粒径の半分（すなわち、半径）の関係は以下のように表される。
ｖ＝｛２（χ_p−χ_m）ｒ²｝／（９ημ_o）×Ｂ（ｄＢ／ｄｘ）
演算部３４は上記関係に基づき磁化率を求めることができる。

なお、撮像部３２ｂは、粒子ｐの粒径がある程度大きければ、粒子ｐの位置だけでなく粒径も併せて測定可能である。このため、必要に応じて、粒子ｐの粒径は、ブラウン運動に基づく上記演算で取得しなくてもよい。

この場合、磁化率取得部３０は粒子ｐを自動的に認識し、粒子ｐの粒径を取得してもよい。例えば、演算部３４が、撮像部３２ｂによって撮像された、粒子ｐを含む溶液ｓの画像をモノクロ化し、その輝度を数値化する。次に、演算部３４は、位置に応じて輝度値の微分値をしきい値と比較して粒子の境界を設定する。その後、演算部３４は、粒子の面積を検出し、その面積に対応する円の半径から粒径を求める。あるいは、粒子の中心を規定し、粒子の中心を通過する複数の直線を引き、各直線において粒子の境界と交わる２つの点の間の距離の平均を求める。

なお、磁化率測定装置１００は、粒子ｐの別の特性を取得することができる。例えば、磁化率測定装置１００は空隙の設けられた粒子ｐの空隙率を取得してもよい。あるいは、磁化率測定装置１００は、溶液ｓ内の粒子ｐの濃度の測定に用いられてもよい。

また、上述した磁化率測定装置１００では、レーザ光Ｌの散乱によって粒子ｐの動きを観測することにより、粒径の比較的小さな粒子ｐの特性を測定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、粒子ｐを測定する前に粒径が全く分からない状態で粒径を測定した結果、粒径が比較的大きい場合、レーザ光Ｌ以外の光で粒子ｐを観測してもよい。

図６に、本実施形態の磁化率測定装置１００の模式図を示す。この磁化率測定装置１００は、磁気泳動発生部１０、レーザ２０および磁化率取得部３０に加えて光源４０をさらに備えている。図６に示した磁化率測定装置１００は、光Ｌａを出射する光源４０をさらに備える点を除いて、図１を参照して上述した磁化率測定装置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。

光源４０は、可視光成分を含む比較的高い強度の光Ｌａを出射する。光源４０から出射される光の波長スペクトルは比較的ブロードであってもよい。光源４０として、例えば、ハロゲンランプが好適に用いられる。なお、光源４０が光Ｌａを出射する場合、レーザ２０を停止する。反対に、レーザ２０がレーザ光Ｌを出射する場合、光源４０を停止する。

光源４０は磁化率取得部３０と同軸上に配置することが好ましい。磁化率測定装置１００において、磁化率取得部３０は、光源４０から出射され溶液ｓを透過した光Ｌａで粒子ｐを観測する。例えば、図５に示したように磁化率取得部３０が観測部３２および演算部３４を有する場合、観測部３２は、光源４０から出射されて溶液ｓを透過した光Ｌａで粒子ｐを観測し、演算部３４は、観測部３２の観測結果から粒子ｐの磁化率を求める。このように、光源４０から出射されて溶液ｓを透過した光Ｌａを利用することにより、粒子ｐをより鮮明に観測することができ、粒径１μｍ以上２０μｍ以下の粒子ｐの測定を容易に行うことができる。このようなレーザ２０および光源４０を備える磁化率測定装置１００は、１００ｎｍ以上２０μｍ以下もの広範囲の粒径の測定に好適に利用される。また、粒子ｐの粒径が比較的大きい場合、単純に、磁気泳動発生部１０が駆動していない状態で光源４０が光Ｌａを出射することにより、粒子ｐの粒径を測定することができる。

上述したように、粒子ｐの粒径が３μｍ未満である場合、粒子ｐのブラウン運動が観測される。粒子ｐの粒径はブラウン運動と画像解析の両方で測定してもよい。磁化率取得部３０が粒子ｐのブラウン運動を観測するとともに画像解析によって粒子ｐの粒径を測定できる場合、２つの手法で測定された粒径を補正することができる。ただし、一般的には、ブラウン運動で求めた粒径は画像解析で求めた粒径よりも高精度で得られる。

上述の説明から理解されるように、磁化率測定装置１００では、粒子ｐとして蛍光粒子を用いなくても粒径の小さい粒子ｐを測定できる。ただし、粒子ｐとして蛍光粒子を用いてもよい。なお、粒子ｐとして蛍光粒子を用いる場合、レーザ光Ｌを利用することなく、光源４０からの光Ｌａを利用して粒子ｐを観測できる。

図７に、図６に示した磁化率測定装置１００の一例を部分的に拡大して示す。磁気泳動発生部１０の筐体１４には、空隙１４ｏが貫通孔として設けられており、空隙１４ｏは磁化率取得部３０（拡大部３２ａ）の軸方向に沿って筐体１４を貫通している。測定セルＣは筐体１４の空隙１４ｏの中に設置される。例えば、収納部１４ａと収納部１４ｂとの間の距離（空隙１４ｏのｙ方向に沿った長さ）は比較的短く、０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

なお、上述した説明では、測定セルＣは筐体１４の空隙１４ｏの下平面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、本実施形態の磁化率測定装置１００における磁気泳動発生部１０の模式的な正面図を示す。この磁気泳動発生部１０には、空隙１４ｏの上平面に突出したポールピース１４ｐが設けられているとともに、空隙１４ｏの下平面に突出したポールピース１４ｑが設けられている。ポールピース１４ｐとポールピース１４ｑとの間隔は、測定セルＣの厚さよりも若干大きく、測定セルＣはポールピース１４ｐとポールピース１４ｑとの間に配置される。ポールピース１４ｐ、１４ｑはいずれも磁性体から形成されている。ポールピース１４ｐは磁石１２ａの周囲に巻かれた鉄板（図示せず）と接続し、ポールピース１４ｑは磁石１２ｂの周囲に巻かれた鉄板（図示せず）と接続しており、これにより、磁石１２ａ、１２ｂの磁場が比較的弱くても、測定セルＣの溶液ｓに比較的強い磁場を印加することができる。

ここで、図９〜図１２を参照して本実施形態の磁化率測定装置１００において用いられる測定セルＣの一例を説明する。図９（ａ）および図９（ｂ）は、それぞれ、測定セルＣの模式的な正面図および側面図である。測定セルＣは、磁化率取得部３０側から空隙１４ｏ（図３、図７および図８参照）内に設置される。測定セルＣを磁気泳動発生部１０に設置する際に、測定セルＣを微動させながら移動させて設置してもよい。なお、測定セルＣの微動は、振動部材を用いて自動に行ってもよく、あるいは、手動で行ってもよい。なお、ここでも、測定セルＣの保持する溶液ｓを省略して示している。例えば、測定セルＣの長さ（ｚ方向の長さ）は約５ｃｍであり、幅（ｘ方向の長さ）は約１ｃｍであり、厚さ（ｙ方向の長さ）は約０．５ｍｍである。

測定セルＣは、主面Ｃｓと、主面Ｃｓに設けられた凹部Ｃｏとを有している。凹部Ｃｏは、観測領域Ｃｒと、液導入部位Ｃａと、排液部位Ｃｂと、観測領域Ｃｒと液導入部位Ｃａとを連絡する液導入経路Ｃ１と、観測領域Ｃｒと排液部位Ｃｂとを連絡する液排出経路Ｃ２とを有している。ここでは、凹部ＣｏはＵ字状に形成されており、排液部位Ｃｂは観測領域Ｃｒに対して液導入部位Ｃａと同じ側に位置している。

観測領域Ｃｒは、溶液ｓに到達する前のレーザ光Ｌの進行方向（ｘ方向）に沿って延びている。また、液導入経路Ｃ１および液排出経路２は互いに平行であり、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２は溶液ｓに到達する前の光Ｌａの進行方向（ｚ方向）に沿って延びている。なお、液導入経路Ｃ１と液排出経路２は、光Ｌａと重ならないように所定の距離だけ離れていることが好ましい。

ここでは、液導入部位Ｃａの幅（ｘ方向の長さ）は液導入経路Ｃ１の幅よりも大きく、排液部位Ｃｂの幅（ｘ方向の長さ）は液排出経路Ｃ２の幅よりも大きい。例えば、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２の幅は約１ｍｍであり、液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂの幅は約３ｍｍである。

また、ここでは、観測領域Ｃｒ、液導入部位Ｃａ、排液部位Ｃｂ、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２のそれぞれの深さはほぼ一定である。ただし、観測領域Ｃｒ、液導入部位Ｃａ、排液部位Ｃｂ、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２の深さは異なってもよい。例えば、液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂの深さは観測領域Ｃｒ、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２の深さよりも大きくてもよい。

測定セルＣの側面ＣＬは磨かれて鏡面加工されていることが好ましい。これにより、レーザ光Ｌの入射する測定セルＣの側面ＣＬにおけるレーザ光Ｌの散乱が抑制される。

観測領域Ｃｒは、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２のそれぞれの延びている方向に対して直交する方向に延びている。これにより、溶液ｓ界面におけるレーザ光Ｌの散乱を抑制しつつ、観測領域Ｃｒにレーザ光Ｌを入射させることができる。

なお、ここでは、観測領域Ｃｒは、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２のそれぞれの延びている方向に対して直交する方向に延びているが、本発明はこれに限定されない。観測領域Ｃｒは、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２の少なくとも一方の延びている方向に対して直交する方向に延びていてもよい。観測領域Ｃｒは、液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２のそれぞれの延びている方向に対して９０度以外の角度で交差する方向に延びていてもよい。

液導入部位Ｃａに溶液ｓを導入すると、毛細管現象により、溶液ｓは、液導入部位Ｃａから液導入経路Ｃ１、観測領域Ｃｒ、液排出経路Ｃ２および排液部位Ｃｂに流れる。レーザ光Ｌまたは光Ｌａによる粒子ｐの観測は、溶液ｓが平衡状態に達した後に行われる。

溶液ｓは排液部位Ｃｂから自然蒸発してもよい。あるいは、排液部位Ｃｂはチューブ（図示せず）に接続されており、排液部位Ｃｂの溶液ｓは、このチューブによって形成される流路を介して移動してもよい。あるいは、排液部位Ｃｂの溶液ｓは、紙などの吸収部材を用いて吸収されてもよい。また、排液部位Ｃｂからの溶液ｓの排出に伴い、溶液ｓは液導入部位Ｃａから排液部位Ｃｂに向かって流動してもよい。

液導入部位Ｃａには溶液ｓが滴下されてもよい。また、液導入部位Ｃａにガラスチューブを立てて、落下法によって溶液ｓを導入してもよい。

図９（ｃ）に、測定セルＣが設置された磁気泳動発生部１０の模式的な上面図を示す。図７および図９（ｃ）から理解されるように、磁気泳動発生部１０の筐体１４の空隙１４ｏ内に位置しており、液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂのそれぞれは筐体１４の空隙１４ｏの外に位置している。このため、測定セルＣを磁気泳動発生部１０に設置したままでも、溶液ｓの導入および排出を容易に行うことができる。なお、ここでは、液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂのそれぞれは筐体１４の空隙１４ｏの外に位置していたが、液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂの一方が筐体１４の空隙１４ｏの外に位置してもよい。

また、図９（ａ）から理解されるように、測定セルＣを磁気泳動発生部１０に設置した場合、磁気形成部１２は観測領域Ｃｒのｘ方向に沿った長さの中央部分よりも、レーザ光Ｌを出射するレーザ２０の近くに配置されている。これは、磁場によって粒子ｐが磁気形成部１２から離れる方向に移動するためである。反対に、磁場によって粒子ｐが磁気形成部１２に近づく方向に移動する場合、磁気形成部１２は観測領域Ｃｒのｘ方向に沿った長さの中央部分よりも、レーザ光Ｌを出射するレーザ２０の遠い側に配置してもよい。

なお、上述した説明では、測定セルＣ上の溶液ｓは全面的に露出されていたが、本発明はこれに限定されない。測定セルＣ上の溶液ｓは部分的に覆われてもよい。

図１０に、別の測定セルＣの模式的な正面図を示す。この測定セルＣの排液部位Ｃｂには、封止部材Ｃｆが設けられている。測定セルＣの液導入部位Ｃａに溶液ｓを導入し、溶液ｓが液導入部位Ｃａから排液部位Ｃｂに移動して、凹部Ｃｏの空気が抜かれた後に、測定セルＣの排液部位Ｃｂは封止部材Ｃｆで封止される。この場合、排液部位Ｃｂからの蒸発が抑制されるため、観測領域Ｃｒにおける溶液ｓの流れが抑制され、測定を容易に行うことができる。例えば、封止部材Ｃｆとしてテープを用いてもよい。あるいは、封止部材Ｃｆとして油膜形成部材（例えば、接着剤、ワセリン等）を用いてもよい。

なお、図９および図１０に示した測定セルＣでは、排液部位Ｃｂは観測領域Ｃｒに対して液導入部位Ｃａと同じ側に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。排液部位Ｃｂは観測領域Ｃｒに対して液導入部位Ｃａとは反対側に配置されてもよい。

図１１（ａ）に、別の測定セルＣの模式図を示す。この測定セルＣにおいて、
観測領域Ｃｒは、それぞれｚ方向に延びた液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２と連絡してｘ方向に延びている。排液部位Ｃｂは観測領域Ｃｒに対して液導入部位Ｃａとは反対側に配置されている。

図１１（ｂ）に、測定セルＣが設置された磁気泳動発生部１０の模式的な上面図を示す。図７および図１１（ｂ）から理解されるように、測定セルＣは磁気泳動発生部１０の筐体１４の空隙１４ｏ内に位置しており、液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂのそれぞれは筐体１４の空隙１４ｏの外に位置している。このため、測定セルＣを磁気泳動発生部１０に設置したままでも、溶液ｓの導入および排出を容易に行うことができる。なお、図９〜図１１を参照して説明した測定セルＣでは、１つの連続する凹部Ｃｏが溶液経路として設けられていたが、本発明はこれに限定されない。

図１２に、別の測定セルＣの模式図を示す。この測定セルＣには、互いに分離された複数の凹部Ｃｏが設けられている。図１２に示した測定セルＣでは、凹部Ｃｏごとに液導入部位Ｃａおよび排液部位Ｃｂの大きさが異なっている。なお、図１２では、各凹部Ｃｏにおける液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２の幅は一定であるが、本発明はこれに限定されない。凹部Ｃｏごとに液導入経路Ｃ１および液排出経路Ｃ２の幅は異なってもよい。

上述したように、磁化率測定装置１００は、粒子ｐの空隙率の測定に好適に用いられる。図１３に、空隙を有する粒子ｐの模式図を示す。図１３に示すように、粒子ｐには溶媒ｍの充填された空隙部分ｏがあり、粒子ｐは、本体部分ｂと、空隙部分ｏとに分けられる。

この場合、空隙率Ｏは、
Ｏ＝Ｖ_o／Ｖ_p＝Ｖ_o／（Ｖ_b＋Ｖ_o）
と表される。ここで、Ｖ_pは粒子ｐの体積であり、Ｖ_bは粒子ｐの本体部分ｂの体積であり、Ｖ_oは粒子ｐの空隙部分ｏの体積である。このように、粒子ｐの体積Ｖ_pは、粒子ｐの本体部分ｂの体積Ｖ_bと、空隙部分ｏの体積Ｖ_oとの和で表される。
Ｖ_p＝Ｖ_b＋Ｖ_o

なお、粒子ｐの磁化率は、粒子ｐの本体部分ｂの磁化率と、粒子ｐの空隙部分ｏの磁化率との和で表される。図１３に示すように、粒子ｐの空隙部分ｏに溶媒ｍが充填されている場合、磁化の関係は、
χ_pＶ_p＝χ_bＶ_b＋χ_oＶ_o
と表される。この場合、上述した式は、
Ｏ＝Ｖ_o／（Ｖ_b＋Ｖ_o）＝（χ_p−χ_b）／（χ_o−χ_b）
と表される。なお、粒子ｐの空隙部分ｏに溶媒ｍが充填されている場合、粒子ｐの空隙部分ｏの体積磁化率χ_oは溶媒ｍの体積磁化率χ_mに等しい。

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。本実施形態の磁化率測定装置１００を用いてシリカゲルの構成を調べることができる。

例えば、粒子ｐとして直径約５μｍのシリカゲル粒子を用い、溶媒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_pは−７．２０±０．０２×１０^-6と求められる。また、粒子ｐがシリカゲルであり、溶媒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Ｏは９３．３％である。また、シリカゲル粒子の体積Ｖ_pから、Ｖ_pは４．６５×１０^-11ｃｍ³と求められる。

本実施形態の磁化率測定装置は、比較的小さい粒径の粒子の磁化率を測定できる。このような磁化率測定装置は、粒子の空隙率を測定するために好適に用いられる。

１０ 磁気泳動発生部
２０ レーザ
３０ 磁化率取得部
１００ 磁化率測定装置

Claims (15)

1. 溶液内の１個以上の粒子を磁場によって第１方向に移動させる磁気泳動発生部と、
   前記溶液の１か所にレーザ光を出射するレーザと、
   前記溶液内の前記粒子によって前記レーザとは異なる方向に散乱されたレーザ光を用いて前記各粒子の前記第１方向の動きを測定するとともに、前記第１方向に直交する第２方向の動きを測定し、前記各粒子の前記第１方向の動きに基づいて前記各粒子の磁気泳動速度を求めるとともに、前記各粒子の前記第２方向の動きに基づいて前記各粒子の粒径を求め、前記各粒子の磁気泳動速度および粒径に基づき、前記各粒子の磁化率を取得する磁化率取得部と
   を備え、
   前記磁気泳動発生部は、前記第２方向に沿って配置された一対の磁石を含み、
   前記レーザとは異なる方向は、前記第１方向および前記第２方向によって規定される平面に交差する方向である、磁化率測定装置。
2. 前記磁化率取得部は、
   前記溶液内の前記粒子によって散乱されたレーザ光によって前記粒子を観測する観測部と、
   前記観測部の観測結果から前記各粒子の磁化率を求める演算部と
   を有する、請求項１に記載の磁化率測定装置。
3. 前記溶液に光を出射する光源をさらに備える、請求項２に記載の磁化率測定装置。
4. 前記観測部は、前記光源から出射され前記溶液を透過した光で前記粒子を観測する、請求項３に記載の磁化率測定装置。
5. 前記磁気泳動発生部は、磁場を形成する磁場形成部と、前記磁場形成部を含む筐体とを有し、
   前記筐体には、前記溶液を保持する溶液保持部材の設置される空隙と、前記筐体の内部を貫通して前記空隙と連絡する孔とが設けられている、請求項３または４に記載の磁化率測定装置。
6. 前記溶液保持部材をさらに備える、請求項５に記載の磁化率測定装置。
7. 前記溶液保持部材は測定セルを含む、請求項６に記載の磁化率測定装置。
8. 前記測定セルは、主面と、前記主面に設けられた凹部とを有する、請求項７に記載の磁化率測定装置。
9. 前記凹部は、観測領域と、液導入部位と、排液部位と、前記観測領域と前記液導入部位とを連絡する液導入経路と、前記観測領域と前記排液部位とを連絡する液排出経路とを有する、請求項８に記載の磁化率測定装置。
10. 前記観測領域は、前記溶液に到達する前の前記レーザ光の進行方向に沿って延びている、請求項９に記載の磁化率測定装置。
11. 前記排液部位は、前記観測領域に対して前記液導入部位と同じ側に位置している、請求項９または１０に記載の磁化率測定装置。
12. 前記液導入経路および前記液排出経路は互いに平行である、請求項９から１１のいずれかに記載の磁化率測定装置。
13. 前記観測領域は、前記液導入経路および前記液排出経路の少なくとも一方の延びている方向に対して直交する方向に延びている、請求項９から１２のいずれかに記載の磁化率測定装置。
14. 前記観測領域は前記筐体の前記空隙内に位置しており、
    前記液導入部位および前記排液部位の少なくとも一方は前記筐体の前記空隙の外に位置している、請求項９から１３のいずれかに記載の磁化率測定装置。
15. 前記測定セルの少なくとも一部の側面は鏡面加工されている、請求項７から１４のいずれかに記載の磁化率測定装置。

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