原理　レーザー回折・散乱法（マイクロトラック法）

レーザー回折・散乱式の粒度分析計は、現在、最も良く使用されている粒度分布測定装置で、通常サブミクロン領域からmm程度の粒子径サイズの測定に用いられています。

この方法の特長は、レンジアビリティー(一度に測定できる範囲)が非常に広く、短時間で高再現性、高分解能の結果が得られ、さらに乾式でも湿式でも使用可能であること、また操作が容易であり、無人での測定も行えるため、オンライン測定にも使用可能ということです。

その為、現在、粒度分布測定装置はレーザー回折･散乱式のものが主流となっています。

マイクロトラック独自のレーザー回折･散乱法について

日本国内では、レーザー回折・散乱法の粒度分布測定装置は25年ほど前に導入されており、この方法の先駆けとなる代表的な機種が弊社のマイクロトラックであるところから、レーザー回折・散乱法は、「マイクロトラック法」と呼ばれることもあります。

測定原理は、粒子に光を照射した時、各粒子径により散乱される散乱光量とパターンが異なることを利用しています。(図-1)にモデル図を示します。

図-1　散乱光量とパターンの違い

上図を見ると、レーザー光を粒子に照射した場合、粒子径が大きな場合は全周方向に散乱強度が強く、特に前方の散乱光強度が強いのが特徴です。
また、粒子径が小さくなるに従い、全体的に散乱光強度が弱くなり、強い前方散乱光が弱まることがわかります。

このため粒子径が大きな粒子の場合、粒子によって散乱された光のうち、前方散乱光を凸レンズで集めるとその焦点面上に回折像を生じます。
その回折光の明るさと大きさは、粒子の大きさ(粒径)によって決まります。従ってこれらの散乱光情報を利用すれば容易に粒子径が得られます。

一方、粒子径が小さくなると、前方散乱光の強度が減少し、前方に設置した検出器では検出が困難となります。しかし、側方および後方の散乱光の散乱パターンが粒子径によって異なることから、これらを測定すれば粒子径を求めることができます。

散乱光より粒子径を求める方法の概要について述べましたが、粒度分布測定装置では粒子径とその分布を求める必要があります。

散乱光より粒度分布を求める際、検出器の形状により、面積分布に応答した信号、体積分布に応答した信号、面積の二乗に応答した信号などが得られます。
マイクロトラックでは検出器が体積分布に応答した信号を得られるように工夫した形状となっています。

トリレーザーシステムについて

マイクロトラックは光源として3本の同一波長の半導体レーザーを使用し、試料に対し決められた角度からレーザー光を照射しています(図-2)。
光散乱情報から正確に粒子径情報を検出する為には、0～360度の光散乱情報を検出する必要があります。
この為、マイクロトラックでは独自のトリレーザーシステム(特許)を搭載することにより、すべての散乱光を連続して検出しています。(図-3)

これにより、高い分解能と正確なデータの提供を可能としています。
※散乱現象は上下対象となる為、実際には、0～180度を検出しています。