レーザー回折法(レーザー回折・散乱法)は、工業分野で最もよく利用されている粒子径分布(粒度分布)測定技術です。 このページでは、レーザ回折法の特長・原理等、基礎について学んでいただけます。



目次


レーザー回折法学習コンテンツ(ガイドブック、動画セミナー)ご紹介

レーザー回折法の原理説明から、マスターサイザー測定時の注意点まで解説した粒子計測セミナーの学習コンテンツをご紹介します。

  • 粒子径測定の基礎とレーザ回折・散乱法PDFガイドブック
    「レーザ回折式粒子径分布測定装置 マスターサイザーシリーズ」をご利用中のユーザ様対象の研修でお配りしている資料です。レーザ回折法の測定原理の説明からマスターサイザーシリーズ測定時の注意点などを詳しく記載しています。
  • レーザー回折散乱式粒子径分布装置セミナー動画

    弊社スペシャリストの音声による解説が入ります。 
    内容:1. 粒子径分布の定義/2. 測定精度と測定器の使い分け/3. レーザー回折・散乱法の原理/4. レーザー回折・散乱式装置の構成(マスターサイザー3000)/5. スプレー用レーザー回折・散乱式装置/6. プロセス用粒子径分布測定装置/7. レーザー回折・散乱式測定条件の最適化/8. レーザー回折・散乱式装置買い替え時の注意事項/9. レーザー回折・散乱式にありがちな「変なデータ」の原因と対処法/10. レーザー回折・散乱式特徴まとめ

レーザー回折法の主な特長

レーザー回折法の特長は、以下の通りです。

  • 幅広い測定範囲 – 1ミクロン以下から数ミリメートルまで測定可能
  • 素早い測定 - 1分以内に測定可能
  • 良好な再現性 -多数の粒子を一度に測定可能
  • 高い処理能力 - 1日につき数百のサンプルも測定可能
  • 校正は不要 - 標準試料による簡単な検証のみ
  • ISO13320 (2009) - 国際規格により確立された手法である

レーザー回折法の測定原理

レーザー回折法では、気中または液中で、粒子試料を測定したい粒子サイズまで分散し、そこにレーザー光を照射して、試料により散乱される光の強度の角度依存性を測定することで、試料の粒子径分布(粒度分布)を測定します。 下図に示すように、試料が大きな粒子の場合、レーザー光に対して小さい角度に強い光が散乱されます。試料が小さい粒子の場合は、大きな角度にも光が散乱します。 そこで、さまざまな角度における散乱光強度データを測定し、散乱光強度の角度依存性(散乱パターン)を求めます。これを、さまざまな大きさの球状粒子について理論的に計算された散乱パターンと比較することで、粒子径分布(粒度分布)を計算します。理論的な散乱パターンの計算には、Mie理論という計算式を使用します。粒径は体積相当球の直径として報告されます。

試料の光学特性(複素屈折率)の入力

レーザー回折法では、測定時に試料粒子の屈折率と光吸収率(両者合わせて複素屈折率)、そして分散媒の屈折率の値を入力します。レーザー回折法では、測定された散乱パターンを、理論的な散乱パターンと比較しますが、この理論的な散乱パターンをミー散乱理論で計算する際に、これらのパラメーター入力が必要だからです。

入力するパラメーターが変わると、測定結果も変わります。特に、数μm以下の小さなサンプルでは、入力する屈折率によって、粒子径分布(粒度分布)が大きく変わります。逆に100μm以上の大きなサンプルでは、どの屈折率を入力しても、ほぼ同じ結果が得られます。このような試料では、屈折率の入力を必要としない、Fraunhofer回折理論を用いて、理論的散乱パターンを計算して、粒子径分布(粒度分布)を求めることも可能です。光学パラメーターの値や、計算理論は、測定後に変更して、粒子径分布(粒度分布)を再計算することも可能です。

試料や分散媒の光学特性は、文献などで公開されているデータを使用しても良いですし、ソフトウェアに内蔵されているデータベースから選択しても良いです。試料の屈折率が不明の場合、さまざまな屈折率を用いて、粒子径分布(粒度分布)を計算し、その粒子径分布(粒度分布)の妥当性(画像法やDLSなど、他の測定手法で測定した粒子径分布(粒度分布)データとの整合性)や、その粒子径分布(粒度分布)のときに「あるべき理論的散乱パターン」と実際の散乱パターンの一致度グラフ(フィッティンググラフ)などを、総合して入力するパラメーターを決定します。その試料を測定する際には、常に決定したパラメーターを使用することで、試料の粒子径分布(粒度分布)の違いを評価することができます。

マスターサイザーシリーズ

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詳細 詳細 詳細
技術
レーザ回折
分散タイプ
乾式
スプレー
湿式
測定範囲 0.01µm - 3500µm 0.1µm - 2000µm 0.1µm - 2500µm