ナノ粒子解析装置 nano Partica SZ-100シリーズ

• 粒子径測定原理

動的光散乱法による微粒子サイズの測定方法は、溶液中に分散するブラウン運動をしている粒子にレーザ光を照射し、粒子からの散乱光を光電子増倍管（PMT）で検出します。大きな粒子ほど遅く、小さな粒子ほど速いブラウン運動をしているので、粒子からの散乱光はこの動きの速さに応じたゆらぎをもった信号として検出されます。得られた信号を、光子相関法による解析で､自己相関関数を求、粒子径とその分布を算出します。

自己相関関数※の算出は、ある任意の時間（ｔ）における散乱光強度と、そのτ時間後の強度の差の比較をしたものです。大きな粒子ほどゆっくりとした動きをしているので、τ時間後の動き（変化）は少なく緩やかな減衰曲線となり、小さな粒子ほど速く活発に運動しているので、τ時間後に変化が大きくなります。（上図参照）この粒子の動きによるパターンの変化が拡散係数として定量化され、粒子径との関係式：ストークス・アインスタインの式から粒子径（d）が求められます。（下式参照）

※自己相関関数：散乱光強度のゆらぎを時間変化で求めたものを二次関数で示したもの。任意の時間（t）における散乱光強度と、そのτ時間後の強度を比較する。

ストークス・アインスタインの式により、拡散係数から粒子径（d）を求める。

■二次の自己相関関数の式

■ストークス・アインスタインの式

D： 拡散係数 k： ボルツマン定数 ｑ： 散乱ベクトル
T： 絶対温度 τ： 遅れ時間 η： 分散媒の粘度 ｄ： 粒子径（直径）

• ゼータ電位測定原理(電気泳動ドップラー法)

溶液中に分散している微粒子やコロイドは、プラスもしくはマイナスに帯電しており、その周囲を逆の電荷を持つイオンが取り巻いて熱運動をしています。そこへ電場を与えると、粒子の電荷と逆の電位方向へ移動します。移動速度は電荷量に比例します。移動時に光を照射すると、その移動速度に応じてドップラー・シフトを起こした散乱光が観察され、シフト量は移動速度に比例します。すなわち、散乱光の周波数変化量を測定することで、粒子のすべり面での電位＝ゼータ電位が測定されます。微粒子の表面状態を把握する指標として、ゼータ電位を測定し、分散性や微粒子の機能性改善に役立てられています。

◎電気泳動法

ゼータ電位を測定する手法は既に幾つか確立されていますが、ＨＯＲＩＢＡのnano pａｒｔｉｃａでは電気泳動法を採用しています。溶媒中（溶媒の屈折率＝n）に分散している試料粒子に、レーザ光（波長＝λ）を照射し、電場を与えたときに（電圧＝Ｅ）、検出角度θで捉える周波数変化には、粒子が移動する速度（V）および移動度（Ｕ＝Ｖ/Ｅ）と次の関係が成り立ちます。

求められらた電気移動度とゼータ電位との関係には次の式が成り立ちます。

ζ ：ゼータ電位 Ｕ ：電気移動度 Ｅ ：電圧 n ：溶媒の屈折率
ε ：溶媒の誘電率 η ：溶媒の粘度 ｆ（κa） ：ヘンリー係数

• 分子量測定原理

試料濃度を調整して静的光散乱法による計測を行い、Debyeプロットを用いての絶対分子量を計算する方式です。合成高分子やタンパクなどの生体高分子まで、幅広く対応します。同一サンプリングで動的光散乱法による粒子径も測定ができます。代表的な標準試料やサンプルを用いた測定例を示します。