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レーザー回折式粒度分布計 : 粒子径分布、低価格
粒度分布計とは
粒度分布計とは、微粒子中に含まれる粒子のサイズについて、どの大きさの粒子がどの程度含有されているかを測定する装置の総称で、対象のサイズに応じてレーザー回折式や動的錯乱法(光子相関法)、画像法やイオントラップなどの様々な測定手法が存在します。
レーザー回折式粒度分計とは、レーザー光が計測対象となる粒子を通過する際に起こる錯乱光の強度を演算することで粒径、粒度分布を測定する装置です。粒子のサイズによって、散乱する光の強度が角度によって異なる現象を利用しています。粒子の直径が大きいときには、小さい角度の散乱光の強度が強くなり、粒径が小さいときには先ほどとは逆に大きい角度の散乱光の強度が強くなります。この錯乱光の角度による強度分布を計測し、既知の粒径対強度分布(回折錯乱像のパターン)より粒径を導き出します。このときに用いられるのがフラウンフォーファーの回折理論とミーの回折理論です。レーザー回折式粒度分布計は、特定の波長より同じ回折錯乱像を描くようになるために測定できる粒径には下限が存在します。
新着情報
粒径計測法の比較
粒度分布とは
粒度分布とは、あるサンプル内に含まれる粒径の割合を示した数値ですが、一口に粒子径といっても、その定義によって様々な考え方が存在します。定義に倣って各種の測定原理が存在するため、計測したい材料に応じ、適切な計測手段を選定する必要があります。粒径分布に関する規格としてはJIS規格があり、JIS Z 8801としてふるい分けによる手法が定義されています。これはふるいの目と残った試料の質量を計測するというシンプルな方式ですが、微粒子は計測することが極めて困難ですので、下記に挙げるような粒子計の計測手段から、目的に応じた手法を選択します。
粒径計測手法の比較
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| 計測手法（装置名） | 測定径 | メリット | デメリット |
|---|---|---|---|
動的散乱法（湿式）光子相関 |
0.5nm ～ 100nm | ナノオーダー 粒子計測 |
主に湿式 |
| イオントラップ法 | 20nm ～ 数μm | ナノオーダー 粒子計測 |
サンプリング |
| レーザー回折法 （フラウンホーファー） |
0.1μm ～ 数cm | 非球体計測 | 高濃度に弱い 分布関数使用 |
| 位相ドップラー粒子分析計(PDI) |
0.5μｍ ～ 数cm（球体） | 速度同時計測、 高濃度計測可能 |
球形粒子のみ |
| 画像粒子計測法(シャドウグラフ) |
1μm ～ （精度は10μm ～ ） |
形状計測可能、 可視化 |
高濃度に弱い |
| レーザー誘起加熱法 (LII) |
数nm ～ | ナノオーダー すす計測 |
カーボン系のみ |
| Time of flight法 | 10μm ～ | 簡易計測 | 移動方向が一定 |
レーザー回折式粒度分布計(FLD)の特徴
ここでは、0.1μm〜数cmまでのレンジでの粒径計測が可能なレーザー回折式粒度分布計(Fraunhofer Laser Diffraction) : FLDシリーズの特徴についてご紹介します。
- レーザー計測機器のノウハウを活かし徹底的なコストカットにより、これまでにない低価格を実現
- 体積粒子径（V10、V50、V90）、数粒子径（N10、N50、N90）、ザウター粒子径（SMD）、体積分布表示、ロージンラムラー分布、Logスケール分布等多彩な表示に対応
- 平行光光学系によりレーザー発光部と受光部が分離、計測エリアが10cm〜最大10Mまで可変(FLD-319)
- 受光部を動かした際の再アライメント不要(FLD-319)
- 操作が容易なソフトウエア
- 導入コストのみならず、計測時間の短縮で運用を含めたトータルコストを大幅に削減
システム一覧
FLD-311
計測エリア長60mmのコンパクトな卓上型噴霧粒度分布計
FLD-319A
1-500umの粒径に対応、計測エリアの変更可能な噴霧粒度分布計
FLD-2308シリーズ
湿式と乾式の切り替えを容易に行えるレーザー回折式粒度分布計
FLD-3008シリーズ
マニュアルと全自動オペレーションモードを備えた乾式粒度分布計
FLD-802
動的光散乱原理(光子相関法)に基づくナノ粒度分布計
主な仕様
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| FLD-319A | FLD-311 | FLD-2308A | FLD-3008A | FLD-802 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 方式 | フラウンホーファー式レーザー回折法 | 光子相関法 | |||
| 粒子 | 1μm ～ 500μm | 0.1μm ～ 100μm | 湿式:0.01μm ～ 2000 μm 乾式:0.1μm ～ 2000 μm |
0.1μm ～ 2000μm | 1-10000nm |
| 計測精度 | ＜ 1%（CRM D50） | ||||
| 再現精度 | ＜ 1%（CRM D50） | ||||
| 使用レーザー | LDポンプレーザー 532nm p＞40mW |
ダイオードレーザー 650nm p＞1mW |
ヘリウムｰネオンレーザー λ= 632.8nm, P=2.0 mW 補助半導体レーザー λ= 405 nm, P=2.0 mW |
ヘリウムネオンレーザー 632.8nm p>2.0mW | 半導体レーザー 532nm P=30mW |
| 寸法 | 発光部：L369×W295×H360mm 受光部：L858×W295×H360mm |
L660×W260×H450mm | L920×W440×H500mm | L1040 × W440 × H540mm | L480 × W270 × H170mm |
| 重量 | 発光部：23kg 受光部：45kg |
30kg | 58kg | 58kg | 12kg |
動作原理
レーザー光が粒子に当たった場合に、光は散乱したり回折を起こしたりします。このとき、小さい粒子では散乱角が拡がり、大きい粒子では散乱角が狭くなります(ミー散乱）。 この散乱光を独立したチャネルディテクターで受光し、粒度分布を形成します。FLD-319シリーズではスリット構造になっており、レーザー発振部、受光部を0.1m～10mの範囲でセパレートし、広範囲のスプレー計測まで対応できます。
計測事例
ナイロン粒子の粒度分布
5μmと10um粒子をFLD-2308Aで測定
関連製品
粒子分析計:PDI 流速・粒径計測 位相ドップラー式
2本のレーザー光を交差させた際に生じる干渉縞を、計測対象の粒子・液滴を通過させることで粒径、流速を測定するシステムです。一体型のフルターンキー方式で1D、2Dなど様々な機器をラインナップ。
粒子画像解析法:シャドウグラフシステム
計測対象物のバックグラインドから光源を当てる事により、影絵のように浮かび上がらせ撮影した画像から解析。粒径解析専用ソフト(SCANDIUM)を用いる事で、多様な手法で粒径解析が可能になります。
排ガス・すす濃度 レーザー誘起加熱法:LII
高エネルギーのレーザーですす(炭素)を加熱した際の励起光を400nmと700nmに分光し、分光された励起加熱光を演算することで粒子数，Primary 粒子径平均値等をその場計測可能なシステムです。
粒子画像解析・計測ソフトウエア:Dia.Image2020
Dia.Image2020は西華デジタルイメージ社製の画像解析・計測ソフトウエアです。2値化をはじめ、画像解析に幅広く応用でき、粒径計測をはじめ統計データ算出、粒子間距離算出、マクロによる自動処理機能を実装した画期的な画像解析・計測ソフトウエアです。