粒子のサイズを決定するための単一の普遍的な方法はありません。使用する技術は、材料自体、粒子の予想されるサイズ範囲、およびそれらが乾燥状態か液体状態かに基づいて選択されます。最も一般的な方法には、従来のふるい分析、静的光散乱（レーザー回折としても知られる）、動的光散乱（DLS）、および直接画像解析が含まれます。
粒子サイズ分析の核心原理は、一つの「最良の」方法を見つけることではなく、サンプルの特定の特性に合った正しい分析技術を選択することです。粒子のサイズ範囲は、この選択を行う上で最も重要な単一の要素です。
粒子サイズ測定の主な方法
各方法は異なる物理原理に基づいて動作するため、異なる種類のサンプルとサイズ範囲に適しています。これらの違いを理解することが、正確で関連性の高いデータを取得するための鍵となります。
ふるい分析：伝統的な標準
ふるい分析は、乾燥した自由流動性の材料に広く使用されている簡単な技術です。サンプルを、徐々に開口部が小さくなる織りワイヤーメッシュふるいのスタックに通します。
材料は、どのふるいに保持されるかに基づいて異なるサイズ分画に分離されます。その後、各分画の重量を測定して、粒子サイズ分布を決定します。
静的光散乱（SLS / レーザー回折）：多用途の主力
これは、特にマイクロメートル範囲の粒子にとって、最も人気のある現代的な方法の一つです。レーザービームが、液体またはガス流に分散された粒子のサンプルを通過します。
粒子は、そのサイズに応じて異なる角度で光を散乱させます。大きい粒子はより小さい角度で光を散乱させ、小さい粒子はより広い角度で光を散乱させます。検出器がこのパターンを測定し、コンピューターアルゴリズムがそれを作成した粒子サイズ分布を計算します。
動的光散乱（DLS）：ナノスケール向け
DLSは、液体中に懸濁された非常に小さい粒子、通常1ミクロン（1µm）以下の測定に好まれる方法です。この技術は粒子を直接測定するものではありません。
代わりに、流体中の粒子のランダムなブラウン運動を測定します。小さい粒子はより速く不規則に動き、大きい粒子はよりゆっくりと動きます。この動きによって引き起こされる散乱光強度の変動を分析することにより、DLS装置は粒子サイズを計算します。
直接画像解析：形状が重要な場合
この方法は、その名の通り、粒子の顕微鏡写真を撮り、ソフトウェアを使用してその寸法を測定するものです。静的（スライド上の粒子）または動的（カメラの前を流れる粒子）のいずれかです。
画像解析のユニークな利点は、サイズだけでなく、アスペクト比、円形度、表面粗さなどの形状パラメーターも測定できることです。これにより、粒子の形状がサイズと同じくらい重要である場合に非常に価値があります。
トレードオフの理解
方法を選択するには、それらの間に内在するトレードオフを認識する必要があります。同じサンプルに対して2つの異なる方法で得られた結果は、根本的に異なる特性を測定しているため、完全に一致しない場合があります。
サイズ範囲のジレンマ
単一の機器で粒子サイズの全スペクトルをカバーすることはできません。
- ふるい分析は、通常45ミクロンから数ミリメートルまでの大きな粒子に優れています。非常に細かい粉末には適していません。
- レーザー回折（SLS）は、0.1ミクロンから3000ミクロン（3 mm）までの幅広い中間範囲をカバーします。
- 動的光散乱（DLS）は、サブミクロン領域に特化しており、数ナノメートルから約1ミクロンまでのナノ粒子やコロイドに優れています。
乾式 vs. 湿式測定
サンプルの状態は重要な考慮事項です。ふるい分析はほとんどの場合、乾燥粉末に対して行われます。
光散乱技術では、粒子が液体媒体中に均一に分散している必要があります。粒子が凝集したり、選択した液体に溶解したりする場合、これは課題となる可能性があります。目標は、一次粒子を測定することであり、そのクラスターではありません。
何を「サイズ」として測定していますか？
異なる方法では、「サイズ」の定義が異なります。ふるい分析は、粒子がメッシュ開口部を通過することを可能にする物理的寸法を測定します。
対照的に、光散乱法は「等価球形直径」を計算します。これは、実際の粒子と同じように光を散乱させる完璧な球の直径です。不規則な形状の粒子の場合、この値はノギスで測定された物理的寸法と一致しない場合があります。
目標に合った適切な方法の選択
サンプルの物理的現実と収集する必要のあるデータに基づいて決定を下してください。
- 乾燥顆粒または粗い粉末（45 µm超）が主な焦点である場合：ふるい分析が最も直接的で費用対効果が高く、信頼性の高い方法です。
- ミクロン範囲の微粉末、エマルション、または懸濁液が主な焦点である場合：静的光散乱（レーザー回折）は、速度、精度、および広い測定範囲の最良のバランスを提供します。
- 液体中のナノ粒子またはコロイド（1 µm未満）の測定が主な焦点である場合：動的光散乱（DLS）は、サブミクロンスケールに特化した適切なツールです。
- 粒子の形状と形態の理解が主な焦点である場合：直接画像解析は、サイズ分布とともにこの重要なデータを提供する唯一の方法です。
最終的に、サンプルの特性を理解することが、意味のある粒子サイズ測定を得るための最初で最も重要なステップです。
要約表：
| 方法 | 最適な対象（サイズ範囲） | サンプル状態 | 主要原理 |
|---|---|---|---|
| ふるい分析 | 粗い粉末（45 µm超） | 乾燥 | メッシュサイズによる物理的分離 |
| 静的光散乱（レーザー回折） | 微粉末、エマルション（0.1 µm - 3 mm） | 湿式または乾式 | 光散乱角度 |
| 動的光散乱（DLS） | ナノ粒子、コロイド（1 µm未満） | 液体懸濁液 | ブラウン運動速度 |
| 直接画像解析 | あらゆるサイズ（顕微鏡使用） | 湿式または乾式 | 画像からの直接測定 |
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