レーザー回折法では、分散系の回折像によって粒度分布が測定されます。それとは対照的に、画像解析法では各粒子の形状を直接捉えます。そのため、粒子径や粒子形状の分布を、任意の区間で解析できます。画像解析法では、原理的にたった1つの粒子でも検出可能です。そのため、凝集体のような粗大粒子や、過粉砕体などの微小粒子など、微量の異物分析にも有用です。画像解析法は、最新の顕微鏡法と基本的には同様です。すなわち、まず高速カメラによってフレーム内の粒子が捉えられ、そこからコンピュータによって個々の粒子画像が切り出され、粒子径や粒子形状などの諸特性が解析されます。
一般的な顕微鏡法(静的画像解析法)とは異なり、動的画像解析法では被写体である粒子をフレーム内に連続的に流します。流れの中で粒子はランダムに配向するため、粒子の平均的な特性をより正しく捉えられます。また、粒子が連続的に供給されることにより、サンプルサイズをより大きくでき、より統計的に有意な測定結果が得られます。さらに、粒子の供給量を調整することで、撮像時の粒子の重なりを効果的に抑制できます。
QICPICとPICTOSへの実装例
乾式分散器RODOSの性能を、いかに活用するか？それが、Sympatec社の動的画像解析（Sympatec英語サイトへ）式測定装置の基本的なコンセプトです。RODOSによって分散された粒子は、撮像領域に導かれます。一次粒子にまで分散されることで、フレーム内で多くの粒子数を捉えられます。
動的画像解析法では、モーションブラーに留意する必要があります。とくにRODOSでは気流によって粒子が高速で噴射されます。一般的なフラッシュランプのパルス幅は100µsで、もし粒子速度が100m/sなら、撮像時に10mmものモーションブラーが発生し、粒子径を正確に測定できません。そこで、Sympatec社ではパルス幅が1ns未満の高速パルス光源を開発することで、モーションブラーを100nm未満に抑えることに成功しました。この値は最小ピクセルサイズである0.55µmを下回るため、粒子径の測定値には影響しません。そのため、動的画像解析法でありながら、あたかも静的画像解析法のように測定できます。
粒子のエッジを正確に検出するために、Sympatec社の測定装置では両側テレセントリック光学系を採用しています。これは、光軸に平行な光のみをカメラに投影させる光学系です。例えば、平行光をガラスビーズのような透明体に照射すると、ガラスビーズで屈折した光はこの光学系では検出されないため、ガラスビーズは黒色として撮像されます。したがって、たとえ試料が透明でも、高コントラストに撮像できます。
Sympatec社の測定装置では、1秒間に最大500フレームを撮像します。そのため、たとえ試料が微量でも、短時間で多くの粒子を撮像できるため、統計的に有意な測定結果を実現できます。
専用ソフトウェアPAQXOSは、粒子に関連する全ての粒子径と粒子形状を解析できます。粒子径は円面積相当径、フェレ―径、弦長など、粒子形状は円形度、アスペクト比、凹凸度などの様々な指標が利用可能です。また、繊維長や繊維径などの繊維状試料に特化した指標も用意されています。粒子ギャラリーや任意の解析条件でのスクリーニング機能も備えており、柔軟かつ効果的なレポートを容易に作成できます。
適用可能な分散器はRODOSだけではありません。降下式乾式分散器GRADISを使えば、粗い粒子や脆い粒子も適切に測定できます。また、繊維用分散器FIBROSは、繊維状の試料に最適です。湿式分散器LIXELLは、あらゆるスラリーやエマルジョンに適用可能です。乾湿両用分散器OASISは、乾式と湿式の測定を1台で対応できます。
測定装置QICPICにはこれら全ての技術が盛り込まれ、あらゆる試料に対して動的画像解析法による測定が可能です。プロセス条件出しなどの開発用途や、異物分析などの品質管理用途など、幅広いアプリケーションに対応します。オンライン測定用に、PICTOS、PICTIS、PICCELLもラインアップされています。いずれもQICPICと分散器が堅牢な筐体に統合された装置で、工場内の過酷な環境でも使用可能です。TWISTERなどの各種インライン用サンプラーと組み合わせることで、あらゆる工程に対して自動測定ソリューションを提供します。
