Measuring liquid particle size with TURBIDI.T™.

アプリケーションノート | TURBIDI.T™

濁度を用いて液体試料中の粒子径を測定する方法とは？

by Dimitria Camasão, Assala Larbes and Gloria Pinilla,

概要

粒子径の測定は、ライフサイエンス（ナノ医療、薬物送達、組織工学、バイオ分析）、化学、環境科学、および産業など、多くの分野において重要です。
濁度測定は、手順が簡単で、粒子径を迅速かつ非破壊的に推定できる手法である。
TURBIDI.T™ を用いて、さまざまな粒径のシリカ粒子を含む蒸留水における濁度とシリカ粒子濃度の関係曲線を、高精度で測定しました。これらの曲線は、粒子径の測定のための基準曲線を作成するために利用できます。

研究・産業における粒子径測定の基礎

はじめに

粒子の大きさを測定することは、さまざまな科学分野や産業用途において極めて重要です。製薬分野では、医薬品や薬物送達システムの粒子径が、その生物学的利用能、溶解速度、および体内の吸収に重要な役割を果たします。ライフサイエンスの研究や診断分野では、免疫測定法やポリメラーゼ連鎖反応（PCR）法などの分析手法の開発および妥当性評価において、粒子径の正確な測定が不可欠です。また、この特性評価は、環境科学や汚染モニタリング、地質学や土壌科学、材料科学、ナノテクノロジーなどの分野においても重要です。

懸濁液中の粒子の大きさは、濁度測定によって推定することができ、これは簡便かつ迅速で、非破壊的な手法である[1,2]。濁度は、懸濁液中を光束が通過する際に、懸濁粒子による光の散乱および吸収によって生じる光強度の低下を定量化するパラメータである。散乱と吸収の程度は、粒子の大きさおよび懸濁液中の濃度の両方に影響を受ける。粒子が大きいほど、より多くの光を散乱・吸収する傾向があり、その結果、濁度曲線の傾きは急になります。一方、粒子が小さいほど、散乱・吸収される光は少なくなり、傾きは緩やかになります。濁度曲線を分析することで、濁度と濃度の関係に基づいて粒子径を推定することが可能になります。

本アプリケーションノートでは、粒子径の異なるシリカナノ粒子を蒸留水に懸濁させ、TURBIDI.T™を用いて測定を行い、粒子径推定における本装置の適用可能性を示しました。各粒子径について濃度と濁度の関係が求められ、これを用いて未知溶液の粒子径を推定するための基準曲線が作成されました。

正確な粒子径測定のための濁度分析

材料および方法

TURBIDI.T™（Rheolution Inc.、カナダ・ケベック州）は、幅広い測定範囲で溶液の濁度を測定できる多機能な装置です。主な特徴としては、(1) 異なる波長に対応できるよう光学エミッターカートリッジを交換できること、(2) 特定の実験設計に合わせてサンプルホルダーを選択できること、(3) データ収集、カスタマイズ、分析、データエクスポートにワイヤレスタブレットを利用できることが挙げられます。さらに、この装置では、1台のタブレットに複数の機器をペアリングできるため、測定能力を拡張することが可能です。

試験に先立ち、フォーマジン標準液（FTU）を用いてTURBIDI.T™の較正を行いました。発光および受光に用いたカートリッジは、それぞれEmitt.635（波長635 nm）およびReceiv.ViS（波長400 nm～1000 nm）でした。

異なる粒径（160 nm、500 nm、1000 nm； Alpha Nanotech Inc.、カナダ・ブリティッシュコロンビア州）を蒸留水で希釈し、150、200、300、400、500 mg/Lの5つの濃度調製した。溶液を25°Cで安定化させ、各濃度について3つの試料を10 mLバイアルに移し、試験に供した（n=3）。各バイアルは、TURBIDI.T™に投入して測定を行う前に十分に混合した。平均結果は、平均値±標準偏差として表されている。各粒子径のデータに対して、単純線形回帰分析が適用された。

粒子径の測定：濁度-濃度曲線の役割

結果と考察

さまざまな濃度および粒径のシリカ粒子に関する濁度値を図1に示す。データ点は3回繰り返した測定の平均値を表しており、誤差バーが小さいことから、測定の高精度が示されている。単純線形回帰は実験データと良好に一致した（R²>0.94）。結果から、濃度と濁度の相関関係は粒子径に依存することが示されており、これは曲線の傾きが160 nmから500 nm、および1000 nmへと増加していることからも明らかである。

図1： 粒子径の異なるシリカ粒子が含まれる蒸留水における濁度と濃度の 関係。これらの曲線は、波長635nmを用いてTURBIDI.T™で測定されたものである。

未知溶液の粒子径を推定するための基準曲線は、上記の粒子径を、濁度－濃度曲線から得られたそれぞれの傾きに対してプロットすることで得ることができます。次に、未知溶液を異なる濃度で測定し、その溶液固有の傾き（濁度対濃度曲線から得られる）を求めます。この傾きは、図2を用いて懸濁液中の粒子径を推定するために使用できます。

図2： 粒子径と傾きの関係を示す基準曲線（濁度-濃度曲線から得られたもの）を用いた、シリカ粒子径の推定。

結論

TURBIDI.T™装置は、少なくとも3点のデータから得られた基準曲線（粒子径と濁度-濃度曲線の傾きとの関係）を用いて、溶液中の浮遊粒子の粒径を推定するために使用できます。

視点

使いやすいTURBIDI.T™装置を使用すれば、浮遊粒子の大きさを簡単に推定することができます。
Soft Matter Analytics™ アプリを介して、濁度と濃度のデータをタブレットに保存し、必要に応じて活用・エクスポートすることができます。
さまざまなカートリッジが用意されているため、ユーザーは発光波長を変更することができ、これにより粒子径の推定における精度と正確性を高めることができます。
さまざまなサイズのバイアルに対応できるため、ユーザーは最小限の試料量で測定を行うことができ、試料の取り扱いに手間をかける必要がなくなるため、作業の効率化と使いやすさの向上につながります。
複数のユニットを接続して構築された柔軟性の高い試験プラットフォームは、大量のサンプルを扱うことが多々ある研究開発（R&D）および品質管理（QC）ラボの具体的なニーズに対応します。このプラットフォームは、こうした環境における高スループットの要求に応えるための便利なソリューションを提供します。