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産業用途の粒子径測定

粒子径測定は、生産工程と製品の最終特性の両方に影響を与えるため、多くの産業において不可欠な分析手法となっています。粒子径測定の手法 は複数あり、サンプルの挙動について詳細な知見を得ることができます。ナノメートルやマイクロメートル領域の粒子径測定により、製造工程、輸送や保管、保存期間、製品の最終特性を最適化することができます。動的光散乱法レーザー回折・散乱法 は、シングルナノメートルから数ミリメートルまでの粒子径解析をカバーしているため、広く利用されています。粒子径測定は、食品・飲料、製薬、化学業界だけでなく、建築資材の製造など様々な業界で採用されており、用途ごとに異なる目的で使用されています。

食品業界における粒子径測定

Figure 1: The particle size of coffee powder and milk greatly affects the taste of coffee.

Figure 1: The particle size of coffee powder and milk greatly affects the taste of coffee.

多くの食品は、製造過程のどこかのタイミングで、粉体、サスペンションやエマルションとして粒子状になります。

粉体の場合、粒子径は充填密度に影響し、結果として、粉体の流動特性にも影響します。同様に、サスペンションの場合は、粒子径が せん断粘度に強く影響します。これは結果として、原料の送液、混合、輸送に大きく影響します。

食品の保存安定性も粒子径に大きく依存します。粉末食品は固化する可能性があり、エマルション (例: 牛乳) は、脂肪球の粒子径を厳密に制御しないと安定性に問題が生じる可能性があります。

粒子径は食品の官能特性にも大きく影響します。食感や口当たりは、食品の嗜好性に対して極めて重要な役割を果たします。人間の舌はわずか数ミクロンの粒子を感知できるため、粒子径を微調整することで、食品の嗜好性に大きな影響を与えることができるのです。

医薬品の粒子径測定

Figure 2: Particle size analysis of pharmaceutical infusions and injectables is an important quality control parameter for safe intravenous application.

Figure 2: Particle size analysis of pharmaceutical infusions and injectables is an important quality control parameter for safe intravenous application.

粒子径は、エマルション や細胞ベースの製剤だけでなく、粉末状の医薬品有効成分 (API) においても、医薬品製造における重要な工程パラメーターとなっています。

粉末APIの場合、医薬品の溶解速度、それによる生物学的利用能は、主に粒子径に影響されます。これは、生体内での徐放性あるいは遅延放出が必要な製剤にとって特に重要なことです。

投与時の in vivo (生体内) での薬剤の分布、沈着、吸収速度も粒子径に関係しています。これは、特定の種類の細胞を標的とする場合 (例: がん細胞、内皮細胞) に特に影響します。それは、標的の細胞によって粒子の取り込み能力が大きく異なる可能性があるためです。

リポソームは、リン脂質二重層からなる小さな小胞状の粒子で、がん細胞を標的とした製剤に集中的に利用されています。そこでは小胞の粒子径が重要な役割を果たしており、一般的に動的光散乱法を用いる装置により特性評価を行います。近年では、エクソソームと呼ばれるナノメートルサイズの小胞が、がん標的治療の候補として注目されています。

さらに、他の多くの産業と同様に、粒子径は製剤の粉体、サスペンション、エマルションの 流動挙動 にも影響を与え、製剤の輸送や包装特性にも影響を与えます。

塗料や塗膜の粒子径測定

光学特性の観点から、顔料の粒子径は色の濃さ、つまり、他の顔料と混合したときの効果に大きく影響します。さらに、塗料が光を散乱させる方法にも影響を与え、塗料の隠ぺい力や仕上がり (例: 光沢の有無) に影響を与えます。塗料は粒子を含む液体であるため、そのレオロジー挙動は粒子濃度だけでなく、粒子形状や粒子径にも依存します。したがって、粒子径の測定は、輸送中、保管中、そして最も重要な塗布時における塗料の流動挙動を予測する上で重要です。顔料粒子とその基材との相互作用は、塗料エマルションの安定性に関係します。このように、粒子径は塗料の貯蔵寿命にも影響します。

建築資材の粒子径測定

Figure 3: Particle size measurements of concrete require a robust instrument that is easy to clean.

Figure 3: Particle size measurements of concrete require a robust instrument that is easy to clean.

粒子径分布測定の他の用途としては、建築資材の製造が挙げられます。例えば、セメントの製造の場合、粉砕は非常にエネルギーを消費する工程であるため、粒子径分布を狭めることでエネルギーとコストの節約につながります。

セメント製造の経済性に加えて、粒子径は最終製品の特性にも大きな影響を与えます。粒子径分布は、その化学組成や比表面積に加えて、セメントの水和曲線や硬化ペーストの強度に影響を与える主要な因子です。具体的には、平均粒子径を小さくすると、硬化時間が短くなり、初期強度が向上します。一方、粗い粒子は、セメントの経時変化に従い重要度が高まります。また、粒子径分布の幅により、セメントなどの建築資材の充填密度や水の必要量が決まります。

結論

粒子径測定は、多くの産業で使用されている重要な分析手法です。粒子径は、製品の最終特性だけでなく、製造工程にも影響を与えます。粒子径測定の手法は複数あり、サンプルの挙動について詳細な知見を得ることができます。