Zetasizer ^® Nanoとナノ粒子

Zetasizer Nanoシリーズは、粒子の熱運動（ブラウン運動）を観察することにより、ナノメートル未満までの液体中の粒子径を測定します。サブミクロンの粒子径は、これらの粒子からのレーザー光散乱を観察することで測定し、拡散速度を特定し、そこからStokes-Einsteinの関係を使用してサイズを算出します。この手法は動的光散乱（DLS）と呼ばれています。

ナノ粒子のサイズ測定
サイズがナノメートルに近づくと、分散した粒子のサイズを容易に測定できる分析測定器は殆ど存在しません。これらの装置はすべて電子顕微鏡法のような画像技法か、材料の画像のように見える走査画像を作成する原子間力顕微鏡法です。

これらの技法は両方とも、費用面で言えば設備投資が高額で、時間と専門知識の面で言えば利用できる「画像」を作成できる能力が必要です。

また、測定できるのはごく少数の粒子であるため統計的な問題もあります。大量測定するには実験を何回も繰り返さなければなりません。

しばしば見落とされる細かい注意点で、データ解釈の段階で問題となるのは、サイズの計算が当然のように個数分布の平均ベースで行われることです。平均数の計算では、ある粒子径の粒子の数をサイズ「容器」に入れますが、分布から計算された平均サイズ内では各粒子とも同じ「重量」であるという結果が出ます。

実世界のサンプルでは通常粗粒子よりも微粒子の方が数が多いのですが、上記の結果を見ると、最も多く存在している粒子、すなわち微粒子に向けて加重されています。この結果は、求められている粒子が微粒子である場合には問題ありません。しかし、実験で求められているのが粒子体積の平均である場合、または凝集魂の存在を検出することである場合は、粒子数を数える方法は不適切です。

動的光散乱（DLS）
動的光散乱は粒子によって散乱された光の強度に敏感であり、粗粒子の方が微粒子よりもたくさんの光を散乱します。すなわちDLSは凝集魂の存在に非常に敏感であり、そのためナノ粒子分散安定性の研究には優れたベースを提供します。

高感度システムが必要な理由
光散乱量は直径の6乗分減少するので、感度はナノ粒子径測定においては重要です。換言すれば、1nmの粒子が分散する光の量は10nmの粒子が分散する光の量の100万分の一だということです。

Zetasizer Nanoは特許取得済みのNIBS™テクノロジーを使用して検出感度を高めます。アバランシェフォトダイオード検出器（APD）の高感度と60％を超える量子効率（従来型光電子増倍検出器は量子効率が4％）を組み合わせると、 最も感度が高いシステムができます。

この程度の感度がなくともサイズが20nmや100nmの粒子径測定であれば簡単ですが、10nm未満は難しくなり、1nmでは不可能となります。

粒子の体積が同じ場合でも、1nmの粒子径測定と10nmの粒子径測定を比べると前者には1000倍大きな感度が必要です。

レーザーパワーを上げることでZetasizer Nanoの感度を上げるには、4ワットのレーザーが必要です。これは、装置のサイズ、必要電力、メンテナンスを考えると、ラボにとってはコスト面で重大な意味を持つことになります。小型の低コストベンチトップユニットにはまったく適さない選択と言えるでしょう。

それに加えて、そのような高パワーで粒子を照らすといろいろな弊害が出てくることが考えられます。その１つは拡散速度と媒体の局部粘度に影響を与えるパワーの吸収です。このどちらもエラーを引き起こします。従ってレーザーパワーの増加は好ましい方法ではありません。

Zetasizer Nanoだけの感度では有用な技法というには不十分で、その使用の簡単さにも言及する必要があります。NIBS技法は希釈システムと濃縮システムのどちらも測定でき、設定の調整は全自動で行われます。

このソフトウェアは研究者ユーザが求める機能を提供するよう設計されていながら、毎日のサイズ測定での使用性も妥協されていません。これを実現する方法の1つに事前定義測定スケーム（SOP）があります。これを利用すると1回のクリックで測定が実行されます。