はじめに
Kinexus回転型レオメータで実施できる振動測定は、例えば、ゲルやペーストのような柔らかい固体や、ポリマー、エマルション、懸濁液のような複雑な流体の粘弾性特性を特性評価するために使用されます。これらの実験では、正弦波状のせん断変形（ひずみ制御）またはせん断応力（応力制御）を加え、その後材料の応答を解析する。
得られた主なパラメータは以下の通りである：
- 貯蔵せん断弾性率（G'）：材料の「固体的」挙動に関する情報を与える。
- せん断弾性率（G*）：材料の「液体的」挙動に関連する。
- 位相角（δ）：このパラメータは、加えられる応力とひずみの間の遅れを示し、それによって材料の挙動を固体（δ≈0°）または液体（δ≈90°）のいずれかに決定することを容易にします。
振幅掃引：LVER（線形粘弾性領域）の決定粘弾性領域）の決定
振動測定は一般に線形粘弾性領域（LVER）内で行われ、そこでは材料構造は加えられた変形の影響を受けない。LVERは振幅掃引によって決定される。この試験は、定義された周波数と温度に対して、材料構造の破壊を招くことなく使用できる最大変形振幅を決定する。
LVER内では、入力と出力の振動周波数は同じである（図1参照）。
対照的に、LVERを超えると、正弦波シアー波による加振は非正弦波応答となる（図2）。入力振動（例えば基本周波数1Hz）は、異なる高調波周波数の振動に分解される；図3参照。
高調波歪みは以下のように定義される：
I1: 入力周波数の振幅
In：発振応答の第n高調波成分の振幅。
高調波ひずみが0%ということは、信号の完全な直線性を意味します。このパラメータは、Kinexusの測定・評価ソフトウェアrSpace で表示することができ、発振データの正しさをチェックすることができます。
最小の高調波歪み（HD）＝最高の信号対雑音比
図4は、振幅掃引中の弾性せん断弾性率（G'、赤）、粘性せん断弾性率（G''、青）、せん断応力の振幅（σ、緑）および高調波ひずみ（HD、黒）の曲線を示しています。最小のHDで検出されたせん断ひずみγは、最適な信号対雑音比の変形に対応します。この値は、次の振動測定（周波数掃引、温度掃引など）に使用できます。
温度または周波数上昇時の直線性をチェックする高調波歪み
線形粘弾性領域（LVER）は、周波数や温度などの測定条件に依存します。振幅掃引では、これらのパラメータはLVER内の適切なひずみを決定するために一定に保たれます。しかし周波数掃引では、周波数は試験全体を通して変化し、それに応じてLVERも変化する可能性があります。材料が全周波数範囲にわたってLVER内に留まっていることを保証するために、線形挙動の指標として高調波歪み信号をモニターすることができます。
結論
高調波歪みは、振動測定が線形粘弾性領域で行われているかどうかをチェックするための重要な信号です。これは、ポリマー分野だけでなく、食品や医薬品の分野にも関係します：
- 熱可塑性プラスチック熱可塑性プラスチック： LVERの決定は、ポリマーやプラスチックの周波数あるいは温度掃引中に、固有の材料特性のみを捕捉するために極めて重要です。もし測定がLVERの外側で行われた場合、鎖の配向、離断、あるいはポリマーネットワークの損傷などの構造変化がさらに生じる可能性があります。これは測定データの歪みにつながり、加工やエージング研究の評価を信頼できないものにする。
- 熱硬化性樹脂、コーティング剤、接着剤：これらのシステムは多くの場合、過度の応力下で破壊される可能性のあるポリマーやフィラーの繊細なネットワークを含んでいる。LVERが考慮されない場合、材料は柔らかすぎたり硬すぎたりして、アプリケーションやプロセス設計において誤った決定（例えば、アプリケーションの粘度窓が不適切であったり、接着性の予測が不正確であったりする）につながる可能性がある。
- 食品（例：ゲル、エマルション、展着性油脂）： ここでは、過度のせん断によって壊れやすい微細構造（乳化ネットワーク、タンパク質ゲル、脂肪結晶など）を破壊しないことが特に重要である。LVER外の測定は、例えばゲルを破壊したり脂肪結晶を再配列させたりして、食感を実際よりも "人工的に "柔らかく見せる可能性がある。これは、安定性、口当たり、または展延性が誤って評価されることになり、製品開発や品質管理に直接的な影響を及ぼす。
- 医薬製剤（クリーム、ペースト、懸濁液など）： ここでも、特に保存安定性や有効成分の放出を評価する場合、構造的完全性が鍵となる。測定がLVER外で行われた場合、せん断によって粒子やキャリアの構造が変化し、流動性や適用特性の判断を誤る可能性がある。最悪の場合、有効性や患者の安全性に影響を及ぼす可能性がある。
ディストーションファクターは、材料構造が損なわれない範囲でレオロジー調査が行われることを保証します。これにより、測定自体が結果を歪めてしまうことを防ぎます。これは、信頼性が高く、比較可能で、実務に即したデータを得るための必須条件です。