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JP6277973B2 - Bubble diameter distribution measuring method and bubble diameter distribution measuring apparatus - Google Patents

Bubble diameter distribution measuring method and bubble diameter distribution measuring apparatus Download PDF

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JP6277973B2 JP2015035706A JP2015035706A JP6277973B2 JP 6277973 B2 JP6277973 B2 JP 6277973B2 JP 2015035706 A JP2015035706 A JP 2015035706A JP 2015035706 A JP2015035706 A JP 2015035706A JP 6277973 B2 JP6277973 B2 JP 6277973B2
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Description

本発明は、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定するための気泡径分布測定方法及び気泡径分布測定装置に関するものである。   The present invention relates to a bubble diameter distribution measuring method and a bubble diameter distribution measuring apparatus for measuring the bubble diameter distribution of fine bubbles contained in a liquid sample.

近年、マイクロバブルやウルトラファインバブルといったファインバブルの研究及び利用が活発に行われている。ファインバブルは、例えば気泡径が100μm以下の微細気泡であり、気泡径が1μm以上のものはマイクロバブル、気泡径が1μm未満のものはウルトラファインバブルと呼ばれている。ファインバブルは、液体中での滞留時間が長いという特性を有しており、特にウルトラファインバブルは、数か月にわたって液体中に滞留することが知られている。   In recent years, research and use of fine bubbles such as micro bubbles and ultra fine bubbles have been actively conducted. Fine bubbles are fine bubbles having a bubble diameter of 100 μm or less, for example, those having a bubble diameter of 1 μm or more are called microbubbles, and those having a bubble diameter of less than 1 μm are called ultrafine bubbles. Fine bubbles have a characteristic that the residence time in the liquid is long. In particular, it is known that ultra fine bubbles stay in the liquid for several months.

ファインバブルには、洗浄効果や殺菌効果といった様々な効果が期待されている。例えば工場やプラント、公衆トイレなどで、ファインバブルを用いて各種設備の洗浄を行えば、洗剤の使用量を削減することができる。そのため、ファインバブルを用いた洗浄方法は、環境に優しい新たな洗浄方法として注目されている。   Fine bubbles are expected to have various effects such as a cleaning effect and a sterilizing effect. For example, if various facilities are cleaned using fine bubbles in factories, plants, public toilets, etc., the amount of detergent used can be reduced. Therefore, a cleaning method using fine bubbles has attracted attention as a new environmentally friendly cleaning method.

上記のようなファインバブルの特性と効果の関係は、ファインバブルの気泡径や気泡量(濃度)に依存している。そこで、レーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置などを用いて、ファインバブルの気泡径分布(粒子径分布)を測定する技術が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。   The relationship between the characteristics and effects of the fine bubbles as described above depends on the bubble diameter and bubble amount (concentration) of the fine bubbles. Therefore, a technique for measuring the bubble size distribution (particle size distribution) of fine bubbles using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus or the like has been proposed (for example, see Patent Document 1 below).

しかしながら、測定対象となる液体試料には、ファインバブル以外にも、例えば粉塵又は土などの固体粒子や、オイル又はエマルジョンなどの液体粒子が含まれている場合がある。このような場合、粒子径分布測定装置を用いてファインバブルの気泡径分布を測定するような方法では、ファインバブルと、固体粒子及び液体粒子とを識別することができず、ファインバブルの気泡径分布を精度よく測定することができないおそれがある。   However, the liquid sample to be measured may contain solid particles such as dust or soil, and liquid particles such as oil or emulsion, in addition to fine bubbles. In such a case, the method of measuring the bubble size distribution of fine bubbles using a particle size distribution measuring device cannot distinguish between fine bubbles, solid particles and liquid particles, and the bubble size of fine bubbles. The distribution may not be measured accurately.

液体試料中に含まれる気泡と固体微粒子を判別する方法としては、例えば超音波振動による圧力波を液体に印加することにより気泡の体積を周期的に変化させる方法などが提案されている(例えば、下記特許文献2参照)。   As a method for discriminating bubbles and solid fine particles contained in a liquid sample, for example, a method of periodically changing the volume of bubbles by applying a pressure wave by ultrasonic vibration to the liquid has been proposed (for example, See Patent Document 2 below).

特開2007−263876号公報JP 2007-263876 A 特開昭63−139231号公報JP-A-63-139231

しかしながら、上記特許文献2に開示された構成は、試料セル内に一定流速で液体試料を流し、測定域を通過する際に気泡の体積が周期的に変化することを確認するような構成であり、各気泡を個別に確認する必要がある。そのため、上記特許文献2に開示されているような構成を用いたとしても、液体試料中のファインバブルの気泡径分布を短時間で精度よく測定することは困難である。   However, the configuration disclosed in Patent Document 2 is a configuration in which a liquid sample is allowed to flow in a sample cell at a constant flow rate and it is confirmed that the volume of bubbles periodically changes when passing through a measurement area. It is necessary to check each bubble individually. Therefore, even if the configuration disclosed in Patent Document 2 is used, it is difficult to accurately measure the bubble size distribution of fine bubbles in the liquid sample in a short time.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ファインバブルの気泡径分布を短時間で精度よく測定することができる気泡径分布測定方法及び気泡径分布測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a bubble diameter distribution measuring method and a bubble diameter distribution measuring apparatus capable of accurately measuring the bubble diameter distribution of fine bubbles in a short time. To do.

本発明に係る気泡径分布測定方法は、収容ステップと、第1データ取得ステップと、第2データ取得ステップと、気泡径分布算出ステップとを含む。前記収容ステップでは、ファインバブルを含む液体試料を容器内に収容する。前記第1データ取得ステップでは、前記容器内を第1の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する。前記第2データ取得ステップでは、前記容器内を前記第1の圧力とは異なる第2の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する。前記気泡径分布算出ステップでは、前記第1データ取得ステップで取得されたデータ、及び、前記第2データ取得ステップで取得されたデータに基づいて、前記第1の圧力と前記第2の圧力との変化量を用いて演算を行うことにより、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を算出する。 The bubble diameter distribution measuring method according to the present invention includes an accommodation step, a first data acquisition step, a second data acquisition step, and a bubble diameter distribution calculation step. In the storing step, a liquid sample containing fine bubbles is stored in a container. In the first data acquisition step, data relating to the particle size distribution of the liquid sample in the container is acquired in a state where the inside of the container is at a first pressure. In the second data acquisition step, data relating to the particle size distribution of the liquid sample in the container is acquired in a state where the inside of the container is at a second pressure different from the first pressure. In the bubble diameter distribution calculating step, based on the data acquired in the first data acquiring step and the data acquired in the second data acquiring step, the first pressure and the second pressure are calculated . By calculating using the change amount, the bubble diameter distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample is calculated.

このような構成によれば、容器内を異なる圧力として、それぞれの圧力における容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得することにより、それらのデータに基づいて圧力の変化量を用いて演算を行うことにより液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を算出することができる。すなわち、容器内を異なる圧力とすることにより、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径を変化させることができる。これに対して、液体試料に含まれる固体粒子や液体粒子の粒子径は、圧力に応じてほとんど変化しない。したがって、異なる圧力で取得された液体試料の粒子径分布に関するデータを比較することにより、ファインバブルの気泡径分布のみを特定することができる。 According to such a configuration, it is possible to obtain data on the particle size distribution of the liquid sample in the container at each pressure with different pressures in the container, and calculate using the amount of change in pressure based on the data. By performing the above, it is possible to calculate the bubble size distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample. That is, the bubble diameter of the fine bubble contained in the liquid sample can be changed by setting the inside of the container to different pressures. On the other hand, the particle diameters of the solid particles and liquid particles contained in the liquid sample hardly change according to the pressure. Therefore, only the bubble size distribution of the fine bubbles can be specified by comparing the data related to the particle size distribution of the liquid samples acquired at different pressures.

圧力の変化量とファインバブルの気泡径の変化量との間には一定の関係があるため、圧力の変化量を用いて演算を行うことにより、ファインバブルの気泡径分布を精度よく算出することができる。したがって、異なる圧力で液体試料の粒子径分布に関するデータを取得し、それらのデータを比較するだけで、ファインバブルの気泡径分布を短時間で精度よく測定することができる。   Since there is a fixed relationship between the amount of change in pressure and the amount of change in bubble size of fine bubbles, the bubble size distribution of fine bubbles can be calculated accurately by performing calculations using the amount of change in pressure. Can do. Therefore, it is possible to accurately measure the bubble size distribution of fine bubbles in a short time simply by acquiring data on the particle size distribution of the liquid sample at different pressures and comparing the data.

前記粒子径分布に関するデータは、粒子径分布データ、又は、粒子径分布データを算出するためのデータであってもよい。   The data regarding the particle size distribution may be particle size distribution data or data for calculating the particle size distribution data.

このような構成によれば、異なる圧力で取得された粒子径分布データ又は粒子径分布データを算出するためのデータに基づいて、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定することができる。すなわち、最終的に算出される粒子径分布データに基づいてファインバブルの気泡径分布を測定することができるだけでなく、光強度分布データなどの粒子径分布データを算出するまでに用いられるデータに基づいて、ファインバブルの気泡径分布を測定することも可能である。   According to such a configuration, the bubble size distribution of fine bubbles contained in the liquid sample can be measured based on the particle size distribution data acquired at different pressures or the data for calculating the particle size distribution data. . That is, not only can the bubble size distribution of fine bubbles be measured based on the finally calculated particle size distribution data, but also based on data used to calculate the particle size distribution data such as light intensity distribution data. It is also possible to measure the bubble size distribution of fine bubbles.

前記気泡径分布算出ステップにおける前記変化量は圧力差又は圧力比であってもよい。 The amount of change in the bubble diameter distribution calculating step may be a pressure difference or a pressure ratio .

このような構成によれば、圧力の変化量として、第1の圧力と第2の圧力との圧力差又は圧力比を用いて演算を行うことにより、ファインバブルの気泡径分布を精度よく測定することができる。   According to such a configuration, the bubble diameter distribution of the fine bubbles is accurately measured by performing calculation using the pressure difference or pressure ratio between the first pressure and the second pressure as the amount of change in pressure. be able to.

本発明に係る気泡径分布測定装置は、容器と、圧力制御部と、第1データ取得部と、第2データ取得部と、気泡径分布算出部とを備える。前記容器は、ファインバブルを含む液体試料を収容する。前記圧力制御部は、前記容器内の圧力を制御する。前記第1データ取得部は、前記容器内を第1の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する。前記第2データ取得部は、前記容器内を前記第1の圧力とは異なる第2の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する。前記気泡径分布算出部は、前記第1データ取得部で取得されたデータ、及び、前記第2データ取得部で取得されたデータに基づいて、前記第1の圧力と前記第2の圧力との変化量を用いて演算を行うことにより、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を算出する。
そして、前記気泡径分布算出部が基づく前記粒子径分布に関するデータは、粒子径分布データ、又は、粒子径分布データを算出するためのデータであってもよい。
The bubble size distribution measuring apparatus according to the present invention includes a container, a pressure control unit, a first data acquisition unit, a second data acquisition unit, and a bubble size distribution calculation unit. The container contains a liquid sample containing fine bubbles. The pressure control unit controls the pressure in the container. The first data acquisition unit acquires data relating to the particle size distribution of the liquid sample in the container in a state where the inside of the container is at a first pressure. The second data acquisition unit acquires data relating to the particle size distribution of the liquid sample in the container in a state where the inside of the container is set to a second pressure different from the first pressure. The bubble diameter distribution calculation unit is configured to calculate the first pressure and the second pressure based on the data acquired by the first data acquisition unit and the data acquired by the second data acquisition unit . By calculating using the change amount, the bubble diameter distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample is calculated.
And the data regarding the said particle diameter distribution based on the said bubble diameter distribution calculation part may be data for calculating particle diameter distribution data or particle diameter distribution data.

前記気泡径分布算出部が用いる前記変化量は圧力差又は圧力比であってもよい。 The amount of change used by the bubble diameter distribution calculation unit may be a pressure difference or a pressure ratio .

本発明によれば、異なる圧力で液体試料の粒子径分布に関するデータを取得し、それらのデータを比較するだけで、ファインバブルの気泡径分布を短時間で精度よく測定することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately measure the bubble size distribution of fine bubbles in a short time simply by acquiring data related to the particle size distribution of a liquid sample at different pressures and comparing the data.

本発明の一実施形態に係る気泡径分布測定装置の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the bubble diameter distribution measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 気泡径分布測定装置の電気的構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the electrical constitution of a bubble diameter distribution measuring apparatus. ファインバブルの気泡径分布を測定する際の態様について説明するための図であり、第1データ取得部により取得された粒子径分布データの一例を示している。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of measuring the bubble diameter distribution of a fine bubble, and has shown an example of the particle diameter distribution data acquired by the 1st data acquisition part. ファインバブルの気泡径分布を測定する際の態様について説明するための図であり、第2データ取得部により取得された粒子径分布データの一例を示している。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of measuring the bubble diameter distribution of a fine bubble, and has shown an example of the particle diameter distribution data acquired by the 2nd data acquisition part. ファインバブルの気泡径分布を測定する際の態様について説明するための図であり、気泡径分布算出部により算出された気泡径分布データの一例を示している。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of measuring the bubble diameter distribution of a fine bubble, and has shown an example of the bubble diameter distribution data calculated by the bubble diameter distribution calculation part. ファインバブルの気泡径分布を算出する際の態様について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of calculating the bubble diameter distribution of a fine bubble. 液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定する際の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow at the time of measuring the bubble diameter distribution of the fine bubble contained in a liquid sample.

図1は、本発明の一実施形態に係る気泡径分布測定装置の構成例を示した図である。この気泡径分布測定装置は、例えばレーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置である。すなわち、本実施形態では、固体粒子及び液体粒子の粒子径分布を測定するための粒子径分布測定装置を用いて、液体試料に含まれる気体粒子の気泡径分布(粒子径分布)が測定される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a bubble diameter distribution measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This bubble size distribution measuring device is, for example, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. That is, in this embodiment, the bubble size distribution (particle size distribution) of the gas particles contained in the liquid sample is measured using a particle size distribution measuring device for measuring the particle size distribution of the solid particles and the liquid particles. .

液体試料は、例えば水の他、アルコール又は油といった任意の液体を媒体とする試料であり、例えば気泡径が100μm以下の微細気泡からなるファインバブルを含んでいる。具体的には、気泡径が1μm未満のウルトラファインバブル、及び、気泡径が1μm以上のマイクロバブルの少なくとも一方が、気体粒子として液体試料に含まれている。気体粒子を構成する気体は、空気であってもよいし、例えばオゾンや水素といった空気以外の気体であってもよい。   The liquid sample is a sample that uses any liquid such as alcohol or oil as a medium in addition to water, for example, and includes fine bubbles made of fine bubbles having a bubble diameter of 100 μm or less, for example. Specifically, at least one of ultrafine bubbles having a bubble diameter of less than 1 μm and microbubbles having a bubble diameter of 1 μm or more is contained in the liquid sample as gas particles. The gas constituting the gas particles may be air or a gas other than air, such as ozone or hydrogen.

本実施形態に係る気泡径分布測定装置には、液体試料に対してレーザ光を照射し、液体試料からの回折・散乱光(レーザ回折・散乱光)の強度を測定する光強度測定部1が備えられている。光強度測定部1には、光源11、集光レンズ12、空間フィルタ13、コリメータレンズ14、試料セル15、集光レンズ16、フォトダイオードアレイ17、側方センサ18及び複数の後方センサ19などが備えられている。測定対象となる液体試料は1回の測定ごとに試料セル15に供給される。すなわち、本実施形態で使用される試料セル15はいわゆる回分セルである。   The bubble diameter distribution measuring apparatus according to the present embodiment includes a light intensity measuring unit 1 that irradiates a liquid sample with laser light and measures the intensity of diffraction / scattered light (laser diffraction / scattered light) from the liquid sample. Is provided. The light intensity measuring unit 1 includes a light source 11, a condensing lens 12, a spatial filter 13, a collimator lens 14, a sample cell 15, a condensing lens 16, a photodiode array 17, a side sensor 18, a plurality of rear sensors 19, and the like. Is provided. A liquid sample to be measured is supplied to the sample cell 15 for each measurement. That is, the sample cell 15 used in the present embodiment is a so-called batch cell.

光源11は、例えばレーザ光源からなり、当該光源11から照射されたレーザ光が、集光レンズ12、空間フィルタ13及びコリメータレンズ14を通過することにより平行光となる。このようにして平行光とされたレーザ光は、液体試料が収容されている試料セル15に照射され、試料セル15内の試料に含まれる粒子群(固体粒子、液体粒子及び気体粒子を含む。)で回折及び散乱した後、集光レンズ16を通ってフォトダイオードアレイ17により受光されるようになっている。   The light source 11 is composed of, for example, a laser light source, and the laser light emitted from the light source 11 becomes parallel light by passing through the condenser lens 12, the spatial filter 13, and the collimator lens 14. The laser light thus converted into parallel light is irradiated onto the sample cell 15 in which the liquid sample is accommodated, and includes a particle group (solid particles, liquid particles, and gas particles) included in the sample in the sample cell 15. ), The light is received by the photodiode array 17 through the condenser lens 16.

フォトダイオードアレイ17は、光源11側から見て試料セル15の前方(光源11側とは反対側)に配置されている。これにより、フォトダイオードアレイ17に備えられた複数の受光素子は、それぞれ前方センサ171を構成している。フォトダイオードアレイ17は、試料セル15内の液体試料からの回折・散乱光(回折光及び散乱光)を検出するための検出器を構成している。   The photodiode array 17 is disposed in front of the sample cell 15 (on the side opposite to the light source 11 side) when viewed from the light source 11 side. Accordingly, the plurality of light receiving elements provided in the photodiode array 17 constitute a front sensor 171. The photodiode array 17 constitutes a detector for detecting diffracted / scattered light (diffracted light and scattered light) from the liquid sample in the sample cell 15.

本実施形態におけるフォトダイオードアレイ17は、互いに異なる半径を有するリング状又は半リング状の検出面が形成された複数(例えば、64個)の前方センサ171を、集光レンズ16の光軸を中心として同心円状に配置することにより構成されたリングディテクタであり、各前方センサ171には、それぞれの位置に応じた回折・散乱角度の光が入射する。したがって、フォトダイオードアレイ17の各前方センサ171の検出信号は、各回折・散乱角度の光の強度を表すことになる。   The photodiode array 17 in the present embodiment includes a plurality of (for example, 64) front sensors 171 formed with ring-shaped or semi-ring-shaped detection surfaces having different radii, and the optical axis of the condenser lens 16 as the center. The ring detectors are arranged in a concentric circle shape, and light having diffraction and scattering angles corresponding to the respective positions is incident on each front sensor 171. Therefore, the detection signal of each front sensor 171 of the photodiode array 17 represents the intensity of light at each diffraction / scattering angle.

これに対して、側方センサ18は、光源11側から見て試料セル15の側方に配置されている。この例では、試料セル15が厚さの薄い中空状の部材により形成されており、その厚み方向Dが光源11から入射するレーザ光の光軸Lと平行になるように配置される。側方センサ18は、試料セル15に対して、例えば厚み方向Dに直交する方向に並べて配置される。   On the other hand, the side sensor 18 is arranged on the side of the sample cell 15 when viewed from the light source 11 side. In this example, the sample cell 15 is formed of a thin hollow member, and the thickness direction D is arranged so as to be parallel to the optical axis L of the laser light incident from the light source 11. The side sensor 18 is arranged with respect to the sample cell 15 in a direction orthogonal to the thickness direction D, for example.

図1では、側方センサ18が試料セル15の上方に配置されているが、これに限らず、試料セル15の下方、右方、左方など、試料セル15の厚み方向Dに直交する面内の任意の位置に配置されていてもよい。これにより、厚み方向Dに対して直交する方向への回折・散乱光を側方センサ18で受光することができる。ただし、側方センサ18は、厚み方向Dに対して90°の方向への回折・散乱光を受光するような構成に限らず、厚み方向Dに対して70°〜110°、より好ましくは80°〜100°の方向への回折・散乱光を受光するような構成であってもよい。   In FIG. 1, the side sensor 18 is disposed above the sample cell 15. However, the present invention is not limited to this, and the surface perpendicular to the thickness direction D of the sample cell 15, such as below, right, and left of the sample cell 15. You may arrange | position in arbitrary positions. Accordingly, the side sensor 18 can receive diffracted / scattered light in a direction orthogonal to the thickness direction D. However, the side sensor 18 is not limited to a configuration that receives diffracted / scattered light in a direction of 90 ° with respect to the thickness direction D, but is 70 ° to 110 ° with respect to the thickness direction D, and more preferably 80 °. It may be configured to receive diffracted / scattered light in the direction of ° to 100 °.

複数の後方センサ19は、それぞれ光源11側から見て試料セル15の後方(光源11側)に配置されている。これにより、各後方センサ19は、側方センサ18よりも後方への回折・散乱光を受光することができる。各後方センサ19は、試料セル15に対して異なる角度で配置されることにより、それぞれ異なる角度で入射する回折・散乱光を受光することができる。この例では、2つの後方センサ19が設けられているが、これに限らず、例えば1つ又は3つ以上の後方センサ19が設けられた構成であってもよい。   The plurality of rear sensors 19 are respectively disposed behind the sample cell 15 (on the light source 11 side) when viewed from the light source 11 side. Thereby, each rear sensor 19 can receive diffracted / scattered light backward from the side sensor 18. The rear sensors 19 are arranged at different angles with respect to the sample cell 15, thereby receiving diffracted / scattered light incident at different angles. In this example, two rear sensors 19 are provided, but the configuration is not limited to this, and for example, one or three or more rear sensors 19 may be provided.

フォトダイオードアレイ17の各前方センサ171、側方センサ18及び各後方センサ19の検出信号は、A/D変換器3によりアナログ信号からデジタル信号に変換された後、通信部4を介してデータ処理装置5に入力されるようになっている。これにより、各センサ171,18,19における受光強度が、各センサ171,18,19の素子番号に対応付けてデータ処理装置5に入力される。   The detection signals of the front sensors 171, the side sensors 18, and the rear sensors 19 of the photodiode array 17 are converted from analog signals to digital signals by the A / D converter 3, and then processed through the communication unit 4. It is input to the device 5. Thereby, the received light intensity in each of the sensors 171, 18, 19 is input to the data processing device 5 in association with the element number of each of the sensors 171, 18, 19.

データ処理装置5は、液体試料の粒子径分布を測定する際のデータを処理するためのものであり、例えばパーソナルコンピュータにより構成される。このデータ処理装置5は、制御部51、操作部52、表示部53及び記憶部54などを備えている。データ処理装置5は、光強度測定部1などと一体的に気泡径分布測定装置を構成していてもよいし、光強度測定部1などとは分離した気泡径分布測定装置として提供されてもよい。   The data processing device 5 is for processing data when measuring the particle size distribution of the liquid sample, and is constituted by a personal computer, for example. The data processing device 5 includes a control unit 51, an operation unit 52, a display unit 53, a storage unit 54, and the like. The data processing device 5 may constitute a bubble diameter distribution measuring device integrally with the light intensity measuring unit 1 or the like, or may be provided as a bubble diameter distribution measuring device separated from the light intensity measuring unit 1 or the like. Good.

制御部51は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含む構成であり、操作部52、表示部53及び記憶部54などの各部が電気的に接続されている。操作部52は、例えばキーボード及びマウスを含む構成であり、作業者が操作部52を操作することにより入力作業などを行うことができるようになっている。   The control unit 51 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and each unit such as an operation unit 52, a display unit 53, and a storage unit 54 is electrically connected. The operation unit 52 is configured to include, for example, a keyboard and a mouse, and an operator can perform an input operation and the like by operating the operation unit 52.

表示部53は、例えば液晶表示器などにより構成することができ、作業者が表示部53の表示内容を確認しながら作業を行うことができるようになっている。記憶部54は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びハードディスクなどにより構成することができる。   The display unit 53 can be configured by, for example, a liquid crystal display, and the operator can perform work while confirming the display content of the display unit 53. The storage unit 54 can be configured by, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a hard disk, and the like.

液体試料の粒子径分布データは、光強度測定部1における液体試料の測定で得られる光強度分布データに基づいて、制御部51が演算を行うことにより生成される。粒子径分布データを生成する際には、下記式(1)の関係を用いることができる。

Figure 0006277973
The particle size distribution data of the liquid sample is generated by the control unit 51 performing calculations based on the light intensity distribution data obtained by measuring the liquid sample in the light intensity measurement unit 1. When generating the particle size distribution data, the relationship of the following formula (1) can be used.
Figure 0006277973

ここで、s、q及びAは、下記式(2)〜(4)で表される。

Figure 0006277973
Here, s, q, and A are represented by the following formulas (2) to (4).
Figure 0006277973

上記sは、光強度分布データ(ベクトル)である。上記sにおける各要素s(i=1,2,・・・,m)は、フォトダイオードアレイ17の各前方センサ171、側方センサ18及び各後方センサ19における検出強度である。 The s is light intensity distribution data (vector). Each element s i (i = 1, 2,..., M) in s is a detection intensity in each front sensor 171, side sensor 18, and each rear sensor 19 of the photodiode array 17.

上記qは、頻度分布%として表現される粒子径分布データ(ベクトル)である。測定対象となる粒子径範囲(最大粒子径がx、最小粒子径がxn+1)をn分割し、それぞれの粒子径区間を[x,xj+1]とすると、上記qにおける各要素q(j=1,2,・・・,n)は、各粒子径区間[x,xj+1]に対応する粒子量である。 The q is particle size distribution data (vector) expressed as a frequency distribution%. When the particle size range to be measured (maximum particle size is x 1 , minimum particle size is x n + 1 ) is divided into n and each particle size interval is [x j , x j + 1 ], each element q j in q above (J = 1, 2,..., N) is the amount of particles corresponding to each particle diameter section [x j , x j + 1 ].

通常は、体積基準が用いられ、下記式(5)を満たすように、すなわち各要素qの合計が100%となるように正規化が行われる。

Figure 0006277973
Usually, a volume standard is used, and normalization is performed so that the following formula (5) is satisfied, that is, the total of each element q j is 100%.
Figure 0006277973

上記Aは、粒子径分布データqを光強度分布データsに変換する係数行列である。上記Aにおける各要素ai,j(i=1,2,・・・,m、j=1,2,・・・,n)は、各粒子径区間[x,xj+1]に属する単位粒子量の粒子群によって回折及び散乱した光のi番目の素子における検出強度である。 A is a coefficient matrix for converting the particle size distribution data q into light intensity distribution data s. Each element a i, j (i = 1, 2,..., M, j = 1, 2,..., N) in A is a unit belonging to each particle diameter section [x j , x j + 1 ]. This is the detected intensity at the i-th element of light diffracted and scattered by a particle group having a particle amount.

上記Aにおける各要素ai,jの値は、屈折率をパラメータの一つとして用いて予め理論的に計算することができる。このとき、気体粒子を構成する気体の屈折率を用いて、各要素ai,jの値を算出しておけばよい。各要素ai,jの値は、フラウンホーファ回折理論又はミー散乱理論を用いて算出される。例えば、粒子径が光源11からのレーザ光の波長に比べて十分に大きい場合(例えば10倍以上)には、フラウンホーファ回折理論を用いて各要素ai,jの値を計算することができる。一方、粒子径が光源11からのレーザ光の波長と同程度、又は、それより小さい場合には、ミー散乱理論を用いて各要素ai,jの値を計算することができる。 The value of each element a i, j in A can be theoretically calculated in advance using the refractive index as one of the parameters. At this time, the value of each element a i, j may be calculated using the refractive index of the gas constituting the gas particle. The value of each element a i, j is calculated using Fraunhofer diffraction theory or Mie scattering theory. For example, when the particle diameter is sufficiently larger than the wavelength of the laser beam from the light source 11 (for example, 10 times or more), the value of each element a i, j can be calculated using Fraunhofer diffraction theory. On the other hand, when the particle diameter is the same as or smaller than the wavelength of the laser beam from the light source 11 , the value of each element a i, j can be calculated using the Mie scattering theory.

このようにして上記Aにおける各要素ai,jの値を求めれば、上記式(1)に基づいて、下記式(6)により粒子径分布データqを求めることができる。ただし、AはAの転置行列である。

Figure 0006277973
Thus, if the value of each element a i, j in A is obtained, the particle size distribution data q can be obtained by the following equation (6) based on the equation (1). Where AT is a transposed matrix of A.
Figure 0006277973

本実施形態では、ファインバブルを含む液体試料が、容器としての試料セル15内に収容され、当該試料セル15内の圧力が圧力調整機構6の動作によって変化する。圧力調整機構6は、例えば試料セル15内に連通するシリンジ61と、当該シリンジ61を駆動するシリンジ駆動部62とを備えている。シリンジ駆動部62は、例えばモータ(図示せず)を含む構成であり、シリンジ61を駆動して試料セル15内を加圧又は減圧することができる。   In the present embodiment, a liquid sample containing fine bubbles is accommodated in a sample cell 15 as a container, and the pressure in the sample cell 15 changes according to the operation of the pressure adjustment mechanism 6. The pressure adjustment mechanism 6 includes, for example, a syringe 61 that communicates with the sample cell 15 and a syringe drive unit 62 that drives the syringe 61. The syringe drive unit 62 includes, for example, a motor (not shown), and can drive the syringe 61 to pressurize or depressurize the sample cell 15.

図2は、気泡径分布測定装置の電気的構成の一例を示したブロック図である。制御部51は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含む構成であり、当該CPUがプログラムを実行することにより、圧力制御部511、第1データ取得部512、第2データ取得部513、気泡径分布算出部514及び表示制御部515などとして機能する。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the bubble diameter distribution measuring apparatus. The control unit 51 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and when the CPU executes a program, the pressure control unit 511, the first data acquisition unit 512, the second data acquisition unit 513, and the bubble diameter distribution. It functions as a calculation unit 514, a display control unit 515, and the like.

圧力制御部511は、シリンジ駆動部62の動作を制御してシリンジ61を駆動させることにより、試料セル15内の圧力を制御する。第1データ取得部512及び第2データ取得部513は、それぞれ光強度測定部1からの入力信号に基づいて粒子径分布データを取得する。第1データ取得部512及び第2データ取得部513により取得された粒子径分布データは、それぞれ記憶部54に記憶される。   The pressure control unit 511 controls the pressure in the sample cell 15 by controlling the operation of the syringe driving unit 62 to drive the syringe 61. The first data acquisition unit 512 and the second data acquisition unit 513 each acquire particle size distribution data based on the input signal from the light intensity measurement unit 1. The particle size distribution data acquired by the first data acquisition unit 512 and the second data acquisition unit 513 are stored in the storage unit 54, respectively.

本実施形態では、第1データ取得部512により粒子径分布データを取得するときと、第2データ取得部513により粒子径分布データを取得するときとで、試料セル15内が異なる圧力となるように、圧力制御部511が試料セル15内の圧力を制御するようになっている。具体的には、第1データ取得部512により粒子径分布データを取得する際には、試料セル15内が大気圧(第1の圧力)とされ、第2データ取得部513により粒子径分布データを取得する際には、試料セル15内が大気圧よりも高い圧力(第2の圧力)とされる。第2の圧力は、例えば第1の圧力の2〜4倍(2〜4気圧)に設定されるが、これに限られるものではない。   In the present embodiment, when the particle size distribution data is acquired by the first data acquisition unit 512 and when the particle size distribution data is acquired by the second data acquisition unit 513, the pressure in the sample cell 15 is different. Further, the pressure control unit 511 controls the pressure in the sample cell 15. Specifically, when the particle size distribution data is acquired by the first data acquisition unit 512, the inside of the sample cell 15 is set to atmospheric pressure (first pressure), and the particle size distribution data is acquired by the second data acquisition unit 513. Is obtained, the inside of the sample cell 15 is set to a pressure higher than the atmospheric pressure (second pressure). The second pressure is set to, for example, 2 to 4 times (2 to 4 atmospheres) the first pressure, but is not limited thereto.

気泡径分布算出部514は、第1データ取得部512で取得された粒子径分布データ、及び、第2データ取得部513で取得された粒子径分布データに基づいて、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を算出する。すなわち、試料セル15内を異なる圧力として、それぞれの圧力における試料セル15内の液体試料の粒子径分布データを取得することにより、それらの粒子径分布データに基づいて液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布が算出されるようになっている。   The bubble diameter distribution calculation unit 514 is a fine bubble included in the liquid sample based on the particle size distribution data acquired by the first data acquisition unit 512 and the particle size distribution data acquired by the second data acquisition unit 513. The bubble diameter distribution is calculated. That is, by obtaining the particle size distribution data of the liquid sample in the sample cell 15 at different pressures in the sample cell 15, the fine bubbles contained in the liquid sample based on the particle size distribution data are obtained. The bubble diameter distribution is calculated.

表示制御部515は、表示部53に対する表示内容を制御する。液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布が気泡径分布算出部514により算出された場合には、表示制御部515が、その気泡径分布をグラフなどで表示部53に表示させる。   The display control unit 515 controls display contents on the display unit 53. When the bubble diameter distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample is calculated by the bubble diameter distribution calculation unit 514, the display control unit 515 causes the display unit 53 to display the bubble diameter distribution on a graph or the like.

図3A〜図3Cは、ファインバブルの気泡径分布を測定する際の態様について説明するための図である。図3Aは、第1データ取得部512により取得された粒子径分布データの一例であり、液体試料に含まれる固体粒子及び液体粒子の各粒子径と粒子量との関係、及び、液体試料に含まれる気体粒子の各気泡径と気泡量との関係が示されている。図3Bは、第2データ取得部513により取得された粒子径分布データの一例であり、液体試料に含まれる固体粒子及び液体粒子の各粒子径と粒子量との関係、及び、液体試料に含まれる気体粒子の各気泡径と気泡量との関係が示されている。図3Cは、気泡径分布算出部514により算出された気泡径分布データの一例であり、液体試料に含まれる気体粒子の各気泡径と気泡量との関係が示されている。なお、図3A〜図3Cにおいて、横軸は粒子径又は気泡径を対数で表している。   FIG. 3A to FIG. 3C are diagrams for explaining an aspect when measuring the bubble size distribution of fine bubbles. FIG. 3A is an example of the particle size distribution data acquired by the first data acquisition unit 512, and the relationship between the particle size and the particle amount of solid particles and liquid particles contained in the liquid sample and the liquid sample includes The relationship between the bubble diameter of each gas particle and the amount of bubbles is shown. FIG. 3B is an example of the particle size distribution data acquired by the second data acquisition unit 513, and includes the relationship between the particle size and the amount of solid particles and liquid particles contained in the liquid sample, and the liquid sample. The relationship between the bubble diameter of each gas particle and the amount of bubbles is shown. FIG. 3C is an example of the bubble diameter distribution data calculated by the bubble diameter distribution calculation unit 514, and shows the relationship between each bubble diameter of the gas particles contained in the liquid sample and the amount of bubbles. 3A to 3C, the horizontal axis represents the particle diameter or the bubble diameter in logarithm.

試料セル15内を第1の圧力とした状態で第1データ取得部512により取得された粒子径分布データが、例えば図3Aに示すようなデータであったとする。液体試料中に、ファインバブルと、固体粒子又は液体粒子とが含まれているとすれば、図3Aに示すように、ファインバブルの粒子径分布(気泡径分布)D1と、固体粒子又は液体粒子の粒子径分布D2とがデータに現れる。   Assume that the particle size distribution data acquired by the first data acquisition unit 512 in a state where the inside of the sample cell 15 is set to the first pressure is, for example, data as shown in FIG. 3A. Assuming that fine bubbles and solid particles or liquid particles are contained in the liquid sample, as shown in FIG. 3A, fine bubble particle size distribution (bubble size distribution) D1, solid particles or liquid particles And a particle size distribution D2 appear in the data.

このような液体試料が収容された試料セル15内を第1の圧力よりも高い第2の圧力とした状態で、第2データ取得部513により粒子径分布データを取得した場合には、例えば図3Bに示すようなデータが得られる。図3A及び図3Bにおけるファインバブルの粒子径分布D1を比較すれば明らかなように、試料セル15内を異なる圧力とすることにより、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径(粒子径)を変化させることができる。   When the particle size distribution data is acquired by the second data acquisition unit 513 with the second pressure higher than the first pressure in the sample cell 15 in which such a liquid sample is stored, for example, FIG. Data as shown in 3B is obtained. As is clear from the comparison of the fine bubble particle size distribution D1 in FIGS. 3A and 3B, the bubble diameter (particle size) of the fine bubbles contained in the liquid sample is changed by setting the inside of the sample cell 15 to a different pressure. Can be made.

すなわち、試料セル15内を加圧するとファインバブルの気泡径が小さくなるため、ファインバブルの粒子径分布D1は、図3Aの場合よりも図3Bの場合の方が気泡径が小さい側にシフトした状態となる。これに対して、図3A及び図3Bにおける固体粒子又は液体粒子の粒子径分布D2を比較すれば明らかなように、液体試料に含まれる固体粒子や液体粒子の粒子径は、圧力に応じてほとんど変化しない。このような特性を用いて粒子径分布D1,D2を比較することにより、図3Cに示すように、ファインバブルの気泡径分布D1のみを特定することができる。   That is, when the inside of the sample cell 15 is pressurized, the bubble diameter of the fine bubbles is reduced, so the fine bubble particle size distribution D1 is shifted to the smaller bubble diameter in the case of FIG. 3B than in the case of FIG. 3A. It becomes a state. On the other hand, as apparent from comparing the particle size distribution D2 of the solid particles or the liquid particles in FIGS. 3A and 3B, the particle size of the solid particles or the liquid particles contained in the liquid sample is almost equal to the pressure. It does not change. By comparing the particle size distributions D1 and D2 using such characteristics, only the bubble size distribution D1 of the fine bubbles can be specified as shown in FIG. 3C.

圧力の変化量とファインバブルの気泡径の変化量との間には一定の関係があるため、圧力の変化量を用いて演算を行うことにより、ファインバブルの気泡径分布を精度よく算出することができる。具体的には、圧力をn倍にすると、ファインバブルの体積がn−1倍となり、気泡径はn−(1/3)倍となる。したがって、第1の圧力から第2の圧力への変化量(例えば圧力差又は圧力比)を用いてファインバブルの気泡径の変化量を特定し、その気泡径の変化量を用いて第1の圧力及び第2の圧力における粒子径分布D1,D2を比較するだけで、ファインバブルの気泡径分布D2を短時間で精度よく測定することができる。 Since there is a fixed relationship between the amount of change in pressure and the amount of change in bubble size of fine bubbles, the bubble size distribution of fine bubbles can be calculated accurately by performing calculations using the amount of change in pressure. Can do. Specifically, when the pressure is increased by n times, the fine bubble volume is increased by n −1 times, and the bubble diameter is increased by n − (1/3) times. Therefore, the amount of change in the bubble diameter of the fine bubble is specified using the amount of change from the first pressure to the second pressure (for example, pressure difference or pressure ratio), and the amount of change in the bubble diameter is used to determine the first amount. By simply comparing the particle size distributions D1 and D2 at the pressure and the second pressure, the bubble size distribution D2 of the fine bubbles can be accurately measured in a short time.

例えば図3A及び図3Bに示すような粒子径分布D1,D2から、図3Cに示すようなファインバブルの気泡径分布D1のみを特定する場合、図3Bの粒子径分布データから図3Aの粒子径分布データを差し引く演算を行う。これにより、固体粒子又は液体粒子の粒子径分布D2は演算により消去され、図3Aの気泡径分布D1と図3Bの気泡径分布D1との差分が得られる。   For example, when only the fine bubble bubble size distribution D1 as shown in FIG. 3C is specified from the particle size distributions D1 and D2 as shown in FIGS. 3A and 3B, the particle size of FIG. 3A is determined from the particle size distribution data of FIG. 3B. Performs calculation to subtract distribution data. Thereby, the particle size distribution D2 of the solid particles or the liquid particles is erased by calculation, and the difference between the bubble size distribution D1 in FIG. 3A and the bubble size distribution D1 in FIG. 3B is obtained.

この場合、図3Aの気泡径分布D1と図3Bの気泡径分布D1とが、一部の気泡径の範囲において互いに重なり合っていなければ、それらの気泡径分布D1が上記演算によって互いに影響し合うことがないため、一方の気泡径分布D1を容易に取り出して測定結果とすることができる。   In this case, if the bubble diameter distribution D1 of FIG. 3A and the bubble diameter distribution D1 of FIG. 3B do not overlap each other in a part of the bubble diameter range, the bubble diameter distribution D1 influences each other by the above calculation. Therefore, one bubble diameter distribution D1 can be easily taken out and used as a measurement result.

一方、図3Aの気泡径分布D1の気泡径の範囲L1に対して、図3Bの気泡径分布D1が一部の気泡径の範囲L2において重なり合っている場合には、それらの気泡径分布D1が上記演算によって互いに影響し合う。そのため、上記差分演算を行った場合には、重なり合っている気泡径の範囲L2において、実際の気泡径分布とは異なる測定結果が得られてしまう。図4は、そのような場合にファインバブルの気泡径分布D2を算出する際の態様について説明するための図である。気泡径分布D1が5個の区間で区切られて測定され、第1の圧力のときの気泡径分布(図3Aに相当)と第2の圧力のときの気泡径分布(図3Bに相当)のシフト量が2区間分であったとする。図3Bのデータから図3Aのデータを引き算するので、図4では、図3Bのデータをグラフの正の側、図3Aのデータをグラフの負の側に記載してある。固体粒子又は液体粒子の粒子径分布D2が差分演算により消去されることは上記と同様である。   On the other hand, when the bubble diameter distribution D1 of FIG. 3B overlaps in the partial bubble diameter range L2 with respect to the bubble diameter range L1 of the bubble diameter distribution D1 of FIG. The above operations affect each other. Therefore, when the above difference calculation is performed, a measurement result different from the actual bubble diameter distribution is obtained in the overlapping bubble diameter range L2. FIG. 4 is a diagram for explaining an aspect when calculating the bubble diameter distribution D2 of the fine bubbles in such a case. The bubble diameter distribution D1 is measured by being divided into five sections. The bubble diameter distribution at the first pressure (corresponding to FIG. 3A) and the bubble diameter distribution at the second pressure (corresponding to FIG. 3B). Assume that the shift amount is for two sections. Since the data of FIG. 3A is subtracted from the data of FIG. 3B, FIG. 4 shows the data of FIG. 3B on the positive side of the graph and the data of FIG. 3A on the negative side of the graph. The fact that the particle size distribution D2 of the solid particles or liquid particles is erased by the difference calculation is the same as described above.

図4の例では、図3Bの気泡径分布D1(x,x,x,x,x)から差し引かれる図3Aの気泡径分布D1(−x,−x,−x,−x,−x)が部分的に重なり合っている。そのため、気泡径a,aにおける気泡量x,xは実際の値に等しいが、気泡径a,a,a,a,aにおける気泡量は実際の値と異なっている。この場合、気泡径a,a,a,a,aにおける気泡量は、上述した差分演算によって下記の通り算出される。
気泡径aにおいて算出される気泡量=x−x
気泡径aにおいて算出される気泡量=x−x
気泡径aにおいて算出される気泡量=x−x
気泡径aにおいて算出される気泡量=−x
気泡径aにおいて算出される気泡量=−x
In the example of FIG. 4, the bubble diameter distribution D1 (−x 1 , −x 2 , −x) of FIG. 3A subtracted from the bubble diameter distribution D1 (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 ) of FIG. 3B. 3 , −x 4 , −x 5 ) partially overlap. Therefore, the bubble amounts x 1 and x 2 at the bubble diameters a 1 and a 2 are equal to the actual values, but the bubble amounts at the bubble diameters a 3 , a 4 , a 5 , a 6 and a 7 are different from the actual values. ing. In this case, the bubble amounts at the bubble diameters a 3 , a 4 , a 5 , a 6 , and a 7 are calculated as follows by the above-described difference calculation.
The amount of bubbles is calculated in cell diameter a 3 = x 3 -x 1
The amount of bubbles is calculated in cell diameter a 4 = x 4 -x 2
The amount of bubbles is calculated in cell diameter a 5 = x 5 -x 3
The amount of bubbles is calculated in cell diameter a 6 = -x 4
The amount of bubbles is calculated in cell diameter a 7 = -x 5

上記演算により算出される気泡径a,a,a,a,aにおける気泡量を実際の値に補正するために、気泡径分布算出部514では、以下のような演算が行われる。
気泡径aにおける実際の気泡量=(x−x)+x=x
気泡径aにおける実際の気泡量=(x−x)+x=x
気泡径aにおける実際の気泡量=(x−x)+x=x
気泡径aにおける実際の気泡量=(−x)+x=0
気泡径aにおける実際の気泡量=(−x)+x=0
In order to correct the bubble amount in the bubble diameters a 3 , a 4 , a 5 , a 6 , and a 7 calculated by the above calculation to an actual value, the bubble diameter distribution calculation unit 514 performs the following calculation. Is called.
The actual amount of bubbles in the bubble size a 3 = (x 3 -x 1 ) + x 1 = x 3
The actual amount of bubbles in the bubble size a 4 = (x 4 -x 2 ) + x 2 = x 4
The actual amount of bubbles in the bubble size a 5 = (x 5 -x 3 ) + x 3 = x 5
The actual amount of bubbles in the bubble size a 6 = (- x 4) + x 4 = 0
The actual amount of bubbles in the bubble diameter a 7 = (- x 5) + x 5 = 0

すなわち、気泡径a,aにおける実際の気泡量x,xを用いて、気泡径a,aにおける実際の気泡量x,xを順次求め、それらの気泡量x,xを用いて、次の気泡径a,a,aにおける実際の気泡量を順次求めることができる。このように、第1の圧力(図3A参照)から第2の圧力(図3B参照)への変化量(圧力差又は圧力比)が分かっていれば、その変化量から気泡径の変化量が分かり、図3Aから図3Bへの気泡径のシフト量が分かるため、上記のような演算によりファインバブルの気泡径分布を精度よく算出することができる。 That is, using the actual amount of bubbles x 1, x 2 in the cell diameter a 1, a 2, sequentially obtains the actual bubble quantity x 3, x 4 in cell diameter a 3, a 4, their amount of bubbles x 3 , with x 4, it is possible to determine the actual amount of bubbles in the next cell diameter a 5, a 6, a 7 sequentially. Thus, if the amount of change (pressure difference or pressure ratio) from the first pressure (see FIG. 3A) to the second pressure (see FIG. 3B) is known, the amount of change in the bubble diameter can be calculated from the amount of change. As can be seen, since the shift amount of the bubble diameter from FIG. 3A to FIG. 3B is known, the bubble diameter distribution of the fine bubbles can be accurately calculated by the above calculation.

これにより、洗浄、殺菌又は生体活性化などのファインバブルに期待される効果と、ファインバブルの気泡径分布との関係を定量的に評価することができる。また、目的や対象に最もふさわしいファインバブルの気泡径分布を特定し、ファインバブルに関する認証制度の確立などに寄与することも可能となる。   Thereby, the relationship between the effect expected for fine bubbles such as washing, sterilization or bioactivation and the bubble size distribution of the fine bubbles can be quantitatively evaluated. In addition, it is possible to specify the bubble size distribution of the fine bubble most suitable for the purpose and target, and to contribute to the establishment of an authentication system related to the fine bubble.

ただし、図4に示すように、図3Bの気泡径分布D1の気泡径の範囲L1に対して、図3Aの気泡径分布D1が一部の気泡径の範囲L2において重なり合っている場合に、上記のような演算によりファインバブルの気泡径分布を算出するような構成に限らず、例えば図3Aの気泡径分布D1と図3Bの気泡径分布D1とが重なり合わないように圧力をフィードバック制御するような構成などであってもよい。   However, as shown in FIG. 4, when the bubble diameter distribution D1 of FIG. 3A overlaps with the bubble diameter range L1 of the bubble diameter distribution D1 of FIG. For example, the pressure is feedback-controlled so that the bubble diameter distribution D1 in FIG. 3A and the bubble diameter distribution D1 in FIG. 3B do not overlap with each other. It may be a simple configuration.

図5は、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定する際の流れを示したフローチャートである。気泡径分布を測定する際には、まず、ファインバブルを含む液体試料が試料セル15内に収容される(ステップS101:収容ステップ)。このとき、試料セル15内は大気圧(第1の圧力)であり、そのままの状態で粒子径分布データが取得される(ステップS102:第1データ取得ステップ)。これにより、図3Aに例示されるような粒子径分布データが得られる。   FIG. 5 is a flowchart showing the flow when measuring the bubble size distribution of fine bubbles contained in a liquid sample. When measuring the bubble size distribution, first, a liquid sample containing fine bubbles is stored in the sample cell 15 (step S101: storage step). At this time, the inside of the sample cell 15 is atmospheric pressure (first pressure), and the particle size distribution data is acquired as it is (step S102: first data acquisition step). Thereby, particle size distribution data as illustrated in FIG. 3A is obtained.

その後、シリンジ61を用いて試料セル15内が加圧され(ステップS103:加圧ステップ)、加圧状態(第2の圧力)で粒子径分布データが取得される(ステップS104:第2データ取得ステップ)。これにより、図3Bに例示されるような粒子径分布データが得られる。そして、上記のようにして得られた各粒子径分布データに基づいて気泡径分布算出部514による演算が行われ、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布が算出される(ステップS105:気泡径分布算出ステップ)。   Thereafter, the inside of the sample cell 15 is pressurized using the syringe 61 (step S103: pressurization step), and particle size distribution data is acquired in a pressurized state (second pressure) (step S104: second data acquisition). Step). Thereby, particle size distribution data as illustrated in FIG. 3B is obtained. Based on each particle size distribution data obtained as described above, calculation is performed by the bubble size distribution calculation unit 514 to calculate the bubble size distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample (step S105: bubbles). Diameter distribution calculation step).

ただし、上記実施形態のように、異なる圧力で取得された粒子径分布データに基づいて気泡径分布を測定するような構成に限らず、粒子径分布に関する他のデータに基づいて気泡径分布を測定するような構成であってもよい。すなわち、最終的に算出される粒子径分布データに基づいてファインバブルの気泡径分布を測定することができるだけでなく、光強度分布データなどの粒子径分布データを算出するまでに用いられるデータに基づいて、ファインバブルの気泡径分布を測定することも可能である。なお、粒子径分布データを算出するためのデータは、光強度分布データに限らず、光強度分布データから算出される他のデータなどであってもよい。   However, as in the above embodiment, the bubble size distribution is measured based on other data related to the particle size distribution, not limited to the configuration in which the bubble size distribution is measured based on the particle size distribution data acquired at different pressures. Such a configuration may be adopted. That is, not only can the bubble size distribution of fine bubbles be measured based on the finally calculated particle size distribution data, but also based on data used to calculate the particle size distribution data such as light intensity distribution data. It is also possible to measure the bubble size distribution of fine bubbles. The data for calculating the particle size distribution data is not limited to the light intensity distribution data but may be other data calculated from the light intensity distribution data.

圧力調整機構6は、シリンジ61を備えた構成に限らず、例えばポンプなどの他の機構を用いて試料セル15内の圧力を調整することができるような構成であってもよい。また、試料セル15内を異なる圧力とした状態で、それぞれの圧力における試料セル15内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得するような構成であれば、第1の圧力が大気圧、第2の圧力が大気圧よりも高い圧力となるような構成に限られるものではない。   The pressure adjustment mechanism 6 is not limited to the configuration provided with the syringe 61, and may be configured such that the pressure in the sample cell 15 can be adjusted using another mechanism such as a pump. Further, if the configuration is such that data relating to the particle size distribution of the liquid sample in the sample cell 15 at each pressure is obtained with the inside of the sample cell 15 at different pressures, the first pressure is atmospheric pressure, The configuration is not limited to a configuration in which the pressure of 2 is higher than the atmospheric pressure.

例えば、第1の圧力は大気圧に限らず、大気圧よりも低い圧力であってもよいし、大気圧よりも高い圧力であってもよい。また、第2の圧力は、第1の圧力よりも高い圧力に限らず、第1の圧力よりも低い圧力であってもよい。この場合、圧力調整機構6により試料セル15内の圧力を減圧させるような構成であってもよい。   For example, the first pressure is not limited to atmospheric pressure, and may be lower than atmospheric pressure or higher than atmospheric pressure. Further, the second pressure is not limited to a pressure higher than the first pressure, and may be a pressure lower than the first pressure. In this case, the pressure adjustment mechanism 6 may be configured to reduce the pressure in the sample cell 15.

ファインバブルを含む液体試料が収容される容器は、回分セルからなる試料セル15に限らず、例えばフローセルからなる試料セル15などであってもよい。この場合、フローセル内に高圧で液体試料を導入すれば、フローセル内を加圧することができる。また、試料セル15に限らず、他の容器に液体試料を収容し、当該容器内の液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を測定することができるような構成であってもよい。   The container in which the liquid sample containing fine bubbles is stored is not limited to the sample cell 15 made of a batch cell, but may be a sample cell 15 made of a flow cell, for example. In this case, if the liquid sample is introduced into the flow cell at a high pressure, the inside of the flow cell can be pressurized. Further, the configuration is not limited to the sample cell 15 and may be configured such that the liquid sample is accommodated in another container and the bubble diameter distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample in the container can be measured.

以上の実施形態では、気泡径分布測定装置がレーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置である場合について説明した。しかし、本発明は、レーザ回折・散乱法以外の方法で粒子径分布を測定するような構成にも適用可能である。上記レーザ回折・散乱法以外の方法としては、例えば動的光散乱法、電気的検知帯法などを例示することができる。   In the above embodiment, the case where the bubble diameter distribution measuring device is a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device has been described. However, the present invention can also be applied to a configuration in which the particle size distribution is measured by a method other than the laser diffraction / scattering method. Examples of methods other than the laser diffraction / scattering method include a dynamic light scattering method and an electrical detection band method.

1 光強度測定部
3 A/D変換器
4 通信部
5 データ処理装置
6 圧力調整機構
11 光源
12 集光レンズ
13 空間フィルタ
14 コリメータレンズ
15 試料セル
16 集光レンズ
17 フォトダイオードアレイ
18 側方センサ
19 後方センサ
51 制御部
52 操作部
53 表示部
54 記憶部
61 シリンジ
62 シリンジ駆動部
171 前方センサ
511 圧力制御部
512 第1データ取得部
513 第2データ取得部
514 気泡径分布算出部
515 表示制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light intensity measurement part 3 A / D converter 4 Communication part 5 Data processing apparatus 6 Pressure adjustment mechanism 11 Light source 12 Condensing lens 13 Spatial filter 14 Collimator lens 15 Sample cell 16 Condensing lens 17 Photodiode array 18 Side sensor 19 Rear sensor 51 Control unit 52 Operation unit 53 Display unit 54 Storage unit 61 Syringe 62 Syringe drive unit 171 Front sensor 511 Pressure control unit 512 First data acquisition unit 513 Second data acquisition unit 514 Bubble diameter distribution calculation unit 515 Display control unit

Claims (6)

ファインバブルを含む液体試料を容器内に収容する収容ステップと、
前記容器内を第1の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する第1データ取得ステップと、
前記容器内を前記第1の圧力とは異なる第2の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する第2データ取得ステップと、
前記第1データ取得ステップで取得されたデータ、及び、前記第2データ取得ステップで取得されたデータに基づいて、前記第1の圧力と前記第2の圧力との変化量を用いて演算を行うことにより、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を算出する気泡径分布算出ステップとを含むことを特徴とする気泡径分布測定方法。
An accommodating step for accommodating a liquid sample containing fine bubbles in a container;
A first data acquisition step of acquiring data relating to a particle size distribution of a liquid sample in the container in a state where the inside of the container is at a first pressure;
A second data acquisition step of acquiring data relating to a particle size distribution of a liquid sample in the container in a state where the inside of the container is set to a second pressure different from the first pressure;
Based on the data acquired in the first data acquisition step and the data acquired in the second data acquisition step, calculation is performed using the amount of change between the first pressure and the second pressure. And a bubble diameter distribution calculating step of calculating a bubble diameter distribution of fine bubbles contained in the liquid sample.
前記粒子径分布に関するデータは、粒子径分布データ、又は、粒子径分布データを算出するためのデータであることを特徴とする請求項1に記載の気泡径分布測定方法。   The method for measuring a bubble size distribution according to claim 1, wherein the data related to the particle size distribution is particle size distribution data or data for calculating the particle size distribution data. 前記変化量は、力差又は圧力比であることを特徴とする請求項1又は2に記載の気泡径分布測定方法。 The amount of change, the bubble size distribution measuring method according to claim 1 or 2, characterized in that a pressure difference or pressure ratio. ファインバブルを含む液体試料を収容する容器と、
前記容器内の圧力を制御する圧力制御部と、
前記容器内を第1の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する第1データ取得部と、
前記容器内を前記第1の圧力とは異なる第2の圧力とした状態で、前記容器内の液体試料の粒子径分布に関するデータを取得する第2データ取得部と、
前記第1データ取得部で取得されたデータ、及び、前記第2データ取得部で取得されたデータに基づいて、前記第1の圧力と前記第2の圧力との変化量を用いて演算を行うことにより、液体試料に含まれるファインバブルの気泡径分布を算出する気泡径分布算出部とを備えたことを特徴とする気泡径分布測定装置。
A container for storing a liquid sample containing fine bubbles;
A pressure controller for controlling the pressure in the container;
A first data acquisition unit for acquiring data relating to a particle size distribution of a liquid sample in the container in a state where the inside of the container is at a first pressure;
A second data acquisition unit for acquiring data relating to the particle size distribution of the liquid sample in the container in a state where the inside of the container is set to a second pressure different from the first pressure;
Based on the data acquired by the first data acquisition unit and the data acquired by the second data acquisition unit, calculation is performed using the amount of change between the first pressure and the second pressure. it makes bubble size distribution measuring apparatus characterized by comprising a cell diameter distribution calculating unit for calculating a bubble diameter distribution of the fine bubbles contained in the liquid sample.
前記粒子径分布に関するデータは、粒子径分布データ、又は、粒子径分布データを算出するためのデータであることを特徴とする請求項4に記載の気泡径分布測定装置。   The bubble diameter distribution measuring apparatus according to claim 4, wherein the data relating to the particle diameter distribution is particle diameter distribution data or data for calculating the particle diameter distribution data. 前記変化量は、力差又は圧力比であることを特徴とする請求項4又は5に記載の気泡径分布測定装置。 The amount of change, the bubble size distribution measuring apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that a pressure difference or pressure ratio.
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