JP6277973B2 - 気泡径分布測定方法及び気泡径分布測定装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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）。

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。

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）。

特開２００７−２６３８７６号公報 特開昭６３−１３９２３１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ここで、ｓ、ｑ及びＡは、下記式（２）〜（４）で表される。

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（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。

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_１、最小粒子径がｘ_ｎ＋１）をｎ分割し、それぞれの粒子径区間を［ｘ_ｊ，ｘ_ｊ＋１］とすると、上記ｑにおける各要素ｑ_ｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ）は、各粒子径区間［ｘ_ｊ，ｘ_ｊ＋１］に対応する粒子量である。

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_ｊの合計が１００％となるように正規化が行われる。

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ａ_ｉ，ｊ（ｉ＝１，２，・・・，ｍ、ｊ＝１，２，・・・，ｎ）は、各粒子径区間［ｘ_ｊ，ｘ_ｊ＋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。

上記Ａにおける各要素ａ_ｉ，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ａ_ｉ，ｊの値を算出しておけばよい。各要素ａ_ｉ，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ａ_ｉ，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ａ_ｉ，ｊの値を計算することができる。

このようにして上記Ａにおける各要素ａ_ｉ，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^ＴはＡの転置行列である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図４の例では、図３Ｂの気泡径分布Ｄ１（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４，ｘ_５）から差し引かれる図３Ａの気泡径分布Ｄ１（−ｘ_１，−ｘ_２，−ｘ_３，−ｘ_４，−ｘ_５）が部分的に重なり合っている。そのため、気泡径ａ_１，ａ_２における気泡量ｘ_１，ｘ_２は実際の値に等しいが、気泡径ａ_３，ａ_４，ａ_５，ａ_６，ａ_７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_３，ａ_４，ａ_５，ａ_６，ａ_７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_３において算出される気泡量＝ｘ_３−ｘ_１
気泡径ａ_４において算出される気泡量＝ｘ_４−ｘ_２
気泡径ａ_５において算出される気泡量＝ｘ_５−ｘ_３
気泡径ａ_６において算出される気泡量＝−ｘ_４
気泡径ａ_７において算出される気泡量＝−ｘ_５

上記演算により算出される気泡径ａ_３，ａ_４，ａ_５，ａ_６，ａ_７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_３における実際の気泡量＝（ｘ_３−ｘ_１）＋ｘ_１＝ｘ_３
気泡径ａ_４における実際の気泡量＝（ｘ_４−ｘ_２）＋ｘ_２＝ｘ_４
気泡径ａ_５における実際の気泡量＝（ｘ_５−ｘ_３）＋ｘ_３＝ｘ_５
気泡径ａ_６における実際の気泡量＝（−ｘ_４）＋ｘ_４＝０
気泡径ａ_７における実際の気泡量＝（−ｘ_５）＋ｘ_５＝０

すなわち、気泡径ａ_１，ａ_２における実際の気泡量ｘ_１，ｘ_２を用いて、気泡径ａ_３，ａ_４における実際の気泡量ｘ_３，ｘ_４を順次求め、それらの気泡量ｘ_３，ｘ_４を用いて、次の気泡径ａ_５，ａ_６，ａ_７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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 前記変化量は、圧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。
4. 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。
5. 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。
6. 前記変化量は、圧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。

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