JP2006519373A - 気泡評価 - Google Patents

Abstract

液体から発生する気泡の評価方法及び評価装置を記載する。既存の方法は遅く、労働集約的である。新規の方法は、液体から気泡を発生させること、発生した気泡に関するパラメータによって測定することができる情報を光学的に得ることを含む。液体の単一のサンプルを処理することができるが、本方法は高速で気泡に関するデータを得るための複数のサンプルを処理するのに特に適している。評価装置は自動取扱装置を含み、この自動取扱装置はワークステーション間でサンプルを移動させることができかつ気泡に関する情報を得るために用いられる組み合わされた光学装置に対してサンプルを移動させることができる。

Description

本発明は、気泡の測定及び評価に関する。

液体からの気泡の発生は有意な注目を引く現象である。たとえば、シャンプー及び他の洗浄配合物などのパーソナルケア製品から使用者が知覚するときの良好な品質の気泡の発生は、かかる製品に商業的な価値を有意に高めるであろう。ビール、コーラドリンク、カプチーノコーヒーなどの飲料品は、別の消費者指向分野であり、気泡、おそらくは一時的な気泡が品質の知覚にとって重要である。潤滑剤やエンジニアリング流体などの他の分野では、気泡はかかる流体の機能に有害であることがある。また、いくつかの用途では、かかる流体中に気泡を発生させることが有利であることがある。

いくつかの用途では、高、中又は低気泡発生液体として分類することによって、気泡を発生する液体を区別することが十分であることがある。このような評価はＡＳＴＭ Ｄ８９２−９５を用いることによって潤滑剤について行うことができ、この方法は予め決められた間隔及び温度で気泡の高さを測定する。気泡間で良好な区別を提供することができるが、この方法は労働集約的で、比較的に遅くそして実施にコストがかかる。

ベース液体中の界面活性剤の効果も、ＡＳＴＭ Ｄ１１７３−５３（１９９７年に再承認）を用いて評価されうる。しかしながら、ここでも、この方法は労働集約的で、比較的に遅くそして実施にコストがかかる。

気泡の品質は、気泡を形成しているバブルのサイズ及び密度によって少なくとも部分的に決定されうる。より小さく、より密度の高い、すなわち、より多くの数のバブルは気泡がより高い安定性、すなわち、持続性を有し、シャンプーなどにおいて、良好な感触及び同様の消費者指向特性を有することを意味する傾向がある。逆に、大きく、より密度の低いバブルはより一時的な傾向があり、ここでも、消費者指向製品の分野において、製品の商業的な価値の一部を構成することがある。

パーソナルケアの分野において、専門家パネルはこのような評価を客観的に行う。このようなパネルは、気泡を発生させ、気泡「ホワイトネス」（バブルサイズの評価）、バブルサイズ分布、大気泡優勢などのパラメータの評価を行うように訓練された人々からなる。明らかに、このような方法は労働集約的で、遅くコストがかかり、一貫した結果を必ずしも提供しない。

しかしながら、界面活性剤などの気泡発生性材料又はシリコーンをベースとする材料などの気泡抑制性材料を一貫した基準で含むか否かに係らず、配合物の気泡形成能力を評価するのに重大な問題がある。

より良好で、よりコスト効率のある配合物を製造するようにという商業上の圧力のために、高スループットスクリーニング（HTS）は医薬品及びバイオテクノロジー用途を起源として日用品にまで開発されてきており、多数の材料をスクリーニングして、新たな製品が同定できそして形成できるデータバンクを発生することができる。明らかに、上記の方法はHTS技術を用いる多数の配合物を比較的に高速スクリーニングするのに適していない。

気泡のより定量的な分析を与えるために幾つかの試みがなされてきた：A Fain ら、”Stability and Texture of Protein Foams :A study by Video Image Analysis” Food Hydrocolloids 11(1)63-69(1997); H H Fioriら、”Computerised Image Analysis of Bubbles in Gastric Aspirate for Prediction of Respiratory Distress Syndrome Acta Paediatr. 90, 1402-1404(2001); R Sanchez-Vioqueら、”Foaming Properties of Acylated Rapessed Hydrolysates” J. Colloid Interface Sci. 244, 386-393 (2001)及びN J Hepworth, J Varley & A Hind ”Characterising Gas Bubble Dispersion in Beer”, Inst. Chem. Engineers Trans. IchemE 79, 13-2-(March 2001)。しかしながら、これらの文献に記載された技術も多数の配合物の比較的に高速なスクリーニングを行なうことができない。

本発明の目的は複数のサンプルにわたって一貫しておりかつ合理的に速い気泡の評価方法を提供することである。

本発明の別の目的は複数のサンプルにわたって一貫しておりかつ合理的に速い気泡の評価方法であって、気泡を評価するのに高速スループットスクリーンとして適合されうる、気泡の評価方法を提供することである。

本発明の第一の態様によると、液体からの気泡発生の評価方法は
ａ）測定された量の液体をチューブに導入すること、
ｂ）予め決められた期間の後に、前記液体中に予め決められた流速のガス流を発生させ、チューブ中の液体から気泡を発生させること、
ｃ）チューブ中の気泡に関するデータを発生することができるオプトエレクトロニクス装置を用いてチューブ中に発生した気泡に関するデータを得ること、
ｄ）前記データを用いて前記液体の気泡形成能力を評価すること、
を含む。

本発明の第一の態様による方法の１つの形態では、オプトエレクトロニクス装置からのデータが予め決められた期間が経過する前に気泡の上部の存在が生じていることを示さなければ、予め決められた期間、ガスを液体に通す。これにより、予め決められたガス流期間よりも短い期間に気泡の上部が生じていることを検知するか否かを基準として試験下の液体に単純な高気泡形成性／非高気泡形成性評価を行なうことができる。もし、予め決められた期間よりも短い期間で液体が十分な気泡を発生することをオプトエレクトロニクス装置によって検知されるならば、気泡検知に要した時間を基にして液体の気泡形成能力のある程度の差別化が可能であろう。

本発明の第一の態様による方法の別の形態では、発生する気泡の高さを検知することで、液体の気泡形成能力の定量評価が可能である。この方法の形態では、予め決められた期間が経過する前に気泡の上部の存在が生じていることをオプトエレクトロニクス装置からのデータが示していないならば、予め決められた期間、ガスを液体中に通す。もし、オプトエレクトロニクス装置からのデータが予め決められた期間の経過前に気泡の上部の存在が生じていることを示すならば、この気泡は高気泡形成能力を有するものと分類される。もし、データが装置により生じていないならば、すなわち、上記期間の経過前に気泡の上部が検知されないならば、上記期間の経過時にガス流を止め、そして、チューブとオプトエレクトロニクス装置とを互いに対して相対移動させることで、上記期間に発生した気泡の高さを測定することができる。好ましくは、オプトエレクトロニクス装置はチューブに対して移動される。好ましくは、オプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面の位置に関するデータを発生することができ、それらの位置の差異が上記の期間に液体から発生した気泡の高さである。

このように、液体は、高気泡形成能力を有するか否か、又は、定量的に、測定される気泡の高さによって高気泡形成能力に及ばない、たとえば、中又は低気泡形成能力を有するか否かについて評価されることができる。

このように、本発明の第一の態様による方法は液体が気泡を発生させる能力の高速かつ単純な評価を行なうことができ、また、その能力について、多数のかかる液体をスクリーニングすることができる。

明らかに、上記のとおり、液体が気泡を発生する能力を評価することだけでなく、生じる気泡の品質についても評価することは有利であろう。このことは、類似の気泡発生能力を有する複数の液体の間での差異を探求しているときには特に重要であろう。

本発明の第二の態様によると、液体から発生した気泡の品質の評価方法は
ａ）測定された量の液体をチューブ中に導入すること、
ｂ）第一の予め決められた期間後に、予め決められた流速のガスを液体中に生じさせ、チューブ中で液体から気泡を発生させること、
ｃ）第二の予め決められた期間後に、ガス流を止め、そしてチューブ中に発生した気泡の高さを測定すること、
ｄ）工程ｃ）により生じた高さのデータに応答して、チューブとオプトエレクトロニクス装置とを互いに対して相対移動させることで、チューブの外側の位置にオプトエレクトロニクス装置を配置すること、この装置は気泡の画像を撮ることができる、
ｅ）気泡の画像を撮ること、及び、
ｆ）撮られた画像を分析して気泡品質に関連するパラメータを得ること、
を含む。

好ましくは、チューブ中に発生する気泡の高さは、チューブ中の気泡に関するデータを生じることができる第二のオプトエレクトロニクス装置を用いて決定される。本発明の第二の態様による方法の１つの形態では、チューブと第二のオプトエレクトロニクス装置とを互いに対して相対移動することで、上記の期間に発生した気泡の高さを測定することができる。好ましくは、チューブは第二のオプトエレクトロニクス装置に対して移動される。好ましくは、第二のオプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面の位置に関するデータを発生し、それらの位置の差異が上記の期間に液体から発生した気泡の高さである。

本発明の第二の態様による方法の好ましい形態では、第二のオプトエレクトロニクス装置はチューブ位置に対して固定されており、全体の気泡ヘッドの画像を撮り、その画像は分析されて気泡の高さの測定値を提供する。

第一のオプトエレクトロニクス装置は、チューブと第一のオプトエレクトにクス装置とを互いに対して相対移動させることで、チューブの外側の位置に配置される。本発明の第二の態様による方法の１つの形態では、第一のオプトエレクトロニクス装置とチューブとの互いに対する相対移動はチューブに対して第一のオプトエレクトロニクス装置を移動させることで行なわれる。

第一のオプトエレクトロニクス装置が配置される、チューブの外側の位置は注目される気泡の体積に対してどこであってもよいが、便利な位置は、気泡が測定される高さのほぼ半分の位置である。多くの液体では、このような位置は、バブルが非常に均一である傾向がある液体／気泡界面から離れており、かつ、気泡が老化しそして劣化している気泡／空気界面から離れている。

本発明の第二の態様による方法の好ましい形態では、第一のオプトエレクトロニクス装置とチューブとを互いに相対移動させることは、第一のオプトエレクトロニクス装置に対してチューブを移動させることにより行なえる。

第一のオプトエレクトロニクス装置により撮られる画像を、適切なソフトウエア、たとえば、Carl Zeiss Vision GmbH, Hallbergmoos, Germanyから入手可能なKS300 Image Analysis Systemによって分析する。ソフトウエアは画像を分析して注目の情報を得るように構成されている。

このように、本発明の第三の態様によると、液体から発生する気泡の画像の分析方法は、気泡のデジタル白黒画像（画像１）を以下の操作に付すことを含む。
ａ）画像１をウォータシェッドセグメンテーション処理に付して、エレクトロニックフレームに関連するグラフィックプレーンに画像（画像２）を生じさせること、画像２は気泡のバブル壁のラインを示す、
ｂ）前記フレームの画像プレーンから画像１を消し、フレームの画像プレーンとグラフィックプレーンを合体させて、バブル壁を示すラインとコントラスト背景からなるバイナリー画像（画像３）を形成し、そしてグラフィックプレーンから画像２を消すこと、及び、
ｃ）画像中のバブルの寸法を測定すること、

バイナリー画像３において、ラインは白又は黒であることができ、そしてコントラスト背景はそれぞれ黒又は白であることできることは理解されるであろう。しかしながら、好ましい態様において、工程ｂ）において、画像３中、ラインは白であり、背景であるバブルボイドは黒である。好ましくは、工程ｃ）の前に、画像３を反転させて、バブル壁が黒で、バブルが白である画像４を形成させ、画像４を工程ｃ）で使用する画像とする。

画像１は白黒画像として得られるか、又は、カラー画像として得られ、それが白黒画像へと処理されることができる。デジタル画像の少なくとも１つの情報チャンネル（赤、緑又は青）を選択し、それからエレクトロニックフレームに白黒画像１を形成することで、カラー画像を処理することができる。

本発明の第三の態様による方法は、処理される画像の品質を改良するための補助的な工程を含んでよい。たとえば、気泡の画像を撮る間に使用される照明が画像を横切るシェードを生じさせるならば、画像１をスムージング操作に付して、たとえば、ローパスフィルターを用いて、滑らかにされた画像（画像１ａ）を形成し、次いで、画像１ａを用いてシェード補正処理を行い、シェード差を補正した画像（画像１ｂ）を形成させる。その後、画像１ｂを、上述の段落の工程ｂ）において、ウォータシェドセグメンテーション処理に付す。

他の操作はバブルの境界をきれいにし、そしてバブル間の間隔、すなわち、バブル壁の差別化を改良するためのエロード及びオープン操作を含む。また、画像の前のより大きなバブルを通して見えるバブルの画像により生じる誤りを低減し又は排除することもできる。このことは、この場合が当てはまることがあるような画像１又は画像１ｂをアダプティブセグメンテーション処理に付し、バイナリー画像（画像５）を形成すること（アダプティブセグメンテーションは画像中、全体でなく局所的に行なわれる）により行なわれる。この工程の目的は、特に、画像中、大きなバブルの後ろにあるバブルにより生じる特徴を最小化することができるように、大きなバブルのみのバイナリー画像を生じさせることである。このことは、アダプティブセグメンテーション処理を行なう前に、アダプティブセグメンテーション処理のためのサイズパラメータ及びスレスホールドパラメータ（大きいバブルはより軽い傾向がある）を設定することにより行なわれる。画像５は大きなバブルのみからなる（又はその主要部分を占める）画像を本質的に含む。その画像を、その後、黒領域内の小さい白い特徴を除去するスクラップ操作に付し、そして 白色物体において孔を埋めてより完全なものとするフィル操作に付される。

得られるデータの品質をさらに改良するために、白色ラインと黒いブロブを示すように画像４を反転してもよい。これらの白色ラインのいくつかは表面より下のバブルからのものであるから誤りである。その後、反転された画像４及び画像６にブーリーン「サブトラクト」操作を付し、改良された画像４を生じさせ、その上に、反転操作、及び、場合により、他の操作、たとえば、シン（thin）, プルーン(prune)、ディレート(dilate)及びオープン(open)操作に続いて、測定を行なう。ブーリーン操作により、画像６の白色ブロブが表面下のバブルの結果としての画像４のラインの一部を打ち消す。

本発明の第四の態様によると、チューブ中の液体から発生する気泡の高さの決定方法は、チューブ中の気泡のデジタル白黒画像に以下の電子操作を付すことを含む、
ａ）デジタル画像（画像１）をエレクトロニックフレーム（画像２）にコピーし、その後、このフレームから画像２を消して、元のデジタル画像１と同一のピクセル寸法を有する新たなブランクフレームを形成すること、
ｂ）エレクトロニックフレームに関連するグラフィックプレーン中に長方形を形成し、画像２の画像プレーンとグラフィックプレーンを合体させ、そして上記長方形が白又は黒であり、かつ残部が黒又は白であることを特定し、それにより、長方形のバイナリー画像（画像３）をコントラスト背景上に形成すること、この長方形は測定されている気泡に期待される長さよりも長くかつチューブの内部寸法の幅より狭い寸法を有する、
ｃ）元のデジタル画像１をセグメント処理に付し、バイナリー画像（画像４）を形成させること、
ｄ）画像３と、但し、必要ならば反転操作の後の画像３と、画像４とをブーリーン「アンド」処理に付し、気泡の高さを示す画像（画像５）を形成すること、及び、
ｅ）画像５を測定して気泡の高さを決定すること。

好ましくは、工程ｂ）において、長方形は白でありそして残りは黒である。

本発明の方法において、気泡を発生させるために液体を通してガスを発生させるためには、ガスディフューザー手段を使用することが好ましい。一貫した結果を得るためには、液体を通してガスを通す前に、予め決められた期間（上記の方法の工程ｂ）で同定されるとおり）、試験下の液体にガスディフューザー手段をさらすことによってガスディフューザー手段を「条件調節する」ことが必要である。多くの場合、上記方法の工程ｂ）において、予め決められた期間、試験下の液体にディフューザー手段をさらすことは、ディフューザー手段を条件調節するために十分である。

しかしながら、幾つかのタイプの液体では、特に、ある時間にわたってディフューザー手段を放置して乾燥させた後に、一貫した結果が得られるまで同一の液体で何回か上記の方法の工程を繰り返すことが必要な場合がある。このようにしてディフューザー手段を条件調節するために方法の繰り返しが必要であることが決定された場合に、条件調節は試験下の液体と同様の液体を用いて行なわれることができる。一旦、条件調節が行なわれると、試験の間にディフューザー手段をクリーニングすることのみが必要である。このように、一旦、ディフューザー手段が条件調節されると、方法の繰り返しによってベースを再調節する必要がなく、複数の試験を行なうことができ、上記方法の工程ｂ）により行なわれる試験下の液体によるディフューザー手段の条件調節は一貫した結果を得るために十分である。

ガス流速及び予め決められた期間は試験下の特定のタイプの液体から生じる気泡がチューブを完全に満たし、又は、それをオーバーフローすることがないように選択される。

本発明の方法は、ディフューザー手段をクリーニングしそしてサンプルごとにチューブをクリーニングする工程をも含む。採用される特定のクリーニングレジメは試験下の液体に依存することがある。通常、しかし、このようなクリーニングは、ディフューザー手段を水中（好ましくは脱イオン水）に配置しそしてディフューザー手段を通してガスを流すこと、ディフューザー手段を揮発性液体、たとえば、アセトン中に配置しそしてディフューザー手段を通してガスを流すこと、及び、揮発性液体からディフューザー手段を取り出す一方、ディフューザー手段を通してガスを流し続け、揮発性液体を蒸発させそしてディフューザー手段を乾燥させることによって、液体サンプルからディフューザー手段を取り出した後に行なわれることができる。クリーニングプロセスは、水中及び揮発性液体中にディフューザー手段を浸漬しながら、超音波洗浄を行なうことで増強されうる。

本発明の方法を用いて、ディフューザー手段の続いて行なうクリーニングを含む典型的なサンプル時間は１０分を下回る。本発明の方法の単純さのために、多数のサンプルを本発明の方法を用いて行なうことができる。サンプルは一度にそして順次に行なうことができ、又は、そしてより好ましくは、複数のサンプルのバッチを平行して試験することができる。したがって、本発明の方法はサンプルのバッチを順次に又は平行して処理することを含む。サンプルを平行して処理するときには、好ましくは１個より多いサンプルであるが１００個以下のサンプル、より好ましくは少なくとも１０個のサンプルであるが５０個以下のサンプルが一緒に処理される。

実質的に同時に発生する気泡を測定するために十分なオプトエレクトロニクス装置を提供することが可能である。しかしながら、方法に使用されるかかる装置の数を最小化することが好ましい。したがって、各サンプルバッチで、一連のチューブ中で、液体サンプル中にディフューザー手段の導入、関連するガス流及び予め決められた期間の経過を次々に行い、それにより、単一のオプトエレクトロニクス装置、又は、場合によっては、第一のオプトエレクトロニクス装置と第二のオプトエレクトロニクス装置との単一の組み合わせが、バッチの各チューブに順次につながって、順番に、それぞれの測定が行なわれ、チューブ内で気泡が発生したときに画像を撮るようになっている。

本発明の第五の態様によると、チューブ中で気泡が発生することができる、液体サンプルを受け入れるための、一端にあるチューブ開口部、チューブ内に配置することができるガスディフューザー手段であって、チューブ内に配置されたサンプルをとおしてガス流を生じさせることができるガスディフューザー手段、前記ディフューザー手段をとおるガス流が制御可能であるガス流制御手段、チューブ中の気泡に関するデータを発生することができる、使用時にチューブに隣接して配置されるオプトエレクトロニクス装置、及び、前記オプトエレクトロニクス装置からのインプットに応答して動作を開始するための制御手段を含む、液体からの気泡発生の評価装置が提供される。

本明細書中に使用される用語「チューブ」は、比較的に小さい液体サンプルを保持することができ、ディフューザーを受け入れることができ、液体から発生する気泡を包含することができる従来の形状のレセプタクルであることを意味する。それが光学的に透明であることが要求されるときに、それはガラス又は他の光学的に透明な材料から形成されることができ、それは試験下の液体に対して有効に化学不活性である。便利には、チューブは試験管であり、それは通常、１５０ｍｍの長さ及び２５ｍｍの内径を有する。

ガスディフューザー手段は、便利には、それを通した複数の孔を有する金属シンターの形態であるガスディフューザーである。金属シンターはガス供給源に連結可能なチューブの一端に固定される。金属シンターの孔は１〜５０ミクロンの直径を有し、より好ましくは、２〜２０ミクロン、特に２ミクロンの直径を有することができる。適切なシンターはFisher Scientific, Bishop Meadow Road, Lounghborough, Leicestershire LE11 5RGから入手可能である。ガス供給チューブは、通常、５００ｍｍの長さ及び５ｍｍの内径を有する。ガス供給チューブはフレキシブルなガス非透過性チューブを介してガスサプライに連結される。

適切なフローコントローラはディフューザー手段を通すガス流を制御する。好ましくは、コントローラはマスフローメータであり、たとえば、Omega Mass Flow Controllerであり、Omega Engineering Ltd., 1 Omega Drive, River Bend Technology Centre, Northbank, Iram, Manchester M44 5Exから入手可能である。本発明による装置に関連するガスサプライは、通常、空気を３０psi（２．０７バール）までの圧力で空気を供給することができる圧縮空気サプライである。

本発明の第五の態様の１つの形態によると、オプトエレクトロニクス装置は、チューブ中で発生する気泡の上部を検知することができ、それに応答して制御手段にアウトプットを提供し、それに応答して制御手段はディフューザーへのガス流を停止しそしてガス流の開始からガス流の停止までに要した時間を保存するように操作可能である。

本発明の第五の態様の別の形態によると、オプトエレクトロニクス装置はチューブ中に発生する気泡の上部を検知することができ、それに応答して制御手段にアウトプットを提供し、それに応答して制御手段はディフューザーへのガス流を停止しそしてその事態を保存するように操作可能であり、この制御手段は、また、予め決められた期間内にオプトエレクトロニクス装置からインプットを受けなければ、予め決められた期間、ガス流を制御するように操作可能になっており、そして、もし前記期間が経過したら、ガス流を停止しそしてチューブとオプトエレクトロニクス装置との相対的な移動を開始し、それにより、上記期間に発生した気泡の高さを決定することができる。

好ましくは、オプトエレクトロニクス装置はチューブに対して移動される。好ましくは、オプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面を検知し、上記界面の位置の差異が上記期間中に液体から発生した気泡の高さである。

本発明の第五の態様のこれらの形態では、オプトエレクトロニクス装置は好ましくは光電装置であり、そのビームは使用時に空気又は液体によってではなく、気泡によって中断されることができる。適切な装置は、Zymark Corporation, Zymark Center, Hopkinton, MA 01748USAから入手可能な濁り検知器である。

本発明の第五の態様のさらに別の形態では、オプトエレクトロニクス装置はチューブの外の位置から気泡の画像を撮ることができ、制御手段はチューブとオプトエレクトロニクス装置との互いに対しての相対移動を開始し、使用時に画像を撮ることができる位置にオプトエレクトロニクス装置をチューブに対しての位置とするように操作可能である。

好ましくは、本発明の第五の態様による装置はチューブ中で発生する気泡の高さを決定することができるデータを発生するように操作可能である第二のオプトエレクトロニクス装置を含む。

本発明の第五の態様による装置の１つの形態では、チューブ及び第二のオプトエレクトロニクス装置を互いに対する相対移動ができるように取り付けられる。好ましくは、チューブは第二のオプトエレクトロニクス装置に対して移動される。

本発明の第五の態様による装置の１つの形態では、第二のオプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面を検知し、インプットを制御手段に提供し、そのインプットから、発生した気泡の高さを決定することができる。この態様において、第二のオプトエレクトロニクス装置は上記のとおりの光電装置であってよい。

本発明の第五の態様による装置の好ましい形態では、前記第二のオプトエレクトロニクス装置はチューブの位置に対して固定されており、そして、使用時に、チューブ中で発生する全気泡コラムの画像を撮ることができ、このような画像を制御手段に送り、制御手段がそのようにして受け入れた画像を分析して、気泡の高さの測定値を提供するように操作可能である。

画像を撮ることができるオプトエレクトロニクス装置は便利には、アナログ又はデジタルアウトプットを有する電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラである。単に気泡の高さを検知する必要があるだけの場合には、第二の装置は、便利には、低解像度白黒カメラ、たとえば、７５２×５８２のピクセル解像度を有するカメラである。たとえば、Pentax 25mmf1.4レンズを用いたSony XC-75CEは適切なカメラである。第一の装置は、気泡の構成バブルの画像を撮る必要がある場合には、中又は高解像度のカメラであり、たとえば、１３００×１０３０のピクセル解像度を有するカメラである。たとえば、Carl Zeiss Vision GmbHから入手可能なAxioCam MRCは適切なカメラである。適切なレンズ選択は５０ミクロン以下のバブルサイズまでの解像を可能にする。３５ｍｍエクステンションチューブを有する最大ズームに設定されたComputar 55mmf2.8 Telecentricレンズは好ましい。

気泡の高さ測定及び画像分析のための画像の両方を撮るために単一のカメラ、すなわち、単一のオプトエレクトロニクス装置を用いることが考えられるが、各々の画像の広角と狭角の反対の要求のために、上記のように、２つのカメラ、すなわち、２つのオプトエレクトロニクス装置を用いることが好ましい。

理解されるとおり、画像を撮ることができるように適切な照明を提供しなければならない。便利には、２つの光源が使用される。第二のカメラが全気泡コラムの画像を撮ることができるように、前方照明（カメラ位置に対して）であるが、カメラに対する光のバックリフレクションを避けるためにオフセット位置での照明が画像撮りの際に提供される。適切な光源はUniversal Electronics Industries Ltd.から入手可能なコールドカソードＬＰ−１００ランプである。第一のカメラでは、チューブは気泡の特徴を強調するように下から照らされ、適切な光源はグースネックファイバーオプティックケーブルを有するSchott コールド光源である。

撮られる画像の品質に影響を及ぼしうるバックリフレクションを回避するために、余分な光源は排除されることが好ましい。好ましくは、余分な反射が画像の一部として撮られるさらなる可能性を最小化するために、周囲非反射環境が提供される。

本発明の第五の態様による装置の好ましい形態において、装置はオプトエレクトロニクス装置が配置されたワークステーション、上記ワークステーションに対してチューブを移動させかつチューブ中にガスディフューザー手段を配置するための自動取扱装置、ワークステーションへ又はワークステーションからチューブを移動させ、チューブとオプトエレクトロニクス装置を互いに対して移動させかつチューブへ又はチューブからガスディフューザー手段を移動させるように上記自動取扱装置を制御するための制御手段をさらに含む。

好ましくは、ガスディフューザー手段のためのクリーニング流体が配置されることができる１本以上のチューブは上記ワークステーションに提供され、又は、別個のクリーニングワークステーションに提供され、自動取扱装置は第一のチューブとクリーニングチューブとの間をガスディフューザー手段を順次に移動させる制御手段により制御可能である。超音波クリーナーは好ましくはこの位置に提供される。適切なクリーニング流体を含むチューブは超音波バスに配置され、そして各クリーニングサイクルの後に交換される。

本発明は、第六の態様において、液体からの気泡発生の評価装置を包含し、この装置は、チューブ中にある液体から発生する気泡に関するデータを生じることができるオプトエレクトロニクス装置が配置されるワークステーション、液体サンプルが配置されることができるチューブ中に配置可能なガスディフューザー手段であって、それを通してかかるサンプル中にガス流を形成することができるガスディフューザー手段、上記ディフューザー手段を通るガス流が制御されうるガス流制御手段、上記ワークステーションに対してチューブを移動しかつかかるチューブ中にガスディフューザー手段を配置するための自動取扱装置、及び、オプトエレクトロニクス装置からのインプットに応答して動作を開始するための制御手段であって、オプトエレクトニクス装置がワークステーション内にある間に、チューブをワークステーションへそしてワークステーションから移動させそしてオプトエレクトロニクス装置に対して移動させかつガスディフューザー手段をチューブへそしてチューブから移動させるように上記自動取扱装置を制御するようになっている制御手段、を含む。

自動サンプル取扱は種々の関連ワークステーションを有するZymark Corporation, Zymark Center, Hopkinton, MA 01748USAから入手可能なZymark XPトラックレスロボットシステムを用いて行なわれる。システム及びオプトエレクトロニクス装置の制御はEasylab ロボット制御プログラム言語によって行なわれる。

本発明の方法に関して議論したとおり、気泡発生、測定及びクリーニングサイクルをとおしてサンプルチューブは順次にフィードされるが、サンプルは平行して処理されることができる。このように、別の態様において、制御手段及び自動取扱手段は、サンプルチューブが配置可能である複数の位置を通過して、ワークステーションに対してオプトエレクトロニクス装置を移動させることができる。この態様において、好ましくは、複数のディフューザー手段は各々にクリーニングステーションを備えている。

１つの又は各ワークステーションに液体供給手段は繋がれていてよく、サンプルをサンプルチューブに導入し、新鮮なクリーニング流体をクリーニングステーションに提供しそして自動廃棄物廃棄を行なうことができる液体供給手段は、たとえば、液体インジェクターである。または、サンプルチューブのラックがワークステーションから離れて用意されてよく、そしてその後、ラックは自動取扱手段によってアクセス可能なワークステーションに導入されることができる。使用の後に、サンプルチューブは廃棄されよく、このことはサンプルチューブをクリーニングしそしてそれを再使用するよりも経済的である。クリーニングチューブをクリーニングするためのチューブは同様に管理されうる。

液体からの気泡発生の評価装置の特に好ましい形態は、使用時に、サンプルチューブ及びクリーニングチューブが配置される少なくとも１つの第一のワークステーション、サンプルディスペンス手段が配置される第二のワークステーション、使用時に、クリーニングチューブが配置されうる第三のワークステーション、サンプル内に配置されうるガスディフューザー手段であって、それを通してガス流が発生されることができるガスディフューザー手段及び上記ガスディフューザー手段を通るガス流を制御することができるガス流制御手段を受け入れるためのパーキング位置を有する第四のワークステーション、及び、サンプルチューブ内にある液体から発生する気泡に関するデータを生じることができるオプトエレクトロニクス装置が配置される第五のワークステーションを含み、この評価装置は、自動取扱装置をさらに含み、オプトエレクトロニクス装置からのインプットに応答して動作を開始する制御手段であって、評価装置の使用時に、第一のワークステーション及び第三のワークステーションの間でクリーニングチューブを移動させそして第一のワークステーションから第四のワークステーションへサンプルチューブを移動させ、サンプルチューブ内にガスディフューザー手段を配置させそしてガスディフューザー手段を含むサンプルチューブを第五のワークステーションに移動させ、そしてチューブとオプトエレクトロニクス装置を互いに対して移動させるように自動取扱装置を制御するようになっている制御手段をさらに含む。

本発明は少なくとも液体の気泡性質に関するデータの少なくとも１つのライブラリーをも含み、このデータは本発明による方法及び／又は装置を用いて生じたものである。

以下において図面及び下記実施例を参照して本発明を説明する。
図１において、本発明による自動サンプル取扱及び試験装置を示している。装置１０は、Zymark XP ロボットシステム12を有し、ロボットアーム１４は垂直軸１６の周りでかつ軸１６の方向に回転するように取り付けられている。アーム１４の片側末端はサンプルチューブ２０を握ることができるグリッパー機構１８を有する。

軸１６の周囲でのロボットアーム１４の回転によって、複数のワークステーションにアクセスすることが可能になる。装置１０中のワークステーションの数は用途に合わせて様々であってよい。図１において、装置１０は以下のワークステーションを有するものとして示している。
−３つのチューブ保持ステーション２２であって、そこにサンプルチューブ２０及びクリーニングチューブ３６のラック２４が配置されている。
−液体ディスペンスステーション２６であって、そこに複数の液体ディスペンサーがある（図示せず）。
−ガスディフューザーパーキングステーション２８であって、そのパーキングされた位置に示されたガスディフューザー３０を有し、そしてサンプルチューブ２０が配置されうる位置３２を有する。
−ガスディフューザークリーニングステーション３４であって、そこに、クリーニング液体を含むクリーニングチューブ３６が配置可能であり、チューブ３６は超音波バス３８に配置されうる。
−気泡高さ測定ステーション４０であって、そこに、オプトエレクトニクス装置４２が配置され、たとえば、Zymark Corporation, Zymark Center, Hopkinton, MA 01748 USAから入手可能な光ダイオード濁り検知器などのオプトエレクトロニクス装置であり、ロボットアーム１４が軸１６に沿って垂直に移動するときに、検知器の前のサンプルチューブ２０の長さにわたってロボットアーム１４が通過できるように構成されており、そして空気／気泡界面及び気泡／液体界面を検知することができる。
−画像撮り及び分析ステーション４４であって、そこに、カメラ４６及び４８ならびにサンプルチューブ２０のためのロケータ５０が配置されている。

カメラ４６及び４８は２つのＣＣＤカメラであり、それはチューブ中の気泡の画像を撮ることができるものであった。カメラ４６はAxioCam MRCカメラであり、35mmエクステンションチューブを有する最大ズームに設定されたComputar 55mm f2.8を有するものであった。レンズの前面がチューブ２０の壁の位置から１５００ｍｍである位置にあった。カメラ４８はSony XC-75CEであり、Pentax 25mm f1.4レンズが備えられており、このレンズはチューブ２０から約２８０〜３５０ｍｍの位置にあった。ステーション４４は気泡の画像の一部として所望されない反射が撮られるのを防止するために、非反射性の光中立環境によってステーション４４は包囲されていた。ステーション４４は、気泡が前方かつある角度で照明されて迷反射を最小化するようにカメラ４８に対して上方かつ前方の位置にコールドカソードＬＰ−１００ランプ光源を備えており、そして、カメラ４６が使用されるときに、気泡が下方から照明されるようなチューブ位置の直下に末端を有するグースネックファイバー光ケーブルを有するSchottコールド光源を備えている。

実際には、ステーション４０及び４４のいずれかのみが存在することが多いであろうが、便利のために、両方を示している。ステーション４０及び４４の操作はそれぞれ例１及び２において後述する。

ガスディフューザー３０はガラスチューブ（１２５ｍｍ長さ×５ｍｍ内径）の長さに取り付けられた金属シンター（１０ｍｍ長さ×１０ｍｍ直径及び２ミクロン直径の孔を有する）（Fisher Scientific, Bishop Meadow Road, Loughborough, Leicestershire LE11 5RG）からなる。さらに、ガラスチューブはガス流範囲（１〜１０）ｍｌ／分を有するオメガマスフローコントローラに可とう性空気不透過性チューブを介して取り付けられていた。

一般に、装置１０の操作は以下のとおり。
複数のサンプルチューブ２０はステーション２２で１つ以上のラック内にあり、そして、試験するサンプル液体の構成成分はステーション２６で液体ディスペンサー中に配置される。クリーニング液体を含むクリーニングチューブ３６は１つのステーション２２の１つのラック内に配置される。

ロボットアーム１４はステーション２２とステーション３４との間で軸１６の周りを回転し、クリーニングチューブ３６をステーション３４に移動させる。その後、ロボットアーム１４はステーション２２とステーション２６との間を回転し、サンプルチューブ２０をステーション２６に移動し、試験しようとするサンプル液体の構成成分を可変的に制御した量でサンプルチューブ２０に添加する。下記の例１及び２により詳細に記載されるとおり、ステーション２８とステーション４０又は４４に、試験しようとするサンプルを含有するサンプルチューブ２０を与えるように、ロボットアーム１４は軸１６の周りを回転される。

一旦、サンプルを試験したら、ロボットアーム１４はサンプルチューブ２０を適切なステーション２２のラック２２内のその位置に戻し、その後、使用されたクリーニングチューブ３６を回収し、そして適切なステーション２２のラック２４に戻す。

その後、シーケンスを繰り返し、ステーション２６で発生したサンプルの組成物を試験し、各々は他のサンプルと組成が異なる。範囲決め試験(scoping experiments)を行なうときにはサンプルごとの差は比較的に大きく、又は、最適化試験を行なうときには比較的に小さいことがある。

以下において実施例を参照する。
例１
幾つかの気泡評価を行った（表１に特定される材料を用いて表２に示すサンプルを構成する）。
サンプル受け入れガラス試験管２０（各１２５ｍｍ長さ×２５ｍｍ直径）を１つ以上のステーション２２に配置した。図１を参照して、上記のように、ステーション２６でディスペンサーからチューブ２０に試験しようとするサンプル（１５ｍｌ）を導入した。ステーション２８のサンプルチューブ２０では、ロボットアーム１２はチューブ２０にガスディフューザー３０を導入し、その後、ガスディフューザー３０とともにチューブ２０をステーション４０に移動し、そこで、気泡が発生させられ、下記に詳述するとおりに測定した。

気泡発生及び測定に次いで、ガスディフューザー３０をチューブ２０から取り出し、ステーション３４に移動させ、そこで、それを、水を含むクリーニングチューブ３６中に配置することでクリーニングし、そして空気をディフューザー３０を通して流し、その後、ディフューザー３０を、アセトンを含むクリーニングチューブ３６中に配置し、空気流を維持し、その後、アセトンから取り出し、空気中に放置し、空気流を維持してディフューザー３０を乾燥した。クリーニング段階では、超音波バス３８を運転した。その後、ガスディフューザー３０をパーキングステーション２８に戻し、サンプルチューブ２０をステーション４０から回収し、１つのステーション２２のラックのその位置に戻し、水を含むフレッシュチューブ３６で置き換えるために、水を含むクリーニングチューブ３６を適切なステーション２２のラック２４に戻した。この特定の実施例において、ディフューザー３０は水によって主としてクリーニングされ、アセトンは主として乾燥助剤として使用した。結果として、個々の試験の間に、アセトンを含むクリーニングチューブ３６を変える必要はなかった。

ステーション４０でサンプルの試験を行なう際に採用した特定の経路は以下のとおり。
１） 空気流を流すことなく、サンプルを含むチューブ２０中にディフューザー３０を３０秒間配置し、その間に、チューブ２０をステーション４０に移動させる。
２）気泡が光学検知器４２をトリガーして、この光学検知器４２がガス流を止めそしてガス流が止められた時間を記録することがなければ、４ｍｌ／分の速度でディフューザー３０を通してサンプル中にガスを５分間導入する。
３）もし、５分後に、光学検知器４２がトリガーされなければ、ガス流を止めそしてチューブ２０と検知器４２を相対移動させ、検知器４２が空気／気泡界面及び気泡／液体界面の相対位置を決定して気泡の高さを決定できるようにする。
４）サンプルからディフューザー３０を取り出し、それをステーション３４に移動し、それを、水を含むクリーニングチューブ３６に入れ、ディフューザーを通して３分間空気を流す。
５）水からディフューザー３０を取り出し、それを、アセトンを含むクリーニングチューブ３６に入れ、ディフューザー３０をとおして０．５分間空気を流す。
６）アセトンからディフューザー３０を取り出し、空気中に放置し、そしてそれに１．５分間空気を流して乾燥させる。

この段階で、ディフューザーはパーキングステーション２８に戻され、その後、次のサンプル中に配置する用意ができている。

表２において、サンプル１は本質的に気泡形成しておらず、サンプル２は低気泡形成性組成物であり、サンプル３は中気泡形成性組成物であり、サンプル４は高気泡形成性組成物である。

サンプル３は使用するのに適切なサンプル体積を決定するために使用された。種々の体積分量を試験し、液／空気界面の上方５５ｍｍに設定した検知器４２に気泡が到達するのにかかる時間を決定することにより行なった。これについて２回の試験を行なった。結果を表３に示し、図２のグラフにプロットした。図２から明らかなとおり、１５ｍｌは合理的な時間内に最大気泡高さに達するように使用するのに適切なサンプル体積である。

サンプル３は適切な気泡形成時間を決定するために使用される。これは上記の手順を用いたが、但し、ガス流がサンプル中に維持されている間のある間隔で測定した。結果を表４に示し、図３のグラフにプロットした。図３から明らかなとおり、気泡高さは約５０〜５５秒後にプラトーに達し、そして約８ｃｍの高さに達し、すなわち、十分にチューブ内の限界範囲内である。

その後、技術の再現性を決定するためにサンプル３を用いた。一連のチューブ２０を用いてサンプル３を繰り返し試験することで行なった。チューブシーケンスに対して前進方向及び後退方向の両方で試験を行なった。空のチューブ２０とサンプル３を１５ｍｌ含むチューブ２０の両方の重さを記録した。試験の結果を表５に示し、図４でグラフにプロットした。図３から明らかなとおり、一連のチューブ２０に対する許容される限界の範囲内で試験が再現可能であり、シーケンスの方向やチューブ／サンプルの重量の小さい変動には依存しない。

異なるレベルの添加剤を用いたサンプルを、その後、本例の上記に記載されるとおりに試験した。同一のサンプルをＡＳＴＭ Ｄ８９２−９５を用いて試験した。結果を下記のとおりに比較した。

ＡＳＴＭ法と本発明の方法との比較を行なうことができるように、添加剤を含まないサンプル、すなわち、サンプル２及び３の結果をユニティー（１）として設定し、そしてサンプル２及び３の結果に対する注目の結果の比として他のサンプルの結果を計算することで結果の標準化を行なった。得られた結果を表６に示し、図５〜８にプロットし、ＡＳＴＭ法の結果を図５〜８の各々の左側のグラフに示されており、本発明の結果は図５〜８の右側のグラフに示す。

図５及び６で得られたデータは、気泡を生じるのに要求される時間の関数として等級化することによって、標準的なＡＳＴＭ法及び本発明による自動化法の間の比較データを示す。ＡＳＴＭ気泡高さと比較して、気泡形成能力が高いサンプルは、より気泡形成の低いサンプルと比較して、より短時間で一定高さに達し、サンプル２及び３の結果を他のサンプルの結果によって分類し、標準化した数値を生じさせる。

ＡＳＴＭ法と比較した等級は同一であるが、サンプル間の解像度はさほど顕著でない。しかしながら、本発明によりデータを生じるのにかかる時間はＡＳＴＭ方よりもずっと速かった。

検知の第二の方法を用い、生じる気泡の高さを測定して生じるデータは同一のサンプルセットに対してＡＳＴＭ法を用いて生じるデータと良好な同等性があった（図６及び７）。この場合に、それらのサンプルの結果を、標準化値を生じるようにサンプル２及び３の結果の結果で割った。

これらの試験方法の組み合わせを使用すると、ガス流を変更する必要なく、高い気泡形成性サンプルのサンプル閉じ込め性を失う危険性なしに種々の異なる気泡形成能をもつサンプルの評価を行なうことができる。

例２
シャンプーの溶液を分析しそして以下のとおりに比較した。
１つ以上のステーション２２に、サンプル受け入れガラス試験管２０（各１２５ｍｍ長さ×２５ｍｍ直径）を配置した。図１を参照して、上記のとおり、試験するサンプル（１５ｍｌ）を、ステーション２６でディスペンサーからチューブ２０に導入した。ステーション２８のサンプルチューブ２０を用い、ロボット１２をチューブ２０中に導入し、ガスディフューザー３０をチューブ２０に導入し、その中のガスディフューザー３０をステーション４０へと移動させ、そこで、下記に詳細に記載するとおりに気泡を発生させしして測定した。

気泡発生及び画像撮りの後に、ガスディフューザー３０をチューブ２０から取り出し、そしてステーション３４へと移動し、そこで、水を含むクリーニングチューブ３６中に入れることによりクリーニングし、そして空気をディフューザーを通して流させ、ディフューザー３０を、その後、空気流を維持したまま、アセトンを含むクリーニングチューブ３６中に入れ、その後、アセトンから取り出し、空気流を維持したまま空気中に放置してディフューザー３０を乾燥させた。クリーニング段階の間に、超音波バス３８を操作した。その後、ガスディフューザー３０をパーキングステーション２８に戻し、そしてサンプルチューブ２０をステーション４４から回収し、１つのステーション２２のラックの定位置に戻した。この特定の例において、ディフューザーは主として水によりクリーニングされ、アセトンは乾燥助剤として主として使用された。結果として、個々の試験の間にアセトンを含むクリーニングチューブ３６を変更する必要はなかった。

試験サンプルは脱イオン水中の０．１重量％のシャンプーであった。３〜６ｃｍの気泡高さが配合物の気泡形成能力によって生じた。

選択したサンプルは以下のとおりであった。
サンプル１−The Proctor & Gambel Companyから入手可能なPantene Pro-V shampoo、
サンプル２−Johnson & Johnson から入手可能なEuro Gold shampoo、
サンプル３−開発シャンプー、
サンプルを試験するのに採用した特定の経路は以下のとおりであった。
１）３０秒間、いかなる空気流をもなしに、サンプルを含むチューブ２０中にディフューザー３０を配置し、その間、チューブ２０をステーション４４に移動する。
２）４ｍｌ／分の速度で４分間、ガスをディフューザー３０をとおしてサンプル中に導入する。
３）ガス流を停止し、カメラ４８を用いて第一の画像を撮る。
４）画像を分析して、気泡高さ測定値を発生し、チューブとカメラ４６との相対位置を調節し、それにより、空気／気泡界面及び気泡／液体界面の間の半分の位置にカメラ４６をチューブに向かい合うように配置し、カメラ４６を用いて気泡の第二の画像を撮る。
５）サンプルからディフューザー３０を取り出し、それをステーション３４に移動させ、そしてそれを、水を含むクリーニングチューブ３６中に入れ、ディフューザーをとおして空気を２分間流す。
６）水からディフューザー３０を取り出し、それを、アセトンを含むクリーニングチューブ３６に０．５分間入れる。
７）アセトンからディフューザー３０を取り出し、空気中に放置し、そして１．５分間それをとおして空気を流して乾燥させる。

この段階で、ディフューザー３０はパーキングステーション２８に戻され、その後、次のサンプル中に配置する用意ができている。

以前の研究では、水／気泡ヘッド界面でのバブルの分析は配合物の差別化をあまりもたらさないが、気泡ヘッドから半分（half way）のバブルの分析は良好な差別化を与え、すなわち、この気泡は、水／気泡ヘッド界面での気泡と比べて「エージングされた」ものである。画像を下記により詳細に説明するとおりに分析した。

例１を参照して記載されたのと同様に、サンプルから気泡を生じるのに使用する条件（時間、流速など）を、シャンプーサンプルを評価する前に決定した。

シャンプーサンプルを評価するときに、一連のサンプルを操作する前にディフューザー３０を条件調節することが必要であることがわかった。このことは、ディフューザー３０がある時間使用されなかったならば特に重要である。条件調節はナトリウムラウリルエーテルスルフェート（ＳＬＥＳ）を用いて便利に行なわれた。ディフューザー３０を状態調節するために、気泡の気泡高さ及び分析したバブルサイズ分布が一定になるまで、幾つかのＳＬＥＳサンプルを用いて上記の工程１〜７を繰り返した。結果の一貫性が達成されえたら、その後、試験すべき実際のサンプルを操作した。

もし、試験すべきサンプルがＳＬＥＳとは有意に異なる成分を含むならば、その後、ガスディフューザー３０を条件調節するために別の適切な液体を選択すべきであることは理解されるであろう。

画像の処理、次いで、画像の分析の組み合わせを用いて画像分析を行なった。両方の場合に、Zeiss KS300画像分析器を用いた。この方法の最終工程は処理した画像をバイナリー画像に変換することであり、ここで、全ての形態（バブル）は白であり、そして分離しているバブル壁は黒である。画像分析は、その後、バイナリー画像中の個々の白色領域に関連するパラメータを測定する方法であった。

特に、画像撮り及び続いて行なう処理／分析を次のように行なった。
画像撮り
１．カメラ４８を用いて全気泡ヘッドの画像^*を撮り、そしてこの画像を指定されたファイルにセーブし、そして撮られた画像を処理及び分析して気泡高さの測定値を提供する。
２．カメラ４８とカメラ４６を切り替え、それにより、生画像がカメラ４６によって得られる。
３．カメラ４８に関連したコールドカソードＬＰ−１００ランプ光源を消し、Schottコールド光源をカメラ４６のためにつける。
４．カメラ４７及びチューブ２０を互いに対して移動してチューブ２０に向かい合った位置にカメラ４６を配置し、その位置は気泡高さの半分、すなわち、空気／気泡界面及び気泡／液体界面の間の半分である。
５．カメラ４６を用いてガラスチューブ表面でバブルの画像を撮り、そしてこの画像を指定されたファイルにセーブしてそして撮られた画像を処理しそして分析して、注目のパラメータを提供する。

＊カメラ４６からのアウトプットはアナログである。カメラ４６からのアウトプットは、コンピュータ操作ソフトウエアの「フレームグラバー」ボード中にデジタル画像に変換される。このデジタル画像を処理しそして分析する。

気泡高さの分析
１．カメラ４８のアウトプットから「フレームグラバー」ボードによって生じるデジタル画像（画像１）をコピーし、エレクトロニックフレーム（画像２）に入れ、その後、フレームを消して、元のデジタル画像（画像１）と同一のピクセル寸法を有するブランク画像（新画像２）を形成する。
２．エレクトロニックフレームに関連するグラフィックプレーンに長方形を形成し、このグラフィックプレーンを画像２の画像プレーンと合体させる。長方形が白であり、残りが黒であることを特定し、それにより、白の長方形のバイナリー画像（画像２）を形成する。長方形は測定される気泡の期待される長さよりも長い寸法を有し、チューブの内部寸法の幅よりも狭い。フレームのグラフィックプレーンを消す。長方形が画像１中に見られる気泡ヘッドの中央軸の下方を通るが、ヘッドほど幅が広くないことが重要である。
３．元のデジタル画像（画像１）をSEGEMENT処理に付して、バイナリー画像（画像３）を生じさせる。
３．１．ＦＩＬＬ 操作を行い、画像３の白色オブジェクト（気泡）の孔又は他の欠陥を埋める。
３．２．画像３にＯＰＥＮ操作を行い、白色オブジェクトの縁で微細構造を除去する。
３．３．白色オブジェクトにＤＩＬＡＴＥ操作を行い、それは元の気泡ヘッドと同一のサイズを有するようにする。
４．新画像２及び画像３をブーリーン「アンド」操作に付し、気泡の高さを表す画像（画像４）を形成する。
５．画像４を測定して気泡高さを決定する。高さは面積を測定することにより決定され、幅が分かっており、気泡ヘッドの中央部にわたって平均高さ測定値を計算する。
６．カメラ４６の位置を制御するための信号を提供し、そして高さ情報を保存する。

上記の経路の間に、ソフトウエアは、距離が正確になるように、この倍率でカメラ４８のためのキャリブレーションファイルをロードする。このキャリブレーション工程は、通常にガラスチューブ２０によって占められる正確な位置に配置された標準スケールの画像撮りによって別途に行なわれる。

気泡バブルサイズ測定
１．カメラ４６からのデジタル画像の１つの情報チャンネル、たとえば、赤を選択し、そしてそれから白黒画像（画像１）をエレクトロニックフレーム中に形成する。
１．１．ローパスフィルターを用いて画像１をスムージング操作に付し、滑らかにされた画像（画像１ａ）を形成する。
１．２．画像１ａを用いて画像１をシェード補正処理に付し、シャドー差を補正した画像（画像１ｂ）を生じさせる。
２．画像１ｂをウォータシェドセグメンテーション処理に付して画像（画像２）をエレクトロニックフレームに関連するグラフィックプレーンに生じさせ、画像２は気泡のバブル壁を示すラインである。
３．フレームの画像プレーンから画像１を消去し、フレームの画像プレーンとグラフィックプレーンを合体させ、画像（画像３）を形成し、画像３はバブル壁を示す白色ラインと黒色バックグランドからなり、黒色バックグラウンドからなり、グラフィックプレーンから画像２を消去する。
４．画像３を反転して、バブルが白であり、そしてバブル壁が黒となった画像（画像４）を形成する。
４．１．画像４の上でエロード操作を行い、白色ブロブの外側から白色ピクセルのラインを除去し、それにより、それら分離がより大きくなる（画像４ａ）。
４．２．画像４ａの上でオープン操作を行い、白色ブロブから鋭いエッジを除去するが、オブジェクトの基本的なサイズは保持するが、画像４ａと同一のフレームにその画像を配置して画像４ａを置き換える（画像４ｂ）。
５．画像１ｂをストレートアダプティブセグメンテーションに付し、バイナリー画像を形成する（アダプティブセグメンテーションはグローバルでなく画像中で「ローカル」に行なう（画像５））。この工程の目的は大きなバブルのみのバイナリー画像を特に生じ、画像上、大きなバブルの後ろにあるバブルから生じる特徴を最小にすることである。このことは、アダプティブセグメンテーションプロセスを行なう前にアダプティブセグメンテーションプロセスのためのサイズパラメータ及びスレスホールドパラメータ（大きなバブルはより軽い傾向がある）を設定することで行なわれる。画像５は大きなバブル（又はその主要部）のみの画像を含む。画像５をスクラップ操作に付し、小さい白色の特徴を除去し、そしてフィル操作に付して白色オブジェクトにある穴を埋めて、より完全になるようにして、画像６を生じさせる。
６．白色ラインと黒色ブロブを示すように画像４ｂを反転させる（画像４ｃ）。これらの白色ラインの幾つかは表面下バブルによるものであるから誤りである。
７．画像４及び画像６をブーリーン「サブトラクト」操作に付し、画像４を生じさせる。ブーリーン操作により、画像の白色ブロブが画像４ｃの白色ラインの幾つかを消去する。その白色ラインは表面下でのバブルの存在のために生じるラインである。画像４ｄは、その後、順次に以下の操作に付される。
７．１．ラインの幅を狭くするシン操作及び画像４ｄが白色ラインからなり、黒色ブロブを包囲する白色ライン「テール」を有しないようにするプルーン操作。
７．２．画像４ｄが白色ブロブを包囲する黒色ラインからなるようにする反転（インバート）操作。
７．３．白色ブロブ間のより良好な分離を達成するためのエロード操作。
７．４．仕上がり画像４ｄを提供するオープン操作（すなわち、エロード操作、次いで、ディレート操作−鋭いエッジを侵食するが、基本サイズを残し、オブジェクトの形状は変化しない）。
８．画像４ｂ中の白色ブロブの寸法を測定し、そしてデータベース中にデータを入れる。運転の開始時に行なったキャリブレーションを全ての測定される画像のために使用する。このことは、チューブ中の正確な位置に配置された標準スケールの画像を撮ることによって、上述のとおりに行なわれる。

上記のシーケンスを図９にフローチャートとして示した。

上記のとおりのカメラによって撮ることができる画像を処理するために使用される種々のエレクトロニクス操作、たとえば、ウォータシェド及びアダプティブセグメンテーション、インバート、シン、エロード、ディレートなどは当業界によく理解されている。このような用語に関する情報は一般に入手可能であり、特に、"Computer-assisted microscopy: the measurement and analysis of images", John C. Russ, Plenum Press, New York (1909) 及び"The Images Processing Handbook" 2nd Edition, John C. Russ, CRC Press, Boca Raton (1995)が参照される。

測定したバブルパラメータは面積及びＤサークル（オブジェクトと同一の面積を有する円の領域）であった。データアウトプットを２つの方法で行なった。
−Ｄサークルサイズ範囲あたりの計数のヒストグラム（たとえば、１００〜１５０ミクロンの範囲内では、１５０〜２００）
−各々のこのようなサイズ範囲内のバブルの面積の合計（面積は立体的に体積と関係がある）。

バブルサイズ分布を規定する重要なパラメータは以下に見られる。
１．最大バブルから最小バブルまでの間のサイズの範囲
２．平均Ｄサークル
３．メジアンＤサークル（もし分布に歪があれば平均からずれる）
４．バブルサイズの標準偏差
５．分布の歪の量、すなわち、分布が対象であるか又は、たとえば、高いバブル直径側にテールを有するか。

バブルの特徴的な画像をサンプル１からサンプル３について得た。高気泡形成性の配合物は狭いサイズ分布をもって小さいバブルを提供する傾向がある。サンプルに対して測定されたデータの要約を表７に示す。

実際には、多くの運転を行い、データを平均するのであるが、上記のデータは１つの配合物からの１つのみの画像の分析に関するものである。バブル直径の範囲が平均バブル直径とともに高いので、サンプル３は最も大きなバブルを含むことが上記から明らかである。

データを示す他の方法を以下に提供する。

たとえば、特定の直径範囲内のバブルの数を計数した。表８では、大きなＤサークルのサイズ範囲に多くの計数があるので、サンプル３の分布の歪を明らかに見ることができる。

データを示す別の方法は、各々のサイズ範囲（たとえば、１００〜１５０ミクロンなど）のバブルの面積を合計することで示され、表９を参照されたい。この方法は、サンプルの分布の歪を強調するものであり、面積の合計は気泡中に存在するバブルの体積分布の良好な概算値を与える。サンプル１及び３の面積を図１０にプロットする。

本発明による自動サンプル取扱及び測定装置の略平面図である。 例１に記載されるとおり、サンプル３を用いた気泡の特定高さｖサンプル体積を生じるための時間のグラフである。 例１に記載されるとおり、サンプル３を用いた、時間経過によって達成された気泡高さの結果のグラフである。 例１に記載されるとおり、複数のサンプル３を用いた、時間経過によって達成された気泡高さの結果のグラフであり、再現性を示すためのグラフである。 第一のセットのサンプルに関する２つのグラフであり、ＡＳＴＭ法を用いて得た気泡高さデータ（左側のグラフ）及び本発明を用いてそしてより詳細には例１に記載されたとおり得た特定高さに対する時間（右側のグラフ）を比較するものである。 第二のセットのサンプルに関する２つのグラフであり、ＡＳＴＭ法を用いて得た気泡高さデータ（左側のグラフ）及び本発明を用いてそしてより詳細には例１に記載されたとおり得た特定高さに対する時間（右側のグラフ）を比較するものである。 第一のセットのサンプルに関する２つのグラフであり、ＡＳＴＭ法を用いて得た気泡高さデータ（左側のグラフ）及び本発明を用いてそしてより詳細には例１に記載されたとおり得た気泡高さ（右側のグラフ）を比較するものである。 第二のセットのサンプルに関する２つのグラフであり、ＡＳＴＭ法を用いて得た気泡高さデータ（左側のグラフ）及び本発明を用いてそしてより詳細には例１に記載されたとおり得た気泡高さ（右側のグラフ）を比較するものである。 例２に記載されるとおり、気泡の画像を撮りそして気泡に関する情報を得るために用いたシーケンスのフローダイアグラムである。 例２に記載されるとおり、気泡の画像を撮りそして気泡に関する情報を得るために用いたシーケンスのフローダイアグラムである。 例２及び表９に記載されるとおりのサンプル１及び３の結果のグラフである。

Claims (40)

1. ａ）測定された量の液体をチューブ中に導入すること、
   ｂ）予め決められた期間の後に、予め決められた流速のガス流を前記液体中に発生させて前記チューブ中の前記液体から気泡を発生させること、
   ｃ）前記チューブ中の気泡に関するデータを発生することができるオプトエレクトロニクス装置を用いて、前記チューブ中に発生した気泡に関するデータを得ること、及び、
   ｄ）前記データを用いて前記液体の気泡発生能力を評価すること、
   を含む、液体からの気泡発生の評価方法。
2. 予め決められた期間の経過前に気泡の上部の存在が生じていることをオプトエレクトロニクス装置からのデータが示さなければ、予め決められた期間、前記液体に前記ガスをさらに通す、請求項１記載の方法。
3. 予め決められた期間の経過前に気泡の上部の存在が生じていることをオプトエレクトロニクス装置からのデータが示さなければ、予め決められた期間、前記液体に前記ガスをさらに通し、そこでガス流を止めること、前記予め決められた期間の経過前に気泡の上部の存在をオプトエレクトロニクス装置からのデータが示さなければ、前記期間の経過時に、ガス流を止め、そして前記チューブ及び前記オプトエレクトロニクス装置を互いに対して相対的に動かしてオプトエレクトロニクス装置からデータを得るようにして前記期間内に発生した気泡の高さを決定することを含む、請求項１記載の方法。
4. 前記オプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面の位置に関するデータを発生し、前記界面の位置の差異が前記期間中に液体から発生した気泡の高さである、請求項３記載の方法。
5. ａ)測定された量の液体をチューブ中に導入すること、
   ｂ）第一の予め決められた期間の後に、予め決められた流速のガス流を前記液体中に発生させて前記チューブ中の液体から気泡を発生させること、
   ｃ）第二の予め決められた期間の後に、ガス流を止め、そして前記チューブ中に発生した気泡の高さを測定すること、
   ｄ）工程ｃ）で発生した高さのデータに応答して、前記チューブとオプトエレクトロニクス装置とを互いに相対的に移動することで、前記チューブの外の位置にオプトエレクトロニクス装置を配置すること、ここで、前記装置は気泡の画像を撮ることができる、
   ｅ）前記気泡の画像を撮ること、及び、
   ｆ）撮られた画像を分析して気泡品質に関連するパラメータを得ること、
   を含む、液体から発生する気泡の品質の評価方法。
6. 前記チューブ中に発生した気泡の高さは、前記チューブ中の気泡に関するデータを発生することができる第二のオプトエレクトロニクス装置を用いて決定される、請求項５記載の方法。
7. 前記チューブと前記第二のオプトエレクトロニクス装置とを互いに対して相対的に移動させ、前記期間に発生する気泡の高さを決定することができる、請求項６記載の方法。
8. 前記第二のオプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面の位置に関するデータを発生し、前記界面の位置の差異が前記期間中に液体から発生した気泡の高さである、請求項７記載の方法。
9. 前記第二のオプトエレクトロニクス装置を用いて気泡の画像を撮ること、及び、前記画像を分析して前記期間に前記液体から発生した気泡の高さを決定することを含む、請求項６記載の方法。
10. 複数のサンプルを順次に又は平行して評価する、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
11. 平行した評価において、１サンプルより多いが、１００サンプル以下であり、より好ましくは少なくとも１０サンプルであるが、５０サンプル以下であるサンプルを一緒に処理する、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
12. 気泡のデジタル白黒画像（画像１）を以下の操作に付す、
    ａ）画像１をウォータシェッドセグメンテーション処理に付して、エレクトロニックフレームに関連するグラフィックプレーンに画像（画像２）を生じさせること、画像２は気泡のバブル壁のラインを示す、
    ｂ）前記フレームの画像プレーンから画像１を消し、フレームの画像プレーンとグラフィックプレーンを合体させて、バブル壁を示すラインとコントラスト背景からなるバイナリー画像（画像３）を形成し、そしてグラフィックプレーンから画像２を消すこと、及び、
    ｃ）バブルの寸法を測定すること、
    を含む、液体から発生する気泡の画像の分析方法。
13. 工程ｂ）において、画像３において、ラインは白で、背景は黒である、請求項１２記載の方法。
14. 工程ｃ）の前に、画像３を反転させて、バブル壁が黒で、バブルが白である画像４を形成させる、請求項１３記載の方法。
15. 画像１は白黒画像であり、前記画像１は白黒画像として得られるか、又は、カラー画像として得られ、それが白黒画像へと処理される、請求項１２〜１４のいずれか１項記載の方法。
16. デジタル画像の少なくとも１つの情報チャンネル（赤、緑又は青）を選択し、それからエレクトロニックフレームに白黒画像（画像１）を形成することで、前記カラー画像を白黒画像へと処理する、請求項１２〜１４のいずれか１項記載の方法。
17. 工程ａ）において、画像１をスムージング操作に付して、滑らかにされた画像（画像１ａ）を形成し、次いで、画像１ａを用いてシェード補正処理を行い、シェード差を補正した画像（画像１ｂ）を形成させ、その後、画像１ｂを工程ｂ）に送る、請求項１２〜１６のいずれか１項記載の方法。
18. 前記画像にエロード及びオープン操作を施し、バブルの境界をきれいにし、そしてバブル間の間隔の差別化を改良する、請求項１２〜１７のいずれか１項記載の方法。
19. 工程ｃ）の前に、
    ｉ）画像１又は画像１ｂをアダプティブセグメンテーション処理に付し、バイナリー画像を形成し、
    ｉｉ）もし必要ならば、画像４を白色ライン及び黒色ブロブを示す画像４に反転させ、そして、
    ｉｉｉ）工程ｉ）及びｉｉ）からの画像をブーリーン「サブトラクト」(Boolean "SUBTRACT")操作に付す、
    請求項１２〜１９のいずれか１項記載の方法。
20. 得られた画像をシン(thin)、反転（インバート）、エロード及びオープン操作に付す、請求項１９記載の方法。
21. チューブ中の気泡のデジタル白黒画像を以下のエレクトロニクス操作に付す、
    ａ）デジタル画像（画像１）をエレクトロニックフレーム（画像２）にコピーし、その後、このフレームから画像２を消して、元のデジタル画像１と同一のピクセル寸法を有する新たなブランクフレームを形成させること、
    ｂ）エレクトロニックフレームに関連するグラフィックプレーン中に長方形を形成し、画像２の画像プレーンと前記グラフィックプレーンを合体させ、そして前記長方形が白又は黒であり、かつ残部が黒又は白であることを特定し、それにより、長方形のバイナリー画像（画像３）を形成すること、前記長方形は測定されている気泡に期待される長さよりも長くかつ前記チューブの内部寸法の幅より狭い寸法を有する、
    ｃ）元の画像１をセグメント処理に付し、バイナリー画像（画像４）を形成させること、
    ｄ）画像３と画像４とをブーリーン「アンド」処理に付し、気泡の高さを示す画像（画像５）を形成すること、及び、
    ｅ）画像５を測定して気泡の高さを決定すること、
    を含む、チューブ中の液体から発生する気泡の高さを決定するための方法。
22. 工程ｂ）において、前記長方形は白でありそして残りは黒である、請求項２１記載の方法。
23. チューブ中で気泡が発生することができる、液体サンプルを受け入れるための、一端にあるチューブ開口部、チューブ内に配置することができるガスディフューザー手段であって、チューブ内に配置されたサンプルをとおしてガス流を生じさせることができるガスディフューザー手段、前記ディフューザー手段をとおるガス流が制御可能であるガス流制御手段、チューブ中の気泡に関するデータを発生することができる、使用時にチューブに隣接して配置されるオプトエレクトロニクス装置、及び、前記オプトエレクトロニクス装置からのインプットに応答して動作を開始するための制御手段を含む、液体からの気泡発生の評価装置。
24. 前記ガスディフューザー手段はそれを通した複数の孔を有する金属シンターである、請求項２３記載の装置。
25. 前記オプトエレクトロニクス装置はチューブ中に発生する気泡の上部を検知することができ、それに応答して制御手段にアウトプットを提供し、それに応答して制御手段はディフューザー手段へのガス流を停止しそしてガス流の開始からガス流の停止までの時間を保存するように操作可能である、請求項２３又は２４記載の装置。
26. 前記オプトエレクトロニクス装置はチューブ中に発生する気泡の上部を検知することができ、それに応答して制御手段にアウトプットを提供し、それに応答して制御手段はディフューザー手段へのガス流を停止しそしてその事態を保存するように操作可能であり、前記制御手段は、また、予め決められた期間内にオプトエレクトロニクス装置からインプットを受けなければ、前記予め決められた期間、ガス流を制御することができるようになっており、もし前記期間が経過したら、ガス流を停止しそしてチューブとオプトエレクトロニクス装置との相対的な移動を開始し、制御手段へのインプットが発生し、それにより、発生した気泡の高さを決定することができる、請求項２３又は２４記載の装置。
27. 前記オプトエレクトロニクス装置はチューブに対して移動可能である、請求項２３〜２６のいずれか１項記載の装置。
28. 前記オプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面の位置を検知するように操作可能であり、前記界面の位置の差異が前記期間中に液体から発生した気泡の高さである、請求項２３〜２７記載の装置。
29. 前記オプトエレクトロニクス装置は光電装置であり、そのビームは使用時に空気又は液体によってではなく、気泡によって中断されることができる、請求項２３〜２８のいずれか１項記載の装置。
30. 前記オプトエレクトロニクス装置は前記チューブの外の位置から気泡の画像を撮ることができ、前記制御手段はチューブとオプトエレクトロニクス装置との互いに対しての相対移動を開始し、使用時に画像を撮ることができる位置に前記オプトエレクトロニクス装置をチューブに対しての相対位置とする、請求項２３又は２４記載の装置。
31. チューブ中で発生する気泡の高さを決定することができるデータを発生するように操作可能である第二のオプトエレクトロニクス装置を含む、請求項３０記載の装置。
32. 前記チューブ及び前記第二のオプトエレクトロニクス装置は互いに対する相対移動ができるように取り付けられる、請求項３１記載の装置。
33. 前記第二のオプトエレクトロニクス装置は空気／気泡界面及び気泡／液体界面を検知することができるように操作可能であり、インプットを制御手段に提供し、そのデータから、発生した気泡の高さ決定することができる、請求項３１記載の装置。
34. 前記オプトエレクトロニクス装置は光電気装置であり、そのビームは使用時に空気又は液体によってではなく、気泡によって中断されることができる、請求項２３〜２８のいずれか１項記載の装置。
35. 前記第二のオプトエレクトロニクス装置は前記チューブの位置に対して固定されており、そして、使用時に、チューブ中で発生する全気泡コラムの画像を撮ることができ、このような画像を制御手段に送り、前記制御手段がそのようにして受け入れた画像を分析して、気泡の高さの測定値を提供するように操作可能である、請求項３１記載の装置。
36. オプトエレクトロニクス装置が配置されているワークステーション、前記ワークステーションに対してチューブを移動させそして前記チューブ中にガスディフューザー手段を配置するため自動取扱装置、前記制御装置はワークステーションへ又はワークステーションからチューブを移動し、チューブとオプトエレクトロニクス装置を互いに対して動かし、そしてチューブ中に又はチューブからガスディフューザー手段を移動させるように、前記自動取扱装置を制御するようになっている、請求項２３〜３５のいずれか１項記載の装置。
37. ガスディフューザー手段のためのクリーニング流体が配置可能である１つ以上のチューブは前記ワークステーション又は別個のクリーニングワークステーションに提供され、前記自動取扱装置は第一のチューブとクリーニングチューブとの間でガスディフューザー手段を順次移動させるような制御手段により制御可能である、請求項３６記載の装置。
38. 液体からの気泡発生の評価装置であって、チューブ中にある液体から発生する気泡に関するデータを発生することができるオプトエレクトロニクス装置が配置されるワークステーション、液体サンプルが配置されることができかつかかるサンプル中にガス流を発生することができるチューブ内に配置可能なガスディフューザー手段、前記ディフューザー手段を通るガス流を制御することができるガス流制御手段、前記ワークステーションに対してチューブを移動させかつかかるチューブ内にガス流ディフューザー手段を配置するための自動取扱装置、及び、前記オプトエレクトロニクス装置からのインプットに応答して動作を開始するための制御手段であって、前記制御装置はワークステーションへ又はワークステーションからチューブを移動してチューブをオプトエレクトロニクス装置に対して動かし、一方、前記ワークステーションにあり、そしてチューブ中に又はチューブからガスディフューザー手段を移動させるように前記自動取扱装置を制御するようになっている制御手段、
    を含む、装置。
39. 前記制御手段及び自動取扱装置はサンプルチューブが配置されうる複数の位置を通過してワークステーションに対してオプトエレクトロニクス装置を移動することができる、請求項３８記載の装置。
40. 液体からの気泡発生の評価装置であって、使用時にサンプルチューブ及びクリーニングチューブが配置される少なくとも１つの第一のワークステーション、サンプルディスペンス手段が配置される第二のワークステーション、使用時にクリーニングチューブが配置可能である第三のワークステーション、サンプル内に配置されることができるガスディフューザー手段であってそれを通してガス流が発生することができるガスディフューザー手段及び前記ガスディフューザー手段を通るガス流を制御することができるガス流制御手段を受け入れるためのパーキング位置を有する第四のワークステーション、及び、サンプルチューブ中にある液体から発生する気泡に関するデータを発生することができるオプトエレクトロニクス装置が配置される第五のワークステーション、
    を含む評価装置であって、
    前記評価装置は、自動取扱装置、及び、前記オプトエレクトロニクス装置からのインプットに応答して動作を開始するための制御手段であって、前記評価装置の使用時に、第一のワークステーションと第三のワークステーションとの間でクリーニングチューブを移動し、かつ、第一のワークステーションから第四のワークステーションにサンプルチューブを移動し、前記サンプルチューブ中に前記ガスディフューザー手段を配置させ、そして前記ガスディフューザー手段を含むサンプルチューブを第五ワークステーションに移動し、前記チューブと前記オプトエレクトロニクス装置とを互いに相対的に動かすように前記自動取扱装置を制御するようになっている制御手段、
    をさらに含む、評価装置。

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