JP2014202579A - Surface tension measurement apparatus, surface tension measurement method, critical micelle concentration measurement apparatus, and critical micelle concentration measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、液体の表面張力を測定する表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに表面張力の測定により界面活性剤等の両親媒性分子の臨界ミセル濃度を測定する臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法に関する。 The present invention relates to a surface tension measuring device and a surface tension measuring method for measuring the surface tension of a liquid, a critical micelle concentration measuring device for measuring the critical micelle concentration of an amphipathic molecule such as a surfactant by measuring the surface tension, and a criticality measuring device. The present invention relates to a micelle concentration measurement method.
従来、液体の表面張力(界面張力)の測定方法としては、懸滴法(ペンダントドロップ法)、ウィルヘルミー(Wilhelmy)法、最大泡圧法等が知られている。このうち、懸滴法は、管状の針先から液体試料の液滴を懸垂させ、この懸垂状態の液滴の形状から表面張力を求める方法である(例えば、特許文献1参照)。従って、懸滴法によれば、針先から液体試料を吐出する吐出装置および撮像装置を備える一般的な接触角測定装置を利用して表面張力を測定可能であり、他の方法と比較して簡便に表面張力を測定可能な手法として懸滴法は広く使用されている。また、既存の接触角測定装置の中には、懸滴法による表面張力測定機能を予め備えたものも存在している。 Conventionally, as a method for measuring the surface tension (interface tension) of a liquid, a hanging drop method (pendant drop method), a Wilhelmy method, a maximum bubble pressure method, and the like are known. Among these, the hanging drop method is a method of suspending a droplet of a liquid sample from a tubular needle tip and obtaining the surface tension from the shape of the suspended droplet (for example, see Patent Document 1). Therefore, according to the hanging drop method, the surface tension can be measured by using a general contact angle measuring device including an ejection device and an imaging device for ejecting a liquid sample from the needle tip, compared with other methods. The hanging drop method is widely used as a method for easily measuring the surface tension. Some existing contact angle measuring devices are provided with a surface tension measuring function by the hanging drop method in advance.
しかしながら、懸滴法では、動的な表面張力、すなわち表面張力の経時的な変化を測定することが難しいという問題があった。例えば、界面活性剤等の両親媒性分子を含有する液体においては、新たな界面(表面)が生成される度に両親媒性分子が界面に引き寄せられ、界面に再配列することで表面張力を低下させるため、両親媒性分子の配列が平衡状態に達するまで表面張力が低下していくという性質を有するが、懸滴法ではこのように経時的に低下する表面張力を測定することは困難であった。 However, the hanging drop method has a problem that it is difficult to measure a dynamic surface tension, that is, a change with time of the surface tension. For example, in a liquid containing an amphiphilic molecule such as a surfactant, the amphiphilic molecule is attracted to the interface every time a new interface (surface) is generated, and the surface tension is reduced by rearranging the interface. In order to reduce the surface tension, the surface tension decreases until the arrangement of the amphiphilic molecules reaches an equilibrium state, but it is difficult to measure the surface tension that decreases with time in the hanging drop method. there were.
すなわち、懸滴法とは表面張力と液滴の重量の釣合状態から表面張力を求めるものであることから、表面張力が液滴を保持不能な値まで低下した場合には液滴が落下してしまうため、それより低い表面張力の測定は不可能であった。一方、液滴が落下しないように液滴を小さくした場合には、表面張力の高い初期状態において液滴の重量に表面張力が勝りすぎることとなり、液滴の形状が略球形となってしまうため、正確な表面張力の測定が困難であった。 In other words, the suspended drop method is to obtain the surface tension from the balance between the surface tension and the weight of the droplet, so if the surface tension drops to a value that cannot hold the droplet, the droplet will drop. Therefore, it was impossible to measure a surface tension lower than that. On the other hand, when the droplet is made small so that the droplet does not fall, the surface tension is too much to overcome the weight of the droplet in the initial state where the surface tension is high, and the shape of the droplet becomes substantially spherical. It was difficult to accurately measure the surface tension.
このため、界面活性剤等を含む液体の表面張力の測定、および表面張力の測定に基づく界面活性剤等の臨界ミセル濃度(Critical Micelle Concentration:CMC)の測定においては、従来、専用の装置を必要とするウィルヘルミー法や最大泡圧法が一般に使用されていたが、近年における界面活性剤等の適用範囲の益々の拡大に伴い、より簡便な測定手法が望まれていた。 For this reason, in the measurement of the surface tension of liquids containing surfactants and the measurement of critical micelle concentration (CMC) such as surfactants based on the measurement of surface tension, a dedicated device is conventionally required. The Wilhelmy method and the maximum bubble pressure method are generally used. However, as the application range of surfactants and the like has increased in recent years, a simpler measurement method has been desired.
本発明は、斯かる実情に鑑み、動的な表面張力を懸滴法により簡便に測定することが可能な表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a surface tension measuring device, a surface tension measuring method, a critical micelle concentration measuring device, and a critical micelle concentration measuring method capable of easily measuring dynamic surface tension by a hanging drop method. Is to provide.
(1)本発明は、管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、前記吐出装置および前記撮像装置を制御する制御装置と、前記撮像装置により撮像した前記液滴の画像に基づいて前記液体試料の表面張力を導出する画像処理装置と、を備え、前記制御装置は、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成手段と、前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成手段と、を備え、前記画像処理装置は、複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得手段と、取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段と、を備えることを特徴とする、表面張力測定装置である。 (1) The present invention provides a discharge device that discharges a liquid sample from the tip of a tubular needle, an image pickup device that picks up a liquid droplet hanging from the tip of the needle, and a control device that controls the discharge device and the image pickup device. And an image processing device for deriving the surface tension of the liquid sample based on the image of the liquid droplet picked up by the image pickup device, and the control device causes the discharge device to discharge the liquid sample to obtain a predetermined value. A starting droplet forming means for dropping the droplet of the starting liquid amount from the tip of the needle, and each time the droplet drops from the tip of the needle, the liquid sample was discharged to the discharge device and dropped Correction liquid droplet forming means for dropping the liquid droplet having a correction liquid amount smaller than the liquid droplet from the tip of the needle, and the image processing apparatus acquires a liquid droplet image at a plurality of time points. Image acquisition means and acquired Characterized in that it comprises a surface tension deriving means for deriving the surface tension, the each image of the droplet at several time points, a surface tension measuring device.
(2)本発明はまた、前記画像処理装置が導出した表面張力に基づいて前記液体試料の表面張力の経時変化データを生成するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置は、前記画像処理装置が導出した表面張力から前記液滴の液量に基づいて有効表面張力を選択する有効表面張力選択手段を備えることを特徴とする、上記(1)に記載の表面張力測定装置である。 (2) The present invention also includes a data processing device that generates temporal change data of the surface tension of the liquid sample based on the surface tension derived by the image processing device, and the data processing device includes: The surface tension measuring device according to (1), further comprising an effective surface tension selecting unit that selects an effective surface tension based on the derived surface tension based on the liquid amount of the droplet.
(3)本発明はまた、前記データ処理装置は、前記有効表面張力を時系列的に配列した経時変化データを生成する経時変化データ生成手段を備えることを特徴とする、上記(2)に記載の表面張力測定装置である。 (3) The data processing apparatus according to (2), wherein the data processing device further includes time-change data generating means for generating time-change data in which the effective surface tensions are arranged in time series. This is a surface tension measuring device.
(4)本発明はまた、前記経時変化データ生成手段は、前記液滴ごとの基準時点からの経過時間を前記有効表面張力に対応付けて前記経時変化データを生成することを特徴とする、上記(3)に記載の表面張力測定装置である。 (4) The present invention is also characterized in that the time-change data generating means generates the time-change data by associating an elapsed time from a reference time point for each droplet with the effective surface tension. The surface tension measuring device according to (3).
(5)本発明はまた、前記制御装置は、前記有効表面張力の変化が所定の範囲内となった場合に測定を終了させる測定終了手段を備えることを特徴とする、上記(2)乃至(4)のいずれかに記載の表面張力測定装置である。 (5) The present invention is also characterized in that the control device comprises measurement end means for ending the measurement when the change in the effective surface tension falls within a predetermined range. 4) The surface tension measuring device according to any one of the above.
(6)本発明はまた、前記修正液量は、落下した前記液滴の液量の75乃至99%に設定されることを特徴とする、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の表面張力測定装置である。 (6) The present invention is also characterized in that the correction liquid amount is set to 75 to 99% of the liquid amount of the dropped liquid droplets. This is a surface tension measuring device.
(7)本発明はまた、前記制御装置は、前記針の先端から前記液滴が落下するまで前記吐出装置に前記液体試料を吐出させる落下液滴形成手段と、前記落下液滴形成手段が落下させた前記液滴の液量に基づいて前記開始液量を設定する開始液量設定手段と、を備えることを特徴とする、上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の表面張力測定装置である。 (7) In the present invention, the control device also includes a falling droplet forming unit that causes the discharge device to discharge the liquid sample until the droplet drops from the tip of the needle, and the falling droplet forming unit is dropped. The surface tension measurement according to any one of (1) to (6), further comprising: a starting liquid amount setting unit that sets the starting liquid amount based on the liquid amount of the liquid droplets. Device.
(8)本発明はまた、上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の表面張力測定装置と、両親媒性分子を含有する前記液体試料を前記吐出装置に供給する供給装置と、を備え、前記供給装置は、前記両親媒性分子の濃度が異なる複数種類の前記液体試料を前記吐出装置に供給するように構成されることを特徴とする、臨界ミセル濃度測定装置である。 (8) The present invention also includes the surface tension measuring device according to any one of (1) to (7) above, and a supply device that supplies the liquid sample containing amphiphilic molecules to the discharge device. The supply device is a critical micelle concentration measurement device configured to supply a plurality of types of liquid samples having different concentrations of the amphiphilic molecules to the discharge device.
(9)本発明はまた、管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置における表面張力の測定方法であって、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、表面張力測定方法である。 (9) The present invention also measures the surface tension in a surface tension measuring device comprising: a discharge device that discharges a liquid sample from the tip of a tubular needle; and an imaging device that picks up an image of a droplet that hangs down from the tip of the needle. A method of forming a liquid droplet by causing the liquid sample to be ejected by the ejection device to suspend the liquid droplet of a predetermined starting liquid amount from the tip of the needle, and the liquid droplet falling from the tip of the needle Each time the liquid sample is ejected by the ejection device, a correction liquid droplet forming step of dropping the liquid droplet having a smaller correction liquid amount than the liquid droplet dropped from the tip of the needle, and imaging by the imaging device A droplet image acquiring step for acquiring images of the droplets at a plurality of time points, and a surface tension deriving step for deriving a surface tension of the liquid sample for each of the acquired image of the droplets at the plurality of time points. Wherein the bets are surface tension measurement method.
(10)本発明はまた、管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置を利用する臨界ミセル濃度の測定方法であって、前記液体試料中の両親媒性分子の濃度を設定する濃度設定ステップと、前記濃度設定ステップで設定した濃度の前記液体試料について表面張力を測定する表面張力測定ステップと、を有し、前記表面張力測定ステップは、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、臨界ミセル濃度測定方法である。 (10) The present invention also provides a critical micelle using a surface tension measuring device comprising: a discharge device that discharges a liquid sample from the tip of a tubular needle; and an image pickup device that picks up an image of a liquid droplet hanging from the tip of the needle. A concentration measurement method, a concentration setting step for setting a concentration of amphiphilic molecules in the liquid sample, and a surface tension measurement step for measuring a surface tension for the liquid sample having a concentration set in the concentration setting step; The surface tension measuring step includes: a starting droplet forming step of causing the liquid sample to be discharged to the discharge device and dropping the droplet of a predetermined starting liquid amount from the tip of the needle; Each time the liquid droplet falls from the tip, the liquid sample is ejected by the ejection device, and the liquid droplet having a smaller amount of correction liquid than the liquid droplet dropped is dropped from the tip of the needle. A droplet image acquisition step for acquiring images of the droplets at a plurality of time points captured by the imaging device, and a surface for deriving the surface tension of the liquid sample for each of the acquired image of the droplets at the plurality of time points A method for measuring a critical micelle concentration, comprising: a tension derivation step.
本発明に係る表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法によれば、動的な表面張力を懸滴法により簡便に測定することが可能という優れた効果を奏し得る。 According to the surface tension measuring device and the surface tension measuring method, and the critical micelle concentration measuring device and the critical micelle concentration measuring method according to the present invention, the dynamic surface tension can be easily measured by the hanging drop method. Can have an effect.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
まず、本発明の第1の実施形態に係る表面張力測定装置1について説明する。本実施形態の表面張力測定装置1は、液体試料2の表面張力の経時変化、特に界面活性剤等による表面張力の経時的な低下を懸滴法により測定するものであり、一般的な接触角測定装置を表面張力の測定装置として兼用したものである。すなわち、表面張力測定装置1は、既存の接触角測定装置を活用して構成することが可能であり、接触角測定装置としても使用可能となっている。
First, the surface tension measuring device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. The surface tension measuring device 1 according to the present embodiment measures the time-dependent change in the surface tension of the
図1は、本実施形態に係る表面張力測定装置1の概略図である。同図に示されるように、表面張力測定装置1は、基台10と、基台10の略中央部に配置されたステージ20と、ステージ20の上方に配置された吐出装置30と、基台10の一端側(図の右側)に配置された撮像装置40と、基台10の他端側(図の左側)に配置された照明装置50と、ステージ20上に載置されるトレイ60と、コンピュータ100と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a surface tension measuring apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in the figure, the surface tension measuring device 1 includes a
基台10は、ステージ20、吐出装置30、撮像装置40および照明装置50等を支持する部材である。基台10は、高さ調整機構を備えた脚部12を備えており、自身の水平度を調整することが可能となっている。また、基台10の上部には、撮像装置40を支持する支柱14が設けられ、この支柱14の上部には、吐出装置30を支持するアーム16がステージ20の上方に向けて突設されている。さらに、基台10の上部には、必要に応じて装置全体を覆うカバー18を取り付けることが可能となっており、温度や湿度等、測定雰囲気の状態を略一定に保つことができるようになっている。
The
ステージ20は、移動機構24を備えた所謂XYZステージであり、接触角を測定する際に固体試料が載置面22上に載置されるものである。本実施形態では、ステージ20をトレイ60の載置台として活用している。なお、表面張力測定装置1を専用の装置として構成する場合には、ステージ20を省略することができる。
The
吐出装置30は、アーム18の先端部に配置されており、表面張力を測定する液体試料2を下方に向けて吐出するものである。吐出装置30は、シリンダおよびプランジャ等の既知の構造と共に管状の針32を備えており、コンピュータ100に制御されて、針32の先端である針先32aから所定量の液体試料2を吐出する。吐出された液体試料2は、自身の表面張力によって液滴2aを形成し、この液滴2aは、自身の重量と表面張力の釣合状態に応じて針先32aから垂下(懸垂)した状態を維持する、または針先32aから離れて落下することとなる。
The
撮像装置40は、支柱16に固定されており、液滴2aを側方から撮像するものである。本実施形態では、撮像装置40は、拡大レンズ系を備えるCCDカメラから構成されている。撮像装置40は、コンピュータ100に制御されて吐出装置30の針先32aから垂下した液滴2aを拡大して撮像し、画像データをコンピュータ100に送信する。
The
照明装置50は、撮像装置40と対向するように配置され、液滴2aを撮像する場合に液滴2aを背後から照明するものである。照明装置50は、例えばハロゲンランプやLED等の光源を備え、液滴2aに向けて光を放射するように構成されている。
The illuminating
トレイ60は、吐出装置30の針先32aから落下した液滴2aを受け止め、溜めておくものである。すなわち、トレイ60は、液体試料2によって装置および装置周辺が汚染されないようにするためのものである。なお、トレイ60に代えて、またはトレイ60と共にスポンジ等の吸収材を配置するようにしてもよい。
The
コンピュータ100は、図示は省略するが、CPUと、ROM、RAM、ハードディスクおよびフラッシュメモリ等の記憶手段と、液晶ディスプレイ等の表示手段と、キーボードおよびマウス等の入力手段と、を備えて構成されている。コンピュータ100は、記憶手段に記憶されたプログラムを実行することによって動作する主な機能構成として、ステージ20、吐出装置30、撮像装置40および照明装置50等を制御する制御装置110と、撮像装置40によって撮像した画像を処理する画像処理装置120と、画像から導出した表面張力を処理するデータ処理装置130と、を備えている。
Although not shown, the
図2は、コンピュータ100の主な機能構成を示したブロック図である。同図に示されるように、制御装置110は、具体的な機能構成として、落下液滴形成手段111と、開始液量設定手段112と、開始液滴形成手段113と、修正液滴形成手段114と、終了判定手段115と、測定終了手段116と、を備えている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a main functional configuration of the
落下液滴形成手段111は、表面張力の測定を開始する前に吐出装置30を制御して、吐出装置30の針先32aから液滴2aが落下するまで液体試料2を吐出させるものである。この液滴2a(落下液滴)の落下時の液量(重量)は、液体試料2の初期表面張力(略最大の表面張力)と略釣り合うものとなる。すなわち、液滴2aの落下時の液量は、液体試料2の表面張力によって保持可能な液量の上限であり、落下液滴形成手段111は、この液量の上限を測定するためのものである。
The falling droplet forming means 111 controls the
開始液量設定手段112は、落下液滴形成手段111が落下させた液滴2aの落下時の液量である落下液量に基づいて、表面張力の測定において最初に形成する液滴2aの液量である開始液量を設定するものである。開始液量設定手段112は、例えばプランジャの移動量等の吐出装置30の制御情報、または液滴2aを撮像した画像から落下液量を取得する。そして、取得した落下液量を所定の比率で減少させた液量を開始液量として設定する。設定した開始液量は、コンピュータ100の記憶手段に記憶される。
The starting liquid amount setting means 112 is a liquid of the
懸滴法による表面張力の測定では、液滴2aの液量が少なすぎる場合には表面張力が液滴2aの重量に勝り過ぎるため正確な表面張力の測定が困難となり、液滴2aの液量が多すぎる場合には表面張力の少しの低下で液滴2aが落下することとなる。従って、測定の精度および測定のスムーズな進行を考慮すれば、開始液量は、落下液量の75%以上99%以下の範囲内であることが好ましく、落下液量の85%以上95%以下の範囲内であればより好ましい。
In the surface tension measurement by the hanging drop method, when the liquid volume of the
開始液滴形成手段113は、吐出装置30を制御して開始液量の液体試料2を針先32aから吐出させ、表面張力の測定における最初の液滴2a(開始液滴)を形成するものである。この開始液量の液滴2aは、表面張力が開始液量と釣り合うまで低下した後に、針先32aから落下することとなる。従って、開始液量の液滴2aを形成から落下までの間に撮像した画像に基づいて、液体試料2の初期表面張力から開始液量と釣り合う表面張力までの経時変化を測定することができる。
The start droplet forming means 113 controls the
修正液滴形成手段114は、液滴2aが落下する度に吐出装置30を制御して、落下した液滴2aよりも少ない液量である修正液量の液体試料2を吐出させ、次の液滴2a(修正液滴)を形成するものである。このように、落下した液滴2aよりも小さい液滴2aを形成することで、落下した液滴2aよりも低い表面張力まで液滴2aを垂下状態に維持することができるため、より低い表面張力を測定することが可能となる。すなわち、本実施形態では、修正液滴形成手段114によって1つ前の液滴2aよりも小さい液滴2aを次々に形成していくことで、幅広い測定範囲にわたって表面張力を測定することを可能としている。
The correction liquid droplet forming means 114 controls the
修正液量の液滴2aは、1つ前の液滴2aの落下時の表面張力以下(または、少し余裕を見るならば、落下より多少前の時点の表面張力以下)の表面張力を測定可能なものであればよい。従って、上述の落下液量と開始液量の関係と同様に、修正液量は、1つ前の液滴2aの液量である前回液量の75%以上99%以下の範囲内であることが好ましく、前回液量の85%以上95%以下の範囲内であればより好ましい。修正液量は、吐出装置30の制御情報または液滴2aを撮像した画像に基づいて測定され、コンピュータ100の記憶手段に記憶される。
The surface tension of the correction
なお、修正液量の液滴2aは、表面張力が修正液量と釣り合うまで低下した後に、針先32aから落下することとなる。すなわち、修正液量の液滴2aを撮像した画像に基づいて、1つ前の液滴2aの落下時の表面張力から修正液量と釣り合う表面張力までの経時変化を測定することができる。
In addition, the
終了判定手段115は、測定した表面張力が略平衡状態に達したか否かを判定するものである。終了判定手段115は、表面張力の経時変化データを参照し、所定の時間範囲における表面張力の変化が所定の範囲内に収まったか否かに基づいて、測定した表面張力が略平衡状態に達したか否かを判定する。測定終了手段116は、所定の終了処理を行って測定を終了させるものである。測定終了手段116は、例えば測定結果を表示手段に表示させる、測定終了を報知するアラームを発する等、所定の終了処理を行った上で表面張力の測定を終了させる。
The end determination means 115 determines whether or not the measured surface tension has reached a substantially equilibrium state. The end determination means 115 refers to the time-dependent change data of the surface tension, and the measured surface tension has reached a substantially equilibrium state based on whether or not the change in the surface tension within the predetermined time range is within the predetermined range. It is determined whether or not. The measurement end means 116 performs a predetermined end process to end the measurement. The
画像処理装置120は、具体的な機能構成として、針先位置検出手段121と、液滴画像取得手段122と、表面張力導出手段123と、液滴落下判定手段124と、を備えている。図3(a)〜(c)は、撮像装置40により撮像した画像を示した概略図である。
The
針先位置検出手段121は、撮像装置40により撮像した画像に基づいて、吐出装置30の針先32aの位置を検出するものである。図3(a)に示されるように、針32は、照明装置50により背後から照明されることにより、シルエット画像として撮像される。従って、暗い領域として映し出される針32と背景の明るい領域との境界を検出することにより、針先32aの位置を検出することができる。検出した針先32aの位置は、針先位置検出手段121により、画像中の座標としてコンピュータ100の記憶手段に記憶される。例えば、図3(a)に示す例では、針先32aの両端部の座標(x1,y1)、(x2,y1)として記憶される。
The needle tip
液滴画像取得手段122は、吐出装置30の針先32aから垂下した状態の液滴2aを撮像した画像を所定のサンプリング周期で取得するものである。取得した液滴2aの画像は、撮像時間(サンプリング時間)と対応付けられてコンピュータ100の記憶手段に記憶される。
The droplet
表面張力導出手段123は、液滴画像取得手段122が取得した画像に基づいて、表面張力を導出するものである。図3(b)に示されるように、針先32aから垂下した状態の液滴2aはシルエット画像として撮像されるため、針先位置検出手段121により検出した針先32aの位置よりも下側の暗い領域と明るい領域の境界を検出することで、液滴2aの輪郭形状を検出することができる。そして、この液滴2aの輪郭形状から液体試料2の表面張力を導出することができる。
The surface
表面張力の導出は、図3(b)に示されるように、液滴2aの最大直径de、および液滴2aの最下点からdeだけ上方の位置における直径dsから算出するds/de法により行ってもよいし、Young−Laplace方程式を解いて得られる理論曲線を液滴2aの輪郭形状にフィッティングさせるYoung−Laplace法により行ってもよい。導出した表面張力は、画像の撮像時間と対応付けられてコンピュータ100の記憶手段に記憶される。このように、取得した液滴画像ごとに表面張力を導出することで、所定のサンプリング周期で表面張力を取得することができる。
Derivation of surface tension, as shown in FIG. 3 (b), d s calculated from the diameter d s in d e only the upper position from the lowest point of the maximum diameter d e, and
液滴落下判定手段124は、撮像装置40により撮像した画像に基づいて、液滴2aが落下したか否かを判定するものである。液滴落下判定手段124は、図3(c)に示されるように、撮像装置40により撮像した画像中において、針先32aの位置の下方に所定の範囲の判定領域Aを設定し、この判定領域A内に液滴2aを映し出した暗い領域が含まれるか否かによって液滴2aの落下を判定する。
The droplet
なお、図3(c)に示されるように、液滴2aの落下後に、針先32aに残液2bが残存する場合がある。このような場合、液滴落下判定手段124は、残液2bを撮像した画像に基づいて残液2bの液量を導出してコンピュータ100の記憶手段に記憶する。そして、修正液滴形成手段114は、記憶された残液2bの液量に基づいて、次の液滴2aの液量である修正液量を補正する。
As shown in FIG. 3C, the
図2に戻って、データ処理装置130は、具体的な機能構成として、有効表面張力選択手段131と、経時変化データ生成手段132と、を備えている。有効表面張力選択手段131は、画像処理装置120の表面張力導出手段123が導出した表面張力から、各液滴2aの液量に基づいて有効な表面張力を選択する。すなわち、各液滴2aについて導出された複数の表面張力から、各液滴2aの液量に対して大きすぎる表面張力を排除し、各液滴2aの液量によって適切な測定が可能な範囲の表面張力を選択する。具体的に、有効表面張力選択手段131は、修正液量の設定に基づき、1つ前の液滴2aの落下時の表面張力以下、または落下より多少前の時点の表面張力以下の表面張力を有効表面張力として選択する。
Returning to FIG. 2, the
経時変化データ生成手段132は、有効表面張力選択手段131が液滴2aごとに選択した有効表面張力を結合し、表面張力の経時変化データを生成するものである。具体的に、経時変化データ生成手段132は、選択された有効表面張力を液滴2aごとの基準時点からの経過時間と対応付けて結合することにより、経時変化データを生成する。すなわち、表面張力の変化(低下)は、新たな界面が形成された時、すなわち液滴2aの形成時に開始されることから、例えば各液滴2aの形成が完了した時点を基準時点とし、そこからの経過時間を各液滴2aから導出した有効表面張力と対応付けることにより、異なる液滴2aから導出した有効表面張力であっても、経過時間順に配列するだけで表面張力の経時変化データが生成されることとなる。
The temporal change data generation means 132 combines the effective surface tensions selected for each
なお、基準時点からの経過時間は、各画像の撮像時間と液滴2aを形成した時間から算出するようにしてもよいし、予め各画像の撮像時間を液滴2aごとの基準時点からの経過時間としておいてもよい。また、基準時点は、各液滴2aの形成が完了した時点に限定されるものではなく、例えば液体試料2の吐出を開始した時点であってもよいし、各液滴2aの形成完了から所定時間経過後であってもよい。すなわち、基準時点は、表面張力の経時変化の基準を各液滴2aについて統一的に定めることが可能な時点であればよい。
The elapsed time from the reference time may be calculated from the imaging time of each image and the time when the
また、データ処理装置130は、生成した経時変化データに基づいて、平衡状態に達した最終的な表面張力である最終表面張力を取得する最終表面張力取得手段を備えるものであってもよい。
Further, the
図4(a)〜(c)は、表面張力の経時変化の一例をグラフで示した図である。界面活性剤等の両親媒性分子を含有する液体試料2の表面張力(γ)は、図4(a)に示されるように、新たな界面の形成時における初期表面張力γ0から時間(T)の経過に伴って徐々に低下し、両親媒性分子の配列が平衡状態となることにより、最終表面張力γeで略平衡状態となる。この表面張力の変化は両親媒性分子の濃度に依存するため、新たな界面の大きさ、すなわち液滴2aの大きさ(液量)によらず、表面張力は同一の変化態様を示すこととなる。
FIGS. 4A to 4C are graphs showing an example of the temporal change in surface tension. As shown in FIG. 4A, the surface tension (γ) of the
図4(b)は、最初の液滴2a(開始液滴)における表面張力の変化を示している。同図に示されるように、最初の液滴2aでは、表面張力は、基準時点T0(最初の液滴2aの形成時)における初期表面張力γ0から徐々に低下し、経過時間T1において開始液量と釣り合う表面張力γ1となる。そして、その直後に液滴2aは落下することとなる。開始液量は、初期表面張力γ0、およびこれ以下の表面張力を適切に導出可能な量に設定されるため、最初の液滴2aにおける有効表面張力の範囲は、初期表面張力γ0付近から開始液量と釣り合う表面張力γ1付近までとなる。
FIG. 4B shows the change in the surface tension of the
図4(c)は、2番目の液滴2aにおける表面張力の変化を示している。同図に示されるように、2番目の液滴2aにおいても最初の液滴2aと同様に、表面張力は、基準時点T0(2番目の液滴2aの形成時)における初期表面張力γ0から徐々に低下し、経過時点T1において開始液量と釣り合う表面張力γ1となる。その後、2番目の液滴2aにおける表面張力は、経過時点T2において2番目の液滴2aの液量(修正液量)と釣り合う表面張力γ2となり、その直後に、液滴2aは落下することとなる。2番目の液滴2aにおける修正液量は、開始液量と釣り合う表面張力γ1、およびこれ以下の表面張力を適切に導出可能な量に設定されるため、2番目の液滴2aにおける有効表面張力の範囲は、表面張力γ1付近から表面張力γ2付近までとなる。
FIG. 4C shows a change in surface tension of the
図4(d)は、3番目の液滴2aにおける表面張力の変化を示している。同図に示されるように、3番目の液滴2aにおいても表面張力は、基準時点T0(3番目の液滴2aの形成時)における初期表面張力γ0から徐々に低下し、経過時点T1において開始液量と釣り合う表面張力γ1となり、経過時点T2において2番目の液滴2aの液量と釣り合う表面張力γ2となる。その後、3番目の液滴2aにおける表面張力はさらに低下するが、表面張力が3番目の液滴2aの液量(修正液量)と釣り合う表面張力γ3には到達せず、それより高い最終表面張力γeで略平衡状態に達することとなる。3番目の液滴2aにおける修正液量は、2番目の液滴2aの液量と釣り合う表面張力γ2、およびこれ以下の表面張力γを適切に導出可能な量に設定されるため、3番目の液滴2aにおける有効表面張力の範囲は、表面張力γ2付近から3番目の液滴2aの液量(修正液量)と釣り合う表面張力γ3付近までとなる。従って、最終表面張力γeは、3番目の液滴2aにおける有効表面張力の範囲内に含まれている。
FIG. 4D shows the change in surface tension of the
上述のように、液体試料2の表面張力γは、異なる液滴2aにおいても略同一の態様で変化(低下)するため、各液滴2aの液量を順番に減少させていくことで、液滴2aごとに有効表面張力の範囲を低い方にずらし、初期表面張力γ0から最終表面張力γeまでをカバーすることが可能となる。すなわち、各液滴2aを撮像した画像に基づいて、初期表面張力γ0から最終表面張力γeまでの全範囲にわたり、表面張力γを高精度に導出することができる。また、各液滴2aから導出した有効表面張力を繋ぎ合わせるだけで、液体試料2の表面張力γの初期表面張力γ0から最終表面張力γeまでの経時変化データを得ることができる。
As described above, since the surface tension γ of the
このように、本実施形態では、液滴2aが落下する度にそれより小さい液滴2aを形成すると共に各液滴2aについて適宜に有効表面張力の範囲を設定し、さらに選択した有効表面張力を各液滴2aごとの基準時点T0からの経過時間と対応付けることにより、表面張力γの経時変化を、初期表面張力γ0から最終表面張力γeまでの全範囲にわたって高精度に求めることが可能となっている。すなわち、動的な表面張力を懸滴法により簡便且つ高精度に測定することが可能となっている。
Thus, in this embodiment, every time the
次に、本実施形態の表面張力測定装置1による表面張力の測定手順について説明する。図5は、表面張力測定装置1による表面張力の測定手順を示したフローチャートである。なお、表面張力の測定にあたっては、事前に液体試料2を吐出装置30内に封入すると共に、針先32aから垂下した状態の液滴2aを撮像可能な位置に吐出装置30および撮像装置40を配置しておく。
Next, the procedure for measuring the surface tension by the surface tension measuring device 1 of the present embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for measuring the surface tension by the surface tension measuring device 1. In measuring the surface tension, the
表面張力測定装置1による表面張力の測定では、まずステップS10において撮像を開始する(撮像開始ステップ)。ここでは、制御装置110が撮像装置40を制御して撮像を開始し、必要に応じて撮像装置40のピントや拡大率を調整する。次に、ステップS11では、吐出装置30の針先32aの位置を検出する(針先位置検出ステップ)。ここでは、画像処理装置120の針先位置検出手段121が、撮像装置40により撮像した画像に基づいて針先32aの位置を検出して記憶する。
In the measurement of the surface tension by the surface tension measuring device 1, first, imaging is started in step S10 (imaging start step). Here, the
次に、ステップS12では、落下液量を測定するために落下させる液滴2aを形成する(落下液滴形成ステップ)。ここでは、制御装置110の落下液滴形成手段111が、吐出装置30を制御して液滴2aを形成し、落下させる。次に、ステップS13では、開始液量を設定する(開始液量設定ステップ)。ここでは、制御装置110の開始液量設定手段112が、測定した落下液量に基づいて開始液量を設定する。次に、ステップS14では、最初の液滴2aを形成する(開始液滴形成ステップ)。ここでは、制御装置110の開始液滴形成手段113が、吐出装置30を制御して開始液量の液滴2aを形成し、吐出装置30の針先32aから垂下した状態とする。
Next, in step S12, a
次に、ステップS15では、針先32aから垂下した状態の液滴2aを撮像した画像を取得する(液滴画像取得ステップ)。ここでは、画像処理装置120の液滴画像取得手段122が、撮像装置40により撮像した液滴2aの画像を所定のサンプリング周期で取得して記憶する。次に、ステップS16では、液滴2aの画像に基づいて表面張力を導出する(表面張力導出ステップ)。ここでは、画像処理装置120の表面張力導出手段123が、ステップS15で取得した液滴2aの画像に基づいて表面張力を導出する。
Next, in step S15, an image obtained by imaging the
次に、ステップS17では、導出した表面張力から有効表面張力を選択する(有効表面張力選択ステップ)。ここでは、データ処理装置130の有効表面張力選択手段131が、ステップS16で導出した表面張力が有効表面張力である場合に、これを有効表面張力として選択する。次に、ステップS18では、表面張力の経時変化データを生成する(経時変化データ生成ステップ)。ここでは、データ処理装置130の経時変化データ生成手段132が、ステップS17で選択した有効表面張力を基準時点からの経過時間に対応付けて経時変化データに追加していくことにより、表面張力の経時変化データを生成する。
Next, in step S17, an effective surface tension is selected from the derived surface tension (effective surface tension selection step). Here, when the surface tension derived in step S16 is the effective surface tension, the effective surface
次に、ステップS19では、表面張力が平衡状態に達したか否かを判定する(終了判定ステップ)。ここでは、制御装置110の終了判定手段115が、表面張力の経時変化データを参照し、測定した表面張力、すなわち有効表面張力が平衡状態に達したか否かを判定する。有効表面張力が平衡状態に達したと判定した場合にはステップS20に進み、平衡状態に達していないと判定した場合にはステップS21に進む。ステップS20では、制御装置110の測定終了手段116が所定の終了処理を行って測定を終了させる(測定終了ステップ)。
Next, in step S19, it is determined whether or not the surface tension has reached an equilibrium state (end determination step). Here, the
ステップS21では、液滴2aが針先32aから落下したか否かを判定する(液滴落下判定ステップ)。ここでは、画像処理装置120の液滴落下判定手段124が、撮像装置40により撮像した画像に基づいて、吐出装置30の針先32aから液滴2aが落下したか否かを判定する。液滴2aが落下したと判定した場合にはステップS22に進み、液滴2aが落下していないと判定した場合はステップS15に戻る。従って、ステップS15〜S18の処理は、液滴2aが落下する、または有効表面張力が平衡に達するまで繰り返される。
In step S21, it is determined whether or not the
ステップS22では、修正液量の液滴2aを形成する(修正液滴形成ステップ)。ここでは、制御装置110の修正液滴形成手段114が、吐出装置30を制御して修正液量の液滴2aを形成し、吐出装置30の針先32aから垂下した状態とする。ステップS22の次は、ステップS15に戻り、修正液量の液滴2aが落下する、または有効表面張力が平衡に達するまでステップS15〜S18の処理を繰り返す。
In step S22, the
以上の手順により、液体試料2の表面張力の経時変化が測定される。なお、液体試料2の初期表面張力が予め判明している場合には、ステップS12を省略し、ユーザの入力した初期表面張力または液量等に基づいて、ステップS13で開始液量を設定するようにしてもよい。また、ステップS17における有効表面張力の選択、およびステップS18における経時変化データの生成は、ステップS20の終了処理の直前にまとめて行うようにしてもよい。また、ステップS19において、所定の時間が経過しても液滴2aが落下しない場合に表面張力が平衡状態に達したと判定するようにし、ステップS16における表面張力の導出、ステップS17における有効表面張力の選択、およびステップS18における経時変化データの生成を、ステップS20の終了処理の直前にまとめて行うようにしてもよい。
With the above procedure, the change with time of the surface tension of the
次に、本発明の第2の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置3について説明する。本実施形態の臨界ミセル濃度測定装置3は、界面活性剤等の両親媒性分子を含有する液体試料2の動的な表面張力を懸滴法により測定することで、両親媒性分子の臨界ミセル濃度を測定するものであり、第1の実施形態の表面張力測定装置1に、供給装置200を組み合わせることによって構成されている。従って、以下、第1の実施形態と同一の部分については同一の符号を付すと共にその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
Next, the critical micelle concentration measuring apparatus 3 according to the second embodiment of the present invention will be described. The critical micelle concentration measuring apparatus 3 of the present embodiment measures the dynamic surface tension of the
図6は、本実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置3の概略図である。表面張力測定装置1に組み合わされる供給装置200は、両親媒性分子を含有する液体試料2において両親媒性分子の濃度を変化させると共に、両親媒性分子の濃度を変化させた液体試料2を吐出装置30に供給するものである。同図に示されるように、供給装置200は、容器210と、送液ポンプ220と、排液バルブ230と、純水供給バルブ240と、液面センサ250と、を備えている。
FIG. 6 is a schematic diagram of the critical micelle concentration measuring apparatus 3 according to the present embodiment. The
容器210は、所定量の液体試料2を適宜の密閉状態で貯留するものである。送液ポンプ220は、既知の構造のポンプであり、液体試料2を容器210から吐出装置30に送液するものである。送液ポンプ220は送液管222を介して吐出装置30に接続されており、液体試料2はこの送液管222を介して吐出装置30に供給される。
The
排液バルブ230は、コンピュータ100に制御されて開閉する既知の構造の電磁弁であり、図示を省略した排液容器に接続されている。すなわち、排液バルブ230を開くことによって容器210内から液体試料2が排出され、排液バルブ230を閉じることによって容器210内からの液体試料2の排出が停止される。これにより、容器210内の液体試料2の液量を調整することができる。
The
純水供給バルブ240は、排液バルブ230と同様にコンピュータ100に制御されて開閉する既知の構造の電磁弁であり、図示を省略した純水供給源に接続されている。すなわち、純水供給バルブ240を開くことによって容器210内に純水が供給され、純水供給バルブ240を閉じることによって容器210内への純水の供給が停止される。これにより、容器210内の液体試料2における両親媒性分子の濃度を調整することができる。
The pure
液面センサ250は、容器210内の液体試料2の液面高さを検出する既知の構造のセンサである。すなわち、コンピュータ100は、液面センサ250からの検出信号に基づいて、排液バルブ230および純水供給バルブ240の開閉を制御することにより、容器210内の液体試料2の液量、および両親媒性分子の濃度を調整するようになっている。また、コンピュータ100は、液面センサ250からの検出信号に基づいて、吐出装置30への液体試料2の供給量を把握する。
The
なお、容器210内への純水の供給、および容器210内からの液体試料2の排出は、適宜のポンプにより行ってもよいし、重力により行ってもよい。さらに、供給装置200を表面張力測定装置1の上方に配置すると共に、送液ポンプ220に代えて適宜のバルブを設けることにより、吐出装置30への液体試料2の供給を重力により行うようにしてもよい。また、容器210内に適宜の攪拌装置や循環装置を設け、容器210内の液体試料2を攪拌するようにしてもよい。
The supply of pure water into the
本実施形態では、このような構成により、供給装置200によって液体試料2における両親媒性分子の濃度を変更し、異なる濃度の液体試料2を吐出装置30に供給することを可能としている。具体的には、排液バルブ230を開いて所定量の液体試料2を容器210内から排出した後に、純水供給バルブ240を開いて所定量の純水を容器210内に供給することにより、液体試料2における両親媒性分子の濃度を変更(希釈)することができる。従って、供給装置200は、界面活性剤の濃度が異なる複数種類の液体試料2を濃度の高い方から順番に作成し、吐出装置30に供給することが可能となっている。
In the present embodiment, with such a configuration, it is possible to change the concentration of the amphiphilic molecules in the
なお、吐出装置30内の液体試料2を濃度の異なる液体試料2に置換するためには、送液ポンプ220、送液管222および吐出装置30内の残液を完全に排出する必要があるが、本実施形態では、図示を省略した排液容器に接続される排出管62をトレイ60に設けることによって、残液をトレイ60に排出することを可能としている。これにより、新たに作成した液体試料2を送液ポンプ220で送液するだけで、前回の残液を吐出装置30の針32から押し出すことができるため、液体試料2の置換を迅速に行うことが可能となっている。
In order to replace the
図7は、本実施形態におけるコンピュータ100の主な機能構成を示したブロック図である。同図に示されるように、本実施形態のコンピュータ100は、主な機能構成として、制御装置110、画像処理装置120、およびデータ処理装置130を備えている。
FIG. 7 is a block diagram showing the main functional configuration of the
本実施形態の制御装置110は、表面張力測定装置1を制御すると共に供給装置200を制御するものである。従って、制御装置110は、供給装置200を制御するための具体的な機能構成として、濃度設定手段と117と、供給置換手段118と、を備えている。濃度設定手段117は、液面センサ250からの検出信号に基づいて排液バルブ230および純水供給バルブ240を制御して、容器210内の液体試料2における両親媒性分子の濃度を変更し、所定の濃度に設定するものである。また、供給置換手段118は、液面センサ250からの検出信号に基づいて送液ポンプ220を制御し、吐出装置30内を新たな濃度の液体試料2に完全に置換可能な量の液体試料2を供給するものである。
The
また、本実施形態のデータ処理装置130は、両親媒性分子の臨界ミセル濃度を導出するための具体的な機能構成として、最終表面張力取得手段133と、臨界ミセル濃度導出手段134と、を備えている。最終表面張力取得手段133は、経時変化データ生成手段132が生成した表面張力の経時変化データに基づいて平衡状態に達した最終的な表面張力である最終表面張力を取得し、両親媒性分子の濃度と対応付けてコンピュータ100の記憶手段に記憶するものである。また、臨界ミセル濃度導出手段134は、最終表面張力取得手段133が取得した各濃度における最終表面張力に基づいて、両親媒性分子の臨界ミセル濃度を導出し、コンピュータ100の記憶手段に記憶するものである。
Further, the
図8は、両親媒性分子の濃度と最終表面張力の関係を片対数グラフで示した概略図である。臨界ミセル濃度とは、両親媒性分子がミセルを形成し始める濃度のことである。すなわち、臨界ミセル濃度以上に両親媒性分子の濃度を高めた場合、ミセルの数は増加するものの界面における両親媒性分子の配列は平衡状態を保つことから、表面張力はそれ以上低下せず、略一定に保たれることとなる。従って、同図に示されるように、両親媒性分子の濃度(C)を複数の異なる濃度C1〜C7に設定した液体試料2の最終表面張力(γe)を測定して片対数グラフにプロットすると、濃度に応じて最終表面張力が変化する領域と、濃度によらず最終表面張力が略一定となる領域に別れることとなり、この2つの領域の境界となる濃度が臨界ミセル濃度CMCとなる。臨界ミセル濃度導出手段134は、例えば近似式からの導出等、既知の手法により臨界ミセル濃度を導出する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the relationship between the concentration of amphiphilic molecules and the final surface tension in a semi-logarithmic graph. The critical micelle concentration is the concentration at which amphiphilic molecules begin to form micelles. That is, when the concentration of amphiphilic molecules is increased above the critical micelle concentration, the number of micelles increases, but the arrangement of the amphiphilic molecules at the interface maintains an equilibrium state, so the surface tension does not decrease any more, It will be kept substantially constant. Therefore, as shown in the figure, the semi-logarithmic graph is obtained by measuring the final surface tension (γ e ) of the
次に、本実施形態の臨界ミセル濃度測定装置3による臨界ミセル濃度の測定手順について説明する。図9は、臨界ミセル濃度測定装置3による臨界ミセル濃度の測定手順を示したフローチャートである。なお、臨界ミセル濃度の測定にあたっては、事前に予想される臨界ミセル濃度よりも高い濃度で両親媒性分子を含有させた液体試料2を作成し、供給装置200の容器210内に収容しておく。
Next, a procedure for measuring the critical micelle concentration by the critical micelle concentration measuring apparatus 3 of the present embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for measuring the critical micelle concentration by the critical micelle concentration measuring device 3. When measuring the critical micelle concentration, a
臨界ミセル濃度測定装置3による臨界ミセル濃度の測定では、まずステップS30において、両親媒性分子の濃度を所定の濃度に設定する(濃度設定ステップ)。ここでは、制御装置110の濃度設定手段117が、排液バルブ230および純水供給バルブ240を制御して、容器210内の液体試料2における両親媒性分子の濃度を、予め設定した複数の設定濃度の1つに設定する。なお、最初の設定濃度に設定された液体試料2が容器210内に収容されている場合には、最初のステップS30においては濃度設定処理を行わない。
In the measurement of the critical micelle concentration by the critical micelle concentration measuring device 3, first, in step S30, the concentration of the amphiphilic molecule is set to a predetermined concentration (concentration setting step). Here, the concentration setting means 117 of the
次に、ステップS31では、液体試料2を吐出装置30へ供給し、吐出装置30内の液体試料2を置換する(液体試料供給置換ステップ)。ここでは、制御装置110の供給置換手段118が、送液ポンプ220を制御して液体試料2を吐出装置30へ供給すると共に吐出装置30内等の残液を排出し、吐出装置30内の液体試料2を新たな液体試料2に置換する。なお、吐出装置30内を空にしておく場合には、最初のステップS31においては吐出装置30に液体試料2を供給するだけでよい。
Next, in step S31, the
次に、ステップS32では、吐出装置30内の液体試料2について表面張力を測定する(表面張力測定ステップ)。ここでは、図5に示した手順に従って表面張力の経時変化を測定し、表面張力の経時変化データを生成する。次に、ステップS33では、表面張力の経時変化データから最終表面張力を取得する(最終表面張力取得ステップ)。ここでは、データ処理装置130の最終表面張力取得手段133が、ステップS32で生成された表面張力の経時変化データから、平衡状態に達した最終表面張力を取得し、ステップS30で設定した設定濃度と対応付けて記憶する。
Next, in step S32, the surface tension of the
次に、ステップS34では、予め設定した設定濃度の全てについて表面張力の測定が終了したか否かを判定する(全濃度終了判定ステップ)。ここでは、全ての設定濃度について最終表面張力が取得されている場合には、ステップS35に進む。また、最終表面張力が取得されていない設定濃度が残っている場合には、ステップS30に戻って容器210内の液体試料2における界面活性剤の濃度を次の設定濃度に設定し、ステップS31〜S33の処理を実行して最終表面張力を取得する。なお、本実施形態では、供給装置200の構成上、設定濃度が高い方から順に測定していくこととなる。
Next, in step S34, it is determined whether or not the measurement of the surface tension has been completed for all of the preset density settings (all density end determination step). Here, if the final surface tension has been acquired for all the set densities, the process proceeds to step S35. If the set concentration for which the final surface tension has not been acquired remains, the process returns to step S30 to set the concentration of the surfactant in the
ステップS35では、臨界ミセル濃度を導出する(臨界ミセル濃度導出ステップ)。ここでは、データ処理装置130の臨界ミセル濃度導出手段134が、ステップS33において取得した最終表面張力およびこれに対応付けられた設定濃度から、臨界ミセル濃度を導出して記憶する。また、必要に応じて臨界ミセル濃度導出手段134は、導出した臨界ミセル濃度をグラフと共にコンピュータ100の表示手段に表示させる。以上の手順により、両親媒性分子の臨界ミセル濃度が測定される。なお、ステップS33における最終表面張力の取得は、ステップS35の直前にまとめて行うようにしてもよい。
In step S35, the critical micelle concentration is derived (critical micelle concentration deriving step). Here, the critical micelle
以上説明したように、上記第1の実施形態に係る表面張力測定装置1は、管状の針32の先端(針先)32aから液体試料2を吐出する吐出装置30と、針32の先端32aから垂下する液滴2aを撮像する撮像装置40と、吐出装置30および撮像装置40を制御する制御装置110と、撮像装置40により撮像した液滴2aの画像に基づいて液体試料2の表面張力を導出する画像処理装置120と、を備え、制御装置110は、液体試料2を吐出装置30に吐出させて所定の開始液量の液滴2aを針32の先端32aから垂下させる開始液滴形成手段113と、針32の先端32aから液滴2aが落下する度に、液体試料2を吐出装置30に吐出させて落下した液滴2aよりも少ない修正液量の液滴2aを針32の先端32aから垂下させる修正液滴形成手段114と、を備え、画像処理装置120は、複数時点における液滴2aの画像を取得する液滴画像取得手段122と、取得した複数時点における液滴2aの画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段123と、を備えている。
As described above, the surface tension measurement device 1 according to the first embodiment includes the
また、上記第1の実施形態に係る表面張力測定方法は、管状の針32の先端32aから液体試料2を吐出する吐出装置30と、針32の先端32aから垂下する液滴2aを撮像する撮像装置40と、を備える表面張力測定装置1における表面張力の測定方法であって、液体試料2を吐出装置30に吐出させて所定の開始液量の液滴2aを針32の先端32aから垂下させる開始液滴形成ステップS14と、針32の先端32aから液滴2aが落下する度に、液体試料2を吐出装置30に吐出させて落下した液滴2aよりも少ない修正液量の液滴2aを針32の先端32aから垂下させる修正液滴形成ステップS22と、撮像装置40により撮像した複数時点における液滴2aの画像を取得する液滴画像取得ステップS15と、取得した複数時点における液滴2aの画像ごとに液体試料2の表面張力を導出する表面張力導出ステップS16と、を有している。
In addition, the surface tension measurement method according to the first embodiment includes an
このような構成とすることで、経時的に変化する動的な表面張力であっても、懸滴法により簡便に測定することができる。すなわち、より小さい液滴2aを次々に形成して表面張力を測定することにより、懸滴法でありながらも測定可能な範囲を拡大することが可能となるため、動的な表面張力であっても経時変化の全範囲にわたって表面張力を測定することができる。従って、他の測定方法による専用の装置を用意することなく、既存の接触角測定装置等を有効活用して、動的な表面張力を簡便に測定することができる。
With such a configuration, even a dynamic surface tension that changes over time can be easily measured by the hanging drop method. That is, by forming the
また、表面張力測定装置1は、画像処理装置120が導出した表面張力に基づいて液体試料2の表面張力の経時変化データを生成するデータ処理装置130を備え、データ処理装置130は、画像処理装置120が導出した表面張力から液滴2aの液量に基づいて有効表面張力を選択する有効表面張力選択手段131を備えている。このようにすることで、大きさの異なる各液滴2aから適切に導出可能な表面張力のみを選択することが可能となるため、幅広い測定範囲にわたって高精度に表面張力を測定することができる。
Further, the surface tension measuring device 1 includes a
また、データ処理装置130は、有効表面張力を時系列的に配列した経時変化データを生成する経時変化データ生成手段132を備えている。このようにすることで、複数の液滴2aから測定した表面張力を、液体試料2の表面張力のトータルな経時変化データとして1つにまとめることが可能となるため、各種評価、分析等を容易にすることができる。
Further, the
また、経時変化データ生成手段132は、液滴2aごとの基準時点からの経過時間を有効表面張力に対応付けて経時変化データを生成する。このようにすることで、複雑なデータ繋ぎ合わせ処理等を要することなく、経過時間と対応付けた有効表面張力を追加していくだけで経時変化データを生成することができる。
In addition, the time-change
また、制御装置110は、有効表面張力の変化が所定の範囲内となった場合に測定を終了させる測定終了手段116を備えている。このようにすることで、動的な表面張力の測定を完全に自動化することができる。
In addition, the
また、修正液量は、落下した液滴2aの液量の75乃至99%に設定される。このようにすることで、有効表面張力の範囲を適切に設定して表面張力の測定範囲を適切に拡大することが可能となる。すなわち、高精度な測定を維持しつつ表面張力の測定範囲を拡大すると共に、スムーズで効率的な測定を実現することができる。
The correction liquid amount is set to 75 to 99% of the liquid amount of the dropped
また、制御装置110は、針32の先端32aから液滴2aが落下するまで吐出装置30に液体試料2を吐出させる落下液滴形成手段111と、落下液滴形成手段111が落下させた液滴2aの液量に基づいて開始液量を設定する開始液量設定手段112と、を備えている。このようにすることで、開始液量を容易且つ適切に設定することが可能となると共に、液体試料2の初期表面張力を高精度に測定することが可能となる。
The
また、上記第2の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置3は、表面張力測定装置1と、両親媒性分子を含有する液体試料2を吐出装置30に供給する供給装置200と、を備え、供給装置200は、両親媒性分子の濃度が異なる複数種類の液体試料2を吐出装置30に供給するように構成されている。
The critical micelle concentration measurement device 3 according to the second embodiment includes the surface tension measurement device 1 and a
また、上記第2の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定方法は、管状の針32の先端32aから液体試料2を吐出する吐出装置30と、針32の先端32aから垂下する液滴2aを撮像する撮像装置40と、を備える表面張力測定装置1を利用する臨界ミセル濃度の測定方法であって、液体試料2中の両親媒性分子の濃度を設定する濃度設定ステップS30と、濃度設定ステップS30で設定した濃度の液体試料2について表面張力を測定する表面張力測定ステップS32と、を有し、表面張力測定ステップS32は、液体試料2を吐出装置30に吐出させて所定の開始液量の液滴2aを針32の先端32aから垂下させる開始液滴形成ステップS14と、針32の先端32aから液滴2aが落下する度に、液体試料2を吐出装置30に吐出させて落下した液滴2aよりも少ない修正液量の液滴2aを針32の先端32aから垂下させる修正液滴形成ステップS22と、撮像装置40により撮像した複数時点における液滴2aの画像を取得する液滴画像取得ステップS15と、取得した複数時点における液滴2aの画像ごとに液体試料2の表面張力を導出する表面張力導出ステップS16と、を有している。
In the critical micelle concentration measurement method according to the second embodiment, the
このような構成とすることで、両親媒性分子を含有する液体試料2の動的な表面張力を、懸滴法により簡便に測定することが可能となるため、濃度の異なる多数の液体試料2の動的な表面張力を測定する必要のある臨界ミセル濃度の測定を迅速且つ効率的に行うことができる。従って、他の測定方法による専用の装置を用意することなく、既存の接触角測定装置等を有効活用して、臨界ミセル濃度を簡便に測定することができる。
By adopting such a configuration, the dynamic surface tension of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the surface tension measuring device and the surface tension measuring method, the critical micelle concentration measuring device and the critical micelle concentration measuring method of the present invention are limited to the above-described embodiments. However, it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、表面張力測定装置1または臨界ミセル濃度測定装置3を構成する各部材および機構等の形状および配置構成は、上記実施形態で示したものに限定されるものではなく、その他の各種形状および配置構成を採用することができる。 For example, the shapes and arrangements of the members and mechanisms constituting the surface tension measuring device 1 or the critical micelle concentration measuring device 3 are not limited to those shown in the above embodiment, and other various shapes and arrangements A configuration can be employed.
また、臨界ミセル濃度測定装置3の供給装置200は、上記実施形態で示した構造のものに限定されるものではなく、その他の既知の構造のものであってもよい。例えば、供給装置200は、濃度の異なる複数種類の液体試料2をそれぞれ貯留する複数の容器を備え、これら複数の容器から順番に液体試料2を供給するように構成されるものであってもよい。
Further, the
また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。 In addition, the functions and effects shown in the above embodiment are merely a list of the most preferable functions and effects resulting from the present invention, and the functions and effects of the present invention are not limited to these.
本発明の表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法は、各種界面活性剤等の両親媒性分子を扱う様々な分野において利用することができる。 The surface tension measuring device and surface tension measuring method, the critical micelle concentration measuring device and the critical micelle concentration measuring method of the present invention can be used in various fields dealing with amphiphilic molecules such as various surfactants.
1 表面張力測定装置
2 液体試料
2a 液滴
3 臨界ミセル濃度測定装置
30 吐出装置
32 針
32a 針先
40 撮像装置
110 制御装置
111 落下液滴形成手段
112 開始液量設定手段
113 開始液滴形成手段
114 修正液滴形成手段
116 測定終了手段
120 画像処理装置
122 液滴画像取得手段
123 表面張力導出手段
130 データ処理装置
131 有効表面張力選択手段
132 経時変化データ生成手段
200 供給装置
S14 開始液滴形成ステップ
S15 液滴画像取得ステップ
S16 表面張力導出ステップ
S22 修正液滴形成ステップ
S30 濃度設定ステップ
S32 表面張力測定ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface
Claims (10)
前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、
前記吐出装置および前記撮像装置を制御する制御装置と、
前記撮像装置により撮像した前記液滴の画像に基づいて前記液体試料の表面張力を導出する画像処理装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成手段と、
前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成手段と、を備え、
前記画像処理装置は、
複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得手段と、
取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段と、を備えることを特徴とする、
表面張力測定装置。 A discharge device for discharging a liquid sample from the tip of a tubular needle;
An imaging device for imaging a droplet dripping from the tip of the needle;
A control device for controlling the ejection device and the imaging device;
An image processing device for deriving a surface tension of the liquid sample based on an image of the droplet imaged by the imaging device;
The controller is
Start liquid droplet forming means for discharging the liquid sample to the discharge device and dropping the liquid droplet of a predetermined start liquid amount from the tip of the needle;
Each time the droplet falls from the tip of the needle, a correction fluid that causes the liquid sample to be ejected by the ejection device and causes the droplet having a smaller amount of correction fluid to hang down from the tip of the needle. Droplet forming means,
The image processing apparatus includes:
Droplet image acquisition means for acquiring images of the droplets at a plurality of time points;
Surface tension deriving means for deriving surface tension for each of the obtained images of the droplets at a plurality of time points,
Surface tension measuring device.
前記データ処理装置は、前記画像処理装置が導出した表面張力から前記液滴の液量に基づいて有効表面張力を選択する有効表面張力選択手段を備えることを特徴とする、
請求項1に記載の表面張力測定装置。 A data processing device that generates time-varying data of the surface tension of the liquid sample based on the surface tension derived by the image processing device;
The data processing apparatus includes an effective surface tension selecting unit that selects an effective surface tension based on a liquid amount of the droplet from the surface tension derived by the image processing apparatus.
The surface tension measuring device according to claim 1.
請求項2に記載の表面張力測定装置。 The data processing apparatus includes a time-change data generating unit that generates time-change data in which the effective surface tensions are arranged in time series.
The surface tension measuring device according to claim 2.
請求項3に記載の表面張力測定装置。 The time-change data generating means generates the time-change data by associating an elapsed time from a reference time point for each droplet with the effective surface tension.
The surface tension measuring device according to claim 3.
請求項2乃至4のいずれかに記載の表面張力測定装置。 The control device includes a measurement ending unit for ending the measurement when the change in the effective surface tension falls within a predetermined range.
The surface tension measuring device according to claim 2.
請求項1乃至5のいずれかに記載の表面張力測定装置。 The correction liquid amount is set to 75 to 99% of the liquid amount of the dropped droplet,
The surface tension measuring device according to any one of claims 1 to 5.
前記針の先端から前記液滴が落下するまで前記吐出装置に前記液体試料を吐出させる落下液滴形成手段と、
前記落下液滴形成手段が落下させた前記液滴の液量に基づいて前記開始液量を設定する開始液量設定手段と、を備えることを特徴とする、
請求項1乃至6のいずれかに記載の表面張力測定装置。 The controller is
A falling droplet forming means for discharging the liquid sample to the discharge device until the droplet drops from the tip of the needle;
A starting liquid amount setting means for setting the starting liquid amount based on the liquid amount of the droplet dropped by the falling droplet forming means;
The surface tension measuring device according to any one of claims 1 to 6.
両親媒性分子を含有する前記液体試料を前記吐出装置に供給する供給装置と、を備え、
前記供給装置は、前記両親媒性分子の濃度が異なる複数種類の前記液体試料を前記吐出装置に供給するように構成されることを特徴とする、
臨界ミセル濃度測定装置。 A surface tension measuring device according to any one of claims 1 to 7,
A supply device for supplying the liquid sample containing amphiphilic molecules to the discharge device,
The supply device is configured to supply a plurality of types of the liquid samples having different concentrations of the amphiphilic molecules to the discharge device,
Critical micelle concentration measurement device.
前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置における表面張力の測定方法であって、
前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、
前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、
前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、
取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、
表面張力測定方法。 A discharge device for discharging a liquid sample from the tip of a tubular needle;
An imaging device for imaging a droplet that hangs down from the tip of the needle, and a surface tension measuring method in a surface tension measuring device comprising:
A start droplet forming step of discharging the liquid sample to the discharge device and dropping the droplet of a predetermined start liquid amount from the tip of the needle;
Each time the droplet falls from the tip of the needle, a correction fluid that causes the liquid sample to be ejected by the ejection device and causes the droplet having a smaller amount of correction fluid to hang down from the tip of the needle. A drop formation step;
A droplet image acquisition step of acquiring images of the droplets at a plurality of time points captured by the imaging device;
A surface tension deriving step for deriving the surface tension of the liquid sample for each of the acquired images of the droplets at a plurality of time points,
Surface tension measurement method.
前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置を利用する臨界ミセル濃度の測定方法であって、
前記液体試料中の両親媒性分子の濃度を設定する濃度設定ステップと、
前記濃度設定ステップで設定した濃度の前記液体試料について表面張力を測定する表面張力測定ステップと、を有し、
前記表面張力測定ステップは、
前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、
前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、
前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、
取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、
臨界ミセル濃度測定方法。 A discharge device for discharging a liquid sample from the tip of a tubular needle;
An imaging device for imaging a droplet hanging from the tip of the needle, and a method for measuring a critical micelle concentration using a surface tension measuring device comprising:
A concentration setting step for setting the concentration of amphiphilic molecules in the liquid sample;
A surface tension measurement step for measuring a surface tension of the liquid sample having a concentration set in the concentration setting step,
The surface tension measuring step includes
A start droplet forming step of discharging the liquid sample to the discharge device and dropping the droplet of a predetermined start liquid amount from the tip of the needle;
Each time the droplet falls from the tip of the needle, a correction fluid that causes the liquid sample to be ejected by the ejection device and causes the droplet having a smaller amount of correction fluid to hang down from the tip of the needle. A drop formation step;
A droplet image acquisition step of acquiring images of the droplets at a plurality of time points captured by the imaging device;
A surface tension deriving step for deriving the surface tension of the liquid sample for each of the acquired images of the droplets at a plurality of time points,
Critical micelle concentration measurement method.
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