JP2016099279A - Particle analyzer and particle analysis method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a particle analyzer and a particle analysis method that can distinguish a gas particle in a liquid sample more accurately.SOLUTION: An image of a particle in a liquid sample is photographed (step S101), a size of the particle is determined (S105), and a floating speed when the particle is a gas particle is calculated (step S106). Then, if the calculated floating speed is identical with a travel speed of the particle determined based of the photographed image (Yes in step S107), the particle is distinguished as a gas particle (step S108). Because a floating speed of a particle in a liquid sample differs among cases where a particle in a liquid sample is a gas particle, a solid particle, and a liquid particle, a gas particle in a liquid sample can be distinguished accurately by distinguishing gas particles based on a floating speed.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、液体試料中の粒子の画像を撮影し、撮影された画像に基づいて粒子の解析を行うための粒子解析装置及び粒子解析方法に関するものである。   The present invention relates to a particle analysis apparatus and a particle analysis method for capturing an image of particles in a liquid sample and analyzing the particles based on the captured images.

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。   In recent years, research and use of fine bubbles such as micro bubbles and ultra fine bubbles have been actively conducted. Fine bubbles are fine bubbles having a bubble diameter of 100 μm or less, for example, those having a bubble diameter of 1 μm or more are called microbubbles, and those having a bubble diameter of less than 1 μm are called ultrafine bubbles.

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

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

しかしながら、測定対象となる液体試料には、ファインバブル以外にも、例えば粉塵又は土などの固体粒子や、オイル又はエマルジョンなどの液体粒子が含まれている場合がある。このような場合、レーザ回折・散乱式の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、ファインバブルなどの気体粒子(気泡)と、固体粒子及び液体粒子とを識別することができず、ファインバブルの気泡径分布を精度よく測定することができないおそれがある。   However, the liquid sample to be measured may contain solid particles such as dust or soil, and liquid particles such as oil or emulsion, in addition to fine bubbles. In such a case, in a method of measuring the bubble size distribution of fine bubbles using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device, gas particles (bubbles) such as fine bubbles, solid particles, and liquid particles Cannot be identified, and the bubble size distribution of the fine bubbles may not be accurately measured.

そこで、液体試料中の粒子の画像を撮影し、撮影された画像に基づいて各粒子が気体粒子であるか否かを識別することが考えられる(例えば、下記特許文献2参照)。この特許文献2には、撮影された粒子の画像が球形であれば、当該粒子を気泡と判別するような構成が開示されている。   Therefore, it is conceivable to take an image of particles in the liquid sample and identify whether each particle is a gas particle based on the taken image (for example, see Patent Document 2 below). This Patent Document 2 discloses a configuration in which, if a photographed particle image is spherical, the particle is identified as a bubble.

特開2007−263876号公報JP 2007-263876 A 特開2002−71547号公報JP 2002-71547 A

しかしながら、液体試料中の粒子の中には、球形からなる固体粒子や液体粒子が含まれる場合もある。例えば、オイル又はエマルジョンなどの液体粒子は球形からなるため、このような液体粒子を含む液体試料を測定対象とした場合には、液体粒子を気体粒子と誤って識別してしまうおそれがある。   However, the particles in the liquid sample may include spherical solid particles or liquid particles. For example, since liquid particles such as oil or emulsion have a spherical shape, when a liquid sample containing such liquid particles is a measurement target, the liquid particles may be mistakenly identified as gas particles.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、液体試料中の気体粒子をより正確に識別することができる粒子解析装置及び粒子解析方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a particle analysis apparatus and a particle analysis method that can more accurately identify gas particles in a liquid sample.

本発明に係る粒子解析装置は、画像撮影部と、粒子サイズ判定部と、浮上速度算出部と、移動速度判定部と、気体粒子識別部とを備える。前記画像撮影部は、液体試料中の粒子の画像を撮影する。前記粒子サイズ判定部は、前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、液体試料中の粒子のサイズを判定する。前記浮上速度算出部は、前記粒子サイズ判定部により判定された粒子のサイズに基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出する。前記移動速度判定部は、前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、前記粒子の移動速度を判定する。前記気体粒子識別部は、前記浮上速度算出部により算出された粒子の浮上速度が、前記移動速度判定部により判定された前記粒子の移動速度と一致する場合に、当該粒子を気体粒子と識別する。   The particle analyzing apparatus according to the present invention includes an image capturing unit, a particle size determining unit, a flying speed calculating unit, a moving speed determining unit, and a gas particle identifying unit. The image capturing unit captures an image of particles in the liquid sample. The particle size determination unit determines the size of the particles in the liquid sample based on the image captured by the image capturing unit. The levitation speed calculation unit calculates the levitation speed when the particle is a gas particle based on the particle size determined by the particle size determination unit. The moving speed determination unit determines the moving speed of the particles based on the image captured by the image capturing unit. The gas particle identifying unit identifies the particle as a gas particle when the particle ascent rate calculated by the ascent rate calculating unit coincides with the particle moving rate determined by the moving rate determining unit. .

このような構成によれば、液体試料中の粒子の画像を撮影して、当該粒子のサイズを判定することにより、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出することができる。そして、算出された浮上速度が、撮影された画像に基づいて判定される当該粒子の移動速度と一致すれば、当該粒子を気体粒子と識別することができる。液体試料中の粒子が気体粒子である場合と、固体粒子又は液体粒子である場合とでは、液体試料中における粒子の浮上速度が異なるため、上記のように浮上速度に基づいて気体粒子を識別することによって、液体試料中の気体粒子をより正確に識別することができる。   According to such a configuration, by taking an image of the particles in the liquid sample and determining the size of the particles, the ascending speed when the particles are gas particles can be calculated. If the calculated flying speed matches the moving speed of the particle determined based on the captured image, the particle can be identified as a gas particle. The particles in the liquid sample are gas particles and the solid particles or the liquid particles have different ascent rates of particles in the liquid sample, so that the gas particles are identified based on the ascent rate as described above. This makes it possible to more accurately identify gas particles in the liquid sample.

前記粒子解析装置は、前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、液体試料中から球形の粒子を識別する球形粒子識別部をさらに備えていてもよい。この場合、前記粒子サイズ判定部は、前記球形粒子識別部により球形と識別された粒子の径を判定してもよい。また、前記浮上速度算出部は、前記粒子サイズ判定部により判定された粒子の径に基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出してもよい。   The particle analysis apparatus may further include a spherical particle identification unit that identifies spherical particles from the liquid sample based on the image photographed by the image photographing unit. In this case, the particle size determination unit may determine the diameter of the particles identified as spherical by the spherical particle identification unit. In addition, the ascent rate calculation unit may calculate the ascent rate when the particle is a gas particle based on the particle diameter determined by the particle size determination unit.

このような構成によれば、液体試料中から識別された球形の粒子のみについて、その径に基づいて当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出し、算出された浮上速度に基づいて当該粒子が気体粒子であるか否かを識別することができる。気体粒子は球形であるため、球形の粒子のみを対象として気体粒子であるか否かの識別を行うことにより、球形以外の粒子が気体粒子と誤って識別されるのを防止することができるとともに、気体粒子ではない粒子について浮上速度の算出が無駄に行われるのを防止することができる。したがって、液体試料中の気体粒子をより正確に識別することができるとともに、処理速度の向上も期待できる。   According to such a configuration, for only the spherical particles identified from the liquid sample, the ascent rate when the particles are gas particles is calculated based on the diameter, and the ascent rate is calculated based on the calculated ascent rate. It can be identified whether the particle is a gas particle. Since the gas particles are spherical, it is possible to prevent particles other than the sphere from being mistakenly identified as gas particles by identifying whether the particles are gas particles only for spherical particles. In addition, it is possible to prevent the calculation of the ascent rate for particles that are not gas particles from being performed wastefully. Therefore, the gas particles in the liquid sample can be identified more accurately, and an improvement in the processing speed can be expected.

前記浮上速度算出部は、ストークスの式に基づいて前記浮上速度を算出してもよい。   The ascent speed calculation unit may calculate the ascent speed based on Stokes' formula.

このような構成によれば、球形と識別された粒子の径を用いることにより、ストークスの式に基づいて当該粒子の浮上速度を容易に算出することができる。これにより、液体試料中の気体粒子を識別する際の処理を簡略化することができるため、処理速度を向上させることができる。   According to such a configuration, by using the diameter of a particle identified as a sphere, the flying speed of the particle can be easily calculated based on the Stokes equation. Thereby, since the process at the time of identifying the gas particle in a liquid sample can be simplified, a processing speed can be improved.

本発明に係る粒子解析方法は、画像撮影ステップと、粒子サイズ判定ステップと、浮上速度算出ステップと、移動速度判定ステップと、気体粒子識別ステップとを含む。前記画像撮影ステップでは、液体試料中の粒子の画像を撮影する。前記粒子サイズ判定ステップでは、前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、液体試料中の粒子のサイズを判定する。前記浮上速度算出ステップでは、前記粒子サイズ判定ステップにより判定された粒子のサイズに基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出する。前記移動速度判定ステップでは、前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、前記粒子の移動速度を判定する。前記気体粒子識別ステップでは、前記浮上速度算出ステップにより算出された粒子の浮上速度が、前記移動速度判定ステップにより判定された前記粒子の移動速度と一致する場合に、当該粒子を気体粒子と識別する。   The particle analysis method according to the present invention includes an image capturing step, a particle size determining step, a flying speed calculating step, a moving speed determining step, and a gas particle identifying step. In the image capturing step, an image of particles in the liquid sample is captured. In the particle size determination step, the size of the particles in the liquid sample is determined based on the image captured in the image capturing step. In the ascent speed calculation step, the ascent speed when the particles are gas particles is calculated based on the particle size determined in the particle size determination step. In the moving speed determining step, the moving speed of the particles is determined based on the image captured in the image capturing step. In the gas particle identification step, the particle is identified as a gas particle when the particle ascent rate calculated in the ascent rate calculating step matches the particle move rate determined in the move rate determining step. .

前記粒子解析方法は、前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、液体試料中から球形の粒子を識別する球形粒子識別ステップをさらに含んでいてもよい。この場合、前記粒子サイズ判定ステップでは、前記球形粒子識別ステップにより球形と識別された粒子の径を判定してもよい。また、前記浮上速度算出ステップでは、前記粒子サイズ判定ステップにより判定された粒子の径に基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出してもよい。   The particle analysis method may further include a spherical particle identifying step of identifying spherical particles from the liquid sample based on the image captured by the image capturing step. In this case, in the particle size determination step, the diameter of the particles identified as spherical by the spherical particle identification step may be determined. In the ascent speed calculating step, the ascent speed when the particle is a gas particle may be calculated based on the particle diameter determined in the particle size determining step.

前記浮上速度算出ステップでは、ストークスの式に基づいて前記浮上速度を算出してもよい。   In the ascent speed calculating step, the ascent speed may be calculated based on Stokes' formula.

本発明によれば、浮上速度に基づいて気体粒子を識別することによって、液体試料中の気体粒子をより正確に識別することができる。   According to the present invention, the gas particles in the liquid sample can be more accurately identified by identifying the gas particles based on the flying speed.

本発明の一実施形態に係る粒子解析装置の構成例を示した概略図である。It is the schematic which showed the structural example of the particle | grain analyzer which concerns on one Embodiment of this invention. カメラにより撮影された画像に基づいて粒子の解析を行う際の態様について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of analyzing a particle | grain based on the image image | photographed with the camera. カメラにより撮影された画像に基づいて粒子の解析を行う際の態様について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of analyzing a particle | grain based on the image image | photographed with the camera. カメラにより撮影された画像に基づいて粒子の解析を行う際の態様について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect at the time of analyzing a particle | grain based on the image image | photographed with the camera. 制御部の構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the control part. 液体試料中の粒子を解析する際の制御部による処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the control part at the time of analyzing the particle | grains in a liquid sample.

図1は、本発明の一実施形態に係る粒子解析装置1の構成例を示した概略図である。この粒子解析装置1は、画像撮影部としてのカメラ11を備えており、当該カメラ11を用いて容器2内の液体試料中の粒子を撮影することにより、撮影された画像に対する画像処理によって粒子の解析を行うことができる。大きさの小さいファインバブルが測定対象であるから、カメラ11には顕微鏡を取り付けて容器2内の粒子を拡大して撮影することが望ましい。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a particle analyzing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The particle analyzing apparatus 1 includes a camera 11 as an image capturing unit. By capturing the particles in the liquid sample in the container 2 using the camera 11, particle processing is performed on the captured image. Analysis can be performed. Since a fine bubble with a small size is an object to be measured, it is desirable to attach a microscope to the camera 11 and magnify and photograph the particles in the container 2.

容器2内の液体試料は、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る。このような液体試料は、オフラインで容器2内に収容されることにより準備されてもよいし、例えばオンラインで配管(図示せず)などの内部を流れる液体試料が容器2内にサンプリングされることにより準備されてもよい。ただし、液体試料が安定した状態でカメラ11により撮影されるような構成であれば、液体試料が容器2内に収容された状態で準備されるような構成に限られるものではない。   The liquid sample in the container 2 is a sample using, as a medium, any liquid such as alcohol or oil in addition to water. Such a liquid sample may be prepared by being accommodated in the container 2 off-line. For example, a liquid sample flowing inside a pipe (not shown) or the like is sampled in the container 2 online. May be prepared. However, as long as the liquid sample is captured by the camera 11 in a stable state, the liquid sample is not limited to the configuration prepared in a state of being accommodated in the container 2.

液体試料には、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が含まれている。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(気泡)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。また、液体試料には、気体粒子だけでなく、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もある。   The liquid sample includes fine bubbles made of fine bubbles having a bubble diameter of 100 μm or less, for example. Specifically, at least one of ultrafine bubbles having a bubble diameter of less than 1 μm and microbubbles having a bubble diameter of 1 μm or more is contained in the liquid sample as gas particles (bubbles). The gas constituting the gas particles may be air or a gas other than air, such as ozone or hydrogen. In addition, the liquid sample may contain not only gas particles but also solid particles such as dust or earth, and liquid particles such as oil or emulsion.

粒子解析装置1には、上記カメラ11以外に、例えば制御部12、操作部13、表示部14及び記憶部15が備えられている。制御部12は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含む構成であり、カメラ11、操作部13、表示部14及び記憶部15などの各部が電気的に接続されている。   In addition to the camera 11, the particle analysis device 1 includes a control unit 12, an operation unit 13, a display unit 14, and a storage unit 15, for example. The control unit 12 includes a CPU (Central Processing Unit), for example, and is electrically connected to the camera 11, the operation unit 13, the display unit 14, and the storage unit 15.

操作部13は、例えばキーボード又はマウスを含む構成であり、作業者が操作部13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14は、例えば液晶表示器などにより構成され、作業者が表示部14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15は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)又はハードディスクなどにより構成される。   The operation unit 13 includes, for example, a keyboard or a mouse, and an operator can perform an input operation by operating the operation unit 13. The display unit 14 is configured by, for example, a liquid crystal display, and the operator can perform work while confirming the display content of the display unit 14. The storage unit 15 is configured by, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a hard disk, or the like.

図2A〜図2Cは、カメラ11により撮影された画像111に基づいて粒子の解析を行う際の態様について説明するための図である。図2Aの例では、カメラ11により撮影された画像111に、気体粒子112と、気体以外の粒子113,114とが含まれている。この場合、気体粒子112は球形であるが、気体以外の粒子113,114については、球形の粒子113もあれば、球形でない粒子114もある。   2A to 2C are diagrams for describing an aspect when analyzing particles based on an image 111 photographed by the camera 11. In the example of FIG. 2A, the image 111 captured by the camera 11 includes gas particles 112 and particles 113 and 114 other than gas. In this case, the gas particles 112 are spherical, but the non-gas particles 113 and 114 include both spherical particles 113 and non-spherical particles 114.

まず、画像111に基づいて球形の粒子112,113を識別すれば、図2Bに示すように、球形でない粒子114を除外することができる。球形でない粒子114は気体粒子ではないため、そのような粒子114を除外することにより、気体粒子である可能性が高い粒子を選別することができる。   First, if the spherical particles 112 and 113 are identified based on the image 111, the non-spherical particles 114 can be excluded as shown in FIG. 2B. Since the non-spherical particles 114 are not gas particles, by excluding such particles 114, it is possible to select particles that are highly likely to be gas particles.

図2Cは、図2Bの撮影から一定時間後に撮影された画像である。上記のようにして選別された球形の粒子112,113は、媒体中を浮上又は沈降する。すなわち、図2Cに示すように、媒体よりも密度が小さい粒子112は媒体中を浮上し、媒体よりも密度が大きい粒子113は媒体中を沈降する。各粒子112,113の移動速度(浮上速度又は沈降速度)は、その径や密度に依存する。したがって、各粒子112,113の移動速度に基づいて、各粒子112,113が気体粒子であるか否かの識別を行うことが可能となる。   FIG. 2C is an image taken after a certain time from the shooting in FIG. 2B. The spherical particles 112 and 113 selected as described above float or settle in the medium. That is, as shown in FIG. 2C, particles 112 having a density lower than that of the medium float in the medium, and particles 113 having a density higher than that of the medium settle in the medium. The moving speed (floating speed or settling speed) of each particle 112, 113 depends on its diameter and density. Therefore, based on the moving speed of each particle 112, 113, it becomes possible to identify whether each particle 112, 113 is a gas particle.

このような気体粒子の識別は、ウルトラファインバブル及びマイクロバブルのいずれについても可能であるが、粒子が球形であるか否かを判定するために必要なカメラ11の画素数を考慮すれば、マイクロバブルの識別に特に効果的である。ウルトラファインバブルのような極めて小さい気体粒子の識別を行う場合には、気体粒子にブラウン運動が生じるため、液体試料に対して遠心力を作用させることが好ましい。   Such identification of gas particles is possible for both ultrafine bubbles and microbubbles. However, if the number of pixels of the camera 11 necessary for determining whether or not the particles are spherical is considered, This is particularly effective for identifying bubbles. When identifying extremely small gas particles such as ultrafine bubbles, Brownian motion occurs in the gas particles, and therefore it is preferable to apply a centrifugal force to the liquid sample.

このように、液体試料に対して遠心力を作用させた場合には、液体試料中の気体粒子は、自然浮上ではなく遠心浮上することとなる。この場合、例えば液体試料に遠心力を作用させながら、それに同期させてカメラ11による撮影を行うことにより、撮影された画像に基づいて浮上速度を算出することができる。ただし、ファインバブルに限らず、ファインバブル以外の気体粒子(気泡径が100μmよりも大きい気体粒子)を識別することも可能である。   As described above, when a centrifugal force is applied to the liquid sample, the gas particles in the liquid sample are levitated by centrifugation rather than by natural levitation. In this case, for example, when the centrifugal force is applied to the liquid sample and the camera 11 performs imaging in synchronization with the liquid sample, the ascending speed can be calculated based on the captured image. However, not only fine bubbles but also gas particles other than fine bubbles (gas particles having a bubble diameter larger than 100 μm) can be identified.

図3は、制御部12の構成例を示したブロック図である。制御部12は、CPUがプログラムを実行することにより、球形粒子識別部121、粒子サイズ判定部122、浮上速度算出部123、移動速度判定部124、気体粒子識別部125及び気泡径分布測定部126などとして機能する。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the control unit 12. When the CPU executes the program, the control unit 12 causes the spherical particle identification unit 121, the particle size determination unit 122, the ascent speed calculation unit 123, the movement speed determination unit 124, the gas particle identification unit 125, and the bubble diameter distribution measurement unit 126. Function as such.

球形粒子識別部121は、カメラ11により撮影された画像に基づいて、液体試料中から球形の粒子を識別する処理を行う。具体的には、カメラ11により撮影された画像の中から粒子を特定し、各粒子の画像が円形又は略円形である場合に、当該粒子を球形の粒子として識別する。すなわち、本実施形態では、完全な球形だけでなく、球形である可能性が高い粒子についても、球形の粒子として識別されるようになっている。   The spherical particle identification unit 121 performs a process of identifying spherical particles from the liquid sample based on the image taken by the camera 11. Specifically, a particle is specified from an image photographed by the camera 11, and when the particle image is circular or substantially circular, the particle is identified as a spherical particle. That is, in the present embodiment, not only a perfect spherical shape but also a particle having a high possibility of being a spherical shape is identified as a spherical particle.

上記のような球形の粒子の識別は、例えば各粒子の画像について、複数方向の寸法を比較することにより行うことができる。例えば、各粒子の縦方向及び横方向の寸法を比較し、それらの寸法が同一である場合、又は、それらの寸法差が一定の閾値以下である場合に、当該粒子を球形の粒子と識別することができる。ただし、各粒子の縦方向及び横方向の寸法を比較するような構成に限らず、これらに加えて、又は、これらの代わりに、斜め方向の寸法を比較するような構成であってもよいし、他の方法で球形の粒子を識別するような構成であってもよい。   The spherical particles as described above can be identified, for example, by comparing the dimensions in a plurality of directions with respect to the image of each particle. For example, the vertical and horizontal dimensions of each particle are compared, and if the dimensions are the same, or if the difference in dimensions is below a certain threshold, the particle is identified as a spherical particle. be able to. However, it is not limited to the configuration in which the vertical and horizontal dimensions of each particle are compared, and in addition to or instead of these, a configuration in which the diagonal dimensions are compared may be used. The configuration may be such that spherical particles are identified by other methods.

粒子サイズ判定部122は、カメラ11により撮影された画像に基づいて、液体試料中の粒子のサイズを判定する処理を行う。本実施形態では、球形粒子識別部121により球形と識別された粒子の径が、粒子サイズ判定部122により判定されるようになっている。   The particle size determination unit 122 performs processing for determining the size of the particles in the liquid sample based on the image photographed by the camera 11. In the present embodiment, the particle size determining unit 122 determines the diameter of the particles identified as spherical by the spherical particle identifying unit 121.

例えば、各粒子の縦方向及び横方向の寸法を比較することにより球形の粒子を識別するような構成の場合には、縦方向の寸法をL1、横方向の寸法をL2とした場合に、下記式(1)により粒子の径Dを算出することができる。このように、球形と識別された粒子の複数方向の寸法の平均値を算出することにより、当該粒子の径を判定することができる。
D=(L1+L2)/2 ・・・(1)
For example, in a configuration in which spherical particles are identified by comparing the vertical and horizontal dimensions of each particle, when the vertical dimension is L1 and the horizontal dimension is L2, the following The diameter D of the particle can be calculated from the equation (1). Thus, the diameter of the particle | grains can be determined by calculating the average value of the dimension of the particle | grains identified as the spherical form in the multiple directions.
D = (L1 + L2) / 2 (1)

浮上速度算出部123は、粒子サイズ判定部により判定された粒子のサイズに基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度vを算出する処理を行う。本実施形態では、上記のような態様で算出された粒子の径が、記憶部15に記憶されている演算式に代入されることにより、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度vが算出されるようになっている。 The ascending speed calculation unit 123 performs a process of calculating the ascending speed v 1 when the particle is a gas particle based on the particle size determined by the particle size determination unit. In the present embodiment, the particle diameter calculated in the above-described manner is substituted into the arithmetic expression stored in the storage unit 15, whereby the ascent speed v 1 when the particle is a gas particle is obtained. It is calculated.

上記演算式としては、例えば下記式(2)に示すようなストークスの式を用いて粒子の浮上速度v(m/s)を算出することができる。なお、Dは粒子径(m)、ρは粒子の密度(kg/m)、ρは媒体の密度(kg/m)、gは重力加速度(m/s)、μは媒体の粘度(Pa・s)である。粒子の密度ρとしては、当該粒子が気体粒子である場合の実際の気体の密度を代入してもよいが、媒体の密度が十分に大きければ、気体の密度は「0」に近似することができるため、「0」を代入してもよい。
=D (ρ−ρ)g/18μ ・・・(2)
As the arithmetic expression, for example, the particle flying speed v 1 (m / s) can be calculated by using a Stokes expression as shown in the following expression (2). D p is the particle diameter (m), ρ p is the particle density (kg / m 3 ), ρ f is the medium density (kg / m 3 ), g is the gravitational acceleration (m / s 2 ), and μ is It is the viscosity (Pa · s) of the medium. As the particle density ρ p , the actual gas density when the particle is a gas particle may be substituted, but if the density of the medium is sufficiently high, the gas density should be close to “0”. Therefore, “0” may be substituted.
v 1 = D p 2 (ρ p -ρ f) g / 18μ ··· (2)

移動速度判定部124は、カメラ11により撮影された画像に基づいて、粒子の移動速度vを判定する処理を行う。例えば、一定の時間間隔でカメラ11により複数枚(例えば2枚)の画像を撮影し、それらの一連の画像における粒子の移動距離に基づいて、粒子の移動速度vを判定することができる。このときに一連の画像の中のある注目粒子が同一粒子であることを特定する必要がある。この特定には、その注目粒子が同一鉛直線上にあること、一連の画像から算出された注目粒子の大きさが同じであることなどを判定材料とすることができる。このようにして判定される各粒子の移動速度vは、粒子の密度が媒体の密度よりも小さい場合には浮上速度となり、粒子の密度が媒体の密度よりも大きい場合には沈降速度となる。 The moving speed determination unit 124 performs a process of determining the moving speed v 2 of the particles based on the image taken by the camera 11. For example, a plurality of (for example, two) images can be taken by the camera 11 at a constant time interval, and the particle moving speed v 2 can be determined based on the particle moving distance in the series of images. At this time, it is necessary to specify that a certain target particle in the series of images is the same particle. For this specification, it can be determined that the target particle is on the same vertical line, the size of the target particle calculated from a series of images is the same, and the like. Moving velocity v 2 of each particle is determined in this way, becomes a floating rate when the density of the particles are smaller than the density of the medium, the sedimentation rate if the density of the particles is greater than the density of the medium .

気体粒子識別部125は、浮上速度算出部123により算出された粒子の浮上速度vと、移動速度判定部124により判定された粒子の移動速度vとを比較する処理を行うことによって、粒子が気体粒子であるか否かを識別する。具体的には、上記浮上速度vと移動速度vとが一致する場合に、その粒子が気体粒子と識別される。このとき、浮上速度vと移動速度vが同一である場合、又は、浮上速度vと移動速度vの差が一定の閾値以下である場合に、浮上速度vと移動速度vとが一致すると判断されるようになっていてもよい。 The gas particle identification unit 125 performs a process of comparing the particle flying speed v 1 calculated by the flying speed calculation unit 123 with the particle moving speed v 2 determined by the moving speed determination unit 124. Identifies whether or not is a gas particle. Specifically, when the ascending speed v 1 and the moving speed v 2 match, the particle is identified as a gas particle. At this time, if the flying speed v 1 and the moving speed v 2 are the same, or, if the difference between the flying velocity v 1 and the moving speed v 2 is equal to or less than a predetermined threshold value, the flying velocity v 1 and the moving velocity v 2 May be determined to match.

気泡径分布測定部126は、気体粒子識別部125により気体粒子(気泡)と識別された粒子の数と、粒子サイズ判定部122により判定された各気体粒子の径(気泡径)とに基づいて、媒体に含まれる気体粒子の気泡径分布を測定する。液体試料にファインバブルが含まれている場合には、ファインバブルの気泡径分布が得られる。測定された気泡径分布は表示部14に表示され、作業者は、表示部14に表示された気泡径分布に基づいてファインバブルの効果の評価などを行うことができる。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、認証制度の確立に寄与することもできる。   The bubble diameter distribution measuring unit 126 is based on the number of particles identified as gas particles (bubbles) by the gas particle identifying unit 125 and the diameter (bubble size) of each gas particle determined by the particle size determining unit 122. The bubble diameter distribution of the gas particles contained in the medium is measured. When fine bubbles are included in the liquid sample, the bubble size distribution of the fine bubbles is obtained. The measured bubble size distribution is displayed on the display unit 14, and the operator can evaluate the effect of fine bubbles based on the bubble size distribution displayed on the display unit 14. It is also possible to identify the fine bubble size distribution that best suits the purpose and target, and contribute to the establishment of an authentication system.

図4は、液体試料中の粒子を解析する際の制御部12による処理の流れを示したフローチャートである。液体試料中の粒子を解析する際には、まず、カメラ11により液体試料中の粒子の画像が撮影される(ステップS101:画像撮影ステップ)。このとき、一定の時間間隔で複数枚(例えば2枚)の画像が連続して撮影され、それらの一連の画像における各粒子の移動距離に基づいて、各粒子の移動速度が判定される(ステップS102:移動速度判定ステップ)。   FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing by the control unit 12 when analyzing particles in the liquid sample. When analyzing the particles in the liquid sample, first, an image of the particles in the liquid sample is captured by the camera 11 (step S101: image capturing step). At this time, a plurality of (for example, two) images are taken continuously at a constant time interval, and the moving speed of each particle is determined based on the moving distance of each particle in the series of images (step). S102: Movement speed determination step).

また、撮影された画像に基づいて、液体試料中から球形の粒子が識別される(ステップS103:球形粒子識別ステップ)。そして、球形と識別された粒子については(ステップS104でYes)、その粒子の径が判定され(ステップS105:粒子サイズ判定ステップ)、判定された粒子の径に基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度が算出される(ステップS106:浮上速度算出ステップ)。   Further, spherical particles are identified from the liquid sample based on the photographed image (step S103: spherical particle identification step). And about the particle | grains identified as spherical (Yes in step S104), the diameter of the particle is determined (step S105: particle size determination step), and the particle is a gas particle based on the determined particle diameter. The flying speed in a certain case is calculated (step S106: flying speed calculation step).

ステップS106で算出された浮上速度が、ステップS102で判定された粒子の移動速度と一致する場合には(ステップS107でYes)、当該粒子が気体粒子と識別される(ステップS108:気体粒子識別ステップ)。このようにして、撮影された画像中の全ての粒子についてステップS104〜S108の処理が行われ、全ての粒子についての処理が完了すれば(ステップS109でYes)、気体粒子と識別された粒子の数と、各気体粒子の径とに基づいて、媒体に含まれる気体粒子の気泡径分布が測定される(ステップS110:気泡径分布測定ステップ)。   When the flying speed calculated in step S106 matches the moving speed of the particles determined in step S102 (Yes in step S107), the particles are identified as gas particles (step S108: gas particle identification step). ). In this way, the processing of steps S104 to S108 is performed for all particles in the captured image, and if the processing for all particles is completed (Yes in step S109), the particles identified as gas particles are detected. Based on the number and the diameter of each gas particle, the bubble diameter distribution of the gas particles contained in the medium is measured (step S110: bubble diameter distribution measuring step).

このように、本実施形態では、液体試料中の粒子の画像を撮影して(ステップS101)、当該粒子のサイズを判定することにより(ステップS105)、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出することができる(ステップS106)。そして、算出された浮上速度が、撮影された画像に基づいて判定される当該粒子の移動速度と一致すれば(ステップS107でYes)、当該粒子を気体粒子と識別することができる(ステップS108)。液体試料中の粒子が気体粒子である場合と、固体粒子又は液体粒子である場合とでは、液体試料中における粒子の浮上速度が異なるため、上記のように浮上速度に基づいて気体粒子を識別することによって、液体試料中の気体粒子をより正確に識別することができる。   As described above, in this embodiment, an image of particles in a liquid sample is taken (step S101), and the size of the particles is determined (step S105), so that the ascent speed when the particles are gas particles. Can be calculated (step S106). If the calculated flying speed matches the moving speed of the particle determined based on the captured image (Yes in step S107), the particle can be identified as a gas particle (step S108). . The particles in the liquid sample are gas particles and the solid particles or the liquid particles have different ascent rates of particles in the liquid sample, so that the gas particles are identified based on the ascent rate as described above. This makes it possible to more accurately identify gas particles in the liquid sample.

特に、本実施形態では、液体試料中から識別された球形の粒子のみについて(ステップS104でYes)、その径に基づいて当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出し(ステップS106)、算出された浮上速度に基づいて当該粒子が気体粒子であるか否かを識別することができる(ステップS107,S108)。気体粒子は球形であるため、球形の粒子のみを対象として気体粒子であるか否かの識別を行うことにより、球形以外の粒子が気体粒子と誤って識別されるのを防止することができるとともに、気体粒子ではない粒子について浮上速度の算出が無駄に行われるのを防止することができる。したがって、液体試料中の気体粒子をより正確に識別することができるとともに、処理速度の向上も期待できる。   In particular, in the present embodiment, for only spherical particles identified from the liquid sample (Yes in step S104), the ascent rate when the particles are gas particles is calculated based on the diameter (step S106), It is possible to identify whether or not the particle is a gas particle based on the calculated ascent rate (steps S107 and S108). Since the gas particles are spherical, it is possible to prevent particles other than the sphere from being mistakenly identified as gas particles by identifying whether the particles are gas particles only for spherical particles. In addition, it is possible to prevent the calculation of the ascent rate for particles that are not gas particles from being performed wastefully. Therefore, the gas particles in the liquid sample can be identified more accurately, and an improvement in the processing speed can be expected.

さらに、本実施形態では、球形と識別された粒子の径を用いることにより、ストークスの式に基づいて当該粒子の浮上速度を容易に算出することができる。これにより、液体試料中の気体粒子を識別する際の処理を簡略化することができるため、処理速度を向上させることができる。   Furthermore, in this embodiment, by using the diameter of a particle identified as a sphere, the flying speed of the particle can be easily calculated based on the Stokes equation. Thereby, since the process at the time of identifying the gas particle in a liquid sample can be simplified, a processing speed can be improved.

本実施形態のような粒子解析装置1は、液体試料中の粒子を分析するための分析装置として構成されていてもよい。この場合、例えば電子顕微鏡などの分析装置にカメラ11を設けることにより、当該分析装置に備えられた制御部12の画像処理によって粒子の解析が実現されてもよい。   The particle analyzing apparatus 1 as in the present embodiment may be configured as an analyzing apparatus for analyzing particles in a liquid sample. In this case, for example, by providing the camera 11 in an analyzer such as an electron microscope, particle analysis may be realized by image processing of the control unit 12 provided in the analyzer.

以上の実施形態では、ストークスの式に基づいて粒子の浮上速度を算出するような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、ストークスの式に基づいて得られる式や、ストークスの式以外の式など、他の式を用いた演算によって粒子の浮上速度を算出するような構成であってもよい。   In the above embodiment, the configuration in which the flying speed of the particles is calculated based on the Stokes equation has been described. However, the present invention is not limited to such a configuration, and is a configuration in which the flying speed of particles is calculated by calculation using other formulas such as formulas obtained based on Stokes formulas and formulas other than Stokes formulas. Also good.

また、以上の実施形態では、液体試料中から球形の粒子を識別した上で、その球形と識別された粒子の径に基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出するような構成について説明した。しかし、粒子の径を用いることなく粒子の浮上速度を算出することができる場合、又は、多少の精度を犠牲にして数多くの粒子を測定対象にする場合には、液体試料中から球形の粒子を識別する工程を省略することも可能である。この場合、粒子解析装置1に球形粒子識別部121が備えてられていないような構成であってもよい。   Moreover, in the above embodiment, after identifying spherical particles from the liquid sample, the ascent rate when the particles are gas particles is calculated based on the diameter of the particles identified as the spherical shape. The configuration has been described. However, when the particle ascent rate can be calculated without using the particle size, or when a large number of particles are to be measured at the expense of some accuracy, spherical particles are removed from the liquid sample. It is also possible to omit the identifying step. In this case, a configuration in which the spherical particle identification unit 121 is not provided in the particle analysis device 1 may be employed.

1 粒子解析装置
2 容器
11 カメラ
12 制御部
13 操作部
14 表示部
15 記憶部
111 画像
112 気体粒子
112〜114 粒子
121 球形粒子識別部
122 粒子サイズ判定部
123 浮上速度算出部
124 移動速度判定部
125 気体粒子識別部
126 気泡径分布測定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particle analyzer 2 Container 11 Camera 12 Control part 13 Operation part 14 Display part 15 Storage part 111 Image 112 Gas particle 112-114 Particle 121 Spherical particle identification part 122 Particle size determination part 123 Ascent rate calculation part 124 Movement speed determination part 125 Gas particle identification unit 126 Bubble size distribution measurement unit

Claims (6)

液体試料中の粒子の画像を撮影する画像撮影部と、
前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、液体試料中の粒子のサイズを判定する粒子サイズ判定部と、
前記粒子サイズ判定部により判定された粒子のサイズに基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出する浮上速度算出部と、
前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、前記粒子の移動速度を判定する移動速度判定部と、
前記浮上速度算出部により算出された粒子の浮上速度が、前記移動速度判定部により判定された前記粒子の移動速度と一致する場合に、当該粒子を気体粒子と識別する気体粒子識別部とを備えたことを特徴とする粒子解析装置。
An image capturing unit for capturing an image of particles in a liquid sample;
A particle size determination unit that determines the size of particles in the liquid sample based on the image captured by the image capturing unit;
Based on the particle size determined by the particle size determination unit, a flying speed calculation unit that calculates a flying speed when the particle is a gas particle;
A moving speed determining unit that determines a moving speed of the particles based on an image captured by the image capturing unit;
A gas particle identification unit that identifies a particle as a gas particle when the particle ascent rate calculated by the ascent rate calculation unit matches the particle movement rate determined by the movement rate determination unit; A particle analyzer characterized by that.
前記画像撮影部により撮影された画像に基づいて、液体試料中から球形の粒子を識別する球形粒子識別部をさらに備え、
前記粒子サイズ判定部は、前記球形粒子識別部により球形と識別された粒子の径を判定し、
前記浮上速度算出部は、前記粒子サイズ判定部により判定された粒子の径に基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出することを特徴とする請求項1に記載の粒子解析装置。
A spherical particle identification unit for identifying spherical particles from the liquid sample based on the image photographed by the image photographing unit;
The particle size determination unit determines the diameter of the particles identified as spherical by the spherical particle identification unit,
2. The particle analysis according to claim 1, wherein the ascent rate calculation unit calculates an ascent rate when the particle is a gas particle based on the particle diameter determined by the particle size determination unit. apparatus.
前記浮上速度算出部は、ストークスの式に基づいて前記浮上速度を算出することを特徴とする請求項2に記載の粒子解析装置。   The particle analysis apparatus according to claim 2, wherein the ascent speed calculation unit calculates the ascent speed based on a Stokes equation. 液体試料中の粒子の画像を撮影する画像撮影ステップと、
前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、液体試料中の粒子のサイズを判定する粒子サイズ判定ステップと、
前記粒子サイズ判定ステップにより判定された粒子のサイズに基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出する浮上速度算出ステップと、
前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、前記粒子の移動速度を判定する移動速度判定ステップと、
前記浮上速度算出ステップにより算出された粒子の浮上速度が、前記移動速度判定ステップにより判定された前記粒子の移動速度と一致する場合に、当該粒子を気体粒子と識別する気体粒子識別ステップとを含むことを特徴とする粒子解析方法。
An image capturing step for capturing an image of particles in the liquid sample;
A particle size determination step for determining the size of particles in the liquid sample based on the image captured by the image capturing step;
Based on the particle size determined by the particle size determination step, a flying speed calculation step for calculating a flying speed when the particle is a gas particle;
A moving speed determining step for determining a moving speed of the particles based on the image captured by the image capturing step;
A gas particle identification step for identifying the particle as a gas particle when the particle ascent rate calculated in the ascent rate calculation step matches the particle move rate determined in the move rate determining step. A particle analysis method characterized by the above.
前記画像撮影ステップにより撮影された画像に基づいて、液体試料中から球形の粒子を識別する球形粒子識別ステップをさらに含み、
前記粒子サイズ判定ステップでは、前記球形粒子識別ステップにより球形と識別された粒子の径を判定し、
前記浮上速度算出ステップでは、前記粒子サイズ判定ステップにより判定された粒子の径に基づいて、当該粒子が気体粒子である場合の浮上速度を算出することを特徴とする請求項4に記載の粒子解析方法。
A spherical particle identifying step of identifying spherical particles from the liquid sample based on the image captured by the image capturing step;
In the particle size determination step, the diameter of the particles identified as spherical by the spherical particle identification step is determined,
5. The particle analysis according to claim 4, wherein, in the ascent rate calculation step, the ascent rate when the particle is a gas particle is calculated based on the particle diameter determined in the particle size determination step. Method.
前記浮上速度算出ステップでは、ストークスの式に基づいて前記浮上速度を算出することを特徴とする請求項5に記載の粒子解析方法。   6. The particle analysis method according to claim 5, wherein, in the ascent speed calculation step, the ascent speed is calculated based on Stokes' formula.
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