WO2023182484A1 - 液の流動特性を測定する方法および測定器 - Google Patents

液の流動特性を測定する方法および測定器 Download PDF

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WO2023182484A1
WO2023182484A1 PCT/JP2023/011748 JP2023011748W WO2023182484A1 WO 2023182484 A1 WO2023182484 A1 WO 2023182484A1 JP 2023011748 W JP2023011748 W JP 2023011748W WO 2023182484 A1 WO2023182484 A1 WO 2023182484A1
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WO
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liquid
pressure
capillary tube
capillary
opening
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Application number
PCT/JP2023/011748
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English (en)
French (fr)
Inventor
宏毅 大野
寛晃 佐藤
敬弘 梅原
順一 塚田
憲児 坂本
Original Assignee
学校法人産業医科大学
国立大学法人九州工業大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture

Definitions

  • the present invention relates to a method and a measuring device for measuring fluid flow characteristics of a liquid.
  • Patent Document 1 discloses a body fluid viscosity measuring device that measures the viscosity of a body fluid, which includes a flow path through which the body fluid flows by the action of force due to capillary phenomenon, a distance traveled by the body fluid along the flow path, and a distance measured by the body fluid.
  • a body fluid viscosity measurement device characterized by comprising a calculation means for performing regression analysis based on travel time required for movement and deriving the viscosity of the body fluid.
  • Patent Document 2 includes a main body portion having a capillary-like microchannel having a first opening and a second opening, and a switching valve connected to the first opening side,
  • the valve discloses a liquid collection device having a flow path connected to the main body, and a flow path opened to the atmosphere and/or a flow path connected to a closed container.
  • Non-Patent Document 1 is related to evaluation of viscosity and surface tension of low-volume samples using glass capillary, and is related to Patent Documents 1, 2, etc. The method was used to measure the viscosity of sucrose solutions at various concentrations and was shown to yield values consistent with literature values.
  • Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 have the possibility of further application. We also considered configurations for further utilization. Under such circumstances, it is an object of the present invention to provide a measuring device, method, etc. that can measure flow characteristics such as viscosity of a small amount of sample.
  • the present inventors found that the following invention met the above objects, leading to the present invention. That is, the present invention relates to the following inventions.
  • test liquid that has flowed into the capillary from the second opening side of the capillary tube having a first opening and a second opening toward the first opening side is passed through the second opening.
  • a push-back means for pushing back to the side a regulating valve for regulating the flow of liquid in the capillary;
  • the push-back means is a pressure adjustment unit that is connected to the first opening side and can be set to a pressure that pushes back the test liquid that has flowed into the capillary tube toward the second opening side;
  • the regulating valve has a switching valve for switching the connection between the pressure regulating section and the capillary tube, The above-mentioned ⁇ The method described in 1>.
  • the pressure adjustment section operates in conjunction with the container, the adjustment piston connected to the container, and the switching valve to open the container to atmospheric pressure until just before isothermal compression and/or isothermal expansion. It has a mechanism that maintains the pressure at atmospheric pressure.
  • the measuring device has a liquid reservoir in contact with the second opening side, Measures the flow characteristics within the capillary of the test liquid contained in the liquid reservoir flowing into the second opening, The pressure adjusting section is connected to the first opening with a pressure higher than the critical pressure, and the test liquid that has flowed into the capillary tube is sent out from the second opening to the liquid reservoir, and the liquid is pushed back.
  • the method according to ⁇ 2> or ⁇ 3> comprising a first pushing back step of stopping pushing back when pushed back to the detection part.
  • the above ⁇ 2> to ⁇ includes a step of measuring flow characteristics when a test target component is mixed with the test liquid in the liquid reservoir and caused to flow into the capillary tube. 4>.
  • ⁇ 6> Measuring the flow characteristics of the test liquid contained inside the capillary in an amount less than the capacity of the capillary, The pressure adjusting section is connected to the first opening to generate a pressure that pushes back toward the second opening, and the test liquid contained in the capillary tube is pushed back toward the second opening.
  • the method according to any one of ⁇ 2> to ⁇ 5> comprising a second pushing back step of stopping pushing back when pushed back to the return detection section.
  • Multiple test solutions are measured using the same capillary tube, The first opening is connected to the pressure adjustment unit adjusted to a pressure that pushes the test liquid in the capillary back toward the second opening, and the test liquid contained in the capillary is discharged from the capillary.
  • ⁇ 8> The method according to any one of ⁇ 2> to ⁇ 7>, wherein the capillary tube is inclined.
  • the push-back means has a slope for arranging the capillary tube, and the first opening side is positioned lower than the second opening side to allow the flow to flow; Any one of ⁇ 1> to ⁇ 9> above, wherein the second opening side is located at a lower position than the first opening and can be installed in an arrangement for pushing back the test liquid within the capillary tube. Method described.
  • ⁇ 11> The method according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 10>, wherein a reagent for mixing and reacting with the test liquid is placed inside the capillary.
  • test liquid that has flowed into the capillary from the second opening side of the capillary tube having a first opening and a second opening toward the first opening side is passed through the second opening.
  • a push-back means for pushing back to the side a regulating valve for regulating the flow of liquid in the capillary;
  • a measuring device for measuring flow characteristics of a test liquid comprising: a measuring section for measuring arrival time tn at a liquid level position Ln of the capillary tube.
  • the flow characteristics of a small amount of sample can be measured.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the principle of a first embodiment according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a flow in a capillary tube for explaining the principle of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of a pressure adjustment section that can be used in the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram regarding differential pressure and flow characteristics for explaining the principle according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram regarding detection of a liquid level position by a sensor using a measuring device of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow diagram according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a capillary tube according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow diagram according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram regarding detection of a liquid level position by a sensor according to a second embodiment of the measuring device of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram regarding detection of a liquid level position by a sensor according to a second embodiment of the measuring device of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram regarding the arrangement of capillaries and the like according to a fifth embodiment of the measuring instrument of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram regarding the differential pressure and flow characteristics of a capillary tube according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram regarding the arrangement of capillary tubes, etc. according to the sixth embodiment of the measuring instrument of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an example of the present invention. It is a graph of measurement results of an
  • the measuring device of the present invention is configured to measure a test liquid flowing into the capillary from the second opening side of the capillary tube having a first opening and a second opening toward the first opening side.
  • a test object comprising a push-back means for pushing back toward the second opening side, an adjustment valve for adjusting the flow of the liquid in the capillary tube, and a measuring section for measuring the arrival time tn at the liquid level position Ln of the capillary tube. This is a measuring device that measures the flow characteristics of liquid.
  • the measuring device of the present invention includes, for example, a capillary tube having a first opening and a second opening, and a capillary tube connected to the first opening side, and a test liquid flowing into the capillary tube to the second opening side.
  • a pressure adjustment section that can set the pressure to push back the pressure
  • a switching valve for switching the connection between the pressure adjustment section and the capillary tube
  • a measurement section that measures the arrival time tn at the liquid level position Ln of the capillary tube.
  • a push-back detection section that detects that the test liquid in the capillary tube is pushed back to the second opening side and passes through.
  • a test liquid flowing into the capillary from the second opening side of the capillary tube having a first opening and a second opening toward the first opening side is Measurement comprising a push-back means for pushing back toward the second opening side, an adjustment valve for adjusting the flow of liquid in the capillary tube, and a measuring section for measuring the arrival time tn at the liquid level position Ln of the capillary tube.
  • This method uses a device to measure the flow characteristics of a test liquid.
  • the measurement method of the present invention includes, for example, a capillary tube having a first opening and a second opening, the capillary tube being connected to the first opening side, and the test liquid flowing into the capillary tube being connected to the second opening side.
  • a pressure adjustment section that can set the pressure to push back the pressure
  • a switching valve for switching the connection between the pressure adjustment section and the capillary tube
  • a measurement section that measures the arrival time tn at the liquid level position Ln of the capillary tube.
  • a push-back detection unit that detects that the test liquid in the capillary tube has been pushed back to the second opening side and has passed through the second opening. You can also do it.
  • the measuring method of the present invention can be performed using the measuring instrument of the present invention, and the corresponding configurations can be used mutually.
  • the present invention has a configuration that allows the capillary tube to be used repeatedly. Therefore, it is not affected by changes in the capillary itself due to changes in the capillary. Therefore, flow characteristics such as minute viscosity changes can be detected with high accuracy.
  • the liquid reservoir can be used as a reaction tank and its displacement can be detected. Furthermore, for example, it is also possible to track changes in viscosity over time, which change over a short period of time with a half-life of about 1 minute.
  • the present invention allows measurements to be performed in an inclined state by adjusting the inclination of the capillary tube, or to push back the test liquid within the capillary tube by adjusting the pressure within the capillary tube. It may be adjusted by applying another force. For example, although tilting increases the influence of gravity, etc., it may be pushed back using a tilting table that can change the tilt of the capillary and its direction.
  • FIG. 1 is a typical schematic diagram of a measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • the measuring device 101 uses a capillary tube 11.
  • the measuring device 101 includes a capillary tube 11 , a switching valve 2 , a pressure adjustment section 3 , a detection section 6 , and a control section 8 .
  • the mounting table 7 has a liquid reservoir 4 and can be arranged so that the second opening 112 of the capillary tube 11 is in contact with the test liquid 5 contained in the liquid reservoir 4 .
  • the capillary tube 11 has a hollow capillary-like microchannel, and has a first opening 111 and a second opening 112 at both ends of the microchannel.
  • the first opening 111 is connected to the switching valve 2 via the flow path 21.
  • a commercially available capillary tube for chromatography sample spotting, electrophysiology experiment electrodes, etc. can be used as the capillary tube 11.
  • Capillaries include those in which capillary action occurs, such as hydrophilic microchannels.
  • the capillary tube 11 has a capillary-like fine flow path, and is a flow path large enough to cause capillary phenomenon.
  • the amount of liquid that enters the microchannel and its flow are determined by the capillary force determined by surface tension, the contact angle with the channel, the size of the channel, etc., the pressure within the microchannel space, frictional force, and gravity.
  • the radius of a microchannel suitable for measuring viscosity using such capillary phenomenon is about 1.0 mm or less, or about 0.5 mm or less.
  • the present invention is suitable for use in small amounts of liquid.
  • it is suitable for measuring blood, saliva, etc., which contain water as the main medium.
  • a hydrophilic capillary tube 11 When measuring such a substance containing water, it is preferable to use a hydrophilic capillary tube 11 so that capillary phenomenon is likely to occur.
  • a hydrophobic capillary tube or the like may be used.
  • the capillary tube 11 can be made of glass, for example.
  • the switching valve 2 is connected to the first opening 111 via the flow path 21 . Moreover, the switching valve 2 can switch opening/closing to the atmosphere and connection to the pressure regulator 3 . For this switching, the channels 22 and 23 are used as appropriate. Since the capillary phenomenon progresses relatively quickly, it is preferable to use an electromagnetic valve as the switching valve 2, which can instantly control the start and stop of measurement using an electric signal.
  • the switching valve 2 is housed in the liquid reservoir and works in conjunction with a sensor that switches between stopping and starting the flow of the liquid that enters the capillary tube from the second opening 112, thereby coordinating the timing of the flow and the timing of the measurement.
  • the switching valve 2 is a solenoid valve. Further, on the front side of the first opening 111 of the capillary tube 11, there is a stop sensor that detects passage of the liquid level, and when the stop sensor detects the liquid level, it sends a signal to close the switching valve 2. It is preferable to stop the flow of liquid within the capillary tube 11 by closing the switching valve 2. Alternatively, like the sensor 66, detection by a sensor attached for time measurement may be used in combination with a sensor for stopping. The capillary tube 11 may be used repeatedly by draining the liquid contained therein and washing or co-rinsing the capillary tube 11 as appropriate.
  • a signal to stop the flow may be issued after a certain period of time has elapsed after the start of the flow.
  • the fixed time until stopping can be set as appropriate depending on the length of the capillary tube, the flow rate of the liquid, etc.
  • an upper limit of the stopping time can be set, such as 10 seconds, 5 seconds, 3 seconds, or 2 seconds.
  • the first opening 111 of the capillary tube 11 and the switching valve 2 can be connected by any means.
  • the capillary tube 11 may be connected using a flexible tube or the like as the flow path 21 so that it can be easily replaced. It is preferable to use a hydrophobic channel for this channel 21.
  • the capillary tube 11 be made of a hydrophilic material so that capillary action is likely to occur.
  • the test liquid does not excessively enter beyond the first opening 111 of the microchannel to the switching valve 2 side. Therefore, by making the flow path 21 a hydrophobic tube, capillary phenomenon is less likely to occur within the flow path 21, and the test liquid stops near the first opening 111.
  • the measuring device may have push-back means.
  • the test liquid 5 first flows into the capillary tube 11 from the second opening 112 side of the capillary tube 11 toward the first opening portion 111 side.
  • a push-back means is used to push the test liquid 5 back toward the second opening 112 from the state where it has flowed to a predetermined position in order to re-measure or replace the test liquid.
  • the push-back means of the measuring device 101 is configured using the pressure adjustment section 3 and the like.
  • the measuring device shall have a regulating valve for regulating the flow of liquid within the capillary tube.
  • a regulating valve is a valve used to stop or push back the flow of liquid in a capillary tube, or to change the flow rate by changing the pressure or the like.
  • the measuring device 101 measures the state of the pressure on the first opening 111 side when causing the test liquid 5 to flow into the capillary tube 11, when pushing back the test liquid 5 with pressure, when stopping the flow of the test liquid 5, etc.
  • a switching valve 22 and the like for changing the above functions as a regulating valve.
  • the pressure regulator 3 is connected to the first opening 111 side via the switching valve 2 so that it can be connected to the first opening 111 side.
  • the pressure adjustment section 3 may be maintained at atmospheric pressure except during measurement of flow time.
  • the pressure adjustment section 3 can be used to adjust the pressure to a pressure other than atmospheric pressure when measuring the flow time.
  • the pressure adjustment unit 3 can be configured to be able to recognize that the pressure is adjusted to a plurality of pressures.
  • the pressure adjustment part 3 is a part adjusted to negative pressure, positive pressure, or atmospheric pressure.
  • the pressure adjustment unit 3 can be set to at least a pressure that pushes the liquid that has flowed into the capillary tube 11 back toward the second opening 112 side.
  • the pressure adjustment unit 3 includes a container 30 serving as an air reservoir and an adjustment piston 32 connected to the air reservoir.
  • the adjustment piston changes the total volume of the interior connected to the air reservoir to achieve isothermal compression and It is preferable that the material expands isothermally.
  • the procedure for adjusting pressure using an air reservoir and piston will be explained below. (Fig. 4(a), Fig. 4(b)).
  • sample administration With the channel 21 closed (combination (1) or (2)), a sample to be the test liquid is administered to the second opening.
  • the sample is drawn into the capillary tube by surface tension.
  • the air pressure in the capillary increases, balances the surface tension, and stops.
  • the sample that is not aspirated remains in the reservoir.
  • the amount of sample is extremely small ( ⁇ 5 uL)
  • all of the administered sample is sucked into the capillary tube and remains near the second opening 112.
  • a pressure gauge 31 is attached to the pressure adjustment section 3 to measure the pressure.
  • various pressure gauges that measure atmospheric pressure can be used.
  • the measurement range is approximately ⁇ 10,000 Pa, ⁇ 5,000 Pa, ⁇ 1,000 Pa, ⁇ 500 Pa, and ⁇ 300 Pa based on atmospheric pressure, and the scale is in 10 Pa, 1 Pa, and 0.5 Pa increments.
  • a differential pressure gauge that can measure pressures of approximately
  • negative pressure as the pressure, it is also suitable for measuring samples with high viscosity. Samples with high viscosity have low flow characteristics due to capillary action, so it may be difficult to measure them under atmospheric pressure or positive pressure. However, if negative pressure is used, the flow characteristics improve and measurement becomes easier. When using negative pressure to measure a highly viscous sample, the negative pressure may be 5,000 to 10,000 Pa.
  • the pressure adjustment unit 3 can be configured such that, for example, a pressure vessel and a vacuum pump are connected via a valve, and the pressure can be adjusted according to the degree of opening and closing of the valve.
  • the pressure adjustment unit 3 only needs to be able to grasp and manage the pressure, and as described above, the pressure gauge 31 can be attached to measure the pressure at that time, and correlation calculations can be performed using the measured pressure. can.
  • the pressure at which the conditions related to the pressure vessel, etc. of the pressure adjustment section 3 are set may be known and used as that pressure.
  • a syringe can be attached to a container so that the pressure can be measured with the suction scale of the syringe.
  • the liquid reservoir 4 accommodates a sample to be a test liquid. Further, the second opening 112 of the capillary tube 11 comes into contact with the test liquid stored in the liquid reservoir 4 .
  • the amount of the test liquid stored in the liquid reservoir 4 can be set as appropriate depending on the type, viscosity, and various conditions that affect surface tension (capillary size), but it may be 500 ⁇ L or less, 300 ⁇ L or less, 100 ⁇ L or less, or 50 ⁇ L or less.
  • the lower limit can be set to a very small amount of liquid, such as 1 ⁇ L or more, 5 ⁇ L or more, or 10 ⁇ L or more.
  • test liquid 5 any liquid in which capillary action occurs can be used as the test liquid.
  • This liquid may be one in which various components are dissolved or dispersed.
  • Samples of biological origin such as blood and saliva can also be used.
  • a milky lotion, a polymer solution, a particle suspension, etc. can also be used.
  • the measuring device 101 the flow characteristics of the test liquid 5 within the capillary tube 11 can be measured. Further, the capillary tube 11 and the channel 21 can be removed and disposed of easily if necessary.
  • the measurement unit 6 measures the arrival time tn of the capillary at the liquid level position Ln.
  • the liquid level position Ln is a position to be detected at a predetermined distance from the second opening 112, and the arrival time tn is the arrival time from the second opening 112 to the liquid level position Ln.
  • the measuring section 6 includes sensors 61 to 66 and a clock section 60.
  • the sensors 61 to 66 are sensors that detect the passage of the liquid surface of the test liquid flowing through the capillary tube 11. This is for detecting the flow time and passage speed of the liquid flowing inside the capillary tube 11 over the flow distance.
  • a plurality of sensors 61 to 66 (six in FIG. 1) are provided at predetermined intervals in parallel to the fine flow path of the capillary tube 11. Sensors 61 to 66 can detect passage of the liquid level within the microchannel at corresponding positions.
  • the sensors 61 to 66 are arranged on the mounting table 7.
  • each of the sensors 61 to 66 may be an optical sensor that detects passage of the liquid surface within the microchannel.
  • the liquid level becomes significantly easier to observe by optical means due to the difference in refractive index and/or the difference in light scattering between the liquid and the gas in the space. The presence or absence of passage of this liquid level can be detected by each of the sensors 61 to 66 corresponding to the position.
  • the sensors used in the measuring device according to the present invention include those that detect the passing of the liquid surface using a reflective type, those that use a transparent type for detection, and those that use a line sensor or area sensor to obtain information on the flow state in the form of videos, etc. This also includes methods that detect the flow time and passing speed from the video etc.
  • the measuring device 101 uses sensors 61 to 66 to detect the flow time of the liquid over the flow distance and the passing speed over the flow distance.
  • a timer unit 60 is provided to obtain the time at which the sensors 61 to 66 detect passage of the liquid surface.
  • the flow characteristics may be measured from the flow time corresponding to the inflow direction from the second opening 112 to the first opening 111 and the pressure adjustment part 3 side, or on the contrary, by pushing back. , the flow characteristics may be measured from the flow time corresponding to the pushing back direction from the first opening 111 and the pressure adjustment unit 3 side to the second opening 112 side.
  • the arrival time tn at the capillary liquid level position Ln can be obtained by selecting and using a suitable sensor according to the orientation at that time.
  • the timer 60 measures the time the liquid surface passes through the positions corresponding to the sensors 61 to 66 (flow time) and the speed at which the liquid surface passes through the flow distance (passage speed).
  • the timer 60 is also connected to the switching valve 2, and measures the detection time of the sensors 61 to 66 when the switching valve 2 is switched.
  • the sensors 61 to 66 and the timer 60 measure the flow time tn (t1 to t6) until the liquid level of the test liquid 5 passes through the flow distance Ln (L1 to L6) of the capillary tube 11, and the passage speed vn (v1 ⁇ v6) is configured.
  • the switching valve 2 is a solenoid valve. Further, it has a stop sensor that detects the liquid level position of the capillary tube 11, and when the stop sensor detects the liquid level, it transmits a signal to stop the switching valve 2, and closes the switching valve 2 to stop it. Therefore, it is preferable to stop the flow of the liquid within the capillary tube 11.
  • This stop sensor may be attached near the first opening 111 of the capillary tube 11 for the stop. Alternatively, detection by a sensor attached for time measurement, such as sensor 65 or sensor 66, may be used in combination with a sensor for stopping. If liquid enters the flow path 21, the measuring device 101 may be contaminated, and restoration work may become complicated.
  • the push-back detection unit 69 detects that the liquid in the capillary tube 11 has been pushed back to the second opening 112 side and passed through.
  • a sensor that detects the liquid level, etc. like the sensors 61 to 66, can be used. Further, any one of the sensors 61 to 66, for example, the sensor 61 may be used in combination with the push-back detection section 69.
  • the push-back detection section 69 detects the position within the capillary tube 11 in order to stop the tip of the liquid surface within the capillary tube 11 and prevent gas from entering the liquid reservoir section 4 via the capillary tube 11. It is preferable.
  • the mounting table 7 supports the capillary tube 11.
  • a substrate on which the capillary tube 11, the liquid reservoir 4, and the sensors 61 to 66 are arranged is provided on a mounting table 7.
  • the mounting table 7 is configured so that the fine flow path of the capillary tube 11 has a predetermined inclination.
  • the second opening 112 of the capillary tube 11 is configured to be in contact with the test liquid 5 when the test liquid 5 is stored in the liquid reservoir 4 .
  • the control unit 8 is a part that controls and processes various functions of the measuring instrument.
  • the control section 8 may include a storage section 80, a pressure control section 81, a switching valve control section 82, a waveform analysis section 83, a characteristic analysis section 84, a flow control section 85, and the like.
  • the storage unit 80 is a part that stores measurement values obtained when performing the measurement of the present invention, calculation formulas for calculating each processing data, programs for performing the processing, and the like.
  • the pressure control section 81 sets the pressure of the pressure adjustment section 3 according to the measurement situation.
  • the pressure regulator 3 can be operated while appropriately switching to positive pressure, negative pressure, atmospheric pressure, etc. For this purpose, it adjusts the adjustment piston, cooperates with the switching valve (electromagnetic valve), and manages the measured values of the pressure gauge.
  • the switching valve control unit 82 can switch the switching valve 2 as appropriate.
  • the switching valve 2 can connect the capillary tube 11 to the pressure adjustment section 3, open it to atmospheric pressure, or connect it to neither, depending on the purpose such as the measurement state based on the flow condition in the capillary tube 11 or the flow direction. Closed position, etc.
  • the waveform analysis unit 83 analyzes the waveform such as the peak measured by the measurement unit 6, and analyzes the passage time, passage position, flow direction, etc.
  • the characteristic analysis unit 84 analyzes the flow characteristics of the test liquid, such as viscosity and surface tension, based on the waveform analysis resulting from changes in the liquid level due to flow.
  • the flow control unit 85 controls the movement of the entire measuring instrument according to each flow according to the purpose of measurement.
  • the display unit 91 is a monitor that displays measured flow characteristics, various conditions, regression equations for calculation steps, and the like.
  • the measuring instrument 101 can be realized by applying a program for functioning as each part of the control unit 8 to a personal computer, tablet terminal, smartphone, etc.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of the first embodiment of the present invention.
  • a capillary tube of inner diameter D is placed horizontally.
  • One end of the capillary (right end in the figure) is in contact with a liquid reservoir (not shown).
  • the liquid reservoir is maintained at atmospheric pressure P0, and the inside of the capillary tube is maintained at pressure P.
  • the sample serving as the test liquid in the liquid reservoir is driven by the resultant force of the surface tension and the pressure difference ⁇ P, and moves into the capillary tube.
  • the case where ⁇ P>0 is called positive pressure
  • ⁇ P ⁇ 0 is called negative pressure.
  • the measuring device of the present invention and the measuring method of the present invention evaluate the flow characteristics of the test liquid from the liquid level position, flow time, etc., based on the behavior of the liquid in the capillary tube.
  • the flow characteristics relative measurements may be made for a plurality of liquids or the same liquid simply using time as an indicator, or viscosity or the like may be measured using known values in combination.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a flow in a capillary tube for explaining the principle according to the first embodiment of the present invention.
  • a in the upper row is in a standby state.
  • b in the middle row is when the flow is finished.
  • C in the lower row is after pushing back.
  • the signal example shown in FIG. 6, which will be described later, is a signal of pure water when the inside of the container is pushed back to a positive pressure greater than the critical pressure.
  • the switching valve When it is detected that the sample has reached the stop sensor, close the switching valve. The pressure inside the capillary quickly reaches the critical pressure, and the movement of the test liquid stops.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of the pressure adjustment section that can be used in the present invention.
  • the pressure adjustment section can be set to positive pressure using isothermal compression.
  • the pressure inside the container before compression is assumed to be equal to atmospheric pressure P0.
  • the pressure inside the container after compression is P0+ ⁇ P
  • negative pressure can be created by isothermal expansion as shown in FIG. 4(b).
  • FIG. 5 is a schematic diagram regarding differential pressure and flow characteristics for explaining the principle according to the present invention.
  • ⁇ P the above-mentioned IWs is "D ⁇ /4 ⁇ ".
  • IWs becomes 0 when ⁇ P is "4 ⁇ /D". That is, the liquid does not flow.
  • the value of the y-intercept "D ⁇ /4 ⁇ ” of this plot represents motion under atmospheric pressure. From this value, the ratio between the viscosity ⁇ and the surface tension ⁇ of the test liquid can be determined.
  • the surface tension value of the test liquid can be calculated from the x-intercept "4 ⁇ /D" of this plot.
  • FIG. 6 is a schematic diagram regarding detection of the liquid level position by a sensor using the measuring device of the present invention.
  • FIG. 6 shows signals detected when pushing back the liquid.
  • the push-back detection section 69 detects a signal for the selected sensor, the solenoid valve is closed and the positive pressure is released. This stops the flow of liquid within the capillary tube.
  • FIG. 7 is a flow diagram according to the first embodiment of the present invention.
  • Step S10 is a step of disposing a liquid in the liquid reservoir.
  • Step S11 is a step of bringing the second opening into contact with the liquid in the liquid reservoir and causing the liquid to flow into the capillary tube from the second opening.
  • step S12 the switching valve is switched so that the first opening of the capillary tube is connected to the part set to the conditions for measuring the flow characteristics, the liquid is made to flow within the capillary tube, and the flow characteristics at the time of inflow are made.
  • This is the step of measuring.
  • the first opening can be opened to atmospheric pressure to allow inflow, or may be set to a negative pressure to allow inflow in order to allow more active inflow.
  • Step S13 is a step of adjusting the switching valve on the first opening side to stop the inflow of liquid when the inflow stop position in the capillary tube is exceeded.
  • Step S14 is a step in which the switching valve on the side of the first opening is switched, the first opening is connected to the pressure regulating section whose pressure is set to be equal to or higher than the critical pressure, and the liquid is pushed back.
  • Step S15 is a step in which when the liquid in the capillary passes through the push-back detection section, the switching valve is switched to stop the liquid.
  • Step S20 is a step of determining whether a predetermined number of tests have been performed. If the predetermined number of tests have not been completed (No), the process moves to step S31.
  • Step S31 is a step in which the test conditions are suitably changed to carry out the test. change.
  • Step S32 is a step of changing the inflow condition to the first opening side after the predetermined change is completed.
  • step S20 it is checked whether the number of tests has been performed, and the process is repeated until a predetermined number of tests have been performed. If the test has been performed a predetermined number of times (Yes), the test is completed.
  • a test can be performed in a state where the measuring device has a liquid reservoir in contact with the second opening side. This is to measure the flow characteristics when the liquid contained in the liquid reservoir flows into the capillary tube from the second opening.
  • the method of the present invention connects the pressure regulating part to the first opening with a pressure that is more positive than the critical pressure, and sends the liquid flowing into the capillary to the liquid reservoir from the second opening, and detects push-back.
  • the first push-back process may include stopping the push-back when the push-back is pushed back to a certain point.
  • the method of the present invention may include, after the pushing back step, a displacement measuring step of changing the state of the liquid in the liquid reservoir and measuring the flow characteristics of the liquid in the capillary tube.
  • the test of the first embodiment is a method that allows repeated tests to be performed quickly. Therefore, it is possible to quickly measure slight changes in the flow characteristics of the test liquid, even with a minute amount of the test liquid. For example, the effects of changes in time, temperature, etc. can be measured. It is also possible to mix the component to be tested in the liquid reservoir, change the state of the liquid in the capillary tube, and measure the influence of the reaction.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a capillary tube according to a second embodiment of the present invention.
  • This second embodiment measures the flow characteristics of a liquid contained in a horizontally installed capillary tube in an amount less than the capacity of the capillary tube. Since the liquid is contained in the capillary tube, there is a left end (L) of the liquid and a right end (R) of the liquid. The flow characteristics are measured when this liquid is moved in each direction by adjusting the pressure difference between the first opening side and the second opening side.
  • FIG. 9 is a flow diagram according to the second embodiment of the present invention.
  • Step S40 is a step of storing a liquid inside the capillary tube. This accommodation can be done by placing only the amount of liquid that can be accommodated in the capillary in the liquid reservoir and allowing the entire amount to be accommodated, or by bringing the capillary into contact with the test liquid and separating it from the test liquid once it has been accommodated. After that, a part of the air may be contained in the contained state. Once the capacity to be tested has been accommodated, the flow of liquid from the second opening is stopped.
  • Step S41 is a step in which the pressure on the first opening side is made more negative than that on the second opening side, and the first opening side is switched to the inflow condition to move the liquid to the first opening side. It is.
  • Step S42 is a step of measuring the flow characteristics of the flowing liquid.
  • Step S43 is a step of adjusting the switching valve on the first opening side to stop the inflow of liquid when the inflow stop position is exceeded.
  • Step S44 is a step in which the first opening is connected to a pressure regulating section that has a more positive pressure than the second opening and pushes back the liquid. The flow characteristics during this pushing back may be measured.
  • Step S45 is a step in which the switching valve is switched to stop pushing back when the leading edge of the liquid passes through the pushing back detection section.
  • Step S50 is a step of checking whether a predetermined number of tests have been performed after stopping the push-back. If it is before completion (No), the process returns to step S41 and the test is performed again. After completing the predetermined number of tests (Yes), the process ends.
  • the liquid column moves at a constant velocity.
  • the velocity of the liquid column is proportional to the pressure difference and inversely proportional to the viscosity.
  • the motion speed v is expressed by equation (3).
  • FIG. 10 is a schematic diagram regarding the detection of the liquid level position by the sensor using the measuring device of the present invention.
  • FIG. 10 shows a uniform movement signal to the left due to negative pressure (97 Pa).
  • FIG. 11 is a schematic diagram regarding the detection of the liquid level position by the sensor using the measuring device of the present invention. This is a uniform movement signal to the right due to positive pressure (97 Pa).
  • a capillary tube with an inner diameter of D was placed horizontally, and three optical sensors were placed close to the capillary tube at equal intervals.
  • the volume of the sample serving as the test liquid was approximately 1/10 of the capillary internal volume.
  • the second embodiment of the present invention connects the pressure adjustment part to the first opening to generate pressure that pushes the liquid contained in the capillary back toward the second opening, and It has a second pushing back step in which the accommodated liquid is pushed back to the second opening side and the pushing back is stopped when pushed back to the push back detection section.
  • a plurality of test liquids can be measured using the same capillary tube.
  • the test liquid contained in the capillary tube is connected to the first opening to a pressure adjustment part adjusted to the pressure that pushes the liquid in the capillary back toward the second opening side, and the test liquid is discharged from the capillary tube and transferred to another test liquid. Used for testing liquids.
  • a reagent for mixing with a liquid and causing a reaction may be placed inside the capillary.
  • a reagent is placed near the sensor 66 in FIG. 1, and when it first passes through a capillary tube, the flow characteristics before mixing with the reagent are measured, and those that have come into contact with the reagent are pushed back and flowed again. This makes it possible to measure the flow characteristics after mixing with the reagent.
  • FIG. 12 is a schematic diagram regarding the arrangement of capillaries and the like according to the fifth embodiment of the measuring instrument of the present invention.
  • This measuring device is configured to measure flow characteristics as a capillary tube that is inclined.
  • the configuration can be similar to that of the measuring device 101 in FIG. 1, except that all the test liquid is contained in a capillary tube and the capillary tube is inclined.
  • a capillary tube is arranged on a tilt table, and the capillary tube contains a liquid column of the test liquid between the right end R, which is on the second opening side, and the left end, L, which is on the first opening side.
  • Sensors 1 to 3 are arranged along the capillary to detect the ends of the liquid column.
  • the left end of the capillary tube is connected to a pressure adjustment section, and the pressure control section is controlled by the control section.
  • the pressure control section is controlled by the control section.
  • the angle ⁇ formed by the axis of the capillary tube can be approximately 10° to 60°, 15° to 50°, or 20° to 40°.
  • the capillary tube is tilted with respect to the horizontal. Let the angle between this capillary and the horizontal be ⁇ . Also, connect a solenoid valve to the bottom end of the capillary and keep it closed. A sample of the test solution (for example, about 5 ⁇ L) is injected from the upper end of the capillary tube. All samples enter the capillary tube and come to rest at a position where the internal pressure is balanced. Thereafter, when the electromagnetic valve is opened to release the inside of the capillary to atmospheric pressure, the liquid column-shaped test liquid within the capillary falls down within the capillary according to gravity. The flow velocity v of this liquid column is expressed by equation (4).
  • v Flow velocity of liquid column (mm/ms)
  • D Inner diameter of capillary (mm)
  • ⁇ Density of liquid sample (kg/m 3 )
  • ⁇ Viscosity coefficient of liquid sample (mPa ⁇ s)
  • g Gravitational acceleration (m/s 2 )
  • ⁇ Angle that the capillary makes with the horizontal
  • equation (4) can be changed to equation (5) below.
  • the coefficient K (D, g, ⁇ ) in equation (5) is a constant determined by the capillary inner diameter, gravitational acceleration, and capillary inclination angle. Therefore, the flow rate v of the liquid is inversely proportional to the kinematic viscosity ⁇ / ⁇ of the liquid sample. Note that the flow velocity v does not depend on the length of the liquid column (that is, the injection amount).
  • L (D, g, ⁇ , d) is a constant determined by the capillary inner diameter, gravitational acceleration, capillary inclination angle, and distance d. Therefore, the liquid flow time ⁇ t is proportional to the kinematic viscosity ⁇ / ⁇ of the liquid sample. Note that, also here, the flow time ⁇ t does not depend on the length of the liquid column (that is, the injection amount).
  • the coefficient L (D, g, ⁇ , d) is a constant determined by the capillary inner diameter, gravitational acceleration, capillary inclination angle, and distance d.
  • the flow time is independent of the injection volume (liquid column length) under the condition that the liquid column length is shorter than the capillary length. Therefore, if the flow time of the first sample (1) is ⁇ t 1 and the flow time of the second sample (2) is ⁇ t 2 , the following equation (7) holds true even if the injection amounts are different. That is, the ratio of flow times of a liquid sample is equal to the ratio of kinematic viscosities. Note that ⁇ 1 / ⁇ 1 in equation (7) is the kinematic viscosity of the first sample, and ⁇ 2 / ⁇ 2 is the kinematic viscosity of the second sample.
  • the present invention can be a sixth embodiment in which the pressure adjustment section further has a configuration that allows the pressure to be adjusted in stages.
  • FIG. 13 is a schematic diagram regarding the differential pressure and flow characteristics of the capillary according to the present invention.
  • v Flow velocity of liquid column (mm/ms)
  • D Inner diameter of capillary (mm)
  • P Pressure difference between both ends of the liquid column
  • ⁇ Density of liquid sample (kg/m 3 )
  • ⁇ Viscosity coefficient of liquid sample (mPa ⁇ s)
  • l Length of the test liquid contained in the tube
  • g Gravitational acceleration (m/s 2 )
  • ⁇ Angle that the capillary makes with the horizontal
  • FIG. 13 is a plot in which the horizontal axis is the pressure difference ⁇ P and the vertical axis is the velocity v.
  • equation (8) reduces to equation (4). That is, the value of the y-intercept of the plot is equal to the value of velocity in equation (4).
  • the capillary is tilted to create a pressure difference ⁇ P inside and outside the capillary, causing the liquid sample to fall. If the falling velocity v of the liquid column is plotted on the vertical axis and the pressure difference ⁇ P is plotted on the horizontal axis, a straight line descending to the right as shown in FIG. 13 will be obtained.
  • the kinematic viscosity ⁇ / ⁇ of the sample can be determined from the point where this straight line intersects the vertical axis (y-intercept).
  • the density ⁇ of the sample can be determined from the point where the straight line intersects the horizontal axis (x-intercept).
  • critical pressure the test liquid in the inclined capillary becomes stationary.
  • a positive pressure greater than the critical pressure is applied within the capillary, the test liquid within the capillary rises against the slope.
  • FIG. 14 is a schematic diagram regarding the arrangement of capillary tubes, etc. according to the seventh embodiment of the measuring instrument of the present invention.
  • the push-back means has an inclined table for arranging the capillary tube, and has an arrangement in which the first opening side is positioned lower than the second opening side to allow the flow to flow, and the second opening side is positioned lower than the second opening side.
  • the test liquid in the capillary can be placed at a position lower than the opening of the capillary to push back the test liquid. If the inclination angle of the capillary tube is reversed as shown in FIG. 14 after the flow measurement is completed, the sample in the capillary tube can be caused to flow backwards by the action of gravity and pushed back to the starting position without applying pressure.
  • This method of reversing the tilt angle to return to the initial state means that the motion at the time of reversal is equivalent to reversing the signs of v and ⁇ in equation (4), so an additional tilt measurement is performed.
  • positive pressure adjustment for pushing back is not essential.
  • [measuring device] Capillary tube: A capillary tube with a radius r of 0.34 mm (nominal value) was used. The length is 100mm. - Negative pressure and positive pressure were adjusted using a container (1000 mL sample bottle) and a variable capacity container (digital pipette) as equivalent to the pressure adjustment section 3. ⁇ Pressure was measured with a pressure gauge and calibrated. - A solenoid valve was used as the switching valve.
  • ⁇ Sensors Multiple optical sensors were placed along the capillary to detect the position of the liquid level.
  • -Liquid reservoir A mounting table was used that had a concave part so that the tip of the capillary came into contact with it.
  • ⁇ Standard solution Pure water was used.
  • - Sucrose solution A mixture with pure water having a sucrose concentration of 30% by mass (30% by mass sucrose aqueous solution) was used.
  • ⁇ Room temperature is 21°C ⁇ 0.5°C.
  • Test Examples 1 to 4 are all test examples in the first embodiment. Using pure water as the test liquid, the time taken to pass through a 60 mm channel at atmospheric pressure was measured. When the measurement distance has elapsed and the liquid level reaches a position close to the first opening, stop, switch the pressure regulator, set the push-back pressure, switch the switching valve, and adjust the pressure near the second opening. I pushed it back to the stopping position. Thereafter, the first opening side was switched to the inflow direction again and measurements were taken.
  • FIG. 15 shows the results of measuring the dispersion when the test was conducted eight times. The test was conducted eight times and it was confirmed that stable results could be obtained.
  • Test Example 2 According to Test Example 1, the test was conducted while changing the state of the test liquid in the liquid reservoir during reciprocation of the flow. First, during the first inflow, a flow time test was conducted eight times using pure water. Next, the liquid was pushed back to a position where only a small amount remained in the capillary without bubbling, and before the second inflow, 2 ⁇ L of 30% by mass sucrose solution was added to the liquid reservoir to change the physical properties of the liquid. , the flow time test was conducted eight times. Next, the third test was carried out according to the second test, and 2 ⁇ L of 30% by mass sucrose solution was added to the liquid reservoir to change the physical properties of the liquid, and the flow time test was carried out 9 times. went.
  • FIG. 20 shows a flow signal recorded by applying a negative pressure of 97 Pa to this sample.
  • the flow time of the 30% by mass sucrose solution was 3.0 times that of pure water. This value is almost equal to the value expected from the viscosity ratio of 3.17 between sucrose solution and pure water.
  • FIG. 21 is a graph of the measurement results of pure water in an example of the present invention.
  • FIG. 22 is a graph of measurement results for a 30% by mass sucrose solution in an example of the present invention. These measurements are examples of evaluating the flow characteristics of the test liquid using the fifth embodiment configured as shown in FIG. It is particularly suitable for measuring kinematic viscosity.
  • the first signal is the R end of the liquid column that connects the first sensor
  • the second signal is the L end of the liquid column that is the second sensor
  • the third signal is the R end of the liquid column that connects the second sensor.
  • the end signal indicates the second sensor
  • the fourth signal indicates the time when the L end of the liquid column passes the fourth sensor.
  • the sensors are designated as sensors 1, 2, and 3 in order from the right (the one closest to the second opening, which is the entrance). Inject 5 ⁇ L of sample. Everything is sucked in by surface tension. Then, drop the sample.
  • the solenoid valve is closed and the sample liquid is stopped.
  • the test liquid When evaluating the flow characteristics, the test liquid is dropped from a state where there is a liquid column of the test liquid on the upper end side as shown in Figure 12.
  • signal 1 is output when the R end of the sample passes the first sensor; the time is t1.
  • Signal 2 is output when the L end of the sample passes the second sensor; the time is defined as t2.
  • Signal 3 is output when the R end of the sample passes the second sensor; the time is t3.
  • Signal 4 is output when the L end of the sample passes the third sensor; the time is t4.
  • the falling time (t3-t1) or (t4-t2) is proportional to the kinematic viscosity. Note that this measurement does not depend on the amount injected into the capillary tube.
  • the density of a 30% by mass sucrose solution is 1.127 times that of pure water (at 20°C). Further, the viscosity of a 30 wt% sucrose solution is 3.17 times that of pure water. Therefore, the kinematic viscosity of the 30% by mass sucrose solution is 2.81 times that of pure water. The flow time of a 30% by mass sucrose solution was 2.7 times longer than that of pure water, based on actual measured values tested with this configuration. Therefore, it was confirmed that the kinematic viscosity of two types of extremely small amounts (5 ⁇ L) of liquid samples could be comparatively determined with an accuracy of 5% or less.
  • the present invention can be used to measure flow characteristics such as the viscosity of a liquid, and is industrially useful.

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Abstract

少量のサンプルの流動特性を測定することができる測定器等を提供することを目的とする。　第一の開口部１１１および第二の開口部１１２を有する毛細管１１の第二の開口部１１２側から第一の開口部１１１側に向けて毛細管１１内に流入した被験液５を第二の開口部１１２側に押し戻す押戻し手段と、　毛細管１１内の液の流れを調整するための調整弁と、　毛細管１１の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部６とを、有する被験液５の流動特性を測定する測定器１０１。

Description

液の流動特性を測定する方法および測定器
　本発明は、液の流動特性を測定する方法および測定器に関する。
　生体サンプルやバイオサンプルなどを用いる各種実験等は、微量の液体試料粘度などの精密な測定や比較、血液凝固などの短時間で変動する粘度の測定などが求められる場合がある。
　特許文献１は、体液の粘性を計測する体液粘性測定装置において、毛細管現象による力の作用によって前記体液が流れる流路と、前記体液が前記流路に沿って移動した移動距離及び該移動距離の移動に要した移動時間に基づいて回帰分析し、前記体液の粘性を導出する演算手段とを備えることを特徴とする体液粘性測定装置を開示している。
　特許文献２は、第一の開口部及び第二の開口部を有する毛細管状の微細流路を有する本体部と、前記第一の開口部側に接続された切替弁とを有し、前記切替弁は、前記本体部と接続された流路と、大気中に開放された流路および／または密閉容器に接続された流路とを有する液体採取装置を開示している。
　また、非特許文献１は、ガラス毛細管を用いる少量サンプルの粘度や表面張力の評価法（Evaluation of viscosity and surface tension of low-volume samples using glass capillary）に関するものであり、特許文献１、２等に関する手法により、種々の濃度のショ糖溶液の粘性率を測定し、文献値と一致する数値が得られることを示している。
特開２０２０－００８３４２号公報 特開２０２１－００１７６２号公報
Kenji Sakamoto et al 2020 Jpn. J. Appl. Phys. 59 107002
　特許文献１、２や非特許文献１に記載の手法により、少量の試料（サンプル）の粘度や表面張力を測定することができる。
　本発明者らは、特許文献１、２や非特許文献１の構成はさらに応用できる可能性を有していると考えた。そして、さらなる活用のための構成を検討した。係る状況下、本発明は、少量の試料の粘度などの流動特性を測定することができる測定器や方法等を提供することを目的とする。
　本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
　＜１＞　第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管の前記第二の開口部側から前記第一の開口部側に向けて前記毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す押戻し手段と、
　前記毛細管内の液の流れを調整するための調整弁と、
　前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部と、を有する測定器を用いて、被験液の流動特性を測定する方法。
　＜２＞　前記押戻し手段が、前記第一の開口部側に接続され、毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す圧力に設定することができる圧力調整部であり、
　前記調整弁が、前記圧力調整部と、前記毛細管との接続を切り替えるための切替弁を有するものであり、
　前記検出部が、前記毛細管内の被験液が第二の開口部側に押し戻されて通過したことを検出する押戻検出部を含む測定器を用いて、被験液の流動特性を測定する前記＜１＞に記載の方法。
　＜３＞　前記圧力調整部が、容器と、前記容器と接続した調整ピストンと、前記切替弁と連動して等温圧縮および／または等温膨張の直前まで前記容器を大気圧に開放して前記容器内を大気圧に保持する機構を有し、
　前記容器内圧力を調整するとき、前記容器の大気からの遮断後、前記調整ピストンにより前記容器および前記調整ピストンとの容積を変更して、等温圧縮および／または等温膨張を用いて所定の容器内圧力を調整するものとする前記＜２＞に記載の方法。
　＜４＞　前記測定器が、前記第二の開口部側に接する液溜部を有し、
　前記第二の開口部から流入した前記液溜部に収容された被験液の毛細管内での流動特性を測定するものであり、
　前記圧力調整部を臨界圧力よりも陽圧として前記第一の開口部に接続して、前記毛細管に流入した前記被験液を前記第二の開口部から前記液溜部に送出し、前記押戻検出部まで押し戻したとき、押し戻しを停止する第一の押戻工程を有する、前記＜２＞または＜３＞に記載の方法。
　＜５＞　前記第一の押戻工程の後に、前記液溜部の被験液に、試験対象成分を混合し、前記毛細管に流入させたときの流動特性の測定工程を有する前記＜２＞～＜４＞のいずれかに記載の方法。
　＜６＞　前記毛細管の内部に、前記毛細管の収容量未満の量で収容された前記被験液の流動特性を測定するものであり、
　前記圧力調整部を、前記第二の開口部側に押し戻す圧力として、前記第一の開口部に接続して、前記毛細管に収容された被験液を前記第二の開口部側に押し戻し、前記押戻検出部まで押し戻したとき、押し戻しを停止する第二の押戻工程を有する、前記＜２＞～＜５＞のいずれかに記載の方法。
　＜７＞　複数の被験液を、いずれも同一の毛細管を用いて測定するものであり、
　前記毛細管内の前記被験液を第二の開口部側に押し戻す圧力に調整した前記圧力調整部に前記第一の開口部を接続して、前記毛細管内に収容された被験液を毛細管から排出して、他の被験液の試験に用いる、前記＜２＞～＜６＞のいずれかに記載の方法。
　＜８＞　前記毛細管が、傾斜したものである前記＜２＞～＜７＞のいずれかに記載の方法。
　＜９＞　前記圧力調整部が、さらに、段階的に圧力を調整することができる前記＜８＞に記載の方法。
　＜１０＞　前記押戻し手段が、前記毛細管を配置するための傾斜台を有し、前記第一の開口部側を前記第二の開口部よりも低い位置として流動させるための配置と、前記第二の開口部側を前記第一の開口部よりも低い位置として前記毛細管内の前記被験液を押戻すための配置とに設置できるものである、前記＜１＞～＜９＞のいずれかに記載の方法。
　＜１１＞　前記毛細管の内部に、前記被験液と混合して反応させるための試薬を配置した、前記＜１＞～＜１０＞のいずれかに記載の方法。
　＜１２＞　第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管の前記第二の開口部側から前記第一の開口部側に向けて前記毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す押戻し手段と、
　前記毛細管内の液の流れを調整するための調整弁と、
　前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部とを、有する被験液の流動特性を測定する測定器。
　本発明によれば、少量の試料の流動特性を測定することができる。
本発明の実施形態に係る測定器の概要図である。 本発明に係る第一の実施形態の原理を説明するための概要図である。 本発明に係る第一の実施形態の原理を説明するための毛細管内の流れの概要図である。 本発明に利用できる圧力調整部の原理を説明するための概要図である。 本発明の第一の実施形態に係る原理を説明するための差圧と流動特性に関する概要図である。 本発明の測定器によるセンサーでの液面位置の検出に関する概要図である。 本発明の第一の実施形態に係るフロー図である。 本発明の第二の実施形態に係る毛細管の概要図である。 本発明の第二の実施形態に係るフロー図である。 本発明の測定器の第二の実施形態によるセンサーでの液面位置の検出に関する概要図である。 本発明の測定器の第二の実施形態によるセンサーでの液面位置の検出に関する概要図である。 本発明の測定器の第五の実施形態にかかる毛細管の配置等に関する概要図である。 本発明の第五の実施形態にかかる毛細管の差圧と流動特性に関する概要図である。 本発明の測定器の第六の実施形態にかかる毛細管の配置等に関する概要図である。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。 本発明の実施例の測定結果のグラフである。
　以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。
［本発明の測定器］
　本発明の測定器は、第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管の前記第二の開口部側から前記第一の開口部側に向けて前記毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す押戻し手段と、前記毛細管内の液の流れを調整するための調整弁と、前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部とを、有する被験液の流動特性を測定する測定器である。
　本発明の測定器は、例えば、第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管と、前記第一の開口部側に接続され、毛細管内に流入した被験液を第二の開口部側に押し戻す圧力に設定することができる圧力調整部と、前記圧力調整部と、前記毛細管との接続を切り替えるための切替弁と、前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部と、前記毛細管内の被験液が第二の開口部側に押し戻されて通過したことを検出する押戻検出部とを、有する被験液の流動特性を測定する測定器とすることもできる。
［本発明の測定方法］
　本発明の測定方法は、第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管の前記第二の開口部側から前記第一の開口部側に向けて前記毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す押戻し手段と、前記毛細管内の液の流れを調整するための調整弁と、前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部と、を有する測定器を用いて、被験液の流動特性を測定する方法である。
　本発明の測定方法は、例えば、第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管と、前記第一の開口部側に接続され、毛細管内に流入した被験液を第二の開口部側に押し戻す圧力に設定することができる圧力調整部と、前記圧力調整部と、前記毛細管との接続を切り替えるための切替弁と、前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部と、前記毛細管内の被験液が第二の開口部側に押し戻されて通過したことを検出する押戻検出部と、を有する測定器を用いて、被験液の流動特性を測定する方法とすることもできる。
　なお、本願において、本発明の測定器により本発明の測定方法を行うこともでき、それぞれに対応する構成は相互に利用することができる。
　本発明は、毛細管を繰り返し使用することができる構成を有する。このため、毛細管が変わることによる毛細管自体の変化の影響を受けない。よって、微小な粘度変化などの流動特性を精度よく検出することができる。
　毛細管を流れた被検液となる試料に圧力を加えて、流動開始位置まで押し戻し、再度毛細管内に流入させて流動測定を行う。このため、同一の毛細管を繰り返し使用するため、測定結果の再現性が良い。さらに、液溜部を反応槽として利用し、その変位を検出することもできる。さらに、例えば、半減期１分程度の短時間で変化する粘度などの時間変化を追跡することもできる。
　従来の手法では、毛細管自体の影響を受ける可能性もあり、短時間で生じる時間変化の追跡も困難であった。
　また、本発明は、毛細管の傾斜などを調整して、傾斜状態での測定を行ってもよいし、毛細管内での被験液の押戻しを、毛細管内の圧力を調整することで行ってもよいし、他の力を加えることで調整してもよい。例えば、傾斜させることで重力等の影響が大きくなるが、毛細管の傾斜やその向きを変えることができる傾斜台などを利用して押戻ししてもよい。
［測定器］
　図１は、本発明の実施形態に係る測定器の代表的な概要図である。測定器１０１は、毛細管１１を用いる。測定器１０１は、毛細管１１と、切替弁２と、圧力調整部３と、検出部６と、制御部８を有する。載置台７は、液溜部４を有し、毛細管１１の第二の開口部１１２が、液溜部４に収容した被験液５に接するように配置することができる。
［毛細管１１］
　毛細管１１は、中空の毛細管状の微細流路を有し、微細流路の両端に、第一の開口部１１１と、第二の開口部１１２を有する。第一の開口部１１１は、流路２１を介して切替弁２に接続されている。毛細管１１は、例えば、クロマトグラフィーの試料点着用や電気生理学実験電極用などに市販されている毛細管などを用いることができる。毛細管は、親水性のマイクロ流路などの毛細管現象が生じるものを含む。
　毛細管１１は、毛細管状の微細流路を有し、毛細管現象が生じる大きさの流路である。微細流路に入り込む液量やその流れは、表面張力、流路との接触角、流路の大きさなどによって決まる毛細管力や、微細流路空間内圧力、摩擦力、重力によって決まる。このような毛細管現象を利用した粘性の測定に適した微細流路の半径は、１．０ｍｍ以下や、０．５ｍｍ以下程度である。
　また、本発明は、微量の液体への利用に適している。例えば、血液や唾液などの測定に適しており、これらは水を主たる媒質として含む。このような水を含むものを測定するときは、毛細管１１は、親水性のものを用いて、毛細管現象が生じやすいものとすることが好ましい。また、油分を多く含むものでは、疎水性の毛細管などを用いてもよい。毛細管１１は、例えば、ガラス製のものを用いることができる。
［切替弁２］
　切替弁２は、流路２１を介して、第一の開口部１１１に接続される。また、切替弁２は、大気中への開閉や、圧力調整部３への接続を切り替えることができる。この切り替えのために、流路２２、流路２３を適宜用いる。毛細管現象は比較的速やかに進行することからも、切替弁２は、電気信号により測定開始や測定停止を瞬時に制御する事ができる電磁弁を用いることが好ましい。
　切替弁２は、液溜部に収容され、第二の開口部１１２から毛細管に浸入する液の流動の停止／開始を切り替えるセンサーと連動させて、流動のタイミングと測定のタイミングを連携させる。
　測定器１０１は、切替弁２が、電磁弁であることが好ましい。また、毛細管１１の第一の開口部１１１より手前側に、液面の通過を検出する停止用センサーを有し、停止用センサーが液面を検出したとき、切替弁２を閉じる信号を送信し、切替弁２を閉じることで、毛細管１１内で、液の流動を停止させることが好ましい。または、センサー６６のように、計時用に取り付けているセンサーによる検出を、停止用のものに併用してもよい。毛細管１１は、適宜、収容していた液を排出して、洗浄や共洗いして、繰り返し使用してもよい。
　また、停止用センサーが液面を検出したときに流動を停止させる信号を用いる以外にも流動開始後、一定時間経過時に流動停止させる信号を出すものとしてもよい。停止するまでの一定時間としては、毛細管の長さや液の流動速度などに応じて、適宜設定できる。例えば、１０秒や、５秒、３秒、２秒のように停止する時間の上限を設定できる。
［流路２１］
　毛細管１１の第一の開口部１１１と切替弁２とは任意の手段で接続することができる。毛細管１１は、取り換えを行いやすいように、流路２１として可撓性を有するチューブなどを用いて接続してもよい。この流路２１は、疎水性のものを用いることが好ましい。一部前述したように、毛細管１１は親水性のものを用いて、毛細管現象が生じやすいものとすることが好ましい。一方で、微細流路の第一の開口部１１１を超えて、切替弁２側まで過剰に被検液が入り込まない方が好ましい。このため、流路２１を疎水性チューブとすることで、流路２１内で毛細管現象が生じにくくなり、第一の開口部１１１付近で被検液が停止する。
［押戻し手段］
　測定器は、押戻し手段を有するものとすることができる。図１の測定器１０１は、被験液５が、まず、毛細管１１の第二の開口部１１２側から第一の開口部１１１側に向けて毛細管１１内に流入する。この被験液５を、再測定や、被験液の入替え等するために、所定の位置まで流れた状態から第二の開口部１１２側に押し戻すために押戻し手段を用いる。測定器１０１の押戻し手段は、圧力調整部３等を利用した構成である。
［調整弁］
　測定器は、毛細管内の液の流れを調整するための調整弁を有するものとする。調整弁は、毛細管内での液の流れを停止したり、押戻したり、圧力を変更等して流速などを変更させるために用いる弁である。測定器１０１は、被験液５を毛細管１１に流入させるときや、圧力で被験液５を押戻すとき、被験液５の流れを停めるときなどに、第一の開口部１１１側の圧力などの状態などを変更するための切替弁２２などが調整弁として機能する。
［圧力調整部３］
　圧力調整部３は、第一の開口部１１１側に接続できるように切替弁２を介して接続されている。圧力調整部３は、流動時間の測定中以外は大気圧に保持されていてもよい。圧力調整部３は、流動時間の測定時に大気圧以外の圧力に調整して用いることができる。圧力調整部３は複数の圧力に調整されたものであることを把握できるものとすることができる。圧力調整部３は、陰圧、陽圧、または大気圧に調整された部分とする。圧力調整部３は少なくとも、毛細管１１内に流入した液を第二の開口部１１２側に押し戻す圧力に設定することができる。
［空気だめの容器と調整ピストンをつかった圧力調整］
　圧力調整部３は、空気だめとなる容器３０と、空気だめと接続した調整ピストン３２とを有するものとし、調整ピストンにより空気だめと接続された内部の合計の容積を変更して、等温圧縮や等温膨張するものとすることが好ましい。以下、空気だめとピストンをつかった圧力調整の手順について説明する。（図４（ａ）、図４（ｂ））。このような圧力調整を行うことで、ポンプや気圧計などを用いることなく複雑な制御を行わずに、本発明に求められるような、毛細管内での微小な圧力の調整を行うことができる。
［圧力調整部３と切替弁２との組み合わせ］
　圧力調整部３と切替弁２との組み合わせで（以下、単に組み合わせという）、以下の（１）～（４）の状態が実現できる。
（１）圧力調整部３は大気から遮断されている。流路２１は閉じている。
（２）圧力調整部３は大気に開放されている。流路２１は閉じている。
（３）圧力調整部３は大気から遮断されている。圧力調整部３と流路２１が接続されている。
（４）圧力調整部３は大気に開放されている。圧力調整部３と流路２１が接続されている。
［試料の投与］
　流路２１が閉じた状態（組み合わせ（１）あるいは（２））で、第二の開口部に被検液となる試料を投与する。試料は表面張力によって毛細管内に吸い込まれる。毛細管内空気圧が上昇し、表面張力と釣り合って停止する。吸い込まれなかった試料は液溜めに残る。試料が極微量（～５ｕＬ）のときは、投与した試料すべてが毛細管中に吸い込まれて、第二の開口部１１２付近にとどまる。
［圧力の設定１；大気圧下での流動］
　試料投与を組み合わせ（２）の状態で行う。以下の測定は液溜めに充分量の試料が残っている場合に可能である。投与後、切替弁の操作によって組み合わせ状態（４）に移行する。試料は毛細管中を表面張力に駆動されて流れ、毛細管１１の第一の開口部１１１に達する。切替弁２が作動して流路２１が閉じ、組み合わせ状態（２）に移行する。流動は停止する。
［圧力の設定２；陽圧］
　試料投与は組み合わせ（２）の状態で行う。圧力調整部内圧は大気圧に等しい。図４（ａ）左の如く調整ピストンを引き出した状態で、組み合わせ（１）に移行する。圧力調整部は大気から遮断される。その後、調整ピストンを押し込む。圧力調整部内圧は下記の式のΔＰだけ上昇する。ここで、Ｐ０は大気圧である。Ｖ０は容器の容積である。ｖ１はピストン内の容積である。
　ΔＰ＝Ｐ０・ｖ１／Ｖ０
　この状態から切替弁を操作して、組み合わせ（３）に移行する。陽圧下での流動記録が実現する。流動終了と同時に切替弁を操作して組みあわせ（２）に戻す。圧力調整部３が大気圧に開放され、流路２１は閉じる。
［圧力の設定３；陰圧］
　試料投与は組み合わせ（２）の状態で行う。圧力調整部内圧は大気圧に等しい。図４（ｂ）左の如く調整ピストンを押し込んだ状態で、組み合わせ（１）に移行する。圧力調整部３は大気から遮断される。その後、調整ピストンを引き出す。圧力調整部の内圧は下記の式のΔＰだけ変化する（なお、ΔＰは負であるから、圧力調整部内は陰圧になる）。ここで、Ｐ０は大気圧である。Ｖ０は容器の容積である。ｖ１はピストン内の容積である。
　ΔＰ＝－Ｐ０・ｖ１／Ｖ０
　この状態から切替弁２を操作して、組み合わせ（３）に移行する。陰圧下での流動記録が実現する。流動終了と同時に切替弁２を操作して組みあわせ（２）に戻す。圧力調整部３が大気圧に開放され、流路２１は閉じる。
［圧力計３１］
　圧力調整部３には、圧力計３１を取り付けて、その圧力を測定することが好ましい。圧力計３１は、気圧を測定する各種圧力計を用いることができる。特に本発明では、大気圧を基準として±１０，０００Ｐａや、±５，０００Ｐａ、±１，０００Ｐａ、±５００Ｐａ、±３００Ｐａ程度の測定レンジで、目盛りとして１０Ｐａ刻みや、１Ｐａ刻み、０．５Ｐａ刻み程度の圧力を測定できるような微差圧計を用いることが好ましい。
　本発明においては、圧力として陰圧を利用することで、粘度が高い試料の測定にも適している。粘度が高い試料は、毛細管現象による流動特性が低いため、大気圧や陽圧などでは測定しにくい場合があるが、陰圧を用いれば、流動特性が向上して測定しやすくなる。高粘度の試料を測定するために、陰圧を利用する場合、５，０００～１０，０００Ｐａの陰圧としてもよい。
　圧力調整部３は、例えば、圧力容器と真空ポンプとを、バルブを介して接続して、バルブの開閉の程度に応じた圧力を調製できるものなどとすることができる。圧力調整部３は、圧力を把握して管理できればよく、前述のように、圧力計３１を取り付けてそのときの圧力を測定して、測定された圧力を用いて相関の算出等を行うことができる。また、圧力調整部３の圧力容器等に関する条件を設定したときの圧力を把握しておき、その圧力とみなして使用してもよい。具体的には、シリンジを容器に取り付けて、シリンジの吸引目盛りで圧力を把握できるものとすることなどができる。
［液溜部４］
　液溜部４は、被験液となる試料を収容する。また、液溜部４に収容された被験液に毛細管１１の第二の開口部１１２が接する。
　液溜部４に収容する被験液の液量は、種類や粘性率や表面張力に影響する諸条件（毛細管の大きさ）等により適宜設定できるが、５００μＬ以下や３００μＬ以下、１００μＬ以下、５０μＬ以下のような範囲とすることができ、その下限も、１μＬ以上や、５μＬ以上、１０μＬ以上のような微量の液量とすることができる。
［被験液５］
　被験液５は、毛細管現象が生じる任意の液体を被検液として用いることができる。この液体には、種々の成分が溶解や分散したものを用いてもよい。血液や唾液などの生体由来のサンプルを対象とすることもできる。また、乳液や、高分子溶液、粒子混濁液などを用いることもできる。測定器１０１によれば、毛細管１１内の被験液５の流動特性を測定することができる。また、毛細管１１や必要に応じて流路２１を取り外して容易に廃棄することができる。
［測定部６］
　測定部６は、毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する。液面位置Ｌｎは第二の開口部１１２から所定の距離の検出対象とした位置であり、到達時間ｔｎは、第二の開口部１１２から液面位置Ｌｎまでの到達時間である。測定部６は、センサー６１～６６と計時部６０を有している。センサー６１～６６は、毛細管１１を流通する被検液の液面の通過を検出するセンサーである。毛細管１１の内部を流動する液の流動距離における流動時間や通過速度を検出するためのものである。センサー６１～６６は、毛細管１１の微細流路に並置して、所定の間隔で複数（図１においては６つ）設けられている。センサー６１～６６が対応する位置で微細流路内の液面の通過を検出することができる。センサー６１～６６は載置台７に配列されている。
　例えば、センサー６１～６６は、それぞれを光学センサーとして、微細流路内の液面の通過を検出するものとすることができる。液が微細流路内で変動するとき、その液面は液と空間中の気体との屈折率差および／または光散乱の差によって光学的手段により顕著に観察しやすい状態となる。この液面の通過の有無を、その位置に対応するそれぞれのセンサー６１～６６が検出することができる。
　本発明に係る測定器に用いられるセンサーには、反射式で液面の通過を検出するものや、透過式で検出するもの、ラインセンサーやエリアセンサーを用いて流動状態の情報を動画等で取得して、その動画等から流動時間や通過速度を検出するものも含まれる。
　測定器１０１は、センサー６１～６６を用いて、液の流動距離における流動時間や、流動距離における通過速度を検出する。このために、センサー６１～６６が液面の通過を検出した時間等を合わせて取得する計時部６０を備えるものとする。
　本発明では、第二の開口部１１２から、第一の開口部１１１と圧力調整部３側への流入方向などに相当する流動時間などから流動特性を測定してもよく、反対に、押し戻しにより、第一の開口部１１１と圧力調整部３側から、第二の開口部１１２側への押戻方向などに相当する流動時間などから流動特性を測定してもよい。毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎは、そのときの向きに合わせて適したセンサーを選択して利用し、得ることができる。
［計時部６０］
　計時部６０は、センサー６１～６６に対応する位置を液面が通過した時間（流動時間）や、その流動距離を通過したときの速度（通過速度）を測定する。計時部６０は、切替弁２にも接続するものとし、切替弁２を、切り替えたことを契機として、センサー６１～６６での検出時間を計時する。
　センサー６１～６６と計時部６０により、毛細管１１の流動距離Ｌｎ（Ｌ１～Ｌ６）における、被検液５の液面が通過するまでの流動時間ｔｎ（ｔ１～ｔ６）や、通過速度ｖｎ（ｖ１～ｖ６）を測定する測定部が構成される。
　測定器１０１は、切替弁２が、電磁弁であることが好ましい。また、毛細管１１の液面位置を検出する停止用センサーを有し、停止用センサーが液面を検出したとき、切替弁２を停止する信号を送信し、切替弁２を停止するように閉じることで、毛細管１１内で、液の流動を停止させることが好ましい。この停止用センサーは、停止用に、毛細管１１の第一の開口部１１１付近に、停止用に取り付けてもよい。または、センサー６５や、センサー６６のように、計時用に取り付けているセンサーによる検出を、停止用のものに併用してもよい。流路２１に液が入り込むと測定器１０１が汚染され、復旧作業が煩雑となる場合がある。
［押戻検出部６９］
　押戻検出部６９は、毛細管１１内の液が第二の開口部１１２側に押し戻されて通過したことを検出する。押戻検出部６９は、センサー６１～６６と同様に液面を検出するセンサーなどを用いることができる。また、センサー６１～６６のいずれか、例えばセンサー６１を押戻検出部６９と併用するためのセンサーとしてもよい。押戻検出部６９は、毛細管１１内で液面の先端を停止して液溜部４に毛細管１１を介して気体が入り込まないようにするために、毛細管１１内の位置を検出するものとすることが好ましい。
［載置台７］
　載置台７は毛細管１１を支持する。毛細管１１や、液溜部４、センサー６１～６６が配列された基板は、載置台７に設けられている。また、載置台７は、毛細管１１の微細流路が所定の傾きを有するものとなるように構成されている。また、液溜部４に被験液５を収容した状態で、毛細管１１の第二の開口部１１２が被験液５に接するように構成されている。
［制御部８］
　制御部８は、測定器の各種機能の制御や処理を行う部分である。制御部８は、記憶部８０や、圧力制御部８１、切替弁制御部８２、波形解析部８３，特性解析部８４、フロー制御部８５などを有するものとすることができる。
［記憶部８０］
　記憶部８０は、本発明の測定を行う際に得られる、測定値や、各処理データを算出するための計算式、またその処理を行うためのプログラムなどを記憶した部分である。
　圧力制御部８１は、圧力調整部３の圧力を、測定状況に応じて設定等するものである。本発明では、圧力調整部３は、陽圧や陰圧や大気圧などに適宜切り替えながら運転することができる。このための調整ピストンの調整や、切替弁（電磁弁）との連携、圧力計の計測値の管理などを行う。
　切替弁制御部８２は、切替弁２を適宜切り替えることができる。毛細管１１内での流動状況に基づく測定状態や、流動方向などの目的に応じて、切替弁２は、毛細管１１を圧力調整部３に接続したり、大気圧に開放したり、いずれとも接続せず、閉じた状態などにする。
　波形解析部８３は、測定部６で測定したピークなどの波形を解析して、通過時間や、通過位置、流れ方向などの解析を行う。特性解析部８４は、流動に伴う液面変化による波形解析した内容から、粘度や表面張力などの被検液の流動特性を解析する。フロー制御部８５は、測定目的に応じて、各フローに応じて、測定器全体の動きを制御する。
［表示部９１］
　表示部９１は、測定された流動特性や、各種条件や算出工程の回帰式などを表示するモニターである。
　測定器１０１は、制御部８の各部等として機能させるためのプログラムを、パーソナルコンピュータやタブレット端末、スマートフォンなどに適用することで実現することができる。
［毛細管内に流入（侵入）する液量］
　図２は、本発明に係る第一の実施形態の原理を説明するための概要図である。内径Ｄの毛細管を水平に置く。毛細管の一端（図の右端）は液溜め（省略）に接している。液溜めは大気圧Ｐ０に、毛細管内は圧力Ｐに保持されている。液溜めの被検液となる試料は表面張力と圧力差ΔＰの合力によって駆動されて毛細管内に侵入し運動する。試料の侵入距離をｌとする。ΔＰ＞０の場合を陽圧、ΔＰ＜０の場合を陰圧と称する。
　試料の粘性率をηとし、表面張力をσとする。流動開始からの経過時間をｔとする。試料の侵入距離ｌの時間変化は式（１）で表される。
　右辺ｔの係数Ｄ／１６η（４σ－ＤΔＰ）を「流れ係数」と呼び、略号でＩＷｓと記す。ＩＷｓは、式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記式や、本願において用いる各記号は以下である。
Ｄ：毛細管内径（直径）（ｍｍ）
σ：試料の表面張力（ｍＮ／ｍ）
η：試料の粘性率（ｍＰａ・ｓ）
ｌ：管内に侵入した被検液の長さ（ｍｍ）
ｔ：経過時間（ｍｓ）
ΔＰ（Ｐａ）：測定時の容器内圧（規定圧力Ｐｎ）と大気圧（Ｐ０）の差を表し、ΔＰ＝Ｐｎ－Ｐ０
　本発明の測定器や、本発明の測定方法は、このような毛細管内での液の挙動に基づいて、液面位置や流動時間などから、被験液の流動特性を評価する。流動特性としては、単に時間を指標として、複数の液や、同一の液について相対的な測定を行ってもよいし、既知の値なども併用して、粘度などを測定してもよい。
［毛細管内の液の押戻し］
　図３は、本発明の第一の実施形態に係る原理を説明するための毛細管内の流れの概要図である。上段のａは、待機状態である。中段のｂは、流動を終了したときである。下段のｃは、押し戻した後である。
　図３（a）の待機状態から、容器内圧を臨界圧力より小さな値に保持した状態で切替弁を開ける。試料は液溜めから毛細管内に吸い込まれる。その先端の運動は式（１）で表される。
　後述する図６に示す信号例は容器内を臨界圧力より大きな陽圧として押し戻したときの純水の信号である。試料が停止用のセンサーに到達したことを検知したら切替弁を閉じる。毛細管内圧力は速やかに臨界圧力に到達し、被検液の運動は止まる。
［圧力調整部の調整］
　図４は、本発明に利用できる圧力調整部の原理を説明するための概要図である。圧力調整部は、図４（ａ）に示すように、等温圧縮を利用して、陽圧とすることができる。等温的に圧縮したとき、圧縮前の容器内圧力は大気圧Ｐ０に等しいとする。圧縮後の容器内圧力をＰ０＋ΔＰとすると、「Ｐ０（Ｖ０＋ｖ１）＝（Ｐ０＋ΔＰ）Ｖ０」の式が成り立つ。これから、「ΔＰ＝Ｐ０・ｖ１／Ｖ０」とすることができる。また、同原理を逆に用いることで、図４（ｂ）に示すような等温膨張により、陰圧とすることもできる。
　図５は、本発明に係る原理を説明するための差圧と流動特性に関する概要図である。
　ΔＰが０のとき、前述のＩＷｓは、「Ｄσ／４η」である。ΔＰが「４σ／Ｄ」のときＩＷｓは０となる。すなわち、液は流動しない。そして、ＩＷｓが負の値となるような圧力とすると、液を押し戻すことができる。このプロットのｙ切片「Ｄσ／４η」の値は大気圧下での運動を表す。この値から被験液の粘性率ηと表面張力σの比がわかる。このプロットのｘ切片「４σ／Ｄ」から被験液の表面張力の値を算出することができる。ｘ切片の値「ΔＰc1＝４σ／Ｄ」を、本発明の第一の実施形態における臨界圧力と名付ける。
［臨界圧力］
　液溜めに試料が残っている場合は、押し戻すために、臨界圧力以上が必要である。例えば、内径０．６８ｍｍなら４００Ｐａ程度が臨界圧力となる。この臨界圧力値は毛細管内径や試料の表面張力に依存する。ただし、臨界圧力との差が小さい場合、押し戻す速度が非常に遅いため、臨界圧力＋１００Ｐａ以上が好ましい。通常、６００～７００Ｐａ程度を、押し戻すための圧力とすることができる。一方、この圧が大きすぎると「戻り」が速すぎて乱流になり不安定なものとなるおそれがある。
　図６は、本発明の測定器によるセンサーでの液面位置の検出に関する概要図である。この図６は、液を押し戻すときの信号を検出したものである。液面がセンサーを通過すると、大きな電位の変化が生じる。押戻検出部６９に選択したセンサーに対する信号を検出したら、電磁弁を閉じて、陽圧を解除する。これにより、毛細管内で液の流動を停止する。
［第一の実施形態］
　本発明の第一の実施形態は、いずれも水平に設置した毛細管内の被験液を、圧力調整部の圧力を臨界圧力ΔＰc1よりも大きな陽圧として押し戻し、かつ、予定の位置で押戻を停止することを利用する。図７は、本発明の第一の実施形態に係るフロー図である。
　ステップＳ１０は、液溜部に液を配置するステップである。
　ステップＳ１１は、第二の開口部を液溜部の液に接触させて、第二の開口部から毛細管内部に液を流入させるステップである。
　ステップＳ１２は、毛細管の第一の開口部を、流動特性を測定するときの条件に設定した部分に接続するように切替弁を切り替えて、毛細管内で液を流動させて、流入時の流動特性を測定するステップである。第一の開口部は、例えば、大気圧に開放しても流入させることができるし、より積極的に流入させるために、陰圧に設定して流入させてもよい。
　ステップＳ１３は、毛細管内の流入の停止位置を超えたら第一の開口部側の切替弁を調整して液の流入を停止するステップである。
　ステップＳ１４は、第一の開口部側の切替弁を切り替えて、臨界圧力以上とした圧力調整部に第一の開口部を接続して液を押し戻すステップである。
　ステップＳ１５は、毛細管内の液が、押戻検出部を通過したら切替弁を切り替えて停止するステップである。
　ステップＳ２０は、所定回数の試験を行ったか判断するステップである。所定回数の試験が完了する前の場合（Ｎｏ）、ステップＳ３１へと移行する。
　ステップＳ３１は、適宜、試験条件を変化させて試験を行うための処理を行うステップであり、例えば、時間変化や、温度変化、試薬等との反応などをさせて、液溜部の液の物性を変化させる。
　ステップＳ３２は、所定の変化が終えた後、第一の開口部側を流入条件に変更するステップである。
　この後、再度、ステップＳ１１～Ｓ１５により、その状態の液の流動特性を測定する。
　そして、所定回数の試験を行うまで、ステップＳ２０で、試験回数の試験をしたか確認し、繰り返す。所定回数の試験を行った場合（Ｙｅｓ）、試験を完了する。
　このように本発明の第一の実施形態に係る測定方法は、測定器が、第二の開口部側に接する液溜部を有する状態で試験を行うことができる。これは、毛細管に、液溜部に収容された液が第二の開口部から流入したときの流動特性を測定するものである。
　本発明の方法は、毛細管に流入した液を、圧力調整部を臨界圧力よりも陽圧として第一の開口部に接続して、第二の開口部から液溜部に送出し、押戻検出部まで押し戻したとき、押し戻しを停止する第一の押戻工程を有するものとすることができる。
　また、本発明の方法は、押戻工程の後に、液溜部の液の状態を変化させて、毛細管内の液の流動特性を測定する変位測定工程を有するものとすることができる。
　第一の実施形態の試験は、繰り返しの試験を速やかに行うことができる手法である。このため、被験液のわずかな流動特性の変位などを、微量の被験液でも、速やかに測定することができる。例えば、時間や、温度などの変化の影響を測定することができる。また、液溜部に、試験対象成分を混合して、前記毛細管内の液の状態を変化させて、その反応の影響を測定することもできる。
［第二の実施形態］
　図８は、本発明の第二の実施形態に係る毛細管の概要図である。この第二の実施形態は、水平に設置した毛細管の内部に、毛細管の収容量未満の量で収容された液の流動特性を測定するものである。毛細管内に液が収容されているため、液の左端（Ｌ）と、液の右端（Ｒ）が存在する。この液を、第一の開口部側、第二の開口部側の圧力差を調整して、各方向に移動させたときの流動特性を測定する。
　図９は、本発明の第二の実施形態に係るフロー図である。
　ステップＳ４０は、毛細管内部に液を収容するステップである。この収容は、液溜部に、毛細管内に収容できる量の液のみ配置して、その全量を収容させてもよいし、毛細管を、被験液と接触させて、収容させたら被験液から離隔させて、そのあとに一部空気を収容させることで収容した状態としてもよい。試験するための収容量を収容したら第二の開口部からの液の流入を停止する。
　ステップＳ４１は、第一の開口部側の圧力を、第二の開口部側よりも陰圧とし、第一の開口部側を流入条件に切り替えて液を第一の開口部側に移動させるステップである。
　ステップＳ４２は、流動している液の流動特性を測定するステップである。
　ステップＳ４３は、流入の停止位置を超えたら第一の開口部側の切替弁を調整して液の流入を停止するステップである。
　ステップＳ４４は、第二の開口部側よりも陽圧とした圧力調整部に第一の開口部を接続して液を押し戻すステップである。この押戻時の流動特性を測定してもよい。
　ステップＳ４５は、液の先端が押戻検出部を通過したら切替弁を切り替えて押戻を停止するステップである。
　ステップＳ５０は、押戻を停止したら、所定の回数の試験を行ったか確認するステップである。完了前であれば（Ｎｏ）、再度ステップＳ４１に戻り試験を行う。所定の回数の試験を終えたら（Ｙｅｓ）、終了する。
　被験液となる試料が毛細管の容積より少ないとき、液溜めに投与した試料はすべて毛細管内に吸い込まれ、液溜めに試料は残らない。このとき、毛細管内の被検液両端には等しい大きさの表面張力が逆向きに働く。したがって、毛細管内液柱の運動に表面張力は関与しない。
　圧力を加えると液柱は等速運動をする。液柱の運動速度は圧力差に比例し粘度に反比例する。運動速度ｖは式（３）で表される。運動速度を測定することによって試料の粘度を求めることができる。被検液がすべて毛細管内に封入されているとき、毛細管内圧力を大気圧より大きくするか、あるいは大気圧より小さくすることによって試料を往復させることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）において用いる各記号は以下である。
ｖ：液柱の流動速度（ｍｍ／ｍｓ）
Ｄ：毛細管の内径（ｍｍ）
ｌ：管内に収容した被検液の長さ（ｍｍ）
η：液体試料の粘性率（ｍＰａ・ｓ）
ΔＰ：液柱両端の圧力差（Ｐａ）
　図１０は、本発明の測定器によるセンサーでの液面位置の検出に関する概要図である。この図１０は、陰圧（９７Ｐａ）による左方向への等速運動信号である。
　図１１は、本発明の測定器によるセンサーでの液面位置の検出に関する概要図である。陽圧（９７Ｐａ）による右方向への等速運動信号である。
　図１０、図１１の試験では、内径Ｄの毛細管を水平に置き、毛細管に接近させて３つの光センサーを等間隔に配置しておこなった。被検液となる試料の容積は、毛細管内容積の１／１０程度とした。毛細管内を大気圧に保持した状態で毛細管の右端から被検液を注入すると、試料は表面張力によってすべて毛細管内に吸い込まれる。被験液の液体柱のＬ端とＲ端に働く表面張力は値が等しく向きが反対である。
　Ｐ＝Ｐ０のとき、液柱は毛細管内で静止する。毛細管の左側の第一の開口部に、圧力調整部を接続して、陰圧（Ｐ＜Ｐ０）にすると液柱は毛細管内を左方向へ等速運動する。毛細管の左側の第一の開口部に、圧力調整部を接続して、毛細管内を陽圧（Ｐ＞Ｐ０）にすると液柱は毛細管内を右方向へ等速運動する。
　このように、本発明の第二の実施形態は、圧力調整部を、毛細管に収容された液を、第二の開口部側に押し戻す圧力として、第一の開口部に接続して、毛細管に収容された液を第二の開口部側に押し戻し、押戻検出部まで押し戻したとき、押し戻しを停止する第二の押戻工程を有する。これにより、往復運動させて、複数回の測定を行ったときの安定性の測定や、温度や時間、圧力などを変化させたときの流動特性の変化などを測定することができる。
［押戻圧力］
　第二の実施形態のように、極微量の試料を水平に設置した毛細管内の試料液柱として、約１５ｍｍ以下程度の長さで全量が毛細管内にあるとき、１００Ｐａ程度の圧力で移動させることができる。このような圧力でも、充分に速く移動する。なお、試料の表面張力には依存しない。
［第三の実施形態］
　本発明の第三の実施形態は、複数の被験液を、いずれも同一の毛細管を用いて測定するものとすることができる。毛細管内に収容された被験液を、毛細管内の液を第二の開口部側に押し戻す圧力に調整した圧力調整部に第一の開口部に接続して、毛細管から排出して、他の被験液の試験に用いる。
［第四の実施形態］
　本発明の第四の実施形態は、毛細管の内部に、液と混合して反応させるための試薬を配置したものとすることができる。例えば、図１のセンサー６６付近に、試薬を配置して置き、毛細管を最初に通るときに、試薬と混合前の流動特性を測定し、試薬と接触させたものを押し戻して、再度、流動させることで試薬と混合後の流動特性を測定することができる。
［第五の実施形態］
　図１２は、本発明の測定器の第五の実施形態にかかる毛細管の配置等に関する概要図である。この測定器は、毛細管が、傾斜したものとして流動特性を測定する構成である。被験液がすべて毛細管内に収容され、毛細管が傾斜している点のほかは、図１の測定器１０１に準じる構成とすることができる。ここでは、傾斜台に毛細管を配置しており、毛細管内に第二の開口部側となる右端Ｒと第一の開口部側となる左端Ｌ間の被験液の液柱が含まれている。毛細管に沿って液柱の端部を検出するセンサー１～３が配置されている。毛細管の左端は圧力調整部と接続されており、圧力制御部は制御部により制御される。センサー３が液柱の端部を検出したとき、圧力調整部に接続された調整弁等を制御して配管周辺の空間を閉じて、毛細管内での被験液の流れを停止することができる。
　図１２における毛細管の傾斜は、適宜、調整できるが、傾斜による影響を含めた測定を行いやすく、毛細管内での被験液の流れを調整弁等も用いて適宜制御しやすい観点などから、水平と毛細管の軸のなす角度θを１０°～６０°や、１５°～５０°、２０°～４０°程度とすることができる。
　ここでは、毛細管を水平に対して傾斜させる。この毛細管の水平となす角をθとする。また、毛細管の下端に電磁弁を接続し、閉じておく。
　毛細管の上端から被験液の試料（例えば、５μＬ程度）を注入する。試料はすべて毛細管内に侵入し、内圧と釣り合った位置で静止する。
　その後、電磁弁を開いて毛細管内を大気圧に開放すると、毛細管内の液柱状の被験液は重力にしたがって毛細管内を落下する。この液柱の流動速度ｖは式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
式（４）において用いる各記号は以下である。
ｖ：液柱の流動速度（ｍｍ/ｍｓ）
Ｄ：毛細管の内径（ｍｍ）
ρ：液体試料の密度（ｋｇ/ｍ3）
η：液体試料の粘性率（ｍＰａ・ｓ）
ｇ：重力加速度（ｍ/ｓ2）
θ：毛細管が水平となす角
　ここで、毛細管内径、重力加速度、傾斜角は一定とすると、式（４）は、下記式（５）とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（５）の係数Ｋ（Ｄ，ｇ，θ）は毛細管内径、重力加速度、毛細管の傾斜角によって決まる定数である。したがって、液体の流動速度ｖは、液体試料の動粘度η／ρに反比例する。なお、流動速度ｖは、液柱の長さ（つまり注入量）に依存しない。
　ここで、毛細管内径、重力加速度、傾斜角は一定として、液柱が一定距離ｄを進む時間をΔｔとする。このとき、通過時間は速度に反比例するので、式（５）は、下記式（６）とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　Ｌ（Ｄ，ｇ，θ，ｄ）は、毛細管内径、重力加速度、毛細管の傾斜角および距離ｄによって決まる定数である。したがって、液体の流動時間Δｔは、液体試料の動粘度η／ρに比例する。なお、ここでも流動時間Δｔが液柱の長さ（つまり注入量）に依存しない。
　式（６）において、係数Ｌ（Ｄ，ｇ，θ，ｄ）は毛細管内径、重力加速度、毛細管の傾斜角および距離ｄによって決まる定数である。また、液柱の長さが毛細管の長さより短いという条件の下で、流動時間は注入量（液柱の長さ）に依存しない。したがって、第一の試料（１）の流動時間をΔｔ1とし、第二の試料（２）の流動時間をΔｔ2とすると、仮に注入量が異なっても下記の式（７）が成り立つ。つまり、液体試料の流動時間の比は動粘度の比に等しい。なお、式（７）のη1／ρ1は第一の試料の動粘度であり、η2／ρ2は第二の試料の動粘度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
［第六の実施形態］
　本発明は、圧力調整部が、さらに、段階的に圧力を調整することができる構成を有する第六の実施形態とすることができる。図１３は、本発明にかかる毛細管の差圧と流動特性に関する概要図である。
　毛細管内を、大気圧と異なる圧力に設定した場合を想定してこの形態について説明する。ここで、大気圧をＰ０とする、電磁弁を開いた時点での毛細管内圧力をＰとする。圧力差をΔＰ＝Ｐ－Ｐ０とする。それ以外の条件は第五の実施形態と同じであるものとすると式（８）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（８）において用いる各記号は以下である。
ｖ：液柱の流動速度（ｍｍ／ｍｓ）
Ｄ：毛細管の内径（ｍｍ）
ΔＰ：液柱両端の圧力差（Ｐａ）
ρ：液体試料の密度（ｋｇ／ｍ3）
η：液体試料の粘性率（ｍＰａ・ｓ）
ｌ：管内に収容した被検液の長さ（ｍｍ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ2）
θ：毛細管が水平となす角
　横軸を圧力差ΔＰとし、縦軸を速度ｖとしてプロットしたものが図１３である。ΔＰ＝０とすると、式（８）は式（４）に帰着する。すなわち、プロットのｙ切片の値は式（４）の速度の値に等しい。
　毛細管を傾斜させ、毛細管内外に圧力差ΔＰを作って液体試料を落下させる。液柱の落下速度ｖを縦軸にとり、圧力差ΔＰを横軸にとってプロットすると、図１３のような右下がりの直線になる。この直線が縦軸と交わる点（ｙ切片）から、試料の動粘度η／ρを決めることができる。直線が横軸と交わる点（ｘ切片）から、試料の密度ρを決めることができる。プロットのｘ切片の値ΔＰc2＝ｌρｇｓｉｎθを本発明の第六の実施形態における臨界圧力と名付ける。臨界圧力の下で、傾斜毛細管内の被験液は静止する。毛細管内に臨界圧力より大きな陽圧を加えると、毛細管内の被験液は傾斜に逆らって上昇する。
　毛細管の最下端まで落下して停止した試料に臨界圧力ΔＰc2より大きな圧力差を加えることによって、上端側（落下開始位置）まで押し戻すことができる。一例として、被験液が５μＬの純水で、傾斜角が３０°とすると、ΔＰc2の値は約５０Ｐａとなる。したがって、落下測定を繰り返して図１３のプロットを完成するためには、１００Ｐａ以下の圧力差を再現性良く作成して行う。
［第七の実施形態］
　図１４は、本発明の測定器の第七の実施形態にかかる毛細管の配置等に関する概要図である。押戻し手段は、毛細管を配置するための傾斜台を有し、第一の開口部側を第二の開口部よりも低い位置として流動させるための配置と、第二の開口部側を第一の開口部よりも低い位置として毛細管内の被験液を押戻すための配置とに設置できるものとすることができる。
　流動測定終了後の毛細管の傾斜角を図１４のように反転させれば、圧力を加えずとも、毛細管内試料を重力の作用で逆流させてスタート位置まで押戻すことができる。この傾斜角を反転して初期状態に戻す方法は、反転時の運動が、式（４）でｖとθの符号を反転させたものに等しいので、傾斜測定をさらに追加したことになる。この構成は、押戻し用の陽圧の圧力調整は必須ではない。なお、毛細管内で被験液の液柱を停止できるように、第一の開口部および／または第二の開口部に圧力を調整するための調整弁を取り付けることが好ましい。
　以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
［測定装置］
・毛細管：半径ｒが０．３４ｍｍ（公称値）の毛細管を用いた。長さは、１００ｍｍである。
・圧力調整部３に相当するものとして、容器（１０００ｍＬ試料瓶）と、可変容量容器（デジタルピペット）を使って陰圧や陽圧を調整した。
・圧力は圧力計で測定し、校正した。
・切替弁は、電磁弁を用いた。
・センサー：毛細管に沿って、液面位置を検出するための光学センサーを複数配置した。
・液溜部：毛細管の先端が接するように凹状部を設けた載置台を用いた。
・標準液：純水を用いた。
・ショ糖液：ショ糖濃度３０質量％の純水との混合物（３０質量％のショ糖水溶液）を用いた。
・室温は２１℃±０．５℃である。
［試験例１］
　試験例１～試験例４はいずれも第一の実施形態における試験例である。被験液として、純水を用いて、大気圧での、流路６０ｍｍを通過する時間を測定した。測定距離を経過し、第一の開口部に近い位置まで液面がきたとき、停止して、圧力調整部を切り替えて、押戻圧として、切替弁を切り替えて、第二の開口部近傍の停止位置まで押し戻した。その後、再度、第一の開口部側を、流入方向に切替て、測定した。８回、試験を行った時のばらつきを測定した結果を、図１５に示す。８回、試験を行って、安定した結果が得られることが確認された。
［試験例２］
　試験例１に準じて、流動の往復にあたって、液溜部の被験液の状態を変化させながら試験を行った。まず、１回目の流入時は、純水で流れ時間の試験を８回行った。次に、液を微量のみ毛細管に残る位置でバブリングしない範囲で押戻して、２回目の流入前に、液溜部に３０質量％のショ糖液を２μＬ添加して液の物性を変化させて、流れ時間の試験を８回行った。次に、３回目の試験を、２回目の試験に準じて、さらに、液溜部に３０質量％のショ糖液を２μＬ添加して液の物性を変化させて、流れ時間の試験を９回行った。その後、４回目の流入前に、液溜めの液を、純水に入れ替えて、流れ時間の試験を９回行った。各試験時の流れ時間の測定結果を、平均値と標準偏差（誤差棒の長さ）として図１６に示す。液溜めの液のわずかな変化に伴う、流れ時間の変化を測定でき、純水に置換すれば、１回目の純水の結果と高い再現性の測定ができることを確認できた。
［試験例３］
　液温の変化に伴う流動特性の測定を行った。まず、室温で、液溜部に７０μＬの純水を配置して流動特性を測定した。試験後、毛細管内の液は押し戻した。次に、氷冷した純水５０μＬを液溜部に混合して、同量の純水５０μＬ取り出した。また、繰り返して、氷冷した純水５０μＬを液溜部に混合して、同量の純水５０μＬ取り出した。その後、速やかに、毛細管への流入時の流動特性を測定した。流入時の測定が終わり次第、押戻しを行うものとした。約１分置きに、流入による流れ時間を測定した。測定結果を、図１７に示す。被験液の温度変化に伴う、流れ時間の差を測定できることが確認された。また、この測定は、速やかに液温が室温に戻っていくと考えられるが、その数分でも生じる短時間での流動特性の変位を追跡して測定できることが確認された。
［試験例４］
　液温の変化に伴う流動特性の測定を行った。まず、室温で、液溜部に７０μＬの純水を配置して流動特性を測定した。試験後、毛細管内の液は押し戻した。次に、５０℃の純水５０μＬを液溜部に混合して、同量の純水５０μＬ取り出した。また、繰り返して、５０℃の純水５０μＬを液溜部に混合して、同量の純水５０μＬ取り出した。その後、速やかに、毛細管への流入時の流動特性を測定した。流入時の測定が終わり次第、押戻しを行うものとした。約１分置きに、流入による流れ時間を測定した。測定結果を、図１８に示す。被験液の温度変化に伴う、流れ時間の差を測定できることが確認された。また、この測定は、低温の試験例３と比べて比較的緩やかに液温が室温に戻っていくと考えられるが、その数分でも生じる短時間での流動特性の変位を追跡して測定できることが確認された。
［試験例５］
　被験液がすべて毛細管内に収容される場合（図８に相当する）、流動時間が粘度に比例することを確認する測定を行った。水平に置いた毛細管に純水５μＬを投与し、陰圧（９７Ｐａ）を加えて流動させた（図１９）。
　図１９の信号図において、以下とする。
・被検液のＲ端が第１センサーを通過したときに信号１が出る；時刻をｔ１とする。
・被検液のＬ端が第２センサーを通過したときに信号２が出る；時刻をｔ２とする。
・被検液のＲ端が第２センサーを通過したときに信号３が出る；時刻をｔ３とする。
・被検液のＬ端が第３センサーを通過したときに信号４が出る；時刻をｔ４とする。
　この測定で、センサー間距離は３０ｍｍに固定した。よって、（ｔ３－ｔ１）あるいは（ｔ４－ｔ２）から液柱が毛細管内を移動する速度が求められる。
　純水の測定後、毛細管内の被検液となる試料を押し出し、新たに３０質量％のショ糖液５μＬを投与し、毛細管内を往復させて共洗いした。共洗い後、ショ糖液を押し出し、３０質量％のショ糖液５μＬを再度投与した。この試料に陰圧９７Ｐａを加えて流動記録した信号が図２０である。３０質量％のショ糖液の流動時間は純水の３．０倍であった。この値はショ糖液と純水の粘度の比３．１７から期待される値にほぼ等しい。
［試験例６］
　図２１は、本発明の実施例の純水の測定結果のグラフである。図２２は、本発明の実施例の３０質量％ショ糖液の測定結果のグラフである。これらの測定は、図１２にかかる構成の第五の実施形態により被験液の流動特性を評価した例である。特に、動粘度の測定などに適している。
　毛細管を図１２のように傾斜させ、ｓｉｎθ＝０．５７とした。毛細管に純水５μＬを注入し、電磁弁を開いて液柱の流動時間を記録した（図２１）。
　信号記録後、陽圧を加えて毛細管内の純水を管外に押し出し、３０質量％ショ糖液５μＬを注入して共洗いしたのち排出した。新たに３０質量％ショ糖液５μＬを注入して流動時間を記録した（図２２）。
　信号記録図２１、２２において、最初の信号は液柱のＲ端が１番目のセンサーを、２番目の信号は液柱のＬ端が２番目のセンサーを、３番目の信号は液柱のＲ端が２番目のセンサーを、そして４番目の信号は液柱のＬ端が４番目のセンサーをそれぞれ通過した時刻を示す。
　試料を注入し測定準備する。センサーを右（入口となる第二の開口部に近いもの）から順にセンサー１、２、３とする。試料５μＬを注入する。表面張力によってすべて吸い込まれる。そして、試料を落下させる。センサー３が、被験液の通過を検知したら電磁弁を閉じて、試料液が停止する。
　その後、陽圧を加えて押し戻す。センサー１が検知したら陽圧を解除して試料液を停止させる。試料はセンサー１を通過後ただちに停止する。
　流動特性を評価するとき、図１２のような上端側に被験液の液柱がある状態から被験液を落下させる。ここで、試料のＲ端が第１センサーを通過したときに信号１が出る；時刻をｔ１とする。試料のＬ端が第２センサーを通過したときに信号２が出る；時刻をｔ２とする。試料のＲ端が第２センサーを通過したときに信号３が出る；時刻をｔ３とする。試料のＬ端が第３センサーを通過したときに信号４が出る；時刻をｔ４とする。落下時間（ｔ３－ｔ１）あるいは（ｔ４－ｔ２）が動粘度に比例する。なお、この測定は毛細管内の注入量に依存しない。
　なお、文献値は、３０質量％ショ糖液の密度は純水の１．１２７倍である（２０℃）。
また、３０ｗｔ％ショ糖液の粘度は純水の３．１７倍である。よって、３０質量％ショ糖液の動粘度は純水の２．８１倍である。
　この構成で試験した実測値に基づいた結果は、３０質量％ショ糖液の流動時間は純水の２．７倍であった。よって、２種の極微量（５μＬ）液体試料の動粘度を５％以下の精度で比較決定することができることが確認された。
　本発明は、液の粘度などの流動特性の測定に利用することができ、産業上有用である。
　１０１　測定器
　１１　毛細管
　１１１　第一の開口部
　１１２　第二の開口部
　２　切替弁
　２１～２３　流路
　３　圧力調整部
　３０　容器
　３１　圧力計
　３２　調整ピストン
　４　液溜部
　５　被験液
　６　測定部
　６０　計時部
　６１～６６　センサー
　６９　押戻検出部
　７　載置台
　８　制御部
　９１　表示部

Claims (12)

  1. 　第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管の前記第二の開口部側から前記第一の開口部側に向けて前記毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す押戻し手段と、
    　前記毛細管内の液の流れを調整するための調整弁と、
    　前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部と、を有する測定器を用いて、被験液の流動特性を測定する方法。
  2. 　前記押戻し手段が、前記第一の開口部側に接続され、毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す圧力に設定することができる圧力調整部であり、
    　前記調整弁が、前記圧力調整部と、前記毛細管との接続を切り替えるための切替弁を有するものであり、
    　前記検出部が、前記毛細管内の被験液が第二の開口部側に押し戻されて通過したことを検出する押戻検出部を含む測定器を用いて、被験液の流動特性を測定する請求項１に記載の方法。
  3. 　前記圧力調整部が、容器と、前記容器と接続した調整ピストンと、前記切替弁と連動して等温圧縮および／または等温膨張の直前まで前記容器を大気圧に開放して前記容器内を大気圧に保持する機構を有し、
    　前記容器内圧力を調整するとき、前記容器の大気からの遮断後、前記調整ピストンにより前記容器および前記調整ピストンとの容積を変更して、等温圧縮および／または等温膨張を用いて所定の容器内圧力を調整するものとする請求項２に記載の方法。
  4. 　前記測定器が、前記第二の開口部側に接する液溜部を有し、
    　前記第二の開口部から流入した前記液溜部に収容された被験液の毛細管内での流動特性を測定するものであり、
    　前記圧力調整部を臨界圧力よりも陽圧として前記第一の開口部に接続して、前記毛細管に流入した前記被験液を前記第二の開口部から前記液溜部に送出し、前記押戻検出部まで押し戻したとき、押し戻しを停止する第一の押戻工程を有する、請求項２に記載の方法。
  5. 　前記第一の押戻工程の後に、前記液溜部の被験液に、試験対象成分を混合し、前記毛細管に流入させたときの流動特性の測定工程を有する請求項４に記載の方法。
  6. 　前記毛細管の内部に、前記毛細管の収容量未満の量で収容された前記被験液の流動特性を測定するものであり、
    　前記圧力調整部を、前記第二の開口部側に押し戻す圧力として、前記第一の開口部に接続して、前記毛細管に収容された被験液を前記第二の開口部側に押し戻し、前記押戻検出部まで押し戻したとき、押し戻しを停止する第二の押戻工程を有する、請求項２に記載の方法。
  7. 　複数の被験液を、いずれも同一の毛細管を用いて測定するものであり、
    　前記毛細管内の前記被験液を第二の開口部側に押し戻す圧力に調整した前記圧力調整部に前記第一の開口部を接続して、前記毛細管内に収容された被験液を毛細管から排出して、他の被験液の試験に用いる、請求項２に記載の方法。
  8. 　前記毛細管が、傾斜したものである請求項２に記載の方法。
  9. 　前記圧力調整部が、さらに、段階的に圧力を調整することができる請求項８に記載の方法。
  10. 　前記押戻し手段が、前記毛細管を配置するための傾斜台を有し、前記第一の開口部側を前記第二の開口部よりも低い位置として流動させるための配置と、前記第二の開口部側を前記第一の開口部よりも低い位置として前記毛細管内の前記被験液を押戻すための配置とに設置できるものである、請求項１に記載の方法。
  11. 　前記毛細管の内部に、前記被験液と混合して反応させるための試薬を配置した、請求項１に記載の方法。
  12. 　第一の開口部および第二の開口部を有する毛細管の前記第二の開口部側から前記第一の開口部側に向けて前記毛細管内に流入した被験液を前記第二の開口部側に押し戻す押戻し手段と、
    　前記毛細管内の液の流れを調整するための調整弁と、
    　前記毛細管の液面位置Ｌｎにおける到達時間ｔｎを測定する測定部とを、有する被験液の流動特性を測定する測定器。
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