(57)【要約】【課題】動的な表面張力を懸滴法により簡便に測定することが可能な表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法を提供する。【解決手段】表面張力測定装置の制御装置１１０は、液体試料２を吐出装置に吐出させて所定の開始液量の液滴を針の先端から垂下させる開始液滴形成手段１１３と、針の先端から液滴が落下する度に、液体試料を吐出装置に吐出させて落下した液滴よりも少ない修正液量の液滴を針の先端から垂下させる修正液滴形成手段１１４と、を備え、画像処理装置１２０は、複数時点における液滴の画像を取得する液滴画像取得手段１２２と、取得した複数時点における液滴の画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段１２３と、を備えている。【選択図】図２
2014202579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、
前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、
前記吐出装置および前記撮像装置を制御する制御装置と、
前記撮像装置により撮像した前記液滴の画像に基づいて前記液体試料の表面張力を導出する画像処理装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成手段と、
前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成手段と、を備え、
前記画像処理装置は、
複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得手段と、
取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段と、を備えることを特徴とする、
表面張力測定装置。
【請求項２】
前記画像処理装置が導出した表面張力に基づいて前記液体試料の表面張力の経時変化データを生成するデータ処理装置を備え、
前記データ処理装置は、前記画像処理装置が導出した表面張力から前記液滴の液量に基づいて有効表面張力を選択する有効表面張力選択手段を備えることを特徴とする、
請求項１に記載の表面張力測定装置。
【請求項３】
前記データ処理装置は、前記有効表面張力を時系列的に配列した経時変化データを生成する経時変化データ生成手段を備えることを特徴とする、
請求項２に記載の表面張力測定装置。
【請求項４】
前記経時変化データ生成手段は、前記液滴ごとの基準時点からの経過時間を前記有効表面張力に対応付けて前記経時変化データを生成することを特徴とする、
請求項３に記載の表面張力測定装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記有効表面張力の変化が所定の範囲内となった場合に測定を終了させる測定終了手段を備えることを特徴とする、
請求項２乃至４のいずれかに記載の表面張力測定装置。
【請求項６】
前記修正液量は、落下した前記液滴の液量の７５乃至９９％に設定されることを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれかに記載の表面張力測定装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
前記針の先端から前記液滴が落下するまで前記吐出装置に前記液体試料を吐出させる落下液滴形成手段と、
前記落下液滴形成手段が落下させた前記液滴の液量に基づいて前記開始液量を設定する開始液量設定手段と、を備えることを特徴とする、
請求項１乃至６のいずれかに記載の表面張力測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の表面張力測定装置と、
両親媒性分子を含有する前記液体試料を前記吐出装置に供給する供給装置と、を備え、
前記供給装置は、前記両親媒性分子の濃度が異なる複数種類の前記液体試料を前記吐出装置に供給するように構成されることを特徴とする、
臨界ミセル濃度測定装置。
【請求項９】
管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、
前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置における表面張力の測定方法であって、
前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、
前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、
前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、
取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、
表面張力測定方法。
【請求項１０】
管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、
前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置を利用する臨界ミセル濃度の測定方法であって、
前記液体試料中の両親媒性分子の濃度を設定する濃度設定ステップと、
前記濃度設定ステップで設定した濃度の前記液体試料について表面張力を測定する表面張力測定ステップと、を有し、
前記表面張力測定ステップは、
前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、
前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、
前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、
取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、
臨界ミセル濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の表面張力を測定する表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに表面張力の測定により界面活性剤等の両親媒性分子の臨界ミセル濃度を測定する臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体の表面張力（界面張力）の測定方法としては、懸滴法（ペンダントドロップ法）、ウィルヘルミー（Ｗｉｌｈｅｌｍｙ）法、最大泡圧法等が知られている。このうち、懸滴法は、管状の針先から液体試料の液滴を懸垂させ、この懸垂状態の液滴の形状から表面張力を求める方法である（例えば、特許文献１参照）。従って、懸滴法によれば、針先から液体試料を吐出する吐出装置および撮像装置を備える一般的な接触角測定装置を利用して表面張力を測定可能であり、他の方法と比較して簡便に表面張力を測定可能な手法として懸滴法は広く使用されている。また、既存の接触角測定装置の中には、懸滴法による表面張力測定機能を予め備えたものも存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３４１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、懸滴法では、動的な表面張力、すなわち表面張力の経時的な変化を測定することが難しいという問題があった。例えば、界面活性剤等の両親媒性分子を含有する液体においては、新たな界面（表面）が生成される度に両親媒性分子が界面に引き寄せられ、界面に再配列することで表面張力を低下させるため、両親媒性分子の配列が平衡状態に達するまで表面張力が低下していくという性質を有するが、懸滴法ではこのように経時的に低下する表面張力を測定することは困難であった。
【０００５】
すなわち、懸滴法とは表面張力と液滴の重量の釣合状態から表面張力を求めるものであることから、表面張力が液滴を保持不能な値まで低下した場合には液滴が落下してしまうため、それより低い表面張力の測定は不可能であった。一方、液滴が落下しないように液滴を小さくした場合には、表面張力の高い初期状態において液滴の重量に表面張力が勝りすぎることとなり、液滴の形状が略球形となってしまうため、正確な表面張力の測定が困難であった。
【０００６】
このため、界面活性剤等を含む液体の表面張力の測定、および表面張力の測定に基づく界面活性剤等の臨界ミセル濃度（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｍｉｃｅｌｌｅ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：ＣＭＣ）の測定においては、従来、専用の装置を必要とするウィルヘルミー法や最大泡圧法が一般に使用されていたが、近年における界面活性剤等の適用範囲の益々の拡大に伴い、より簡便な測定手法が望まれていた。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、動的な表面張力を懸滴法により簡便に測定することが可能な表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、前記吐出装置および前記撮像装置を制御する制御装置と、前記撮像装置により撮像した前記液滴の画像に基づいて前記液体試料の表面張力を導出する画像処理装置と、を備え、前記制御装置は、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成手段と、前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成手段と、を備え、前記画像処理装置は、複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得手段と、取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段と、を備えることを特徴とする、表面張力測定装置である。
【０００９】
（２）本発明はまた、前記画像処理装置が導出した表面張力に基づいて前記液体試料の表面張力の経時変化データを生成するデータ処理装置を備え、前記データ処理装置は、前記画像処理装置が導出した表面張力から前記液滴の液量に基づいて有効表面張力を選択する有効表面張力選択手段を備えることを特徴とする、上記（１）に記載の表面張力測定装置である。
【００１０】
（３）本発明はまた、前記データ処理装置は、前記有効表面張力を時系列的に配列した経時変化データを生成する経時変化データ生成手段を備えることを特徴とする、上記（２）に記載の表面張力測定装置である。
【００１１】
（４）本発明はまた、前記経時変化データ生成手段は、前記液滴ごとの基準時点からの経過時間を前記有効表面張力に対応付けて前記経時変化データを生成することを特徴とする、上記（３）に記載の表面張力測定装置である。
【００１２】
（５）本発明はまた、前記制御装置は、前記有効表面張力の変化が所定の範囲内となった場合に測定を終了させる測定終了手段を備えることを特徴とする、上記（２）乃至（４）のいずれかに記載の表面張力測定装置である。
【００１３】
（６）本発明はまた、前記修正液量は、落下した前記液滴の液量の７５乃至９９％に設定されることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の表面張力測定装置である。
【００１４】
（７）本発明はまた、前記制御装置は、前記針の先端から前記液滴が落下するまで前記吐出装置に前記液体試料を吐出させる落下液滴形成手段と、前記落下液滴形成手段が落下させた前記液滴の液量に基づいて前記開始液量を設定する開始液量設定手段と、を備えることを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の表面張力測定装置である。
【００１５】
（８）本発明はまた、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の表面張力測定装置と、両親媒性分子を含有する前記液体試料を前記吐出装置に供給する供給装置と、を備え、前記供給装置は、前記両親媒性分子の濃度が異なる複数種類の前記液体試料を前記吐出装置に供給するように構成されることを特徴とする、臨界ミセル濃度測定装置である。
【００１６】
（９）本発明はまた、管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置における表面張力の測定方法であって、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、表面張力測定方法である。
【００１７】
（１０）本発明はまた、管状の針の先端から液体試料を吐出する吐出装置と、前記針の先端から垂下する液滴を撮像する撮像装置と、を備える表面張力測定装置を利用する臨界ミセル濃度の測定方法であって、前記液体試料中の両親媒性分子の濃度を設定する濃度設定ステップと、前記濃度設定ステップで設定した濃度の前記液体試料について表面張力を測定する表面張力測定ステップと、を有し、前記表面張力測定ステップは、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて所定の開始液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる開始液滴形成ステップと、前記針の先端から前記液滴が落下する度に、前記液体試料を前記吐出装置に吐出させて落下した前記液滴よりも少ない修正液量の前記液滴を前記針の先端から垂下させる修正液滴形成ステップと、前記撮像装置により撮像した複数時点における前記液滴の画像を取得する液滴画像取得ステップと、取得した複数時点における前記液滴の画像ごとに前記液体試料の表面張力を導出する表面張力導出ステップと、を有することを特徴とする、臨界ミセル濃度測定方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法によれば、動的な表面張力を懸滴法により簡便に測定することが可能という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面張力測定装置の概略図である。
【図２】第１の実施形態におけるコンピュータの主な機能構成を示したブロック図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）撮像装置により撮像した画像を示した概略図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）表面張力の経時変化の一例をグラフで示した図である。
【図５】表面張力測定装置による表面張力の測定手順を示したフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置の概略図である。
【図７】第２の実施形態におけるコンピュータの主な機能構成を示したブロック図である。
【図８】両親媒性分子の濃度と最終表面張力の関係を片対数グラフで示した概略図である。
【図９】臨界ミセル濃度測定装置による臨界ミセル濃度の測定手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、本発明の第１の実施形態に係る表面張力測定装置１について説明する。本実施形態の表面張力測定装置１は、液体試料２の表面張力の経時変化、特に界面活性剤等による表面張力の経時的な低下を懸滴法により測定するものであり、一般的な接触角測定装置を表面張力の測定装置として兼用したものである。すなわち、表面張力測定装置１は、既存の接触角測定装置を活用して構成することが可能であり、接触角測定装置としても使用可能となっている。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る表面張力測定装置１の概略図である。同図に示されるように、表面張力測定装置１は、基台１０と、基台１０の略中央部に配置されたステージ２０と、ステージ２０の上方に配置された吐出装置３０と、基台１０の一端側（図の右側）に配置された撮像装置４０と、基台１０の他端側（図の左側）に配置された照明装置５０と、ステージ２０上に載置されるトレイ６０と、コンピュータ１００と、を備えている。
【００２３】
基台１０は、ステージ２０、吐出装置３０、撮像装置４０および照明装置５０等を支持する部材である。基台１０は、高さ調整機構を備えた脚部１２を備えており、自身の水平度を調整することが可能となっている。また、基台１０の上部には、撮像装置４０を支持する支柱１４が設けられ、この支柱１４の上部には、吐出装置３０を支持するアーム１６がステージ２０の上方に向けて突設されている。さらに、基台１０の上部には、必要に応じて装置全体を覆うカバー１８を取り付けることが可能となっており、温度や湿度等、測定雰囲気の状態を略一定に保つことができるようになっている。
【００２４】
ステージ２０は、移動機構２４を備えた所謂ＸＹＺステージであり、接触角を測定する際に固体試料が載置面２２上に載置されるものである。本実施形態では、ステージ２０をトレイ６０の載置台として活用している。なお、表面張力測定装置１を専用の装置として構成する場合には、ステージ２０を省略することができる。
【００２５】
吐出装置３０は、アーム１８の先端部に配置されており、表面張力を測定する液体試料２を下方に向けて吐出するものである。吐出装置３０は、シリンダおよびプランジャ等の既知の構造と共に管状の針３２を備えており、コンピュータ１００に制御されて、針３２の先端である針先３２ａから所定量の液体試料２を吐出する。吐出された液体試料２は、自身の表面張力によって液滴２ａを形成し、この液滴２ａは、自身の重量と表面張力の釣合状態に応じて針先３２ａから垂下（懸垂）した状態を維持する、または針先３２ａから離れて落下することとなる。
【００２６】
撮像装置４０は、支柱１６に固定されており、液滴２ａを側方から撮像するものである。本実施形態では、撮像装置４０は、拡大レンズ系を備えるＣＣＤカメラから構成されている。撮像装置４０は、コンピュータ１００に制御されて吐出装置３０の針先３２ａから垂下した液滴２ａを拡大して撮像し、画像データをコンピュータ１００に送信する。
【００２７】
照明装置５０は、撮像装置４０と対向するように配置され、液滴２ａを撮像する場合に液滴２ａを背後から照明するものである。照明装置５０は、例えばハロゲンランプやＬＥＤ等の光源を備え、液滴２ａに向けて光を放射するように構成されている。
【００２８】
トレイ６０は、吐出装置３０の針先３２ａから落下した液滴２ａを受け止め、溜めておくものである。すなわち、トレイ６０は、液体試料２によって装置および装置周辺が汚染されないようにするためのものである。なお、トレイ６０に代えて、またはトレイ６０と共にスポンジ等の吸収材を配置するようにしてもよい。
【００２９】
コンピュータ１００は、図示は省略するが、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクおよびフラッシュメモリ等の記憶手段と、液晶ディスプレイ等の表示手段と、キーボードおよびマウス等の入力手段と、を備えて構成されている。コンピュータ１００は、記憶手段に記憶されたプログラムを実行することによって動作する主な機能構成として、ステージ２０、吐出装置３０、撮像装置４０および照明装置５０等を制御する制御装置１１０と、撮像装置４０によって撮像した画像を処理する画像処理装置１２０と、画像から導出した表面張力を処理するデータ処理装置１３０と、を備えている。
【００３０】
図２は、コンピュータ１００の主な機能構成を示したブロック図である。同図に示されるように、制御装置１１０は、具体的な機能構成として、落下液滴形成手段１１１と、開始液量設定手段１１２と、開始液滴形成手段１１３と、修正液滴形成手段１１４と、終了判定手段１１５と、測定終了手段１１６と、を備えている。
【００３１】
落下液滴形成手段１１１は、表面張力の測定を開始する前に吐出装置３０を制御して、吐出装置３０の針先３２ａから液滴２ａが落下するまで液体試料２を吐出させるものである。この液滴２ａ（落下液滴）の落下時の液量（重量）は、液体試料２の初期表面張力（略最大の表面張力）と略釣り合うものとなる。すなわち、液滴２ａの落下時の液量は、液体試料２の表面張力によって保持可能な液量の上限であり、落下液滴形成手段１１１は、この液量の上限を測定するためのものである。
【００３２】
開始液量設定手段１１２は、落下液滴形成手段１１１が落下させた液滴２ａの落下時の液量である落下液量に基づいて、表面張力の測定において最初に形成する液滴２ａの液量である開始液量を設定するものである。開始液量設定手段１１２は、例えばプランジャの移動量等の吐出装置３０の制御情報、または液滴２ａを撮像した画像から落下液量を取得する。そして、取得した落下液量を所定の比率で減少させた液量を開始液量として設定する。設定した開始液量は、コンピュータ１００の記憶手段に記憶される。
【００３３】
懸滴法による表面張力の測定では、液滴２ａの液量が少なすぎる場合には表面張力が液滴２ａの重量に勝り過ぎるため正確な表面張力の測定が困難となり、液滴２ａの液量が多すぎる場合には表面張力の少しの低下で液滴２ａが落下することとなる。従って、測定の精度および測定のスムーズな進行を考慮すれば、開始液量は、落下液量の７５％以上９９％以下の範囲内であることが好ましく、落下液量の８５％以上９５％以下の範囲内であればより好ましい。
【００３４】
開始液滴形成手段１１３は、吐出装置３０を制御して開始液量の液体試料２を針先３２ａから吐出させ、表面張力の測定における最初の液滴２ａ（開始液滴）を形成するものである。この開始液量の液滴２ａは、表面張力が開始液量と釣り合うまで低下した後に、針先３２ａから落下することとなる。従って、開始液量の液滴２ａを形成から落下までの間に撮像した画像に基づいて、液体試料２の初期表面張力から開始液量と釣り合う表面張力までの経時変化を測定することができる。
【００３５】
修正液滴形成手段１１４は、液滴２ａが落下する度に吐出装置３０を制御して、落下した液滴２ａよりも少ない液量である修正液量の液体試料２を吐出させ、次の液滴２ａ（修正液滴）を形成するものである。このように、落下した液滴２ａよりも小さい液滴２ａを形成することで、落下した液滴２ａよりも低い表面張力まで液滴２ａを垂下状態に維持することができるため、より低い表面張力を測定することが可能となる。すなわち、本実施形態では、修正液滴形成手段１１４によって１つ前の液滴２ａよりも小さい液滴２ａを次々に形成していくことで、幅広い測定範囲にわたって表面張力を測定することを可能としている。
【００３６】
修正液量の液滴２ａは、１つ前の液滴２ａの落下時の表面張力以下（または、少し余裕を見るならば、落下より多少前の時点の表面張力以下）の表面張力を測定可能なものであればよい。従って、上述の落下液量と開始液量の関係と同様に、修正液量は、１つ前の液滴２ａの液量である前回液量の７５％以上９９％以下の範囲内であることが好ましく、前回液量の８５％以上９５％以下の範囲内であればより好ましい。修正液量は、吐出装置３０の制御情報または液滴２ａを撮像した画像に基づいて測定され、コンピュータ１００の記憶手段に記憶される。
【００３７】
なお、修正液量の液滴２ａは、表面張力が修正液量と釣り合うまで低下した後に、針先３２ａから落下することとなる。すなわち、修正液量の液滴２ａを撮像した画像に基づいて、１つ前の液滴２ａの落下時の表面張力から修正液量と釣り合う表面張力までの経時変化を測定することができる。
【００３８】
終了判定手段１１５は、測定した表面張力が略平衡状態に達したか否かを判定するものである。終了判定手段１１５は、表面張力の経時変化データを参照し、所定の時間範囲における表面張力の変化が所定の範囲内に収まったか否かに基づいて、測定した表面張力が略平衡状態に達したか否かを判定する。測定終了手段１１６は、所定の終了処理を行って測定を終了させるものである。測定終了手段１１６は、例えば測定結果を表示手段に表示させる、測定終了を報知するアラームを発する等、所定の終了処理を行った上で表面張力の測定を終了させる。
【００３９】
画像処理装置１２０は、具体的な機能構成として、針先位置検出手段１２１と、液滴画像取得手段１２２と、表面張力導出手段１２３と、液滴落下判定手段１２４と、を備えている。図３（ａ）〜（ｃ）は、撮像装置４０により撮像した画像を示した概略図である。
【００４０】
針先位置検出手段１２１は、撮像装置４０により撮像した画像に基づいて、吐出装置３０の針先３２ａの位置を検出するものである。図３（ａ）に示されるように、針３２は、照明装置５０により背後から照明されることにより、シルエット画像として撮像される。従って、暗い領域として映し出される針３２と背景の明るい領域との境界を検出することにより、針先３２ａの位置を検出することができる。検出した針先３２ａの位置は、針先位置検出手段１２１により、画像中の座標としてコンピュータ１００の記憶手段に記憶される。例えば、図３（ａ）に示す例では、針先３２ａの両端部の座標（ｘ１,ｙ１）、（ｘ２,ｙ１）として記憶される。
【００４１】
液滴画像取得手段１２２は、吐出装置３０の針先３２ａから垂下した状態の液滴２ａを撮像した画像を所定のサンプリング周期で取得するものである。取得した液滴２ａの画像は、撮像時間（サンプリング時間）と対応付けられてコンピュータ１００の記憶手段に記憶される。
【００４２】
表面張力導出手段１２３は、液滴画像取得手段１２２が取得した画像に基づいて、表面張力を導出するものである。図３（ｂ）に示されるように、針先３２ａから垂下した状態の液滴２ａはシルエット画像として撮像されるため、針先位置検出手段１２１により検出した針先３２ａの位置よりも下側の暗い領域と明るい領域の境界を検出することで、液滴２ａの輪郭形状を検出することができる。そして、この液滴２ａの輪郭形状から液体試料２の表面張力を導出することができる。
【００４３】
表面張力の導出は、図３（ｂ）に示されるように、液滴２ａの最大直径ｄｅ、および液滴２ａの最下点からｄｅだけ上方の位置における直径ｄｓから算出するｄｓ／ｄｅ法により行ってもよいし、Ｙｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅ方程式を解いて得られる理論曲線を液滴２ａの輪郭形状にフィッティングさせるＹｏｕｎｇ−Ｌａｐｌａｃｅ法により行ってもよい。導出した表面張力は、画像の撮像時間と対応付けられてコンピュータ１００の記憶手段に記憶される。このように、取得した液滴画像ごとに表面張力を導出することで、所定のサンプリング周期で表面張力を取得することができる。
【００４４】
液滴落下判定手段１２４は、撮像装置４０により撮像した画像に基づいて、液滴２ａが落下したか否かを判定するものである。液滴落下判定手段１２４は、図３（ｃ）に示されるように、撮像装置４０により撮像した画像中において、針先３２ａの位置の下方に所定の範囲の判定領域Ａを設定し、この判定領域Ａ内に液滴２ａを映し出した暗い領域が含まれるか否かによって液滴２ａの落下を判定する。
【００４５】
なお、図３（ｃ）に示されるように、液滴２ａの落下後に、針先３２ａに残液２ｂが残存する場合がある。このような場合、液滴落下判定手段１２４は、残液２ｂを撮像した画像に基づいて残液２ｂの液量を導出してコンピュータ１００の記憶手段に記憶する。そして、修正液滴形成手段１１４は、記憶された残液２ｂの液量に基づいて、次の液滴２ａの液量である修正液量を補正する。
【００４６】
図２に戻って、データ処理装置１３０は、具体的な機能構成として、有効表面張力選択手段１３１と、経時変化データ生成手段１３２と、を備えている。有効表面張力選択手段１３１は、画像処理装置１２０の表面張力導出手段１２３が導出した表面張力から、各液滴２ａの液量に基づいて有効な表面張力を選択する。すなわち、各液滴２ａについて導出された複数の表面張力から、各液滴２ａの液量に対して大きすぎる表面張力を排除し、各液滴２ａの液量によって適切な測定が可能な範囲の表面張力を選択する。具体的に、有効表面張力選択手段１３１は、修正液量の設定に基づき、１つ前の液滴２ａの落下時の表面張力以下、または落下より多少前の時点の表面張力以下の表面張力を有効表面張力として選択する。
【００４７】
経時変化データ生成手段１３２は、有効表面張力選択手段１３１が液滴２ａごとに選択した有効表面張力を結合し、表面張力の経時変化データを生成するものである。具体的に、経時変化データ生成手段１３２は、選択された有効表面張力を液滴２ａごとの基準時点からの経過時間と対応付けて結合することにより、経時変化データを生成する。すなわち、表面張力の変化（低下）は、新たな界面が形成された時、すなわち液滴２ａの形成時に開始されることから、例えば各液滴２ａの形成が完了した時点を基準時点とし、そこからの経過時間を各液滴２ａから導出した有効表面張力と対応付けることにより、異なる液滴２ａから導出した有効表面張力であっても、経過時間順に配列するだけで表面張力の経時変化データが生成されることとなる。
【００４８】
なお、基準時点からの経過時間は、各画像の撮像時間と液滴２ａを形成した時間から算出するようにしてもよいし、予め各画像の撮像時間を液滴２ａごとの基準時点からの経過時間としておいてもよい。また、基準時点は、各液滴２ａの形成が完了した時点に限定されるものではなく、例えば液体試料２の吐出を開始した時点であってもよいし、各液滴２ａの形成完了から所定時間経過後であってもよい。すなわち、基準時点は、表面張力の経時変化の基準を各液滴２ａについて統一的に定めることが可能な時点であればよい。
【００４９】
また、データ処理装置１３０は、生成した経時変化データに基づいて、平衡状態に達した最終的な表面張力である最終表面張力を取得する最終表面張力取得手段を備えるものであってもよい。
【００５０】
図４（ａ）〜（ｃ）は、表面張力の経時変化の一例をグラフで示した図である。界面活性剤等の両親媒性分子を含有する液体試料２の表面張力（γ）は、図４（ａ）に示されるように、新たな界面の形成時における初期表面張力γ０から時間（Ｔ）の経過に伴って徐々に低下し、両親媒性分子の配列が平衡状態となることにより、最終表面張力γｅで略平衡状態となる。この表面張力の変化は両親媒性分子の濃度に依存するため、新たな界面の大きさ、すなわち液滴２ａの大きさ（液量）によらず、表面張力は同一の変化態様を示すこととなる。
【００５１】
図４（ｂ）は、最初の液滴２ａ（開始液滴）における表面張力の変化を示している。同図に示されるように、最初の液滴２ａでは、表面張力は、基準時点Ｔ０（最初の液滴２ａの形成時）における初期表面張力γ０から徐々に低下し、経過時間Ｔ1において開始液量と釣り合う表面張力γ1となる。そして、その直後に液滴２ａは落下することとなる。開始液量は、初期表面張力γ０、およびこれ以下の表面張力を適切に導出可能な量に設定されるため、最初の液滴２ａにおける有効表面張力の範囲は、初期表面張力γ０付近から開始液量と釣り合う表面張力γ1付近までとなる。
【００５２】
図４（ｃ）は、２番目の液滴２ａにおける表面張力の変化を示している。同図に示されるように、２番目の液滴２ａにおいても最初の液滴２ａと同様に、表面張力は、基準時点Ｔ０（２番目の液滴２ａの形成時）における初期表面張力γ０から徐々に低下し、経過時点Ｔ1において開始液量と釣り合う表面張力γ1となる。その後、２番目の液滴２ａにおける表面張力は、経過時点Ｔ２において２番目の液滴２ａの液量（修正液量）と釣り合う表面張力γ２となり、その直後に、液滴２ａは落下することとなる。２番目の液滴２ａにおける修正液量は、開始液量と釣り合う表面張力γ１、およびこれ以下の表面張力を適切に導出可能な量に設定されるため、２番目の液滴２ａにおける有効表面張力の範囲は、表面張力γ１付近から表面張力γ２付近までとなる。
【００５３】
図４（ｄ）は、３番目の液滴２ａにおける表面張力の変化を示している。同図に示されるように、３番目の液滴２ａにおいても表面張力は、基準時点Ｔ０（３番目の液滴２ａの形成時）における初期表面張力γ０から徐々に低下し、経過時点Ｔ1において開始液量と釣り合う表面張力γ1となり、経過時点Ｔ２において２番目の液滴２ａの液量と釣り合う表面張力γ２となる。その後、３番目の液滴２ａにおける表面張力はさらに低下するが、表面張力が３番目の液滴２ａの液量（修正液量）と釣り合う表面張力γ３には到達せず、それより高い最終表面張力γｅで略平衡状態に達することとなる。３番目の液滴２ａにおける修正液量は、２番目の液滴２ａの液量と釣り合う表面張力γ２、およびこれ以下の表面張力γを適切に導出可能な量に設定されるため、３番目の液滴２ａにおける有効表面張力の範囲は、表面張力γ２付近から３番目の液滴２ａの液量（修正液量）と釣り合う表面張力γ３付近までとなる。従って、最終表面張力γｅは、３番目の液滴２ａにおける有効表面張力の範囲内に含まれている。
【００５４】
上述のように、液体試料２の表面張力γは、異なる液滴２ａにおいても略同一の態様で変化（低下）するため、各液滴２ａの液量を順番に減少させていくことで、液滴２ａごとに有効表面張力の範囲を低い方にずらし、初期表面張力γ０から最終表面張力γｅまでをカバーすることが可能となる。すなわち、各液滴２ａを撮像した画像に基づいて、初期表面張力γ０から最終表面張力γｅまでの全範囲にわたり、表面張力γを高精度に導出することができる。また、各液滴２ａから導出した有効表面張力を繋ぎ合わせるだけで、液体試料２の表面張力γの初期表面張力γ０から最終表面張力γｅまでの経時変化データを得ることができる。
【００５５】
このように、本実施形態では、液滴２ａが落下する度にそれより小さい液滴２ａを形成すると共に各液滴２ａについて適宜に有効表面張力の範囲を設定し、さらに選択した有効表面張力を各液滴２ａごとの基準時点Ｔ０からの経過時間と対応付けることにより、表面張力γの経時変化を、初期表面張力γ０から最終表面張力γｅまでの全範囲にわたって高精度に求めることが可能となっている。すなわち、動的な表面張力を懸滴法により簡便且つ高精度に測定することが可能となっている。
【００５６】
次に、本実施形態の表面張力測定装置１による表面張力の測定手順について説明する。図５は、表面張力測定装置１による表面張力の測定手順を示したフローチャートである。なお、表面張力の測定にあたっては、事前に液体試料２を吐出装置３０内に封入すると共に、針先３２ａから垂下した状態の液滴２ａを撮像可能な位置に吐出装置３０および撮像装置４０を配置しておく。
【００５７】
表面張力測定装置１による表面張力の測定では、まずステップＳ１０において撮像を開始する（撮像開始ステップ）。ここでは、制御装置１１０が撮像装置４０を制御して撮像を開始し、必要に応じて撮像装置４０のピントや拡大率を調整する。次に、ステップＳ１１では、吐出装置３０の針先３２ａの位置を検出する（針先位置検出ステップ）。ここでは、画像処理装置１２０の針先位置検出手段１２１が、撮像装置４０により撮像した画像に基づいて針先３２ａの位置を検出して記憶する。
【００５８】
次に、ステップＳ１２では、落下液量を測定するために落下させる液滴２ａを形成する（落下液滴形成ステップ）。ここでは、制御装置１１０の落下液滴形成手段１１１が、吐出装置３０を制御して液滴２ａを形成し、落下させる。次に、ステップＳ１３では、開始液量を設定する（開始液量設定ステップ）。ここでは、制御装置１１０の開始液量設定手段１１２が、測定した落下液量に基づいて開始液量を設定する。次に、ステップＳ１４では、最初の液滴２ａを形成する（開始液滴形成ステップ）。ここでは、制御装置１１０の開始液滴形成手段１１３が、吐出装置３０を制御して開始液量の液滴２ａを形成し、吐出装置３０の針先３２ａから垂下した状態とする。
【００５９】
次に、ステップＳ１５では、針先３２ａから垂下した状態の液滴２ａを撮像した画像を取得する（液滴画像取得ステップ）。ここでは、画像処理装置１２０の液滴画像取得手段１２２が、撮像装置４０により撮像した液滴２ａの画像を所定のサンプリング周期で取得して記憶する。次に、ステップＳ１６では、液滴２ａの画像に基づいて表面張力を導出する（表面張力導出ステップ）。ここでは、画像処理装置１２０の表面張力導出手段１２３が、ステップＳ１５で取得した液滴２ａの画像に基づいて表面張力を導出する。
【００６０】
次に、ステップＳ１７では、導出した表面張力から有効表面張力を選択する（有効表面張力選択ステップ）。ここでは、データ処理装置１３０の有効表面張力選択手段１３１が、ステップＳ１６で導出した表面張力が有効表面張力である場合に、これを有効表面張力として選択する。次に、ステップＳ１８では、表面張力の経時変化データを生成する（経時変化データ生成ステップ）。ここでは、データ処理装置１３０の経時変化データ生成手段１３２が、ステップＳ１７で選択した有効表面張力を基準時点からの経過時間に対応付けて経時変化データに追加していくことにより、表面張力の経時変化データを生成する。
【００６１】
次に、ステップＳ１９では、表面張力が平衡状態に達したか否かを判定する（終了判定ステップ）。ここでは、制御装置１１０の終了判定手段１１５が、表面張力の経時変化データを参照し、測定した表面張力、すなわち有効表面張力が平衡状態に達したか否かを判定する。有効表面張力が平衡状態に達したと判定した場合にはステップＳ２０に進み、平衡状態に達していないと判定した場合にはステップＳ２１に進む。ステップＳ２０では、制御装置１１０の測定終了手段１１６が所定の終了処理を行って測定を終了させる（測定終了ステップ）。
【００６２】
ステップＳ２１では、液滴２ａが針先３２ａから落下したか否かを判定する（液滴落下判定ステップ）。ここでは、画像処理装置１２０の液滴落下判定手段１２４が、撮像装置４０により撮像した画像に基づいて、吐出装置３０の針先３２ａから液滴２ａが落下したか否かを判定する。液滴２ａが落下したと判定した場合にはステップＳ２２に進み、液滴２ａが落下していないと判定した場合はステップＳ１５に戻る。従って、ステップＳ１５〜Ｓ１８の処理は、液滴２ａが落下する、または有効表面張力が平衡に達するまで繰り返される。
【００６３】
ステップＳ２２では、修正液量の液滴２ａを形成する（修正液滴形成ステップ）。ここでは、制御装置１１０の修正液滴形成手段１１４が、吐出装置３０を制御して修正液量の液滴２ａを形成し、吐出装置３０の針先３２ａから垂下した状態とする。ステップＳ２２の次は、ステップＳ１５に戻り、修正液量の液滴２ａが落下する、または有効表面張力が平衡に達するまでステップＳ１５〜Ｓ１８の処理を繰り返す。
【００６４】
以上の手順により、液体試料２の表面張力の経時変化が測定される。なお、液体試料２の初期表面張力が予め判明している場合には、ステップＳ１２を省略し、ユーザの入力した初期表面張力または液量等に基づいて、ステップＳ１３で開始液量を設定するようにしてもよい。また、ステップＳ１７における有効表面張力の選択、およびステップＳ１８における経時変化データの生成は、ステップＳ２０の終了処理の直前にまとめて行うようにしてもよい。また、ステップＳ１９において、所定の時間が経過しても液滴２ａが落下しない場合に表面張力が平衡状態に達したと判定するようにし、ステップＳ１６における表面張力の導出、ステップＳ１７における有効表面張力の選択、およびステップＳ１８における経時変化データの生成を、ステップＳ２０の終了処理の直前にまとめて行うようにしてもよい。
【００６５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置３について説明する。本実施形態の臨界ミセル濃度測定装置３は、界面活性剤等の両親媒性分子を含有する液体試料２の動的な表面張力を懸滴法により測定することで、両親媒性分子の臨界ミセル濃度を測定するものであり、第１の実施形態の表面張力測定装置１に、供給装置２００を組み合わせることによって構成されている。従って、以下、第１の実施形態と同一の部分については同一の符号を付すと共にその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００６６】
図６は、本実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置３の概略図である。表面張力測定装置１に組み合わされる供給装置２００は、両親媒性分子を含有する液体試料２において両親媒性分子の濃度を変化させると共に、両親媒性分子の濃度を変化させた液体試料２を吐出装置３０に供給するものである。同図に示されるように、供給装置２００は、容器２１０と、送液ポンプ２２０と、排液バルブ２３０と、純水供給バルブ２４０と、液面センサ２５０と、を備えている。
【００６７】
容器２１０は、所定量の液体試料２を適宜の密閉状態で貯留するものである。送液ポンプ２２０は、既知の構造のポンプであり、液体試料２を容器２１０から吐出装置３０に送液するものである。送液ポンプ２２０は送液管２２２を介して吐出装置３０に接続されており、液体試料２はこの送液管２２２を介して吐出装置３０に供給される。
【００６８】
排液バルブ２３０は、コンピュータ１００に制御されて開閉する既知の構造の電磁弁であり、図示を省略した排液容器に接続されている。すなわち、排液バルブ２３０を開くことによって容器２１０内から液体試料２が排出され、排液バルブ２３０を閉じることによって容器２１０内からの液体試料２の排出が停止される。これにより、容器２１０内の液体試料２の液量を調整することができる。
【００６９】
純水供給バルブ２４０は、排液バルブ２３０と同様にコンピュータ１００に制御されて開閉する既知の構造の電磁弁であり、図示を省略した純水供給源に接続されている。すなわち、純水供給バルブ２４０を開くことによって容器２１０内に純水が供給され、純水供給バルブ２４０を閉じることによって容器２１０内への純水の供給が停止される。これにより、容器２１０内の液体試料２における両親媒性分子の濃度を調整することができる。
【００７０】
液面センサ２５０は、容器２１０内の液体試料２の液面高さを検出する既知の構造のセンサである。すなわち、コンピュータ１００は、液面センサ２５０からの検出信号に基づいて、排液バルブ２３０および純水供給バルブ２４０の開閉を制御することにより、容器２１０内の液体試料２の液量、および両親媒性分子の濃度を調整するようになっている。また、コンピュータ１００は、液面センサ２５０からの検出信号に基づいて、吐出装置３０への液体試料２の供給量を把握する。
【００７１】
なお、容器２１０内への純水の供給、および容器２１０内からの液体試料２の排出は、適宜のポンプにより行ってもよいし、重力により行ってもよい。さらに、供給装置２００を表面張力測定装置１の上方に配置すると共に、送液ポンプ２２０に代えて適宜のバルブを設けることにより、吐出装置３０への液体試料２の供給を重力により行うようにしてもよい。また、容器２１０内に適宜の攪拌装置や循環装置を設け、容器２１０内の液体試料２を攪拌するようにしてもよい。
【００７２】
本実施形態では、このような構成により、供給装置２００によって液体試料２における両親媒性分子の濃度を変更し、異なる濃度の液体試料２を吐出装置３０に供給することを可能としている。具体的には、排液バルブ２３０を開いて所定量の液体試料２を容器２１０内から排出した後に、純水供給バルブ２４０を開いて所定量の純水を容器２１０内に供給することにより、液体試料２における両親媒性分子の濃度を変更（希釈）することができる。従って、供給装置２００は、界面活性剤の濃度が異なる複数種類の液体試料２を濃度の高い方から順番に作成し、吐出装置３０に供給することが可能となっている。
【００７３】
なお、吐出装置３０内の液体試料２を濃度の異なる液体試料２に置換するためには、送液ポンプ２２０、送液管２２２および吐出装置３０内の残液を完全に排出する必要があるが、本実施形態では、図示を省略した排液容器に接続される排出管６２をトレイ６０に設けることによって、残液をトレイ６０に排出することを可能としている。これにより、新たに作成した液体試料２を送液ポンプ２２０で送液するだけで、前回の残液を吐出装置３０の針３２から押し出すことができるため、液体試料２の置換を迅速に行うことが可能となっている。
【００７４】
図７は、本実施形態におけるコンピュータ１００の主な機能構成を示したブロック図である。同図に示されるように、本実施形態のコンピュータ１００は、主な機能構成として、制御装置１１０、画像処理装置１２０、およびデータ処理装置１３０を備えている。
【００７５】
本実施形態の制御装置１１０は、表面張力測定装置１を制御すると共に供給装置２００を制御するものである。従って、制御装置１１０は、供給装置２００を制御するための具体的な機能構成として、濃度設定手段と１１７と、供給置換手段１１８と、を備えている。濃度設定手段１１７は、液面センサ２５０からの検出信号に基づいて排液バルブ２３０および純水供給バルブ２４０を制御して、容器２１０内の液体試料２における両親媒性分子の濃度を変更し、所定の濃度に設定するものである。また、供給置換手段１１８は、液面センサ２５０からの検出信号に基づいて送液ポンプ２２０を制御し、吐出装置３０内を新たな濃度の液体試料２に完全に置換可能な量の液体試料２を供給するものである。
【００７６】
また、本実施形態のデータ処理装置１３０は、両親媒性分子の臨界ミセル濃度を導出するための具体的な機能構成として、最終表面張力取得手段１３３と、臨界ミセル濃度導出手段１３４と、を備えている。最終表面張力取得手段１３３は、経時変化データ生成手段１３２が生成した表面張力の経時変化データに基づいて平衡状態に達した最終的な表面張力である最終表面張力を取得し、両親媒性分子の濃度と対応付けてコンピュータ１００の記憶手段に記憶するものである。また、臨界ミセル濃度導出手段１３４は、最終表面張力取得手段１３３が取得した各濃度における最終表面張力に基づいて、両親媒性分子の臨界ミセル濃度を導出し、コンピュータ１００の記憶手段に記憶するものである。
【００７７】
図８は、両親媒性分子の濃度と最終表面張力の関係を片対数グラフで示した概略図である。臨界ミセル濃度とは、両親媒性分子がミセルを形成し始める濃度のことである。すなわち、臨界ミセル濃度以上に両親媒性分子の濃度を高めた場合、ミセルの数は増加するものの界面における両親媒性分子の配列は平衡状態を保つことから、表面張力はそれ以上低下せず、略一定に保たれることとなる。従って、同図に示されるように、両親媒性分子の濃度（Ｃ）を複数の異なる濃度Ｃ１〜Ｃ７に設定した液体試料２の最終表面張力（γｅ）を測定して片対数グラフにプロットすると、濃度に応じて最終表面張力が変化する領域と、濃度によらず最終表面張力が略一定となる領域に別れることとなり、この２つの領域の境界となる濃度が臨界ミセル濃度ＣＭＣとなる。臨界ミセル濃度導出手段１３４は、例えば近似式からの導出等、既知の手法により臨界ミセル濃度を導出する。
【００７８】
次に、本実施形態の臨界ミセル濃度測定装置３による臨界ミセル濃度の測定手順について説明する。図９は、臨界ミセル濃度測定装置３による臨界ミセル濃度の測定手順を示したフローチャートである。なお、臨界ミセル濃度の測定にあたっては、事前に予想される臨界ミセル濃度よりも高い濃度で両親媒性分子を含有させた液体試料２を作成し、供給装置２００の容器２１０内に収容しておく。
【００７９】
臨界ミセル濃度測定装置３による臨界ミセル濃度の測定では、まずステップＳ３０において、両親媒性分子の濃度を所定の濃度に設定する（濃度設定ステップ）。ここでは、制御装置１１０の濃度設定手段１１７が、排液バルブ２３０および純水供給バルブ２４０を制御して、容器２１０内の液体試料２における両親媒性分子の濃度を、予め設定した複数の設定濃度の１つに設定する。なお、最初の設定濃度に設定された液体試料２が容器２１０内に収容されている場合には、最初のステップＳ３０においては濃度設定処理を行わない。
【００８０】
次に、ステップＳ３１では、液体試料２を吐出装置３０へ供給し、吐出装置３０内の液体試料２を置換する（液体試料供給置換ステップ）。ここでは、制御装置１１０の供給置換手段１１８が、送液ポンプ２２０を制御して液体試料２を吐出装置３０へ供給すると共に吐出装置３０内等の残液を排出し、吐出装置３０内の液体試料２を新たな液体試料２に置換する。なお、吐出装置３０内を空にしておく場合には、最初のステップＳ３１においては吐出装置３０に液体試料２を供給するだけでよい。
【００８１】
次に、ステップＳ３２では、吐出装置３０内の液体試料２について表面張力を測定する（表面張力測定ステップ）。ここでは、図５に示した手順に従って表面張力の経時変化を測定し、表面張力の経時変化データを生成する。次に、ステップＳ３３では、表面張力の経時変化データから最終表面張力を取得する（最終表面張力取得ステップ）。ここでは、データ処理装置１３０の最終表面張力取得手段１３３が、ステップＳ３２で生成された表面張力の経時変化データから、平衡状態に達した最終表面張力を取得し、ステップＳ３０で設定した設定濃度と対応付けて記憶する。
【００８２】
次に、ステップＳ３４では、予め設定した設定濃度の全てについて表面張力の測定が終了したか否かを判定する（全濃度終了判定ステップ）。ここでは、全ての設定濃度について最終表面張力が取得されている場合には、ステップＳ３５に進む。また、最終表面張力が取得されていない設定濃度が残っている場合には、ステップＳ３０に戻って容器２１０内の液体試料２における界面活性剤の濃度を次の設定濃度に設定し、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理を実行して最終表面張力を取得する。なお、本実施形態では、供給装置２００の構成上、設定濃度が高い方から順に測定していくこととなる。
【００８３】
ステップＳ３５では、臨界ミセル濃度を導出する（臨界ミセル濃度導出ステップ）。ここでは、データ処理装置１３０の臨界ミセル濃度導出手段１３４が、ステップＳ３３において取得した最終表面張力およびこれに対応付けられた設定濃度から、臨界ミセル濃度を導出して記憶する。また、必要に応じて臨界ミセル濃度導出手段１３４は、導出した臨界ミセル濃度をグラフと共にコンピュータ１００の表示手段に表示させる。以上の手順により、両親媒性分子の臨界ミセル濃度が測定される。なお、ステップＳ３３における最終表面張力の取得は、ステップＳ３５の直前にまとめて行うようにしてもよい。
【００８４】
以上説明したように、上記第１の実施形態に係る表面張力測定装置１は、管状の針３２の先端（針先）３２ａから液体試料２を吐出する吐出装置３０と、針３２の先端３２ａから垂下する液滴２ａを撮像する撮像装置４０と、吐出装置３０および撮像装置４０を制御する制御装置１１０と、撮像装置４０により撮像した液滴２ａの画像に基づいて液体試料２の表面張力を導出する画像処理装置１２０と、を備え、制御装置１１０は、液体試料２を吐出装置３０に吐出させて所定の開始液量の液滴２ａを針３２の先端３２ａから垂下させる開始液滴形成手段１１３と、針３２の先端３２ａから液滴２ａが落下する度に、液体試料２を吐出装置３０に吐出させて落下した液滴２ａよりも少ない修正液量の液滴２ａを針３２の先端３２ａから垂下させる修正液滴形成手段１１４と、を備え、画像処理装置１２０は、複数時点における液滴２ａの画像を取得する液滴画像取得手段１２２と、取得した複数時点における液滴２ａの画像ごとに表面張力を導出する表面張力導出手段１２３と、を備えている。
【００８５】
また、上記第１の実施形態に係る表面張力測定方法は、管状の針３２の先端３２ａから液体試料２を吐出する吐出装置３０と、針３２の先端３２ａから垂下する液滴２ａを撮像する撮像装置４０と、を備える表面張力測定装置１における表面張力の測定方法であって、液体試料２を吐出装置３０に吐出させて所定の開始液量の液滴２ａを針３２の先端３２ａから垂下させる開始液滴形成ステップＳ１４と、針３２の先端３２ａから液滴２ａが落下する度に、液体試料２を吐出装置３０に吐出させて落下した液滴２ａよりも少ない修正液量の液滴２ａを針３２の先端３２ａから垂下させる修正液滴形成ステップＳ２２と、撮像装置４０により撮像した複数時点における液滴２ａの画像を取得する液滴画像取得ステップＳ１５と、取得した複数時点における液滴２ａの画像ごとに液体試料２の表面張力を導出する表面張力導出ステップＳ１６と、を有している。
【００８６】
このような構成とすることで、経時的に変化する動的な表面張力であっても、懸滴法により簡便に測定することができる。すなわち、より小さい液滴２ａを次々に形成して表面張力を測定することにより、懸滴法でありながらも測定可能な範囲を拡大することが可能となるため、動的な表面張力であっても経時変化の全範囲にわたって表面張力を測定することができる。従って、他の測定方法による専用の装置を用意することなく、既存の接触角測定装置等を有効活用して、動的な表面張力を簡便に測定することができる。
【００８７】
また、表面張力測定装置１は、画像処理装置１２０が導出した表面張力に基づいて液体試料２の表面張力の経時変化データを生成するデータ処理装置１３０を備え、データ処理装置１３０は、画像処理装置１２０が導出した表面張力から液滴２ａの液量に基づいて有効表面張力を選択する有効表面張力選択手段１３１を備えている。このようにすることで、大きさの異なる各液滴２ａから適切に導出可能な表面張力のみを選択することが可能となるため、幅広い測定範囲にわたって高精度に表面張力を測定することができる。
【００８８】
また、データ処理装置１３０は、有効表面張力を時系列的に配列した経時変化データを生成する経時変化データ生成手段１３２を備えている。このようにすることで、複数の液滴２ａから測定した表面張力を、液体試料２の表面張力のトータルな経時変化データとして１つにまとめることが可能となるため、各種評価、分析等を容易にすることができる。
【００８９】
また、経時変化データ生成手段１３２は、液滴２ａごとの基準時点からの経過時間を有効表面張力に対応付けて経時変化データを生成する。このようにすることで、複雑なデータ繋ぎ合わせ処理等を要することなく、経過時間と対応付けた有効表面張力を追加していくだけで経時変化データを生成することができる。
【００９０】
また、制御装置１１０は、有効表面張力の変化が所定の範囲内となった場合に測定を終了させる測定終了手段１１６を備えている。このようにすることで、動的な表面張力の測定を完全に自動化することができる。
【００９１】
また、修正液量は、落下した液滴２ａの液量の７５乃至９９％に設定される。このようにすることで、有効表面張力の範囲を適切に設定して表面張力の測定範囲を適切に拡大することが可能となる。すなわち、高精度な測定を維持しつつ表面張力の測定範囲を拡大すると共に、スムーズで効率的な測定を実現することができる。
【００９２】
また、制御装置１１０は、針３２の先端３２ａから液滴２ａが落下するまで吐出装置３０に液体試料２を吐出させる落下液滴形成手段１１１と、落下液滴形成手段１１１が落下させた液滴２ａの液量に基づいて開始液量を設定する開始液量設定手段１１２と、を備えている。このようにすることで、開始液量を容易且つ適切に設定することが可能となると共に、液体試料２の初期表面張力を高精度に測定することが可能となる。
【００９３】
また、上記第２の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定装置３は、表面張力測定装置１と、両親媒性分子を含有する液体試料２を吐出装置３０に供給する供給装置２００と、を備え、供給装置２００は、両親媒性分子の濃度が異なる複数種類の液体試料２を吐出装置３０に供給するように構成されている。
【００９４】
また、上記第２の実施形態に係る臨界ミセル濃度測定方法は、管状の針３２の先端３２ａから液体試料２を吐出する吐出装置３０と、針３２の先端３２ａから垂下する液滴２ａを撮像する撮像装置４０と、を備える表面張力測定装置１を利用する臨界ミセル濃度の測定方法であって、液体試料２中の両親媒性分子の濃度を設定する濃度設定ステップＳ３０と、濃度設定ステップＳ３０で設定した濃度の液体試料２について表面張力を測定する表面張力測定ステップＳ３２と、を有し、表面張力測定ステップＳ３２は、液体試料２を吐出装置３０に吐出させて所定の開始液量の液滴２ａを針３２の先端３２ａから垂下させる開始液滴形成ステップＳ１４と、針３２の先端３２ａから液滴２ａが落下する度に、液体試料２を吐出装置３０に吐出させて落下した液滴２ａよりも少ない修正液量の液滴２ａを針３２の先端３２ａから垂下させる修正液滴形成ステップＳ２２と、撮像装置４０により撮像した複数時点における液滴２ａの画像を取得する液滴画像取得ステップＳ１５と、取得した複数時点における液滴２ａの画像ごとに液体試料２の表面張力を導出する表面張力導出ステップＳ１６と、を有している。
【００９５】
このような構成とすることで、両親媒性分子を含有する液体試料２の動的な表面張力を、懸滴法により簡便に測定することが可能となるため、濃度の異なる多数の液体試料２の動的な表面張力を測定する必要のある臨界ミセル濃度の測定を迅速且つ効率的に行うことができる。従って、他の測定方法による専用の装置を用意することなく、既存の接触角測定装置等を有効活用して、臨界ミセル濃度を簡便に測定することができる。
【００９６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９７】
例えば、表面張力測定装置１または臨界ミセル濃度測定装置３を構成する各部材および機構等の形状および配置構成は、上記実施形態で示したものに限定されるものではなく、その他の各種形状および配置構成を採用することができる。
【００９８】
また、臨界ミセル濃度測定装置３の供給装置２００は、上記実施形態で示した構造のものに限定されるものではなく、その他の既知の構造のものであってもよい。例えば、供給装置２００は、濃度の異なる複数種類の液体試料２をそれぞれ貯留する複数の容器を備え、これら複数の容器から順番に液体試料２を供給するように構成されるものであってもよい。
【００９９】
また、上記実施形態において示した作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したものに過ぎず、本発明による作用および効果は、これらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の表面張力測定装置および表面張力測定方法、ならびに臨界ミセル濃度測定装置および臨界ミセル濃度測定方法は、各種界面活性剤等の両親媒性分子を扱う様々な分野において利用することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  表面張力測定装置
２  液体試料
２ａ  液滴
３  臨界ミセル濃度測定装置
３０  吐出装置
３２  針
３２ａ  針先
４０  撮像装置
１１０  制御装置
１１１  落下液滴形成手段
１１２  開始液量設定手段
１１３  開始液滴形成手段
１１４  修正液滴形成手段
１１６  測定終了手段
１２０  画像処理装置
１２２  液滴画像取得手段
１２３  表面張力導出手段
１３０  データ処理装置
１３１  有効表面張力選択手段
１３２  経時変化データ生成手段
２００  供給装置
Ｓ１４  開始液滴形成ステップ
Ｓ１５  液滴画像取得ステップ
Ｓ１６  表面張力導出ステップ
Ｓ２２  修正液滴形成ステップ
Ｓ３０  濃度設定ステップ
Ｓ３２  表面張力測定ステップ
【図１】
2014202579.tif 000003
【図２】
2014202579.tif 000004
【図３】
2014202579.tif 000005
【図４】
2014202579.tif 000006
【図５】
2014202579.tif 000007
【図６】
2014202579.tif 000008
【図７】
2014202579.tif 000009
【図８】
2014202579.tif 000010
【図９】
2014202579.tif 000011