(57)【要約】断面の一部が、液相との接触により測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固体試料１０により形成された薄層の流路１２を有し、この流路１２に液相を流通させることにより、測定対象の固体試料１０と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬し、固体試料１０及び液相の界面反応を起こさせる。このように、実際の環境を再現して起こした固液界面反応を測定することにより、実際の環境で生じる様々な固液界面反応を精度良く測定することができる。また、流路１２を薄層に形成することにより、流路１２内の液相の体積に対する固液界面の面積の割合が大きくなり、界面反応を高速に顕在化することができ、測定時間を大きく短縮できる。更に、流路１２の内部容積が微小であるため、測定の際に用いる液相量を大きく低減することができる。
2003091706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が、液相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された固体試料と、
少なくとも断面の一部が開放された溝が表面に形成された基板とを備え、
前記溝の開放部に前記測定対象の固相で蓋をするように、前記固体試料が前記基板に対して重ね合わされ、前記溝及び前記測定対象の固相によって、断面の少なくとも一部が前記測定対象の固相で形成されると共に、前記固相との接触により前記固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を流通する薄層の流路が形成されてなることを特徴とする固液界面反応用微小反応器。
【請求項２】
請求項１記載の固液界面反応用微小反応器において、前記溝の両端部分は、前記液相の供給口及び吐出口を形成することを特徴とする固液界面反応用微小反応器。
【請求項３】
請求項２記載の固液界面反応用微小反応器において、前記固体試料と前記基板との接触面は、前記流路からの前記液相の漏洩がないよう、互いに平滑に形成されていることを特徴とする固液界面反応用微小反応器。
【請求項４】
請求項２又は３記載の固液界面反応用微小反応器において、前記固体試料に用いる前記固相は、測定対象となる固液界面反応が起こる実際の環境から採取したものであることを特徴とする固液界面反応用微小反応器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の固液界面反応用微小反応器において、前記固相又は前記液相中に含まれる吸着性物質を、放射性同位元素としたことを特徴とする固液界面反応用微小反応器。
【請求項６】
固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を流通すると共に、少なくとも断面の一部が、前記液相との接触により測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された薄層の流路を有し、この流路に前記液相を流通させることにより、前記測定対象の固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬し、前記固相及び前記液相の界面反応を起こさせることを特徴とする固液界面反応用微小反応器。
【請求項７】
少なくとも断面の一部が開放された溝が表面に形成された基板に対し、前記溝の開放部に蓋をするようにして、液相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された固体試料を重ね合わせ、前記溝及び前記固体試料により、断面の少なくとも一部が前記測定対象の固相で形成された流路を有する固液界面反応用微小反応器を構成し、
前記測定対象の固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を、前記固液界面反応用微小反応器の流路に流通することにより、前記測定対象の固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬的に再現し、
この模擬的に再現した環境の下に生じる前記測定対象の固相と前記液相との界面反応を、前記固相又は前記液相の少なくとも一方の相の変化を検出することにより測定することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項８】
請求項７記載の固液界面反応測定方法において、
前記固液界面反応用微小反応器の流路に第１の液相を流通し、前記固液界面反応として前記第１の液相中の吸着性物質が前記固相に吸着する吸着反応速度を測定した後、
前記固液界面反応用微小反応器への送液を第２の液相に変更し、前記固液界面反応として、前記固相に吸着された前記吸着性物質が前記固相から脱着する脱着反応速度を測定し、
測定した前記吸着反応速度及び脱着反応速度を基に、吸着反応の平衡定数を評価することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項９】
請求項８記載の固液界面反応測定方法において、前記吸着性物質として放射性同位元素を用い、前記固相及び前記液相の少なくとも一方の放射性物質の濃度の時系列的変化を検出し、少なくとも、前記吸着物質の吸着反応、脱着反応、溶解反応のいずれかを測定することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項１０】
請求項７又は８記載の固液界面反応測定方法において、前記固相を放射性同位元素とし、前記固相及び前記液相の少なくとも一方の放射性物質の濃度の時系列的変化を検出し、少なくとも、前記固相の耐溶解性能又は耐腐食性能のいずれかを測定することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項記載の固液界面反応測定方法において、
実際の環境から採取した前記固相である試験片、又は実際の環境における前記固相の情報を顧客から受領し、
受領した前記試験片をもって前記固体試料とし、或いは、受領した前記試験片又は前記固相の情報に基づいて前記固体試料を製作し、
顧客に代わって前記固体試料の起こす前記液相との界面反応の測定を代行し、
得られた測定結果を顧客に提供することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか１項記載の固液界面反応測定方法において、
実際の環境から採取した前記固相である試験片、又は実際の環境における前記固相の情報を顧客から受領し、
受領した前記試験片をもって前記固体試料とし、或いは、受領した前記試験片又は前記固相の情報に基づいて前記固体試料を製作し、
この固体試料に応じて前記固液界面反応用微小反応器を設計すると共に、設計した前記固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応測定の仕様を決定し、
顧客が前記固液界面反応測定を行えるよう、前記固液界面反応用微小反応器の設計情報及び前記固液界面反応測定の仕様情報を顧客に提供することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項１３】
請求項７〜１０のいずれか１項記載の固液界面反応測定方法において、
実際の環境から採取した前記固相である試験片、又は実際の環境における前記固相の情報を顧客から受領し、
受領した前記試験片をもって前記固体試料とし、或いは、受領した前記試験片又は前記固相の情報に基づいて前記固体試料を製作し、
この固体試料に応じて前記固液界面反応用微小反応器を設計して製作すると共に、製作した前記固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応測定の仕様を決定し、
顧客が前記固液界面反応測定を行えるよう、前記固液界面反応用微小反応器及び前記固液界面反応測定の仕様情報を顧客に提供することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の固液界面反応測定方法において、設計又は製作した前記固液界面反応用微小反応器を用いて前記固液界面反応測定を行う試験装置を設計又は製作し、前記試験装置の設計情報又は前記試験装置を顧客に提供することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【請求項１５】
少なくとも断面の一部が、液相との接触により測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された薄層の流路に、前記固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を流通させることにより、前記測定対象の固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬的に再現し、
この模擬的に再現した環境の下に生じる前記測定対象の固相と前記液相との界面反応を、前記固相又は前記液相の少なくとも一方の相の変化を検出することにより測定することを特徴とする固液界面反応測定方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、耐溶解性及び耐腐食性、又は液相成分を吸着する性質、或いは接触した液相を変質させる特性等、固相（固体試料）の性能を評価する装置及び方法に関わり、特に固相と液相との界面における界面反応の測定に好適な固液界面反応用微小反応器及びこれを用いた固液界面の界面反応の測定方法に関するものである。なお、本願明細書では、吸着、付着、吸収等といった固液界面反応を総じ、適宜「吸着」と記載する。
背景技術
近年、生化学分野において、無細胞系蛋白質の合成反応や遺伝子の増幅反応等を評価する装置として、サンプルの微量化、反応や分析の高速化等といった様々な有効性を有するいわゆるマイクロリアクタを用いたものが開発されている。このマイクロリアクタとは、基板に数十〜数百μｍの幅の微細な流路を持つ反応器であり、例えば特開平１０−３３７１７３号公報等に既に提唱されている。この特開平１０−３３７１７３号公報に記載のマイクロリアクタは、基板に微小な液相の流路を形成し、この流路の一方に接続する２つの流入口と、流路の他方に接続する１つの流出口とを備えている。そして、２つの流入口を介し、それぞれ評価対象となる二種類の液体を送り込み、流路にて合成された液体を流出口を介して吐出するようになっている。回収された吐出液は、二液の合成反応の分析に供される。
こうした構成により、特開平１０−３３７１７３号公報に記載のものを始めとして、マイクロリアクタは、微細な流路に測定対象となる液体を送り込むため、液体の体積に対する液−液界面の面積が大きくなり、液体中の分子移動速度が高速化し、二液を効率的に反応させることができる。また、マイクロリアクタの流路は、容積が微量であるため、サンプルの量も少量で足り、かつ不純物の混入も抑制される。このように、マイクロリアクタは、様々な優位性を有する。
また、特開平１０−３３７１７３号公報においては、多数のマイクロリアクタを並列的に配置することにより、１０００以上の合成反応を同時に実施することを可能としたものも既に提唱されている。この特開平１０−３３７１７３号公報に記載のマイクロリアクタによれば、多数の生化学反応を同時かつ並列的に行うことが可能となり、効率的にデータを取得することができるとされている。これにより小型、軽量な試験装置が構築でき、また試験装置のシステム化により操作上のエラー低減も期待される。
また、上記の特開平１０−３３７１７３号公報に記載のものを始めとして、一般的に、例えばマイクロシリンジや微量送液ポンプ等といった送液手段がマイクロリアクタの各流入口に対応して設けられるため、通常、マイクロリアクタを多数配置すれば、それだけ送液手段も多数必要となる。そこで、このようにマイクロリアクタを多数配置した場合でも、多数の送液手段を必要としない技術として、毛細管現象を利用して流路に送液するタイプのものも特開２００１−８８０９６号公報に記載されている。
更に、生体分子間相互作用を測定する装置として、ビアコア株式会社のカタログに、マイクロリアクタに類似した反応器を用いた装置「Ｂｉａｃｏｒｅ（商標）３０００」が掲載されている。この装置に用いる反応器は、センサチップと称する部材とマイクロ流路系と称するフローセルとで構成されている。なお、この装置に用いられるセンサチップとは、ガラスに金の薄膜を蒸着し、金の表面にリガンドと称する分子を固定して形成したものである。上記マイクロ流路系は、このセンサチップのリガンドを固定した側の面に貼り合わされる。そして、マイクロ流路系に生体分子を含む溶液を送り込み、リガンドと生体分子との結合反応をモニタするようになっている。
「Ｂｉａｃｏｒｅ３０００」におけるモニタ方法は、光によるセンサチップの質量変化の検出によるものである。この装置では、センサチップ表面に光を照射する光源と、センサチップ表面からの反射光を検出する検出部とを、マイクロ流路系との間にセンサチップを挟むようにして設置している。即ち、リガンドに生体分子が結合して質量が変化すると、センサチップに微小な変形が生じるため、これに起因する反射光のずれを検出することで、リガンドと生体分子との結合を解析するようになっている。また、リガンドと生体分子との結合反応のモニタと交互して、マイクロ流路系に生体分子を含まない溶液を供給することにより、同様の方法でリガンドと生体分子との解離反応をモニタすることも可能となっている。
以上の「Ｂｉａｃｏｒｅ３０００」では、まず生体分子がリガンドと反応するかが判定でき（生体分子の特異性が確認でき）、かつ、結合時の質量変化カーブから求めた結合速度定数と、解離時の質量変化カーブから求めた解離速度定数とから、リガンドと生体分子の結合反応の平衡定数が求められるようになっている。
発明の開示
ここで、実際の環境下において、例えば、導水配管の腐食による水質低下等、固体と液体との界面反応により様々な現象が生じる。こうした様々な現象を解明するためには、固体と液体との界面で起こる現象を正確に評価する手段が必要となる。例えば、ある薬品に対する耐薬品強度を有する材質や塗料、或いはメッキ等の探査にも固液界面反応の測定が行われる。また、こうした腐食反応に限らず、例えば放射性物質の処理等でも、液体に含まれる放射性物質に対する固体の吸着性能を測定する。更に、接触した液相を固体が変質させるといった現象も現実の環境には存在する。このように、固体と液体との界面にて生じる界面反応を測定することは、様々な分野において、極めて重要なものである。
それに対し、上記の特開平１０−３３７１７３号公報や、特開２００１−８８０９６号公報に開示された技術は、液体同士の合成反応の測定は可能であるが、固液界面における界面反応の測定には適用できない。一方、上記「Ｂｉａｃｏｒｅ３０００」に関しては、生体分子とリガンド分子の結合反応又は解離反応を測定するものであるが、測定する事象は、溶液中の生体分子のリガンドに対する結合・解離に限定されており、固相の性能評価を行う概念のものではない。
しかし、これらの各技術は、化学反応が高速化される点、少量のサンプルにて測定が実施可能である点等、様々な優位性を有するものである。そこで本願発明者等は、マイクロリアクタのような微小な反応器を用い、固液界面における界面反応を測定することができれば、様々な分野において大きな貢献となることを知見した。しかしながら、現在のところ、マイクロリアクタのような微小な反応器を用いて固液界面における界面反応を測定する技術は存在せず、また、過去において着想されずにあった。
本発明は、実環境における固液界面で生じる界面反応の高速な顕在化、界面反応測定の精度向上に寄与することができる固液界面反応用の新規な微小反応器及びこれを用いた固液界面の界面反応の測定方法を提供することを目的とする。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも表面が、液相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された固体試料と、少なくとも断面の一部が開放された溝が表面に形成された基板とを備え、上記溝の開放部に上記測定対象の固相で蓋をするように、上記固体試料が上記基板に対して重ね合わされ、上記溝及び上記測定対象の固相によって、断面の少なくとも一部が上記測定対象の固相で形成されると共に、上記固相との接触により上記固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を流通する薄層の流路が形成されてなることを特徴とする固液界面反応用微小反応器を提供する。
本発明においては、このように、断面の一部が、測定対象となる固体試料により形成された薄層の流路に液相を流通させることにより、測定対象の固体試料と薄層の液相とが接触する実際の環境を微小スケールで模擬し、固体試料及び液相の界面反応を起こさせる。即ち、実際の環境を再現して起こした固液界面反応を測定することにより、実際の環境で生じる様々な固液界面反応を精度良く測定することに寄与する。また、流路を薄層に形成することにより、流路内の液相体積に対する固液界面の面積の割合が大きくなり、界面反応を高速に顕在化することができ、測定時間を大きく短縮できる。更に、流路の内部容積が微小であるため、測定の際に用いる液相量を大きく低減することができる。
このように、本発明によれば、実環境における固液界面で生じる界面反応の高速な顕在化、界面反応測定の精度向上に寄与することができる固液界面反応用の今までにない微小反応器及びこれを用いた固液界面の界面反応の測定方法を提供することができる。
（２）上記（１）において、好ましくは、上記溝の両端部分は、上記液相の供給口及び吐出口を形成する。
（３）上記（２）において、また好ましくは、上記固体試料と上記基板との接触面は、上記流路からの上記液相の漏洩がないよう、互いに平滑に形成されている。
（４）上記（２）又は（３）において、更に好ましくは、上記固体試料に用いる上記固相は、測定対象となる固液界面反応が起こる実際の環境から採取したものとする。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、上記固相又は上記液相中に含まれる吸着性物質を、放射性同位元素とする。
（６）上記目的を達成するために、また本発明は、固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を流通すると共に、少なくとも断面の一部が、上記液相との接触により測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された薄層の流路を有し、この流路に上記液相を流通させることにより、上記測定対象の固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬し、上記固相及び上記液相の界面反応を起こさせることを特徴とする固液界面反応用微小反応器を提供する。
（７）また、上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも断面の一部が開放された溝が表面に形成された基板に対し、上記溝の開放部に蓋をするようにして、液相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された固体試料を重ね合わせ、上記溝及び上記固体試料により、断面の少なくとも一部が上記測定対象の固相で形成された流路を有する固液界面反応用微小反応器を構成し、上記測定対象の固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を、上記固液界面反応用微小反応器の流路に流通することにより、上記測定対象の固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬的に再現し、この模擬的に再現した環境の下に生じる上記測定対象の固相と上記液相との界面反応を、上記固相又は上記液相の少なくとも一方の相の変化を検出することにより測定することを特徴とする固液界面反応測定方法を提供する。
（８）上記（７）において、好ましくは、上記固液界面反応用微小反応器の流路に第１の液相を流通し、上記固液界面反応として上記第１の液相中の吸着性物質が上記固相に吸着する吸着反応速度を測定した後、上記固液界面反応用微小反応器への送液を第２の液相に変更し、上記固液界面反応として、上記固相に吸着された上記吸着性物質が上記固相から脱着する脱着反応速度を測定し、測定した上記吸着反応速度及び脱着反応速度を基に、吸着反応の平衡定数を評価する。
（９）上記（８）において、また好ましくは、上記吸着性物質として放射性同位元素を用い、上記固相及び上記液相の少なくとも一方の放射性物質の濃度の時系列的変化を検出し、少なくとも、上記吸着物質の吸着反応、脱着反応、溶解反応のいずれかを測定する。
（１０）上記（７）又は（８）において、上記固相を放射性同位元素とし、上記固相及び上記液相の少なくとも一方の放射性物質の濃度の時系列的変化を検出し、少なくとも、上記固相の耐溶解性能又は耐腐食性能のいずれかを測定しても良い。
（１１）上記（７）〜（１０）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、実際の環境から採取した上記固相である試験片、又は実際の環境における上記固相の情報を顧客から受領し、受領した上記試験片をもって上記固体試料とし、或いは、受領した上記試験片又は上記固相の情報に基づいて上記固体試料を製作し、顧客に代わって上記固体試料の起こす上記液相との界面反応の測定を代行し、得られた測定結果を顧客に提供する。
（１２）上記（７）〜（１０）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、実際の環境から採取した上記固相である試験片、又は実際の環境における上記固相の情報を顧客から受領し、受領した上記試験片をもって上記固体試料とし、或いは、受領した上記試験片又は上記固相の情報に基づいて上記固体試料を製作し、この固体試料に応じて上記固液界面反応用微小反応器を設計すると共に、設計した上記固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応測定の仕様を決定し、顧客が上記固液界面反応測定を行えるよう、上記固液界面反応用微小反応器の設計情報及び上記固液界面反応測定の仕様情報を顧客に提供する。
（１３）上記（７）〜（１０）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、実際の環境から採取した上記固相である試験片、又は実際の環境における上記固相の情報を顧客から受領し、受領した上記試験片をもって上記固体試料とし、或いは、受領した上記試験片又は上記固相の情報に基づいて上記固体試料を製作し、この固体試料に応じて上記固液界面反応用微小反応器を設計して製作すると共に、製作した上記固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応測定の仕様を決定し、顧客が上記固液界面反応測定を行えるよう、上記固液界面反応用微小反応器及び上記固液界面反応測定の仕様情報を顧客に提供する。
（１４）上記（１２）又は（１３）において、設計又は製作した上記固液界面反応用微小反応器を用いて上記固液界面反応測定を行う試験装置を設計又は製作し、上記試験装置の設計情報又は上記試験装置を顧客に提供しても良い。
（１５）上記目的を達成するために、また本発明は、少なくとも断面の一部が、液相との接触により測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相により形成された薄層の流路に、上記固相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす液相を流通させることにより、上記測定対象の固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を模擬的に再現し、この模擬的に再現した環境の下に生じる上記測定対象の固相と上記液相との界面反応を、上記固相又は上記液相の少なくとも一方の相の変化を検出することにより測定することを特徴とする固液界面反応測定方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の固液界面反応用微小反応器及びこれを用いた固液界面の界面反応測定方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
ここで、現実の環境で固相が薄層の液相に曝される場合として、例えば、岩盤における亀裂と地下水との関係を挙げることができる。例えば、放射性廃棄物の地層処分を行う上で、地下水に溶解した放射性物質が岩盤中をどのように移動するかを把握することは極めて重要なことである。岩盤に生じる亀裂は、数十μｍ〜百数十μｍ程度の厚さである場合が多い。地下水がこの亀裂中を移動する際、地下水に含まれる放射性物質は、岩盤表面に吸着したり岩盤内に吸収されたり、或いは岩盤表面との相互作用により沈殿物を形成したり、コロイド化したりしながら、地下水とは異なる速さで岩盤中を移動していく。
本実施の形態は、このような場合を始めとして、固相が薄層の液相に曝される様々な現実の環境を微小スケールで模擬し、固液界面で生じる界面反応を測定するものである。即ち、固液界面で起こる界面反応を測定するに際し、巨視的な体系における固液界面に関わる現象を、微視的な観点から模擬するものである。なお、本発明の固液界面反応用微小反応器は、このように実環境における固液界面をスケールダウンしたモデルをチップ化したものであり、この観点から、本願明細書中の以下の記載において、適宜「マイクロモックアップ」と記載する。また、前述したように、本願明細書中において、「吸着」とは、吸着、付着、吸収等といった固液界面反応を総称するもので、特に区別のない場合は、それらの各反応（吸着、脱離、付着、吸収等）を総じて適宜「吸着」と記載する。
［１］基本構成
まず、本実施の形態の固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応の試験装置の一構成例を図１を用いて説明する。
図１に示す試験装置は、測定対象の固相との界面にて界面反応を起こす液相を貯留するタンク（供給液溜め）１と、固相と液相との界面モデルを微小化したマイクロモックアップ２と、このマイクロモックアップ２からの吐出液を回収する分割サンプラー（分割回収器）３と、この分割サンプラー３に回収された吐出液を分析する質量分析装置４とを有している。また、タンク１とマイクロモックアップ２との間は液相供給ライン５で接続されており、タンク１内に貯留された液相は、ポンプ（微量送液ポンプ）６により吸い上げられ、マイクロモックアップ２の供給口１３に供給されるようになっている。液相供給ライン５のポンプ６の下流側（上流側でも良い）には、液相供給ライン５を流れる液相の流量を検出し、流量調節器７に検出信号を出力する流量計８が設けられている。流量調節器７は、流量計８の検出信号を基に、ポンプ６の駆動速度を制御するものである。これにより、マイクロモックアップ２に対し、設定流量でほぼ一定に液相が供給されるようになっている。
マイクロモックアップ２は、液相との界面にて測定対象となる界面反応を起こす測定対象の固相を材質とした固体試料１０と、この固体試料１０と重ね合わされる基板１１とで構成されている。この基板１１の材質には、非溶解性の固体を用いる。また、基板１１には、固体試料１０との対向面に浅い溝９を形成してある。この溝９の断面の少なくとも一部（図１では上部側）は開放されている。そして、固体試料１０は、この溝９に蓋をするように、基板１１に対して密着して取付けられる。これにより、溝９は、断面の少なくとも一部が、測定対象となる固体試料１０で形成された液相の薄層流路１２を形成する。また、固体試料１０と基板１１との接触面は、流路１２からの液相の漏洩がないよう、互いに平滑に形成されている。このような構成により、液相供給ライン５から設定流量で送り込まれた液相は、上記供給口１３を介して流路１２に流入し、吐出口１４を介して上記分割サンプラー３に回収されるようになっている。
分割サンプラー３は複数の試験管を備えたもので、これら各試験管は、一定時間毎に新しいものと交換され、吐出ライン１５を介して吐出されるマイクロモックアップ２からの吐出液を、各試験管に順次回収するものである。各試験管にて順次回収した吐出液は、質量分析装置４によって成分濃度の測定に供され、固体試料１０と液相との界面反応の評価に用いられる。
なお、以上の試験装置において、マイクロモックアップ２に対してほぼ設定流量で一定に送液できる構成であれば、ポンプ６、流量調節器７、流量計８等の配置及び形式等は、特に限定されるものではない。また、図１では固液界面反応の分析を行うものとして質量分析装置４を用いたが、これも一例であって特に限定されるものではない。実際には、調べたい固液界面反応の種類、固体試料１０の材質や液相の種類の組合せ等に応じたタイプの分析装置を適宜用意する。また、分析装置のタイプにもよるが、図１のように液相の流通ラインに対して別途配置する場合もあるし、液相の流通ラインに沿って設置される場合もある。更に、吐出液のサンプリングに試験管（分割サンプラー３）を用いたが、これも測定に応じて用意されるものであって特別な限定はない。例えば、吐出液を濾紙に染込ませてサンプリングする場合もあるし、分析装置をオンラインにした場合等は、サンプリングが必要ない場合もある。
なお、マイクロモックアップ２に用いる固体試料１０は、実際の環境下にて採取したものを用いると好ましい。こうした固液界面反応の測定のニーズのある顧客から受領した固相の試験片を用いることにより、固相と液相とが接触する実際の環境を忠実に模擬することが可能となる。また、受領した試験片がそのまま固体試料１０として使用できない場合等は、試験片を適宜加工して固体試料１０を製作すれば足りる。更に、試験片自体が入手できなくても、顧客から実際の環境における固相の情報を入手し、この情報を基に、実際環境における固相と実質的に同じ固相を選定又は製作し、固体試料１０を製作すれば良い。
また、固体試料１０は、測定対象となる固相そのものを成形したものとしても良いし、例えば板状の基板の表面に測定対象の固相を貼り合わせたものとしても良い。要は、基板１１の溝９を固相部分で被覆することにより、基板１１の溝９と共に、断面の一部が固相で形成された流路１２を形成ようにすれば良い。
また、基板１１の溝９の深さは実質的に流路１２の厚さとなる。この溝９の深さを始めとして、溝９の幅、長さ、形状等も、固相と液相との接触時間、接触割合、接触状態等を模擬する上で重要な要素となるので、測定対象となる固液界面反応を想定して予め検討しておくと好ましい。
［２］固液界面反応測定の従来方法
ここでは、本実施の形態における固相性能測定の原理を説明する前に、従来の固相性能測定の一般的な例を以下に説明する。測定原理については後述するが、現在、固体試料（固相）の性能評価技術としては、いわゆる浸漬法と強制対流法とが一般的な手法として挙げられる。
浸漬試験とは、評価する材料（固体試料）をその使用環境に近い溶液（液相）中に一定時間浸漬し、固体試料の減少量又は液相中へ溶出した量を測定する方法である。固体試料の材質と液相の種類の組合せは、例えば、船体で使用される合金と海水、使用済原子燃料の再処理工場で使用されるステンレス鋼と硝酸、眼鏡の製造又はメッキで使用されるニッケルと汗等、多岐にわたる。また、測定の目的も、金属材料の耐食性や、プラスチック、ゴム等からの有害物質の溶出速度等の測定等、多種多様である。更に、こうした固相から液相への物質移動のみならず、液相から固相への物質移動の測定等にも適用される。
一方、上記強制対流法は、電気化学の分野ではよく採用される手法である。この強制対流法においては、例えば、側面を絶縁材料で構成し、底面に電気伝導性を持たせた円柱状の固相（電極）を液相に浸漬して回転させ、液相に対流を生じさせる。これにより、固相の底面に平行な液相の流れ（即ち、強制対流）が生じ、かつ、固相の底面からの距離が数十〜数百μｍの範囲の位置では、液相がほぼ静止した状態となる。なお、以下において、適宜、液相が強制対流している部分を動水層、液相が静止している部分を静止水層と記載する。上記の浸漬法においては、液相の対流は、自然対流により生じ、静止水層の厚さは強制対流法と比較して厚いものとなる。
静止水層外側の動水層から固相底面への物質の移動速度は、静止水層の厚さによって定まるものである。固相の回転速度が大きければ、それだけ静止水層は薄くなり、物質の移動速度も増加する。固相（電極）に流れる電流は、電極の液相に対する反応速度と、電気を運ぶ物質の液相中の移動速度に依存するが、回転速度を大きくして物質の移動速度を十分に早くすれば、液相中の物質の移動速度の影響を低減させることができる。強制対流法では、固相の溶解反応による電流を測定することにより、溶出速度を評価することができる。更に、以上は導電性の固相（電極）の性能測定を例として掲げたが、強制対流法は、液相の組成を時系列的に測定することで、例えばプラスチックやガラス等の反応速度の測定にも適用できる。
［３−１］従来方法における固液界面反応の測定原理
以下に、以上の浸漬法又は強制対流法における固相の性能測定の原理を説明する。
図２は、浸漬法又は強制対流法における固体試料（固相）と液相との界面部分のモデル図である。この図２において、固体試料１００から液相への溶解速度を測定する場合を例に挙げると、まず、自然対流又は強制対流により、固体試料１００表面から距離Ｌだけ離れた位置に動水層１０１が形成され、動水層１０１と固体試料１００との間には静止水層１０２が形成される。固体試料１００の静止水層１０２との界面においては、固相成分の溶解による物質移動が起こる。また、その逆反応として、静止水層１０２の固体試料１０１との界面において、溶解した物質が液相から固体試料１００に析出する。動水層１０１における溶解物質の濃度は、液相の対流により一様な状態となっている。
固体試料１００の単位表面積当りの物質の溶解速度（固体試料１００から静止水層１０２への物質移動速度）をＶ１、固体試料１００の単位表面積当りの物質の析出速度（静止水層１０２から固体試料１００への物質移動速度）をＶ２とする。析出速度Ｖ２は、静止水層１０２の固体試料１００との界面における溶解物質の濃度Ｃ０に近似的に比例するため、比例定数ｋを用いて以下の（数式１）のように表される。
2003091706.tif 000003
静止水層１０２の固体試料１００との界面における溶解物質の濃度Ｃ０は、動水層１０１における溶解物質の濃度Ｃ１より十分大きい（Ｃ０＞Ｃ１）ので、静止水層１０２の固体試料１００との界面における溶解物質は、拡散して静止水層１０２を通過し、その後動水層１０１に移動する。この静止水層１０２から動水層１０１への拡散速度Ｖ３は、溶解物質の拡散係数をＤ、静止水層１０２の厚さをＬとすると、濃度Ｃ０及び濃度Ｃ１の差を用いて、以下の（数式２）のように表される。但し、Ｌは静止水層１０２の厚さである。
2003091706.tif 000004
前述のように、通常、静止水層１０２の固体試料１００との界面における溶解物質の濃度Ｃ０は、動水層１０１における溶解物質の濃度Ｃ１に比べて十分に大きいので、（数式２）は次の（数式３）のように近似される。
2003091706.tif 000005
実際には、浸漬法又は強制対流法にて測定される値は、動水層１０１における溶解物質の濃度Ｃ１の時間変化である。即ち、浸漬試験や強制対流法における測定結果は、固体試料１００成分の溶解速度Ｖ１ではなく、静止水層１０２における溶解物質の拡散速度Ｖ３となる。この拡散速度Ｖ３は、時間Δｔにおける動水層１０１の溶解物質の濃度Ｃ１の変化をΔＣ１、動水層１０１の液相体積をＢ、固体試料１００の表面積をＡとすると、以下の（数式４）によっても与えられる。
2003091706.tif 000006
物質収支から、以下の（数式５）が成立する。
2003091706.tif 000007
この（数式５）に（数式１）と（数式３）を代入すると、以下の（数式６）が得られる。
2003091706.tif 000008
また、（数式３）を静止水層１０２の固体試料１００との界面における溶解物質の濃度Ｃ０について解くと、以下のようになる。
2003091706.tif 000009
先の（数式６）にこの（数式７）を代入すると、次の（数式８）が得られる。
2003091706.tif 000010
この（数式８）を溶解物質の拡散速度Ｖ３について解くと、次の（数式９）が得られる。
2003091706.tif 000011
この（数式９）によれば、溶解物質の拡散速度Ｖ３は、溶解速度Ｖ１に比例することが分かる。このとき、静止水層１０２の厚さＬが（ｋ／Ｄ）に比べて十分に小さければ、溶解物質の拡散速度Ｖ３は、溶解速度Ｖ１に近似される。
これは即ち、静止水層１０２の厚さが十分に小さければ、動水層１０１における溶解物質の拡散速度Ｖ３の値は、測定すべき溶解反応の速度、即ち溶解速度Ｖ１と見なすことができるということである。従って、静止水層１０２の厚さＬを薄くすることにより、溶解速度Ｖ１を精度良く測定することができる。
［３−２］従来方法の課題
しかしながら、上記の浸漬法では、一般的に、動水層１０１の対流は自然対流により生じるため、静止水層１０２が比較的厚くなる。従って、上記の原理により、測定された拡散速度Ｖ３と、測定すべき溶解速度Ｖ１との差が大きくなってしまう場合がある。そのため、液相を攪拌したり、固体試料１００を粉砕して液相との接触面積を増大させる等といったことも行われるが、液相を攪拌する場合には、液相中の濃度分布にバラツキが生じ、均一条件での測定結果とは言えなくなる。固体試料１００を粉砕する場合には、固体試料１００の実際の使用環境とは著しく条件が異なってしまい、実環境に則した測定結果が得られなくなってしまう。また、浸漬法では自然対流により静止水層１０２が形成されるため、静止水層１０２の厚さＬが（ｋ／Ｄ）より小さいかどうかの推測も困難である。以上のことから、浸漬法では、真の溶解反応の顕在化が困難となる場合がある。
一方、強制対流法では、固体試料１００の回転速度を上げ、対流を強くしていくことにより、静止水層１０２の厚さＬを小さくしていくことができる。従って、強制対流法においては、理論上、固体試料１００の回転速度を上げていくことにより、溶解反応を顕在化することができる。しかしながら、強制対流法においては、固相（電極）に電位をかけることで反応を進行させる場合、電位がかかっていない一般的な環境下における固液界面の反応を測定するものではなく、適用範囲が限定される。また、液相の組成を時系列的に測定する場合であっても、静止水層に対し動水層の体積が多量であるため、動水層の濃度変化が測定できる程度の液相の対流を生じさせるのに時間がかかり、高速な界面反応には対応しきれない。例えば、吸着反応のように、一定量の反応で界面反応が停滞してしまう飽和型の反応を測定する場合、液相濃度の変化が小さいうちに反応が終了してしまうため、測定自体が難しい。また、実際の環境を忠実に再現したものでもなく、固相側の状態を測定するのも困難である。
［４−１］本実施の形態の固液界面反応（溶解反応）の測定原理
本実施の形態においては、物質移動速度の影響を抑制し固相と液相との界面反応を顕在化させ、固液界面で生じる界面反応を測定することができる。以下にその原理を説明する。なお、上述の浸漬法又は強制対流法の測定原理の説明に対応し、ここでは固相の溶解速度を測定する場合を例に挙げて説明する。
図３は、本実施の形態における固相と液相との界面部分を模擬したモデル図であり、図１と同様の部分には同符号を付してある。
本実施の形態において、固体試料１０の溶解速度を測定する際には、まず流路１２に液相を流通させ、水層を形成する。これにより、固体試料１０の流路１２内の水層との界面において、固相成分の溶解による物質移動が起こる。この物質移動速度、即ち溶解速度をＶ１とする。一方、流路１２の水層の固体試料１０との界面では、逆反応として溶解物質が固体試料１０に析出する反応が起こる。この物質移動速度、即ち析出速度をＶ２とする。析出速度Ｖ２は、浸漬法又は強制対流法と同じく、流路１２内の水層の固体試料１０との界面における溶解物質の濃度Ｃ０に近似的に比例する。
流路１２内の水層の固体試料１０との界面における溶解物質は、拡散により流路１２内の水層に拡散していく。流路１２内の水層中において、溶解物質の拡散速度及び一定時間後の濃度は、固体試料１０との位置関係（距離）によって異なる。固体試料１０との距離Δｍの位置において、時刻ｔから（ｔ＋Δｔ）における濃度変化ΔＣ（０，ｔ）は、近似的に下記の（数式１０）で求めることができる。但し、（数式１０）中におけるＣ（１，ｔ）は、流路１２内の水層において、固体試料１０からの距離がΔｍと（２×Δｍ）の間にある液相の濃度である。
2003091706.tif 000012
また、固体試料１０からの距離が（ｎ×Δｍ）から｛（ｎ＋１）×Δｍ｝の範囲にある液相の時刻（ｔ＋Δｔ）における溶解物質の濃度変化ΔＣ（ｎ，ｔ）は、下記の（数式１１）で与えられる。
2003091706.tif 000013
また、流路１２における固体試料１０との対向壁面近傍の液相の時刻（ｔ＋Δｔ）における溶解物質の濃度変化ΔＣ（ｐ，ｔ）は、次の（数式１２）で与えられる。
2003091706.tif 000014
ここで、（数式１０）及び（数式１１）を基に、流路１２内の水層における固体試料１０からの距離と濃度分布との関係を求めた。その結果の一例を図４に示す。但し、ここでは溶解と拡散の物性値として次の値を用いた。
Ｖ１＝１×１０−９［ｍｏｌ／ｍ２］
Ｖ２＝１×１０−５［ｍｏｌ／ｍ５］
Ｄ＝１×１０−９［ｍ２／ｓ］
Ｍ＝１００［μｍ］（１×１０−４［ｍ］）
なお、図４中に記載した「接触時間」とは、液相成分が流路１２を通過するに際し固体試料１０と接触する時間である。具体的には、流路１２において、固体試料１０が流路１２の壁面の一部を形成している部分の容積［ｍ３］を液相の流量［ｍ３／ｓ］で除した値を接触時間として用いた。
図４に示した例においては、接触時間が０．５秒の場合、液相の固体試料１０との界面における溶解物質の濃度は約０．２ｍｏｌ／ｍ３である。そして、固体試料１０との距離が大きくなる程、溶解物質の濃度は低下し、固体試料１０との距離が約８０μｍの位置でほぼ０（ゼロ）になる。その後、接触時間を１秒とすると、流路１２中の固体試料１０との対向壁面まで溶解物質が到達し、接触時間１．５秒以上になると、濃度分布が全体的に増加していく。
流路１２からの吐出液中の溶解物質の濃度Ｃは、接触時間を変えて行った各測定毎に、図４の曲線（濃度分布）の平均値で求められる。この吐出液中の溶解物質濃度Ｃを用いると、溶解速度Ｖ１と析出速度Ｖ２の差、即ち見かけの溶解速度を下記の（数式１３）のように算出することができる。但し、下記の（数式１３）において、Ａは固体試料１０の液相との界面の表面積「ｍ２］、Ｂは固体試料１０が一部を形成する部分の流路１２の体積［ｍ３］、ｔは接触時間［ｓ］とする。
2003091706.tif 000015
図４の結果に関し、（数式１３）に基づく接触時間と見かけの溶解速度との関係を図５に示す。図５に示す見かけの溶解速度は、接触時間が短い程速く、接触時間が長い程遅くなっている。ここで、先の図４を見ると、流路１２中の固体試料１０に接する部分における液相の溶解物質の濃度は、接触時間が長いほど高くなる。これは、接触時間が長い程、逆反応の寄与が大きくなるためである。このことから、接触時間を短くすることで溶解反応が顕在化されることとなり、図５の結果によれば、真の溶解速度が１×１０−５［ｍｏｌ／ｍ２／ｓ］程度であると評価される。
また、一般的に、拡散による物質の移動距離は、拡散時間の平方根に比例する。図５に示した見かけの溶解速度と接触時間の関係は、縦軸及び横軸に、それぞれ見かけの溶解速度の逆数及び接触時間の平方根を取ると、図６に示すような直線に直すことができる。即ち、接触時間の平方根に対し、見かけの溶解速度の逆数をプロットすれば、Ｙ切片（ｔ＝０）から真の溶解速度Ｖ１（逆数）が求められる。このような原理により、本実施の形態においては、固体試料１０の耐溶解性能を測定する。
［４−２］本実施の形態における脱着反応の測定原理
以上は固体試料１０の耐溶解性能を測定する場合を例に挙げて説明してきたが、本実施の形態は、耐溶解性能に限られず、他の様々な固体性能の測定に適用可能である。以下に、その例として、液相物質が固体試料１０に吸着する現象、及び吸着した物質が液相に移行する脱着現象に関わる吸着性能及び脱着性能の測定への適用例を説明する。
まず、脱着性能測定に関して先の図３を参照しつつ説明する。脱着反応は、上述の溶解反応と類似した反応である。異なる点は、反応の進行に伴い、固体試料１０の表面に吸着している吸着性物質の濃度が減少し、脱着の速度が遅くなっていく点である。従って、溶解反応と同様、接触時間を短くすることにより、脱着反応を顕在化し、脱着速度、即ち固体試料１０の脱着性能を測定することができる。また、固体試料１０表面に吸着している吸着性物質の濃度が減少するので、吐出液の濃度は次第に低下していく。そのため、サンプリングした吐出液の濃度の時間変化から、固体試料１０の表面に吸着している吸着性物質の濃度と脱着時間との関係が求められる。
本実施の形態においては、このような原理により、上記同様、固体試料１０の脱着性能を測定することができる。
［４−３］本実施の形態における吸着反応の測定原理
次に、吸着反応に関して説明する。吸着性能を測定する際には、まず、先の図３において、流路１２に吸着性物質を含む液相を流通させ、流路１２内に水層を形成する。流路１２内にて液相が固体試料１０と接触すると、吸着反応による液相から固体試料１０表面への吸着性物質の移動が起こる。この吸着速度Ｖ２は、流路１２内の水層の固体試料１０との界面における吸着性物質の濃度Ｃ０に近似的に比例する。また、反対に、脱着反応により、固体試料１０の表面から液相への吸着性物質の移動が起こる。この脱着速度をＶ１とする。
固体試料１０への吸着により液相中の吸着性物質の濃度が下がると、流路１２内の吸着性物質は、固体試料１０近傍に向かって拡散する。その移動速度と一定時間後の濃度は、固体試料１０からの距離によって異なる。流路１２内において、固体試料１０からの距離と吸着性物質の濃度との関係は、前述した溶解の場合と同様、（数式１０）〜（数式１２）によって近似的に求められる。（数式１０）及び（数式１１）を用いて流路１２内の水層の吸着性物質の濃度分布を求めた結果の一例を図７に示す。但し、この例では吸着、脱着と拡散の物性値として次の値を用いた。
Ｖ１＝１×１０−５［ｍｏｌ／ｍ２］
Ｖ２＝１×１０−５［ｍｏｌ／ｍ２］
Ｄ＝１×１０−９［ｍ２／ｓ］
また、流路１２の深さ（固体試料１０と溝９における固体試料１０の対向壁面との距離）はＭ＝１００［μｍ］（１×１０−４［ｍ］）、吸着性物質の初期濃度は１［ｍｏｌ／ｍ３］とした。
図７に示すように、接触時間が０．５秒の場合、固体試料１０との界面における吸着性物質の濃度は約０．８ｍｏｌ／ｍ３で、固体試料１０から離れる程、吸着性物質の濃度が高くなり、固体試料１０からの距離が約８０μｍのところで、ほぼ初期濃度になる。接触時間が１秒の場合、流路１２における固体試料１０との対向壁面（固体試料１０との距離が１００μｍの位置）であっても、吸着物質の濃度が初期濃度を下回る。そして、接触時間を１．５秒以上にすると、濃度分布が全体的に減少していく。このように、吸着反応の測定においては、先に説明した溶解反応の傾向（図４参照）と逆の傾向を示す。
流路１２からの吐出液中の吸着性物質の濃度Ｃは、各接触時間において、それぞれ図７の曲線（濃度分布）の平均値で求めることができる。吐出液中の吸着性物質の濃度Ｃを用いると、脱着速度Ｖ１と吸着速度Ｖ２との差、即ち、見かけの吸着速度は次の（数式１４）のように表される。
2003091706.tif 000016
こうして得られた接触時間と見かけの溶解速度との関係は、一例として図８のようになる。流路１２中の吸着性物質の濃度は、先の図７のように、接触時間が長いほど初期濃度に対して小さくなり、吸着反応による吸着性物質の消費の影響が現れる。即ち、接触時間が短い程、見かけの吸着速度は真の吸着速度に近づき、接触時間が長い程、真の値より小さくなっていく。言い換えれば、接触時間を短くすることで、吸着反応を顕在化することができる。従って、図８において、真の溶解速度は、約１×１０−５［ｍｏｌ／ｍ２／ｓ］と評価することができる。
また、一般的に、拡散による物質の移動距離は拡散時間の平方根に比例する。図８の見かけの吸着速度と接触時間との関係は、縦軸及び横軸に、それぞれ見かけの吸着速度の逆数及び接触時間の平方根を取ると、図９のような直線に直すことができる。即ち、接触時間の平方根に対して見かけの吸着速度の逆数をプロットすれば、Ｙ切片（ｔ＝０）から真の吸着速度Ｖ２が求められる。
［４−４］本実施の形態における変質反応の測定原理
また、本実施の形態は、液相の変質という現象についても適用できる。ここでいう変質とは、固相と液相との間に明確な物質の移動は認められないものの、固相に接した液相成分が変化する反応を指す。以下、この変質反応の測定原理を説明する。
変質反応における液相での物質収支は溶解反応と類似する。ここで、図３において、流路１２内の液層の成分Ａが成分Ｂに変質する場合を考えると、成分Ｂは固液界面において、固体試料１０から流路１２内の液相に拡散していく。このとき、固液界面部分の成分Ａの濃度が低下するので、成分Ａは流路１２内の液相から固体試料１０に向かって移動していく。また、成分Ａの消費量は成分Ｂの生成量に等しいので、成分Ａに着目すると、変質反応により、液相の固体試料１０との界面における成分Ａの濃度が下がり、流路１２内の成分Ａは、固体試料１０近傍に向かって拡散していく。この成分Ａの挙動は、吸着現象における吸着性物質の挙動（図７参照）と同様であり、図９と同じ要領で、接触時間の平方根に対して成分Ａの見かけの消費速度の逆数をプロットすれば、Ｙ切片（ｔ＝０）から変質現象の速度が求められる。また、変質反応の測定の場合、成分Ａと成分Ｂの濃度に関連があるので、成分Ｂを測定しても良い。このように、本実施の形態においては、液相の変質についても固体試料１０と液相の界面反応を顕在化することができる。
［５］作用効果
本実施の形態は、新規な固液界面反応用微小反応器であるマイクロモックアップ２を用いることにより、固液界面反応の高速な顕在化を、少量の液相を用いて実現することができる。なおかつ、上述の浸漬法や強制対流法等といった従来の固体性能測定方法における課題を解決し、固体性能の測定に適用可能である点と、固体性能測定の所要時間の短縮が可能である点において、顕著な効果を奏するものである。
図２のモデル図を用い、強制対流法においては、固体試料１００と動水層１０１との間の静止水層１０２の厚さを、例えば数十〜数百μｍの厚さに薄くすることで、物質移動速度の影響を抑制し固相と液相の界面反応を顕在化させることができることは上述した。
本願発明者等は、このことから、図１に示すように、基板１１の表面に薄層（例えば数十〜数百μｍ）の流路１２を形成し、この流路１２を固体試料１０で密閉することにより、実環境における固相と液相との界面を微小スケールで模擬し、これにより固体試料１０と液相との界面反応を顕在化することができることを知見した。即ち、流路１２の壁面の一部を固体資料１０で形成し、かつその流路１２を例えば数十〜数百μｍ程度の薄いものとすることにより、固相が液相に曝される現実の環境をスケールダウンして模擬することができる。従って、固相及び／又は固相に接した液相の相の変化の測定結果から、固相又は液相の化学変化の評価として、実環境に近い結果を得られる。
なおかつ、マイクロモックアップ２の流路１２は、非常に薄く（例えば数十〜数百μｍ）、流路１２内では、液相の体積に対する固液界面の面積の割合が、浸漬法や強制対流法等といった従来方法に比べて非常に大きなものとなる。それゆえ、固体試料１０と液相との界面における界面反応を高速に生じさせることができ、反応測定に要する時間を大幅に短縮することができる。そして、流路１２の厚さが非常に薄いため、流路１２の内部容積もそれだけ微小なものとなり、界面反応の測定に用いる液相も極少量で足りるといったメリットがある。
また、本実施の形態の構成によれば、物質の移動速度の影響を受けることが抑制される。また、強制対流法と異なり、電位がかかっていない一般的な環境での界面反応を測定することも容易である。更に、強制対流法における静止水層に相当する液相だけが分割サンプラー３に採取されるため、吐出される液相の組成を時間を追って測定することにより、液相成分の濃度変化も容易に検出することができる。また、採取した液相は、時々刻々と吐出されるものであるため、吸着反応のように、一定量の反応で界面反応が停滞してしまう飽和型の化学反応を測定する場合でも、採取した液相の濃度変化の測定により容易に測定を行うことができる。
また、分割サンプラー３にて採取した液相を評価する方法の他にも、本実施の形態のマイクロモックアップ２を用いた場合、例えば固体試料１０を基板１１から取外し、この固体試料１０の表面の物質濃度を測定することによっても固液界面の界面反応を評価することができる。
また、吸着物質の吸着反応、脱着反応、溶解反応等を測定する場合等においては、例えば液相中の吸着性物質として放射性同位元素を用い、固体試料１０又は液相中のいずれかの放射性物質の濃度を時間を追ってモニタすることにより容易に行うことができる。また、固相（固体試料１０）を放射性同位元素で構成して測定を行い、固相及び液相の少なくとも一方の放射性物質の濃度変化を時間を追ってモニタすることにより、固体試料１０の耐溶解性能、耐腐食性能等を測定することも容易である。これらの場合、放射性物質濃度は、液相側の濃度を測定しても、固体試料１０側の濃度を測定しても構わない。具体的には、固体試料側の濃度は、固体試料１０の表面に放射線検出器を取付ければ良いし、液相側の濃度は、流路面に放射線検出器を取付ければ測定できる。このように、マイクロモックアップ２を用いた固液界面反応測定においては、固相側の相の変化を検出することによっても、固液界面反応を評価することができる。勿論、両者の相の変化を検出しても良い。
また、必要に応じ、基板１１を挟んで固体試料１０と対向するように、Ｘ線回折装置や赤外分光装置等を設置し、固体試料１０の状態をモニタする構成としても良い。本実施の形態においては、マイクロモックアップ２を用いることにより、固液界面反応を高速に顕在化することができると共に、液相を流通させて測定を行うことができる。そのため、必要に応じてＸ線回折装置や赤外線分光装置等といった測定装置を液相の流通ラインに設置した場合、固相や液相の成分濃度をオンラインで測定することも可能となる。
また、例えば、顧客より、固相の性能試験、又は試験装置の設計、製作等を委託された場合、実際の環境から採取した固相の試験片又は実際の環境下における固相の情報を顧客から受領することにより、以下のようなメリットが得られる。
即ち、固相と液相の反応は、測定対象とする固相又は液相に応じて異なる他、要求される知見も対象分野により異なるため、固相と液相の反応の顕在化のために必要な、基板１１の大きさ、流路１２の深さ、長さ、形状、液相の流速、固相及び／又は液相の変化の検出・分析の手法等は、場合によって異なる。このため、顧客は、一般化された本発明の固液界面反応用微小反応器（マイクロモックアップ２）又はこれを用いた試験装置等を購入しても、必ずしも所望の測定に適用できるとは限らない。また、固液界面の界面反応の測定に関し、顧客が必ずしも精通しているとは限らず、好適な測定条件を見出すことができない場合も想定される。そこで、顧客からの委託により、その測定内容に応じて測定を代行したり、マイクロモックアップやこれを用いた試験装置等の設計や製作を行う。
この場合、マイクロモックアップのサイズや流路形状等、或いは測定条件等といったものは、測定対象となる固相や液相の性質、また入手した固相の試験片のサイズや形状等によっても変わってくる。そこで、測定対象となる固相の試験片又は固相の情報を顧客から受領し、専門的立場に立って、マイクロモックアップや試験装置の設計・製作、測定仕様の設定等を行う。具体的には、固体試料の大きさや、固相の性質、調べたい反応に応じ、マイクロモックアップの大きさや、基板に形成する流路の深さ及び長さ、流路形状を設計し、また、液相の流速、固相及び／又は液相の変化の検出と分析の方法、そして好適な測定条件等といった仕様を設定する。
これにより、測定を委託された場合には、専門的な知識に基づいた最適な測定を実施することができ、信頼性の高い固液界面反応の評価結果を顧客に提供することができる。また、マイクロモックアップや試験装置の設計を委託された場合、顧客のニーズに応じた好適なマイクロモックアップや試験装置の設計データを提供することができる。その結果、専門的な知識を有さない顧客であっても、マイクロモックアップや試験装置を製作し、それを使用することにより、好適な固液界面反応の測定結果を得ることができる。勿論、マイクロモックアップの製作を委託された場合であっても、顧客から受領した固相又はその情報に基づいて所望のマイクロモックアップや試験装置を製作することができ、顧客はこれを用いて信頼性の高い固液界面反応の評価を行うことができる。
また、設計及び製作を委託された場合、設計のみを行い、製作を他の製造業者に委託しても構わない。また、マイクロモックアップ（固液界面反応用微小反応器）は、固体試料を基板に取付けた状態で提供しても良いし、製作した固体試料及び基板を貼り合わせる前の状態で提供することもある。いずれにしても、顧客から実際の固相又はその情報を受領し、測定の代行、マイクロモックアップや試験装置の設計、製作等を請け負うことにより、より現実環境に近い固液界面のモデルを精度良く模擬することができ、専門的な立場に立って、顧客の要求を満たす的確なサービスを提供することができる。
［６−１］固体試料の耐溶解強度測定の実施例
本願発明者等は、図１の試験装置を用い、金属材料の腐食評価試験を行った。
まず、固体試料１０として鉄材を用い、供給する液相として６ｍｏｌ／Ｌの硝酸をタンク１に装荷した。そして、流量調節器７により、液相成分の固体試料１０との接触時間が２５秒になるように液相流量を調節した。なお、この流量と接触時間の関係は、固体試料１０に代えて透明ガラスを基板１１に取り付け、着色した水を供給液として流路１２に送り込み、この着色した水が、流路１２内の固体試料１０との接触領域に侵入し、通り抜ける迄の時間を計測することにより予め校正してある。そして、吐出ライン１５から吐出された液相を分割サンプラー３の試験管に受け、吐出開始後３０分でポンプ６を停止させた。なお、この間、分割サンプラー３の試験管は５分毎に新しいものと交換した。その後、質量分析装置４により、各試験管に採取した吐出液中の鉄濃度を測定した。最初期の吐出液を除く５本の試験管に回収された吐出液の鉄濃度の平均値を求め、接触時間２５秒における鉄濃度とした。
続いて、流量調節器７により、液相の固体試料１０との接触時間を調節し、それぞれ接触時間を２０秒、１５秒、１０秒、５秒と変え、それぞれについて同じ要領で鉄濃度を求めた。そして、上述の（数式１３）において、溶解物質の濃度Ｃとして各接触時間における鉄濃度を用い、各接触時間における見かけの溶解速度を算出した。
図１０は、算出した見かけの溶解速度の逆数を、接触時間の平方根に対してプロットして得たグラフである。この図１０のグラフにおいて、各測定点を接触時間ゼロに直線外挿すると、外挿入値は約１×１０５となる。しかし、厳密に測定点の位置に注目すると、各測定点から得られる関係は、直線ではなく下に凸の曲線で表される。このことから、この試験では、溶解反応の速度が大きいため、接触時間が長いと、見かけの溶解速度が急速に小さくなっていると考えられる。従って、真の溶解速度の逆数は、直線外挿した外挿入値（約１×１０５）よりは大きく、接触時間５秒の場合の測定結果（約３×１０５）よりは小さいと推定される。即ち、図１０の結果からは、真の溶解速度の値は、０．３３×１０−５〜１．０×１０−５［ｍｏｌ／ｍ２／ｓ］の間にあると評価される。
しかしながら、この評価ではまだ推定範囲が大きいので、もう少し範囲を絞り込む必要があった。従って、上記と同じ要領で、接触時間を０．５秒、１秒、２秒と変え、それぞれにおいて見かけの溶解速度を測定し、得られた溶解速度の逆数を接触時間の平方根に対してプロットした。図１１は、そのグラフを示している。
図１１に示すように、接触時間０．５秒〜５秒までの測定点をプロットした結果、得られた関係は良好な直線性を示し、外挿点は２×１０−５となった。従って、真の溶解速度の逆数は、外挿点（２×１０５）より大きく、０．５秒での測定結果（２．５×１０５）より小さい値と推定される。これにより、真の溶解速度の値は、０．４×１０−５〜０．５×１０−５［ｍｏｌ・ｍ−２・ｓ−１］の間にあると評価された。
以上のように、本実施の形態を用いることにより、固相（鉄）と液相（硝酸）との界面反応を顕在化し、固相の溶解反応速度、即ち耐溶解性性能測定することができた。なお、言うまでもないが、例えば接触時間を更に短くして測定を行い、その結果を用いて以上の手順を行うことにより、更に精度の高い溶解速度を求めることができる。
［６−２］変質反応測定の実施例
本実施例は、固体試料１０と液相が接触することにより、液相に含有される物質の一部に起こる変質反応の測定に適用したものであり、ここでは、例として光触媒製品の分解性能試験を行った。
本実施例には、図１２に示した試験装置を用いた。図１２に示す試験装置は、図１の試験装置とほぼ同様の構成であるが、基板１１を挟んで固体試料１０と対向して紫外線照射装置２０を設置し、質量分析装置４をメチレンブルー濃度測定用の吸光度測定装置２１に変更した点において図１の試験装置と異なる。また、固体試料１０として厚さ２ｍｍの光触媒製品を用いた。基板１１は、紫外線照射装置２０からの紫外線を吸収し難いよう、石英で製作した。
ここで、光触媒材料とは、有機物分解機能、親水機能を備え、防汚、抗菌、脱臭等の効果を有する材料である。一般的に、光触媒材料を用いて分解性能試験を行う場合、光触媒材料の表面に試験セルを固定し、このセル内にメチレンブルー水溶液（試験液）を注ぎ込む。そして、セル内のメチレンブルー水溶液に紫外線を照射し、メチレンブルーの分解量を測定することにより光触媒製品の分解性能を評価する。この場合、通常、メチレンブルー水溶液の蒸発を抑制するため、試験セルには被覆カバーが設置される。また、試験液を通して紫外線を照射するため、光触媒表面で十分な紫外線強度が得られるよう、液厚と液濃度をある程度薄くする必要がある。
しかしながら、試験液の濃度が低い場合には、反応が吸着律速となるため、分解活性が低く評価されてしまう。また、メチレンブルーの分解量測定の際の試験液を取り出す操作により液の損失が生じ、実験誤差の原因となる場合がある。そのため、通常、試験液の量は比較的多くなる。光触媒製品の分解性能試験においては、一般的にこうした課題が存在する。
以上のことを総合的に検討し、光触媒製品の一般的な分解性能試験の規格の一例として、日本国において、光触媒材料及び関連製品に関し、品質・性能の向上と標準化を目的として設立された組織「光触媒製品フォーラム」は、そのホームページ（小川建（会長）他、“光触媒製品フォーラム”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［２００２年４月１１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ．ｇｒ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞）に、試験に使用する液厚（セル高さ）を約３０ｍｍ、液濃度０．０１ｍｍｏｌ／Ｌと規定している。また、吸着によるメチレンブルーの濃度変化が発生すると分解性能を正しく評価できないため、試験では、始めにメチレンブルーの予備吸着を１２時間行うこととしている。
本実施例のように光触媒製品の分解性能測定を行った場合、光触媒製品フォーラムで規定された条件と比較して迅速な評価が可能となる。本実施例においても、流路１２の深さは１００μｍとした。これは、光触媒製品フォーラムの規格による液相の厚さ（３０ｍｍ）の３００分の１である。そのため、メチレンブルー濃度を光触媒製品フォーラムによる規格の３０倍（０．３ｍｏｌ／Ｌ）としても、メチレンブルー溶液による紫外線の吸収は３０分の１程度に低減される。
測定では、まずメチレンブルーの予備吸着を行う。具体的には、最初に０．３ｍｍｏｌ／Ｌのメチレンブルー水溶液をタンク１に装荷し、ポンプ６により、試験液を流路１２に送液した。流量調節器７によりポンプ６の速度を調整し、試験液と固体試料１０との接触時間を１分とした上で、マイクロモックアップ２からの吐出液を分割サンプラー３にて回収した。分割サンプラー３の試験管は、５分毎に新しいものと交換した。サンプリング終了後の試験管の溶液を石英セルに移し変え、吸光度測定装置２１によりメチレンブルー濃度を測定した。４本目の試験管の濃度が供給前の試験液のメチレンブルー濃度に一致したので、光触媒へのメチレンブルーの吸着が飽和に達したとみなし予備吸着を終了した。
その後、メチレンブルーの分解性能を測定した。具体的には、試験液を供給しながら、紫外線照射装置２０より、基板１１越しに固体試料１０に紫外線を照射して光触媒を活性化し、回収された吐出液中のメチレンブルー濃度を吸光度測定装置２１で測定した。その測定結果（濃度の減少量）を上述の（数式１３）の濃度Ｃに代入し、メチレンブルーの分解速度を求めた。その後、流量調節器７を操作して試験液と固体試料１０との接触時間を３０秒、１５秒と順次変更し、同様の要領でメチレンブルーの分解速度を求めた。その結果、接触時間が３０秒の場合、１５秒の場合、いずれも接触時間が１分の場合との差はほとんどなかった。そのため、接触時間１分、３０秒、１５秒の各測定結果の平均値をもって、メチレンブルーの真の分解速度、即ち、光触媒の性能と評価した。
本実施例では、予備吸着の所要時間が、光触媒フォーラムで規定された１２時間よりも大幅に短縮された。これは、以下の理由によるものである。
即ち、従来方法では、自然対流で生じる動水層と光触媒表面との間に、厚さ数百μｍ程度の静止水層が生じる。この静止水層内のメチレンブルーが光触媒表面に吸着されて枯渇すると、動水層のメチレンブルーが静止水層を通過して光触媒表面に供給される。しかしながら、一般的に、この動水層からのメチレンブルーの移動速度は非常に遅いため、メチレンブルーによる予備吸着時間が長くかかることになる。
それに対し、本実施例では、光触媒（固体試料１０）近傍の１００μｍの範囲（即ち流路１２内）の液相が常に更新されるため、光触媒近くの液相濃度は原液の濃度に近い状態に維持される。このため、予備吸着時間を短縮することができる。
また、紫外線照射時のメチレンブルーの分解速度が、固体試料１２との接触時間に依存せず、真の分解速度として求められるのは、以下の理由によるものである。
従来方法では、前述のように、自然対流で生じる動水層と光触媒表面との間に数百μｍの静止水層が生じ、静止水層内のメチレンブルーが枯渇すると動水層のメチレンブルーが光触媒表面に供給される。このメチレンブルーの移動速度が非常に遅いために、紫外線照射時のメチレンブルーの分解速度は、静止水層の物質移動速度を測定していることになる。
それに対し、本実施例では、光触媒（固体試料１２）近傍の１００μｍの範囲（流路１２内）の液相が常に更新されるため、更新速度が十分に速ければ、メチレンブルーが枯渇することはなく、真の分解速度に近い速度で分解される。このような理由により、本実施例では、メチレンブルーの分解反応を顕在化させることができ、光触媒製品の分解性能の正確な評価ができる。
また、本実施例では、固体試料１０に接する試験液の液厚は約１００μｍと非常に薄く、また、基板１１は、構成材料として紫外線透過能を有する材料（石英等）を用い、かつその厚さを薄くしたことにより、光分解反応以外での紫外線の吸収を抑制できるというメリットもある。更に、流路１２は密閉されているため、試験液が外気に触れることもなく、試験液の損失もほとんどないため、実験誤差を低減することもでき、測定結果の信頼性も向上する。
なお、本実施例に使用した図１２の試験装置においては、光分解反応を例に挙げたため、紫外線照射装置２０が構成に加わっているが、固体試料１０と液相との接触のみで変質が生じる場合は、勿論、紫外線照射装置２０を省略し図１の試験装置で対応することができる。固相と液相との接触のみで変質が生じる一つの例として、人工血管材料に接した血液の変質速度の測定等が挙げられる。
［６−３］吸着反応測定の実施例
本実施例は、固体試料１０と液相が接触することにより、液相成分が固相に吸着される吸着反応の測定に適用したものであり、ここでは、例として固体試料にモルタル固化体、液相に放射性核種を用い、モルタル固化体の亀裂に放射性核種が流入する環境を模擬し、放射性核種の移行挙動を調査した。
本実施例では、試験装置を図１３のように構成した。但し、図１３においては、図１の試験装置と同様の部分には同符号を付してある。この図１３に示す試験装置は、図１の試験装置に、放射性核種を含んだ液相を貯留するトレーサタンク２５と、溶離液（純水）を貯留した溶離液タンク２６と、これらトレーサタンク２５、溶離液タンク２６からマイクロモックアップ２への送液を切替える液相切替器２７とを追加した構成である。但し、図１３において、図の繁雑防止のため、図１におけるポンプ６、流量調節器７、流量計８、及び吐出液の分析装置等は、図示省略した。
また、本実施例では、マイクロモックアップ２を図１４Ａ及び図１４Ｂのように構成した。図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれマイクロモックアップ２の詳細構造を表す側面図及び上面図である。これら図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、基板１１はアクリル製のものを用いた。液相の供給口１３及び吐出口１４は、それぞれ基板１１の液相の流入側（図１４Ａ中左側）端面及び液相の吐出側（図１４Ａ中右側）端面のほぼ中央に位置している。液相の流路１２は、基板１１の表面に形成され、その液相の上流側端部（図１４Ａ中左端）には供給口１３が接続しており、液相のか流側端部（図１４Ａ中右端）は吐出口１４に接続している。流路１２壁面の一部を固体試料１０で被覆する点では図１のマイクロモックアップ２と同じであるが、本実施例で用いたマイクロモックアップ２の流路１２は、固体試料１０と液相との接触時間を確保するため、ジグザグに蛇行させている点で異なる。
前述のように、固体試料１０にはモルタル固化体を、液相には放射性核種を用いた。固体試料１０（モルタル）と基板１１（アクリル）との接触面に関しては、固体試料１０の表面を十分に研磨して平滑面を形成した後、この固体試料１０の平滑面を基板１１の表面（流路１２を形成した面）に合わせ、流路１２からの液相の漏洩がないように固定治具により押さえた。また、液相供給ライン５と供給口１３との接続部、及び吐出口１４と吐出ライン１５との接続部は、接着剤２８により固定した。その他の構成は、図１の試験装置と同様である。
以上のように試験装置を構成し、本実施例では、まず液相切替器２７によりマイクロモックアップ２と溶離液タンク２６とを接続することにより、溶離液（純水）を５μＬ／分の割合で１時間通液し、流路１２内を溶離液で飽和させた状態で安定させた。次に、液相切替器２７により、マイクロモックアップ２との接続をトレーサータンク２５側に切替え、放射性核種（Ｈ−３）を、Ｈ２Ｏの化学形態で５μＬ／分の割合で１０分間通液させた。その後、再び、マイクロモックアップ２への送液を溶離液に切替え、溶離液を２４０分間通液した。この間、吐出ライン１５からの吐出液を、１滴毎に分割サンプラー３の各試験管に採取した。そして、通液が終了した時点でサンプリングした吐出液中のＨ−３濃度を測定した。
また、以上と同様の要領で、放射性核種をＣｓ−１３４、Ｃｏ−６０に変更し、それぞれの場合について、吐出液中の放射性核種の濃度測定を実施した。
以上のように測定を行った結果、図１５に示すグラフが得られた。なお、この図１５に示したグラフは、各時刻における放射性核種の回収割合を表している。回収割合は、添加した放射性核種の総量１００％に対する値である。このグラフから、Ｈ−３に比べ、Ｃｓ−１３４，Ｃｏ−６０の回収割合が低いことが分かる。これは、Ｃｓ−１３４やＣｏ−６０等の放射性核種が、Ｈ−３と比較して、流路１２にて固体試料１０（モルタル固相）の界面に多く吸着されたことを示している。また、Ｃｓ−１３４は回収割合は低いがＨ−３と類似した放出挙動であるのに対し、Ｃｏ−６０はパルス的な放出形態となることが分かった。以上のように、本実施例において、固液界面の反応を抽出し、固相の動的な吸脱着性能を評価することができた。
ここで、このようなモルタルや天然岩盤中の放射性核種の吸脱着性能は、従来、これらの固相（モルタルや天然岩盤等）を粉砕し、粉末の状態として放射性核種を含む溶液中に浸漬して評価するのが一般的であった。そのため、従来方法では、吸着平衡に達するまで約１ヶ月かかり、測定結果が得られるまでに長期間を要していた。それに対し、本実施例では、測定の所要時間及びコストを大幅な短縮することができた。また、本実施例では、各時刻におけるサンプル液を得ることができるため、吸着による物質移動の遅延現象や、吸着速度、吸着容量、平衡定数等についても求めることができ、吸着現象の検討に好適である。
例えば、吸着反応の平衡定数を評価する場合、次のように行えば良い。まず、マイクロモックアップ２の流路１２に第１の液相（例えば上記のＨ−３等といった放射性同位元素）を流通し、固液界面反応として吸着性物質（例えば上記のＨ−３等といった放射性同位元素等）が固体試料１０に吸着する吸着反応速度を測定する。その後、流路１２への送液を第２の液相（例えば上記溶離液等）に変更し、固体試料１０に吸着された吸着性物質が脱着する脱着反応速度を測定する。そして、測定した吸着反応速度及び脱着反応速度を基に、吸着反応の平衡定数を評価することができる。
また、本実施例では、以上のように、吸着性物質として放射性同位元素を含有した液相を利用することにより、放射性物質の吸着反応を評価することができるが、放射性物質の吸着反応を評価する場合、固体試料１０を放射性同位元素で形成しても同様な測定が可能である。また、放射性物質の脱着反応や溶解反応等といった現象も勿論測定可能である。
［６−４］放射性物質の吸着性能測定の実施例
本実施例は、図１３〜図１５を用いて説明した放射性核種の吸脱着現象等の測定に特に有効な例であり、固相及び液相の放射性物質濃度をオンラインで同時に分析可能な実施例である。
本実施例には、図１６に示した試験装置を用いた。但し、図１６においては、図１３の試験装置と同様の部分には同符号を付してある。この図１６に示す試験装置と図１３の試験装置との構成の違いは、固相側放射線検出器３０、及び液相側放射線検出器３１、廃液タンク３２を追加し、分割サンプラー３を省略した点である。
固相側放射線検出器３０は、その配置に厳密な限定はないが、本実施例においては、基板１１を挟んで固体試料１０と対向して設けた。これにより、基板１１を透過する放射線を、固相側放射線検出器３０で検出するようになっている。
一方、液相側放射線検出器３１も、その配置に厳密な限定はないが、本実施例においては、吐出ライン１５に沿って設置した。これにより、吐出ライン１５を透過して吐出液から放射される放射線を、液相側放射線検出器３１で検出するようになっている。
図１６の試験装置では、脱離開始時の固相側放射線検出器３０の検出結果から固体試料１０に吸着していた放射性物質の濃度を求め、これを基に吸着反応の平衡定数を算出することができる。また、液相側放射線検出器３１の検出結果から求められる脱着速度と、算出した平衡定数とを基に、吸着速度を評価することもできる。このように、本発明の固液界面反応用微小反応器（マイクロモックアップ２）を用い、図１６のような試験装置を構成することにより、放射性物質の吸着速度を求めるだけでなく、平衡定数を求めることも容易となり、吸着反応の検討に好適な測定結果を得ることができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、測定対象となる固体試料が液相流路の一部を形成する構成としたことにより、固相と薄層の液相とが接触する実際の環境を微小サイズで模擬することができる。また、液相流路を薄層とすることにより、模擬される固液界面は、流路中の液相体積に対する割合を大きくすることができ、これにより固液界面における反応反応を高速化することができる。また、液相の流路が微細なものであるため、流路の内部容積も小さく、供給する液相が少量で足りるといったメリットもある。従って、本発明によれば、実環境における固液界面で生じる界面反応の高速な顕在化、界面反応測定の精度向上に寄与する固液界面反応用の新規な微小反応器及びこれを用いた固液界面の界面反応の測定方法を提供することができる。
また、浸漬法や強制対流法等といった従来の測定方法と比較して、測定結果への物質移動速度の影響を低減することもでき、固液界面反応の測定精度を向上させることもできる。また、固相に接する液相が常時更新されるため、高速な界面反応や飽和型の反応にも対応できる。また、必要に応じて固液界面反応をオンライン測定するよう、試験装置を構成することも容易となる。
更に、顧客より固体試料となる固相又はその情報を受領することにより、専門的立場に立って的確なサービスを提供することもできる。
従って、本発明は、様々な廃棄物処分を行う場合に問題となる吸着反応の現象を解明し、廃棄物処分施設等でその後の方策の検討等に有効に活用できる。また、例えば化学プラント等においては、導水配管等、液相に接する様々な材料の腐食現象の解明により、稼動条件やメンテナンス条件を最適化することにも有効である。その他にも、例えば汚染除去、汚水処理等を行う化学プラント、材料の耐腐食性性能、耐候性能、メッキ性能等の核種材料性能の評価、或いは燃料電池等といったエネルギー分野、医療分野等の様々な分野への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応の試験装置の一構成例を表す概念図である。
図２は、従来の固液界面反応の測定方法における固液界面のモデル図である。
図３は、本発明の固液界面反応用微小反応器における固液界面のモデル図である。
図４は、液相における固相からの距離及び溶解物質の濃度の関係の一例を表すグラフである。
図５は、液相における固相との接触時間及び溶解速度の関係の一例を表すグラフである。
図６は、本発明の固液界面反応測定方法における液相の固相との接触時間の平方根及び溶解速度の逆数の関係の一例を表すグラフである。
図７は、本発明の固液界面反応測定方法における液相の固相との距離及び吸着物質の濃度の関係の一例を表すグラフである。
図８は、本発明の固液界面反応測定方法における液相の固相との接触時間及び吸着速度の関係の一例を表すグラフである。
図９は、本発明の固液界面反応測定方法における液相の固相との接触時間の平方根及び吸着速度の逆数の関係の一例を表すグラフである。
図１０は、本発明の固液界面反応測定方法の実施例における液相の固相との接触時間の平方根及び溶解速度の逆数の関係を表すグラフである。
図１１は、本発明の固液界面反応測定方法の実施例における液相の固相との接触時間の平方根及び溶解速度の逆数の関係を表すグラフである。
図１２は、本発明の固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応の試験装置の他の構成例を表す概念図である。
図１３は、本発明の固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応の試験装置の更に他の構成例を表す概念図である。
図１４は、本発明の固液界面反応用微小反応器の他の構成例を表す側面図及び上面図である。
図１５は、本発明の固液界面反応測定方法の実施例における吐出液中の放射性核種の時間変化を表すグラフである。
図１６は、本発明の固液界面反応用微小反応器を用いた固液界面反応の試験装置の更に他の構成例を表す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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