(57)【要約】【課題】レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法を用いて液体中の気泡を測定するに際しての校正方法と、その校正結果を用いて液体中の気泡の体積濃度を測定する方法を提供する。【解決手段】均一な細孔を有する膜状多孔質成形体２１を気液分散素子として用い、その膜状多孔質成形体２１を介して液体中に気体を供給することにより生成した単分散気泡にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の強度を測定する動作を、膜状多孔質成形体２１に対する気体の供給流量を複数にわたって変化させて行い、各回の測定で得られた回折・散乱光強度と気体の供給流量との関係を求める。未知の気泡の測定に際しては、その気泡にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の強度を測定し、上記の関係を用いて液体中の気泡の体積濃度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法により液体中の気泡を測定するに当たっての校正方法であって、
均一な細孔を有する膜状多孔質成形体を介して液体中に気体を圧入分散することにより生成した単分散気泡にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の強度測定する動作を、上記膜状多孔質成形体に対する気体の供給流量を複数にわたって変化させて行い、各回の測定で得られた回折・散乱光強度と気体の供給流量との関係を求めることを特徴とするレーザ回折・散乱式粒度分布測定法における校正方法。
【請求項２】
上記膜状多孔質成形体が、ガラス多孔質成形体であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ回折・散乱式粒度分布測定法における校正方法。
【請求項３】
液体中の気泡の体積濃度を測定する方法であって、
レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて、気泡を含む液体に対してレーザ光を照射し、気泡による回折・散乱光の強度を測定し、その測定結果から、請求項１または２に記載の方法による校正結果を用いた演算により液体中の気泡の体積濃度を求めることを特徴とする液体中の気泡の体積濃度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ回折・散乱式の粒度分布測定法における校正方法と、その校正方法による結果を用いて液体中の気泡の体積濃度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体中に分散する固体や液体の粒子などのコロイド粒子の粒度分布を測定する方法の一つに、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法が知られている。レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法においては、一般に、媒体中に分散している被測定粒子群にレーザ光を照射することによって生じる回折・散乱光の空間強度分布を測定し、その光強度分布がミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に則ることを利用し、回折・散乱光の空間強度分布の測定結果からミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に基づく演算によって被測定粒子群の粒度分布を算出する。
【０００３】
このようなレーザ回折・散乱式粒度分布測定法を用いることにより、液体中に分散するナノバブルぶマイクロバブルをはじめとする微細な気泡の粒度分布を測定できることが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば液体中のナノバブルやマイクロバブルは、水耕栽培や魚介類の養殖、気泡を含有した食品、マイクロカプセル、医薬製剤および化粧品製造、気泡を利用した泡沫分離や分離プロセス等の広範な分野で適用できることが知られている。
【０００５】
このようなナノバブル等の気泡の各種産業への適用に際しては、上記のようにレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置によりその粒度分布を測定することができることは極めて有用であることは言うまでもないが、従来、液体中の気泡の濃度（体積濃度）については、その測定の方法が確立されていないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法を用いて液体中の気泡を測定するに際しての校正方法と、その校正結果を用いて液体中の気泡の体積濃度を測定する方法の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明のレーザ回折・散乱式粒度分布測定法における校正方法は、同法により液体中の気泡を測定するに当たっての校正方法であって、均一な細孔を有する膜状多孔質成形体を介して液体中に気体を圧入分散することにより生成した単分散気泡にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の強度測定する動作を、上記膜状多孔質成形体に対する気体の供給流量を複数にわたって変化させて行い、各回の測定で得られた回折・散乱光強度と気体の供給流量との関係を求めることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００８】
ここで、請求項１における「均一な細孔を有する膜状多孔質成形体」とは、積算細孔容積分布の１０％径が５０％径の２／３以上、９０％径が５０％径の１．２５倍以下の細孔分布を有する膜状多孔質成形体を言う。
【０００９】
以上のような均一な細孔を有する膜状多孔質成形体としては、多孔質ガラス成形体を好適に採用することができる（請求項２）。
【００１０】
一方、本発明の液体中の気泡の体積濃度の測定方法は、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて、気泡を含む液体に対してレーザ光を照射し、気泡による回折・散乱光の強度を測定し、その測定結果から、請求項１または２に記載の方法による校正結果を用いた演算により液体中の気泡の体積濃度を求めることによって特徴づけられる（請求項３）。
【００１１】
本発明は、多孔質ガラス成形体についての長年の研究により、均一な細孔を有する膜状多孔質成形体を用いることで、単分散の粒子径の気泡を再現性よく意図する粒子径のもとに発生させることに成功し、その気泡を、いわば液体中の標準気泡として用いることで、液体中の気泡の粒度分布測定に際しての校正を行うことができることを見いだし、本発明の完成に至ったものである。
【００１２】
すなわち、例えばガラスの分相を利用して作られる孔径の均一な多孔質ガラス成形体を介して、気体を液相に分散圧入することにより、粒径の揃った単分散微細気泡が生成される。この微細気泡は、多孔質ガラス成形体の孔径に対応するものとなり、あらかじめ多孔質ガラス成形体の孔径と生成される気泡との関係を求めておくことで、意図する粒径の単分散気泡を発生させることができる（前記特許文献１参照）。そして、このようにして発生した気泡の液相中での体積は、多孔質ガラス成形体に圧入すに気体の流量を計測しておき、気体の流速と気泡生成に要した時間から求めることができる。望ましくは、一定の気体流速で気体を多孔質ガラス成形体を介して液相に分散圧入し、気泡が生成する時間を計測することにより気体の体積を求める。
【００１３】
一方、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定法においては、単分散の固体等の標準粒子を既知の複数の濃度（個数）で媒体中に分散させたときのそれぞれの回折・散乱光の強度（絶対強度）を計測し、その濃度−回折・散乱光強度の関係を求める校正を行っておくことにより、未知試料の測定に際してその回折・散乱光強度の測定結果からその試料の濃度（体積濃度）を算出することができる。
【００１４】
従って、上記のように均一な細孔を有する膜状多孔質成形体を気液分散素子として用いて、粒径の揃った単分散の粒径分布を持つ気泡を、任意の体積濃度のもとに生成してこれを標準粒子（気泡）として用い、回折・散乱光の絶対強度と体積濃度との関係を求める校正を行っておくことにより、液体中の未知の気泡が分散している試料のレーザ回折・散乱式粒度分布測定法による測定に際して、その未知試料による回折・散乱光の絶対強度を測定すれば、その体積濃度を算出することができる。
【００１５】
以上のような標準気泡として使用可能な単分散気泡を生成する際に用いるのに適した膜状多孔質成形体としては、特に限定されるものではないが、以下のものを挙げることができる。
【００１６】
すなわち、分相性基礎ガラスとして、特許第１５０４００２号に開示されたＣａＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系多孔質ガラス、特許第１５１８９８９号および米国特許第４８５７８７５号に開示されたＣａＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｎａ2 Ｏ系多孔質ガラス、ＣａＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｎａ2 Ｏ−ＭｇＯ系多孔質ガラス、あるいは、ＳｉＯ2 −ＺｒＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｎａ2 Ｏ−ＣａＯ系多孔質ガラス、もしくは、Ｎａ2 Ｏ−Ｋ2 Ｏ−ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 −ＳｉＯ2 系ガラスなどを熱処理により分相した後、酸や熱水等によりこれらに溶出しやすいガラス相を溶出させて得られる孔径の均一な多孔質ガラス成形体を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、均一な細孔を有する膜状多孔質成形体を気液分散素子として用いて液体中に単分散の気泡を発生させ、その気泡に向けてレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の強度を計測する動作を、膜状多孔質成形体に対して供給する気体の流量を変化させて逐次行うことにより、気体の供給流量、換言すれば液体中に存在する気泡の量（体積）と、その気泡による回折・散乱光強度の関係を求める校正を行うので、その校正結果を用いることにより、未知の気泡にレーザ光を照射して得られる回折・散乱光の強度の測定結果から、従来測定することのできなかった液体中の気泡の体積濃度を正確に測定することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明を適用した測定装置の全体構成図である。
【００１９】
レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置１は、液体が流されるフローセル１１と、そのフローセル内の液体に対してレーザ光を照射する照射光学系１２、フローセル１内の気泡による回折・散乱光の空間強度分布を測定する測定光学系１３、およびその測定光学系１３からの測定結果を取り込んでミーの散乱理論ないしはフラウンホーファの回折理論に基づく演算により気泡の粒度分布を算出するパーソナルコンピュータを主体とする演算装置１４によって構成されている。
【００２０】
照射光学系１１は、レーザ光源１１ａと、集光レンズ１１ｂ、空間フィルタ１１ｃおよびコリメートレンズ１１ｄによって構成され、レーザ光源１１ａからのレーザ光を平行光束に成形してフローセル１１に向けて照射する。
【００２１】
測定光学系１２は、前方所定角度までの角度領域の回折・散乱光を集光する集光レンズ１２ａと、その集光レンズ１２ａの焦点位置に置かれ、半径の異なるリング状または半リング状もしくは１／４リング状の複数の光検出素子が同心上に配置されてなるリングディテクタ１２ｂ、フローセル１１の側方への散乱光を検出する側方散乱光センサ１３ｃ、後方への散乱光を検出する後方散乱光センサ１３ｄによって構成されている。
【００２２】
フローセル１１には、以下に示す気泡発生装置２からの気泡を含む液体が流される。すなわち、気泡発生装置２は、気液分散素子としての多孔質ガラス膜モジュール２１と、水相タンク２２、その水相タンク２２内の液体を多孔質ガラス膜モジュール２１に供給するポンプ２３、同じくその多孔質ガラス膜モジュール２１に気体を供給するボンベ２４、そのボンベ２４から供給される気体の流量を測定するためのガス流量計２５、空気の圧力を調整するための圧力調整弁２６，２７、およびボンベ２４の出口および圧力調整弁２６の出口にそれぞれ設けられた圧力計２８，２９によって構成されている。
【００２３】
水相タンク２２から供給された液体には、多孔質ガラス膜モジュール２１を通過する際に、当該膜モジュール２１に装着した多孔質ガラス膜２１を介してボンベ２４からの気体が分散圧入される。これにより、液体中に単分散の微細気泡が生成される。この気泡を含む液体は、管３０によりフローセル１１に供給された後、管３１によってタンク３２に廃棄される。
【００２４】
このような気泡を含む液体がフローセル１１を通過する際にレーザ光が照射され、気泡による回折・散乱光が測定光学系１３によって測定される。その測定結果は演算装置１４によって公知の演算により気泡の粒度分布に換算されるが、回折・散乱光の強度（絶対強度）を求めることもできる。
【００２５】
校正に際しては、多孔質ガラス膜モジュール２１に供給する気体の流量を種々に変化させ、その各供給流量ごとに回折・散乱光の強度を求め、これら両者の関係を算出して記憶する。未知の気泡試料の粒度分布測定時においては、未知試料による回折・散乱光の強度の測定結果と、上記の校正で求めた気体の供給流量と回折・散乱光の強度との関係とから、未知の気泡試料の体積濃度を算出することができる。
【００２６】
以下、図１の装置を用いて実際に校正を行った例について述べる。
多孔質ガラス膜モジュール２１において、平均孔径１．０μｍの管状多孔質ガラス膜（ＳＰＧ  テクノ（株）社製）を用いて気泡を発生させ、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置１（（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ２１００）のフローセル１１に供給して気泡の粒度分布を求めた。気体は空気を、水相は０．３ｗｔ％のドデシル硫酸ナトリウム水溶液を用いた。空気の流量はガス流量計２５により計測し、レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置１による回折・散乱光の絶対強度と空気流量の関係を求めた。その結果を図２にグラフで示す。また、図３（Ａ）〜（Ｃ）には、図２における各プロットを得たときの回折・散乱光の強度測定結果を、図４（Ａ）〜（Ｃ）にはこれらの回折・散乱光の空間強度分布から算出した気泡の粒度分布を示す。
【００２７】
図２のグラフから、回折・散乱光の絶対強度と気体の流量とは正の相関があり、この校正方法により、回折・散乱光の絶対強度と気泡体積の関係をあらかじめ求めておけば、未知の気泡試料の測定時に回折・散乱光の絶対強度を測定することによって、その体積濃度を計測できることは明らかである。
【００２８】
また、図４の各グラフから、多孔質ガラス膜モジュール２１を用いた図１の気泡発生装置２により、粒径の揃った単分散の気泡を再現性よく発生させ得ることも確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明方法を適用した実施の形態の全体構成図である。
【図２】図１の装置を用いた校正結果の例を示すグラフである。
【図３】図２のグラフを得たときの回折・散乱光の絶対強度の測定結果を示すグラフである。
【図４】図３の各グラフをそれぞれ粒度分布に換算した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置
１１  フローセル
１２  照射光学系
１３  測定光学系
１４  演算装置
２  気泡発生装置
２１  多孔質ガラス膜モジュール
２２  水相タンク
２３  ポンプ
２４  ボンベ
２５  ガス流量計
２６，２７  圧力調整弁
２８，２９  圧力計
３０，３１  管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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