微气泡分散液的测量方法及测量系统与流程

本发明涉及微气泡分散液的测量方法及测量系统。更具体而言，本发明涉及测量含微气泡的微气泡分散液特性的测量方法及测量系统。

背景技术：

1、研究已探讨了含有微气泡的微气泡分散液在各工业领域的应用。在微气泡中，这些具有纳米尺度粒径的微气泡(以下称为“纳米级直径气泡”)具有能在水中长时间(例如数年)停留的特性，因为其在分散液中的运动主要为布朗运动。为此原因，其中分散有纳米级直径气泡的微气泡分散液受到广泛研究。参见如专利文献1(日本未审查专利申请公开号2019-103958)。

2、可通过该液体是否混浊来相对容易地确定微气泡分散液中是否存在有微气泡。相反，由于纳米级直径气泡的粒径与光波长大致相同或小于光波长，因此无法用肉眼确认在一微气泡分散液中纳米级直径气泡存在与否。

3、此外，已知如动态光散射(dynamic light scattering)法及粒子轨迹追踪(particle trajectory tracking)法等技术是用于光学测量细微颗粒浓度及粒径分布的技术，该细微颗粒是在含有上述纳米尺度细微颗粒的分散液中进行布朗运动。在动态光散射法及粒子轨迹追踪法中，细微颗粒的浓度及粒径分布被测量，方式为细微颗粒分散在其中的液体被以激光照射，且来自该细微颗粒的散射光被追踪。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、[专利文献1]日本未审查专利申请公开号2019-103958。

技术实现思路

1、技术问题

2、在一些情况下，微气泡分散液不仅含有纳米级直径气泡还含有纳米尺度微固体颗粒作为杂质。然而，传统用来测量分散有细微颗粒的液体中的细微颗粒的方法虽然能够识别出该液体中的纳米尺度细微颗粒，但该方法无法区分纳米级直径气泡及固体颗粒。

3、本发明的目的是提供一种测量方法及一种测量系统，其能够区分出分散液中的细微颗粒，并将其区分为微气泡及固体颗粒，从而正确地测量微气泡分散液的特性。

4、问题解决方案

5、(1)一种根据本发明的测量一微气泡分散液的方法，其是用于测量待测液体特性的方法且该待测液体是一微气泡分散液，其中该方法包括以下步骤：以照明光照射盛装装置中所盛装的该待测液体，对该照明光的照射区域内的该待测液体施加一时变磁场，使用一光检测装置检测通过该照明光照射而由该待测液体中所含细微颗粒产生的散射光；以及根据由光检测装置测得的该散射光亮度区分该细微颗粒并将其区别为微气泡及固体颗粒。

6、(2)在此情况下，优选该待测液体含有粒径范围大于等于2nm小于2000nm的微气泡。

7、(3)在此情况下，优选通过使用光检测装置获得的细微颗粒的影像将其亮度与一预定阈值比较来将细微颗粒识别成固体颗粒及微气泡。

8、(4)在此情况下，优选在检测该散射光的步骤中，在施加可变磁场前后以该光检测装置检测该散射光来获得该细微颗粒布朗运动轨迹的影像，其中在该光检测装置所获得的该影像中，根据对该液体施加该可变磁场时亮度是否有增加而将细微颗粒识别成固体颗粒及微气泡。

9、(5)在此情况下，优选在以该光检测装置获得的该影像中，在对该待测液体施加该可变磁场时，亮度增加的细微颗粒被识别为固体颗粒，将在对液体施加可变磁场时消失的细微颗粒识别为带电微气泡，而将在对液体施加可变磁场时亮度未增加的细微颗粒识别为不带电微气泡。

10、(6)在此情况下，优选该测量方法进一步包括测量固体颗粒，其中该待测液体中所含的固体颗粒浓度和粒径分布中的至少任意一个是根据该光检测装置所获得的影像计算得到。

11、(7)在此情况下，优选该测量方法进一步包括测量不带电微气泡，其中该待测液体中所含的不带电微气泡浓度和粒径分布中的至少任意一个是根据该光检测装置获得的影像计算得出。

12、(8)在此情况下，优选该测量方法进一步包括测量带电微气泡，其中在检测散射光的步骤中获得以下二者：对该液体施加该可变磁场前该细微颗粒布朗运动轨迹的施加前影像，及对该液体施加该可变磁场时细微颗粒布朗运动轨迹的施加过程影像，而该待测液体中所含的带电微气泡浓度及粒径分布的至少任一者是根据这些影像计算得到。

13、(9)在此情况下，优选该测量方法进一步包括进行该待测液体的第一次筛选，其中在以该盛装装置盛装该待测液体前，该待测液体已通过带正电荷的过滤器。

14、(10)在此情况下，优选将可变磁场施加至该液体时根据散射光亮度的变化程度，使用光检测装置获得的细微颗粒的影像来计算该固体颗粒的粒径。

15、(11)在此情况下，优选该测量方法进一步包括对待测液体施加电场，其中对照明光的照射区域内的该待测液体施加一电场，其中在检测散射光的步骤中，获得在对该待测液体施加该电场时该细微颗粒电泳轨迹的施加过程影像，并根据该施加过程影像测量该待测液体中所含的固体颗粒性质。

16、(12)在此情况下，优选该测量方法进一步包括进行第二次筛选，其中在对该待测液体施加可变磁场前，对该液体施加一静磁场，以此将至少一部分的固体颗粒移出该照射区域。

17、(13)在此情况下，优选该测量方法进一步包括测量顺磁性物质的量，其中顺磁性固体颗粒数量被测量，该固体颗粒在进行第二次筛选步骤中通过对该待测液体施加该静磁场来收集。

18、(14)在此情况下，优选该照明光的光源是一激光装置，而该激光装置能够通过使用界定范围在大于等于300nm小于700nm内的二种以上波长值来切换激光的波长。

19、(15)一种根据本发明的用于测量一微气泡分散液的测量系统，其是一种用于测量一待测液体特性的系统且该待测液体是一微气泡分散液，其中该系统包括：一盛装装置，其盛装待测液体；一光源，其以照明光照射该盛装装置所盛装的该待测液体；一可变磁场施加装置，其对该照明光照射区域内的该待测液体施加一时变磁场；一光检测装置，其检测该照明光照射下由该待测液体中所含的细微颗粒产生的该散射光；及一测量装置，其通过根据该光检测装置所测得的散射光亮度区分该细微颗粒并将其区别成微气泡及固体颗粒，而测量该待测液体特性。

20、本发明的有益效果

21、(1)根据本发明的微气泡分散液测量方法包括以下步骤：以照明光照射一盛装装置所盛装的该待测液体；对该照明光照射区域内的该待测液体施加一时变磁场；及使用一光检测装置检测通过发射照明光而由该待测液体中所含细微颗粒产生的散射光。如上所述，该待测液体(其为一微气泡分散液)可含有细微固体颗粒及微气泡。若一可变磁场被施加至如此一待测液体，则具有偏导磁性(biased magnetic permeability)的该固体颗粒相较于球形颗粒(在导磁性方面是以重心作为其中心)在一可变磁场下可承受更大的旋转或平移力矩(rotational or translational moment of force)，因此前者会绕轴旋转。相对地，微气泡(在导磁性方面重心在其中心的球状颗粒)相较于固体颗粒在一可变磁场下承受较小的旋转或平移力矩。此外，相较于固体颗粒，几乎无导磁性的该微气泡重量非常小，受周围介质产生很大的黏性阻力因此微气泡几乎不绕轴旋转。在以照明光照射被施加一可变磁场的该待测液体时，绕轴旋转的固体颗粒的散射光亮度比不绕轴旋转的微气泡的散射光亮度增加更多。因此，本发明的测量方法根据光检测装置测得的散射光亮度来区分待测液体中的微气泡及固体颗粒。据此，本发明测量方法可以高准确度地测量该待测液体特性，同时区分待测液体中所含的细微颗粒并将其区别成微气泡及固体颗粒。

22、(2)本发明的测量方法测量该待测液体，其包含粒径范围在大于等于2nm小于2000nm的微气泡。如上所述，已知测量方法无法区分纳米级直径气泡及相似粒径的固体颗粒。相反，即使微气泡分散液含有与纳米级直径气泡相似粒径的固体颗粒，本发明的测量方法也可高准确度地测量该待测液体特性同时区分出该等固体颗粒及纳米级直径气泡。

23、(3)本发明的测量方法通过使用该光检测装置获得的该细微颗粒影像与一预定阈值比较其亮度而将细微颗粒区分成固体颗粒及微气泡。如此就可以用简单方法将该细微颗粒区别为固体颗粒及微气泡。

24、(4)在本发明的测量方法中，在检测散射光的步骤中，通过在对该待测液体施加一可变磁场前后以该光检测装置检测散射光获得该细微颗粒的布朗运动轨迹影像，且在以该光检测装置获得的影像中，根据对该液体施加该可变磁场时其亮度是否增加来将该细微颗粒区分为固体颗粒及微气泡。因此，该方法在追踪该细微颗粒因布朗运动所致的运动时，可区分出细微颗粒为固体颗粒或微气泡。

25、(5)该微气泡分散液中所含的该细微颗粒被分成微固体颗粒及微气泡，而该微气泡被分成带正电或带负电微气泡与很少或无电荷的不带电微气泡。如上所述，若对该待测液体施加一可变磁场，则具有偏导磁性的该固体颗粒绕轴旋转，该带电微气泡消失，而该不带电微气泡不会绕轴旋转。据此，在本发明测量方法中，施加该可变磁场时亮度增加的细微颗粒被识别为固体颗粒，对该液体施加该可变磁场时消失的细微颗粒被识别为带电微气泡，而对该液体施加该可变磁场时亮度未增加的细微颗粒被识别为不带电微气泡。因此，本发明测量方法可以高准确度地测量该待测液体特性同时区分该待测液体中所含的该细微颗粒并将其区别为固体颗粒、带电微气泡及不带电微气泡。

26、(6)本发明的测量方法包括以下步骤：测量固体颗粒，其中该待测液体中所含的固体颗粒浓度及粒径分布的至少任一者是根据该光检测装置所获得的影像计算得到。因此，本发明的测量方法可高准确度地测量固体颗粒的浓度及/或粒径分布同时区分出该固体颗粒及微气泡。

27、(7)本发明的测量方法包括以下步骤：测量不带电微气泡，其中该待测液体中所含的不带电微气泡浓度及粒径分布的至少任一者是根据该光检测装置所获得的影像计算得到。因此，本发明的测量方法可高准确度地测量该不带电微气泡的浓度及/或粒径分布同时区分出该不带电微气泡、固体颗粒及带电微气泡。

28、(8)在本发明的测量方法中，在检测散射光的步骤中获得以下二者：对该待测液体施加该可变磁场前该细微颗粒布朗运动轨迹的施加前影像，及对该待测液体施加该可变磁场时该细微颗粒布朗运动轨迹的施加过程影像。本发明的测量方法亦包括测量带电微气泡的步骤，其中该待测液体中所含的带电微气泡浓度及粒径分布的至少任一者是根据这些影像计算得到。因此，本发明的测量方法可高准确度地测量该带电微气泡的浓度及/或粒径分布同时区分出该带电微气泡、固体颗粒及不带电微气泡。

29、(9)在申请人提交的专利文献1(日本未审查专利申请公开号2019-103958)中，申请人确认在微气泡分散液的细微颗粒中，尤其是带正电微气泡具有促进植物生长的作用。相反，在本发明的测量方法中，该待测液体被盛装在一盛装装置前，该待测液体已通过一带正电过滤器。从而，由于该待测液体所含的带电微气泡中带负电微气泡已被去除，因此本发明的测量方法可高准确度地测量带正电微气泡的浓度及/或粒径分布。

30、(10)对该待测液体施加可变磁场时，该固体颗粒的旋转次数会与散射光亮度变化程度相关。对该液体施加可变磁场时，该固体颗粒的旋转次数也会与该固体颗粒粒径相关。因此，本发明使用如上所述的散射光亮度的变化程度和该固体颗粒粒径的相关性并根据用该光检测装置获得的细微颗粒影像的散射光亮度的变化程度来计算固体颗粒的粒径。因此，本发明的测量方法可以简单方式测量出固体颗粒的粒径。

31、(11)本发明的测量方法对照明光照射区域内的该待测液体施加一电场获得细微颗粒电泳轨迹影像，并测量该待测液体中所含的该固体颗粒性质。因此，本发明的测量方法可测量固体颗粒的电特性。

32、(12)本发明的测量方法在对该液体施加可变磁场前通过施加一静磁场使至少一部分该固体颗粒从该照射区域中移出。这使得该待测液体中所含的众多固体颗粒中的顺磁性固体颗粒移动到该照射区域外成为可能，进一步提高测量准确度。

33、(13)如上所述,本发明的测量方法通过施加一静磁场使顺磁性固体颗粒移出该照射区域外，并收集颗粒以测量顺磁性固体颗粒的量。这使得该待测液体中所含的顺磁性固体颗粒的量能以简单方式测量。

34、(14)对该待测液体施加可变磁场时，固体颗粒的旋转次数取决于该固体颗粒的物理性质及形状以及介质黏度。该散射光亮度取决于固体颗粒旋转次数及照射光波长。因此，若照射光波长固定，则该散射光的亮度可能增加得不够或饱和。相反，本发明使用可切换激光波长的激光装置作为照射光的光源，其可通过使用界定范围在大于等于300nm小于700nm范围内的多个波长值切换激光波长。因此，若由于其亮度增加得不够或饱和而无法适当测量散射光亮度，则可相应地切换该激光的波长从而可适当地测量出散射光亮度。

35、(15)一种本发明的微气泡分散液的测量系统，其包括：一盛装装置，其盛装一待测液体；一光源，其以照明光照射该盛装装置所盛装的该待测液体；一可变磁场施加装置，其对该照明光照射区域内的该待测液体施加一时变磁场；一光检测装置，其检测该照明光照射下由该待测液体中所含的细微颗粒产生的散射光；及一测量装置，其测量该待测液体特性，根据该光检测装置所测得的该散射光亮度区分该细微颗粒并将其区分成微气泡及固体颗粒。因此，基于与本节(1)中所包括的发明的相同原因，该测量系统可高准确度地测量该待测液体特性，同时区分该待测液体中所含的细微颗粒并将其区分成微气泡及固体颗粒。