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JP2010078394A - Simple zeta potential measuring instrument and zeta potential measuring method - Google Patents

Simple zeta potential measuring instrument and zeta potential measuring method Download PDF

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JP2010078394A
JP2010078394A JP2008245473A JP2008245473A JP2010078394A JP 2010078394 A JP2010078394 A JP 2010078394A JP 2008245473 A JP2008245473 A JP 2008245473A JP 2008245473 A JP2008245473 A JP 2008245473A JP 2010078394 A JP2010078394 A JP 2010078394A
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千真 梅木
Shoji Taniguchi
尚司 谷口
Shinnosuke Usui
進之助 臼井
Takashi Watanabe
崇 渡邊
Kazuhiko Okita
和彦 沖田
Toshifumi Ono
利文 小野
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Tohoku Tokushuko KK
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Tohoku University NUC
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
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Abstract

【課題】界面科学の発展に伴い重要性を増しているゼータ電位の利用のため、ゼータ電位測定を、一般に普及している顕微鏡を使用し、安価に且つ手軽に測定できるようにすることが求められている。
【解決手段】本顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置は、安価な密閉系電気泳動セルであり、直流電場を印加するための電極を備えているほぼ円柱状の栓部材と、該栓部材を着脱自在に受容する円筒状開口槽部分と該開口槽部の開口に連通している扁平直方体状の電気泳動槽用キャビティを中央部に有しており且つ該開口槽部と一体のものとされている直方体形状の平板状ガラス電気泳動セルより構成され、該開口槽部分は該電気泳動槽用キャビティの両端側部に二つ配置されていることを特徴とするもので、該装置を用いて、普及している一般的な顕微鏡でもって、手軽に且つ精度よく、簡単な操作で、ゼータ電位を測定できる。
【選択図】図1
[PROBLEMS] To use a zeta potential, which has become more important with the development of interface science, to make it possible to measure zeta potential at low cost and easily using a commonly used microscope. It has been.
The zeta potential measuring device for microscopic observation is an inexpensive closed-type electrophoresis cell, and a substantially cylindrical plug member having an electrode for applying a DC electric field, and the plug member is attached and detached. A cylindrical opening tank portion that is freely received and a flat rectangular parallelepiped electrophoresis tank cavity that communicates with the opening of the opening tank section are provided at the center and are integrated with the opening tank section. It is composed of a rectangular parallelepiped-shaped flat glass electrophoresis cell, and the opening tank part is arranged at both end sides of the electrophoresis tank cavity, using the apparatus, The zeta potential can be measured easily, accurately, and with a simple operation with a common microscope.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、簡易ゼータ電位測定装置及びゼータ電位測定法に関する。   The present invention relates to a simple zeta potential measuring device and a zeta potential measuring method.

固体におけるその表面・界面の分析は、種々の機能の評価、利用などの観点から重要性が増大しつつある。溶液中における固体表面の評価法は限られており、ゼータ電位(ζ電
位: zeta potential)測定が最も一般的に利用されている。ゼータ電位は実用的な観点か
らは界面電気現象の中で最も重要なもので、電気泳動、電気浸透、流動電位など、すべての界面電気現象に関係し、分散の安定性にも支配的な影響を与える。
ゼータ電位は、溶液中の分散粒子やコロイド粒子のような表面の帯電状態を表す値であり、溶液中での分散、凝集の指標として利用されている。水中の固体についてみてみると、固体が水の中を動くとき、固体表面には一般に水分子が強く結合しているため、表面から少し水中に入り込んだ面でずれが起こると考えられる。このすべり面における電位を「ゼータ電位」(ζ電位)といっている。ゼータ電位は二つの相が相対的に動くときに初めて現れる電位なので、「界面動電位」(electrokinetic potential)とも呼ばれている。
ゼータ電位については、臼井準之助、「電気泳動と界面電位−1」、金属、Vol. 70 (2000) No. 11, pp.993-998(非特許文献1)及び臼井準之助、「電気泳動と界面電位−2」
、金属、Vol. 70 (2000) No. 12, pp.1093-1098(非特許文献2)を参照できる。
Analysis of the surface / interface of a solid is becoming increasingly important from the viewpoint of evaluation and utilization of various functions. There are limited methods for evaluating the surface of a solid in a solution, and zeta potential measurement is most commonly used. The zeta potential is the most important interfacial electrical phenomenon from a practical point of view. It is related to all interfacial electrical phenomena such as electrophoresis, electroosmosis, and streaming potential, and has a dominant influence on dispersion stability. give.
The zeta potential is a value representing a charged state of a surface such as dispersed particles or colloidal particles in a solution, and is used as an indicator of dispersion or aggregation in the solution. Looking at the solids in the water, when the solid moves in the water, water molecules are generally strongly bound to the surface of the solid. The potential at this slip plane is called “zeta potential” (ζ potential). Since the zeta potential is the potential that appears for the first time when the two phases move relatively, it is also called the “electrokinetic potential”.
Regarding zeta potential, Junnosuke Usui, “Electrophoresis and Interfacial Potential-1”, Metals, Vol. 70 (2000) No. 11, pp.993-998 (Non-patent Document 1) and Junnosuke Usui, “Electrophoresis and Interfacial Potential” Potential-2 "
, Metals, Vol. 70 (2000) No. 12, pp. 1093-1098 (Non-Patent Document 2).

ゼータ電位は、界面の性質を評価する物理量として、特にコロイドの分散・凝集性、相互作用、表面改質を評価する上での指標となり、塗料、インクなどの製造分野、洗浄の評価や界面活性剤製造の分野、染色や吸着などが関与する、紙、パルプ、繊維工業などの分野、上下水道、洗浄水などの水質管理、浮遊選鉱、バイオ産業、食品産業など様々な産業で利用されている。
ゼータ電位測定法としては、電気泳動法、電気浸透法、流動電位法、流動電流法、沈降電位法、超音波電位法又は超音波振動電位(ultrasonic vibration potential; UVP)法、
動電音響(electrokinetic sonic amplitude; ESA)法などが挙げられる。電気泳動法は、
溶液内に一定の直流電場をかけ、その電場内を泳動する粒子の速度を測定するものである。泳動する粒子は、通常、光学顕微鏡や限外顕微鏡で観察することが行われるが、最近では、新しい電気泳動移動度の測定技術が開発されてきており、例えば、ドップラー効果を利用する方法や回転回折格子法などを利用するものが市販されているが、いずれも高価な装置である。
また、特開平5-312757号公報(特許文献1)に開示のものは、板材料などの固相面と液体との間の固-液界面に発生するゼータ電位を測定するにあたり、試料である板材料などを
そのまま、粉砕などすることなく、測定にかけることを目的としたものであり、接着性を有する両面テープを透明状泳動セルと実製品との間に入れ測定液シール性を保たせておき、透明状泳動セルを実製品との平面で泳動槽を形成させてゼータ電位を測定するものである。すなわち、測定対象試料は固体であって、液体ではない。
The zeta potential is a physical quantity that evaluates the properties of the interface, and is an index especially for evaluating the dispersibility / aggregation of colloids, interactions, and surface modification. It is used in various industries such as agent manufacturing, dyeing and adsorption, paper, pulp, textile industry, water quality management such as water and sewage, washing water, flotation, biotechnology, food industry, etc. .
As the zeta potential measurement method, electrophoresis method, electroosmosis method, streaming potential method, streaming current method, sedimentation potential method, ultrasonic potential method or ultrasonic vibration potential (UVP) method,
Examples include electrokinetic sonic amplitude (ESA) method. The electrophoresis method
A constant DC electric field is applied to the solution, and the velocity of particles migrating in the electric field is measured. The migrating particles are usually observed with an optical microscope or an ultramicroscope. Recently, however, new electrophoretic mobility measurement techniques have been developed. For example, methods using the Doppler effect and rotation Although devices using the diffraction grating method are commercially available, both are expensive devices.
Further, what is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-312757 (Patent Document 1) is a sample for measuring a zeta potential generated at a solid-liquid interface between a solid phase surface such as a plate material and a liquid. It is intended to be used for measurement without pulverizing the plate material as it is, and a double-sided adhesive tape is placed between the transparent migration cell and the actual product to maintain the measurement solution seal. The zeta potential is measured by forming an electrophoresis tank in the plane of the transparent migration cell and the actual product. That is, the sample to be measured is a solid and not a liquid.

特開平5-312757号公報JP-A-5-312757 臼井準之助、「電気泳動と界面電位−1」、金属、Vol. 70 (2000) No. 11, pp.993-998Usui Junnosuke, “Electrophoresis and Interfacial Potential-1”, Metals, Vol. 70 (2000) No. 11, pp.993-998 臼井準之助、「電気泳動と界面電位−2」、金属、Vol. 70 (2000) No. 12, pp.1093-1098Usui Junnosuke, “Electrophoresis and Interfacial Potential-2”, Metals, Vol. 70 (2000) No. 12, pp.1093-1098

界面科学の発展に伴い、ゼータ電位の利用は重要性を増しており、ゼータ電位測定はその必要性が高まっている。しかしながら、市販のゼータ電位計はかなり高価であり、手軽に測定するというわけにいかないのが実情である。
本発明では、一般に普及している顕微鏡を使用し、比較的簡単に且つ安価に、微粒子のゼータ電位を測定すること、そして、精度よく、各種の微粒子のゼータ電位を、簡便に測定することを可能にする安価な装置を提供することを目的とする。
With the development of interface science, the use of zeta potential has become increasingly important, and the need for zeta potential measurement has increased. However, commercially available zeta electrometers are quite expensive and cannot be measured easily.
In the present invention, a commonly used microscope is used to measure the zeta potential of fine particles relatively easily and inexpensively, and to accurately measure the zeta potential of various fine particles. The object is to provide an inexpensive device that makes possible.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討したところ、安価な密閉系電気泳動セルを用いて、普及している一般的な顕微鏡でもって、手軽に且つ精度よく、簡単な操作で、ゼータ電位を測定できることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。   The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems, and using an inexpensive closed-system electrophoresis cell, with a popular general microscope, easily and accurately, with a simple operation, It has been found that zeta potential can be measured. The present invention has been completed based on such findings.

本発明は、次なるものを提供している。
〔1〕直流電場を印加するための電極を備えているほぼ円柱状の栓部材と、該栓部材を着脱自在に受容する円筒状開口槽部分と該開口槽部の開口に連通している扁平直方体状の電気泳動槽用キャビティを中央部に有しており且つ該開口槽部と一体のものとされている直方体形状の平板状ガラス電気泳動セルより構成され、該開口槽部分は該電気泳動槽用キャビティの両端側部に二つ配置されていることを特徴とする顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置。
〔2〕扁平直方体形の中空箱型セルであり、該セルの底面は顕微鏡観察用試料ステージ上載置に適した平面長方形底面を有しており、且つ、該セルの上面は顕微鏡対物レンズ側であり当該底面と同形の長方形平面を有し、透光性部材で構成されており、該セルは中央部に観察用試料を収容するための中空部を有しており、該中空部に連通しており且つ測定用液体試料を受容する浴槽を有し、当該浴槽は当該セルの長軸に沿ってその各端部側の上面に二つ設けられており、該浴槽の上方開口部には、直流電場を印加するための電極を備えている栓部材が着脱可能に装着されていることを特徴とする上記〔1〕記載の顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置。
The present invention provides the following.
[1] A substantially cylindrical plug member provided with an electrode for applying a DC electric field, a cylindrical open tub portion that removably receives the plug member, and a flat shape communicating with the opening of the open tub portion A rectangular parallelepiped flat-plate glass electrophoresis cell having a rectangular parallelepiped electrophoresis tank cavity at the center and integrated with the open tank part, the open tank part being the electrophoresis A zeta potential measuring device for microscopic observation, wherein two zeta potential measuring devices are arranged at both ends of the tank cavity.
[2] A flat rectangular parallelepiped hollow box cell, the bottom surface of which has a flat rectangular bottom surface suitable for placement on a microscope observation sample stage, and the top surface of the cell on the microscope objective lens side There is a rectangular plane having the same shape as the bottom surface, and is made of a translucent member. The cell has a hollow portion for accommodating an observation sample in the central portion, and communicates with the hollow portion. And has a bathtub for receiving the liquid sample for measurement, and the two bathtubs are provided on the upper surface of each end side along the long axis of the cell. The zeta potential measuring device for microscopic observation according to the above [1], wherein a plug member having an electrode for applying a DC electric field is detachably mounted.

〔3〕合成石英製スライドグラスを使用し、該スライドグラスの中央部分の長方形を切り取ることにより、四角い枠部からなる部材である中間部構成部材を作製し、次に、合成石英製スライドグラスを使用し、該スライドの長軸に沿った軸の両端のそれぞれから内側の位置で且つ短軸に沿った軸の中央部にその中心が位置する円形の孔を二つ切り取って、スライドの長方形の短い辺の近くに二つの孔を有している部材を得、そして、当該孔部の所に、円筒状の合成石英製パイプを、互いの円の中心点が一致するように取り付けて、試料受容槽であり且つ電極栓受容口を形成した上側部構成部材を作製し、次に、合成石英製スライドグラスを底部構成部材として使用し、その上に、上記作製の中間部構成部材を重ねて貼り合わせ、さらに、その上に、上記作製の上側部構成部材を重ねて貼り合わせることで構成される電気泳動用キャビティとそれに連なる試料受容槽で且つ電極栓受容口を二つ持っている電気泳動セルと、パラジウム電極を備えたフッ素系樹脂製の栓を二つ備えることを特徴とする上記〔1〕又は〔2〕に記載の顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置。
〔4〕上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一に記載の顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置を利用して、顕微鏡で粒子観察を行うことを特徴とするゼータ電位測定法。
〔5〕顕微鏡を通して得られる画像に関し、動画処理、二値化処理、及び/又は、画像合成処理を行うことを包含していることを特徴とする上記〔4〕記載のゼータ電位測定法。
[3] A synthetic quartz slide glass is used, and a rectangular component at the center of the slide glass is cut out to produce an intermediate component that is a member made of a square frame. Cut out two circular holes centered on the inner side of each end of the axis along the long axis of the slide and at the center of the axis along the short axis. A member having two holes near the short side is obtained, and a cylindrical synthetic quartz pipe is attached to the hole so that the center points of the circles coincide with each other. An upper part constituent member that is a receiving tank and that has an electrode plug receiving port is manufactured, and then a synthetic quartz slide glass is used as a bottom constituent member, and the intermediate part constituent member is overlaid thereon. Pasted, and then In addition, an electrophoresis cavity constituted by stacking and laminating the above-prepared upper part constituent members, an electrophoresis cell having a sample receiving tank connected therewith and two electrode plug receiving ports, and a palladium electrode are provided. The zeta potential measuring device for microscopic observation according to the above [1] or [2], comprising two fluororesin stoppers.
[4] A zeta potential measurement method comprising observing particles with a microscope using the zeta potential measurement device for microscopic observation according to any one of [1] to [3].
[5] The zeta potential measurement method according to the above [4], which includes performing moving image processing, binarization processing, and / or image synthesis processing on an image obtained through a microscope.

本発明の装置を使用すれば、一般に普及している顕微鏡を用いて、比較的簡単にかつ安価に、微粒子のゼータ電位測定を行うことができる。本発明の顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置は、簡単な構造で且つ安価であるし、既存の光学顕微鏡を使用して微粒子のゼー
タ電位測定を可能にする。本発明の技術により、普及している一般的な顕微鏡を用いて、手軽に、精度よく、ゼータ電位を測定することができる。
本発明のその他の目的、特徴、優秀性及びその有する観点は、以下の記載より当業者にとっては明白であろう。しかしながら、以下の記載及び具体的な実施例等の記載を含めた本件明細書の記載は本発明の好ましい態様を示すものであり、説明のためにのみ示されているものであることを理解されたい。本明細書に開示した本発明の意図及び範囲内で、種々の変化及び/又は改変(あるいは修飾)をなすことは、以下の記載及び本明細書のその他の部分からの知識により、当業者には容易に明らかであろう。本明細書で引用されている全ての特許文献及び参考文献は、説明の目的で引用されているもので、それらは本明細書の一部としてその内容はここに含めて解釈されるべきものである。
If the apparatus of this invention is used, the zeta potential measurement of microparticles | fine-particles can be performed comparatively easily and cheaply using the microscope which has spread widely. The zeta potential measuring device for microscopic observation of the present invention has a simple structure and is inexpensive, and enables zeta potential measurement of fine particles using an existing optical microscope. With the technique of the present invention, it is possible to easily and accurately measure the zeta potential using a general microscope that is widespread.
Other objects, features, excellence and aspects of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following description. However, it is understood that the description of the present specification, including the following description and the description of specific examples and the like, show preferred embodiments of the present invention and are presented only for explanation. I want. Various changes and / or modifications (or modifications) within the spirit and scope of the present invention disclosed herein will occur to those skilled in the art based on the following description and knowledge from other parts of the present specification. Will be readily apparent. All patent documents and references cited herein are cited for illustrative purposes and are not to be construed as a part of this specification. is there.

本発明は、簡易ゼータ電位測定装置及びゼータ電位測定法を提供している。
本発明の簡易ゼータ電位測定装置は、極めてシンプルな構造であり、その取り扱いが容易であるとともに安価に製造可能であり、確実なゼータ電位測定を可能にする。
本発明は、電気泳動セル及び電極の形状を工夫して、市販の顕微鏡を用いることにより比較的簡単に、且つ、安価に各種微粒子のゼータ電位測定を行うことを可能にする。
本発明の簡易ゼータ電位測定装置は、通常の光学顕微鏡観察用試料ステージ上載置に適した形状を有しており、直流電場を印加するための電極を備えているほぼ円柱状の栓部材と、該栓部材を着脱自在に受容する円筒状開口槽部分と該開口槽部の開口に連通している扁平直方体状の電気泳動槽用キャビティを中央部に有しており且つ該開口槽部と一体のものとされている直方体形状の平板状ガラス電気泳動セルより構成され、該開口槽部分は該電気泳動槽用キャビティの両端側部に二つ配置されていることを特徴とする。
本発明の簡易ゼータ電位測定装置の典型的な形態のものは、扁平直方体形の中空箱型セルであり、該セルの底面は顕微鏡観察用試料ステージ上載置に適した平面長方形底面を有しており、且つ、該セルの上面は顕微鏡対物レンズ側であり当該底面と同形の長方形平面を有し、透光性部材で構成されており、該セルは中央部に観察用試料を収容するための中空部を有しており、該中空部に連通しており且つ測定用液体試料を受容する浴槽を有し、当該浴槽は当該セルの長軸に沿ってその各端部側の上面に二つ設けられており、該浴槽の上方開口部には、直流電場を印加するための電極を備えている栓部材が着脱可能に装着されていることを特徴とする。
顕微鏡対物レンズ側の上面を構成する部材及び顕微鏡観察用試料ステージ上載置に適した平面長方形底面を構成する部材は、好適に、スライドグラス又はそれと同等の品質のガラス板材であってよい。
本発明の簡易ゼータ電位測定装置は、それを用いたゼータ電位測定法において、例えば、解析ソフトウエア、顕微鏡用CCDカメラ、そして直流安定化電源と組み合わされて利用
できるシステムとされていてよい。
The present invention provides a simple zeta potential measurement device and a zeta potential measurement method.
The simple zeta potential measuring device of the present invention has a very simple structure, is easy to handle, can be manufactured at low cost, and enables reliable zeta potential measurement.
The present invention makes it possible to measure the zeta potential of various fine particles relatively easily and inexpensively by devising the shape of the electrophoresis cell and the electrode and using a commercially available microscope.
The simple zeta potential measuring device of the present invention has a shape suitable for mounting on a normal optical microscope observation sample stage, and a substantially cylindrical plug member provided with an electrode for applying a DC electric field; A cylindrical opening tank portion that removably receives the plug member, and a flat rectangular parallelepiped electrophoresis tank cavity that communicates with the opening of the opening tank portion at the center and integrated with the opening tank portion It is characterized by comprising a rectangular parallelepiped flat glass electrophoresis cell, and two opening tank portions are arranged at both end sides of the electrophoresis tank cavity.
A typical form of the simple zeta potential measuring device of the present invention is a flat rectangular hollow box cell, and the bottom surface of the cell has a flat rectangular bottom surface suitable for mounting on a sample stage for microscopic observation. And the top surface of the cell is on the microscope objective lens side, has a rectangular plane that is the same shape as the bottom surface, and is made of a light-transmitting member, and the cell is for accommodating an observation sample in the center. A hollow portion that has a bathtub that communicates with the hollow portion and receives a liquid sample for measurement; two bathtubs are provided on the upper surface of each end along the long axis of the cell; A plug member having an electrode for applying a DC electric field is detachably attached to the upper opening of the bathtub.
The member constituting the upper surface on the microscope objective lens side and the member constituting the flat rectangular bottom surface suitable for placement on the sample stage for microscope observation may be preferably a slide glass or a glass plate of the same quality.
The simple zeta potential measurement apparatus of the present invention may be a system that can be used in combination with, for example, analysis software, a CCD camera for a microscope, and a DC stabilized power supply in a zeta potential measurement method using the same.

本発明の簡易ゼータ電位測定装置においては、その扁平直方体形の中空箱型セルの本体部は、次のように作成することが可能である。すなわち、顕微鏡用スライドグラスを3枚用意し、1枚の中心部を長方形に切り抜いて、液体試料を受容可能な中空部を取り囲む枠型材を与えるようにする。こうして得られた枠型の部材(中間部構成部材)を、上下よりサンドイッチするように他の2枚のスライドグラスを重ね合わせて張り合わせる。上記上側に配置するスライドグラス(上側部構成部材)は、予め、次のような加工を施しておく。すなわち、上記枠部材の内側の切り抜き部の両端部(長軸に沿った端部)に孔部が接して且つ該孔部が該切り抜き部に相当する側に位置するように上側スライドグラスに丸く切り抜いて孔部を形成し、該穿設された孔部に適合する大きさであり且つ中空円筒形の部材を取り付ける。当該中空円筒形の部材はガラス管を切断したものを使用できる。当該中空円筒形の部材に関し、適宜、そのカット面はそれを磨いておくことができる。上側スライドグラスに取り付けられた中空円筒形の部材は、液体試料を受容する液槽として機能するし
、栓部材を受容して封止することが可能となるようにされている。下に配置する構成部材たる顕微鏡用スライドグラス(底部構成部材)は市販のものをそのまま使用可能である。
In the simple zeta potential measurement device of the present invention, the main body of the flat rectangular parallelepiped hollow box cell can be produced as follows. That is, three slide glasses for a microscope are prepared, and the center portion of one glass is cut into a rectangular shape to give a frame material surrounding a hollow portion capable of receiving a liquid sample. The frame-shaped member (intermediate part constituting member) obtained in this way is laminated with another two slide glasses so as to be sandwiched from above and below. The slide glass (upper part constituent member) disposed on the upper side is subjected to the following processing in advance. That is, the upper slide glass is rounded so that the holes are in contact with both end portions (end portions along the long axis) of the cutout portion inside the frame member and the hole portions are located on the side corresponding to the cutout portion. A hole is formed by cutting out, and a hollow cylindrical member that is sized to fit the hole that is drilled is attached. As the hollow cylindrical member, a glass tube cut can be used. As for the hollow cylindrical member, the cut surface can be polished as appropriate. The hollow cylindrical member attached to the upper slide glass functions as a liquid tank for receiving the liquid sample, and can receive and seal the stopper member. Commercially available slide glasses for glass (bottom component members), which are constituent members disposed below, can be used as they are.

本発明の簡易ゼータ電位測定装置を構成するのに使用される顕微鏡用スライドグラスとしては、例えば、長さ76 mm×幅26 mm×厚さ0.9〜1.2 mmのものが挙げられる。該スライ
ドグラスの厚さは、様々であり、例えば、0.8〜1.0 mm、1.0〜1.2 mm、1.2〜1.5 mm、1.3
mmなどであってもよい。また、大型スライドガラスでは、そのサイズは、例えば、長さ76 mm×幅52 mmであるものが挙げられる。典型的な顕微鏡用スライドグラスは、長さ76 mm×幅26 mm×厚さ0.9〜1.2 mmのものである。
Examples of the microscope slide glass used for constituting the simple zeta potential measuring device of the present invention include those having a length of 76 mm × width of 26 mm × thickness of 0.9 to 1.2 mm. The thickness of the slide glass varies, for example, 0.8-1.0 mm, 1.0-1.2 mm, 1.2-1.5 mm, 1.3
It may be mm. Moreover, in the large sized glass slide, the size is, for example, a length of 76 mm × width of 52 mm. A typical microscope slide is 76 mm long x 26 mm wide x 0.9-1.2 mm thick.

次に、図1には、本発明の簡易ゼータ電位測定装置、すなわち電気泳動セル及び電極栓を示す。典型的なサイズ:長さ76 mm×幅26 mm×厚さ0.9〜1.5 mmのスライドグラスを使用して本簡易ゼータ電位測定装置を作製する手法を図1を参照して説明する。
まず、中間部構成部材(12)は、そのスライドの中央部分(18): 長さ70 mm×幅20 mmのサイズの長方形を切り取ることにより、四角い枠形状の部材として得られる。かくして、3 mmの幅の四角い枠部からなる部材が与えられる。
次に、上側部構成部材(11)は、そのスライドの長軸に沿った各両端の近くであって、短軸の中央部にその中心が来るようにして円形の孔(16, 17)を切り取ることにより、スライドの長方形の長い辺に沿ってその両側近く、すなわち、スライドの長方形の短い辺の近くに二つの孔を有している部材が与えられる。該孔部は、一般的には円形であり、例えば、右側の円形の孔は、スライドの長方形の右側の短い辺から、その孔が3 mmだけ左側に離れて配置されるように設けられ、一方、左側の円形の孔は、スライドの長方形の左側の短い辺から、その孔が3 mmだけ右側に離れて配置されるように設けられる。該円形の孔の中心は、直径9 mmの穴が開けられている場合、右側の穴ではスライドの長方形の右側の短い辺から左側7.5 mmの所で、スライドの長方形の長い辺である上下の辺から13 mmの所にあり
、一方、左側の穴ではスライドの長方形の左側の短い辺から右側7.5 mmの所で、スライドの長方形の長い辺である上下の辺から13 mmの所にある。
Next, FIG. 1 shows a simple zeta potential measuring device of the present invention, that is, an electrophoresis cell and an electrode plug. A method for producing this simple zeta potential measuring apparatus using a slide glass having a typical size: length 76 mm × width 26 mm × thickness 0.9 to 1.5 mm will be described with reference to FIG.
First, the intermediate component member (12) is obtained as a square frame member by cutting out a central portion (18) of the slide: a rectangle having a length of 70 mm and a width of 20 mm. Thus, a member consisting of a square frame with a width of 3 mm is provided.
Next, the upper component member (11) is formed with a circular hole (16, 17) near each end along the long axis of the slide so that its center comes to the center of the short axis. Cutting gives a member having two holes along the long side of the slide rectangle, near its sides, ie, near the short side of the slide rectangle. The hole is generally circular, for example, the right circular hole is provided so that the hole is spaced 3 mm to the left from the short side of the right side of the slide rectangle, On the other hand, the circular hole on the left side is provided so that the hole is spaced 3 mm to the right from the short left side of the slide rectangle. The center of the circular hole is a hole with a diameter of 9 mm. If the hole on the right side is 7.5 mm on the left side from the short side on the right side of the slide rectangle, the upper and lower sides are the long sides of the slide rectangle. It is 13 mm from the side, while the hole on the left is 7.5 mm to the right from the short left side of the slide rectangle and 13 mm from the upper and lower sides of the long side of the slide rectangle.

そして、本上側部構成部材用の二つの孔(16, 17)を有している部材には、設けられた孔部の穴の直径の大きさと同じサイズの内径を有するガラス管から切り出して作製された円筒状のパイプ(枝管)(14, 15):内径9 mm、外径14 mm、管の厚さ2.5 mm、管の長さ10 mm
を、当該上側部構成部材用の二つの孔を有している部材の孔部の所に、互いの円の中心点(円柱の軸)が一致するように取り付ける。かくして、該円筒状のパイプは、当該上側部構成部材用の二つの孔を有している部材と一体となり、試料を受容すると共に電極を備えた栓(19, 19')を取り付けることを可能にする液体受容槽(14, 15)を形成していることにな
る。
Then, the member having two holes (16, 17) for the upper component member is cut out from a glass tube having an inner diameter of the same size as the diameter of the hole of the provided hole. Cylindrical pipe (branch pipe) (14, 15): inner diameter 9 mm, outer diameter 14 mm, pipe thickness 2.5 mm, pipe length 10 mm
Are attached so that the center point of each circle (the axis of the cylinder) coincides with the hole of the member having the two holes for the upper component member. Thus, the cylindrical pipe is integrated with a member having two holes for the upper component member, and it is possible to receive a sample and attach a plug (19, 19 ') having an electrode. Thus, a liquid receiving tank (14, 15) is formed.

本簡易ゼータ電位測定装置を構成するのに使用する底部構成部材(13)は、典型的なサイズ:長さ76 mm×幅26 mm×厚さ0.9〜1.5 mmのスライドグラスをそのまま使用でき、その上に、上記のようにして形成された中間部構成部材(12)を重ねて貼り合わせ、こうして得られたものの上に、上記のようにして形成された上側部構成部材(11)を重ねて貼り合わせることで、本発明の装置が得られる。かくして、電気泳動槽用キャビティ(電気泳動セル)の容積サイズとして、セル長さ70 mm×セル幅20 mm×セル深さ0.9〜1.5 mmである扁平直
方体形状の中空箱型の電気泳動セルが顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置の構成体として得られる。
顕微鏡用スライドグラス及び円筒状のパイプ材の素材としては、合成石英ガラス、天然溶融石英ガラスなどが挙げられる。本簡易ゼータ電位測定装置を構成するのに使用する部材は、高純度合成石英を使用した製品であってよい。
The bottom component (13) used to construct this simple zeta potential measuring device can use a slide glass of typical size: length 76 mm x width 26 mm x thickness 0.9-1.5 mm. The intermediate part component (12) formed as described above is laminated on top of each other, and the upper part component (11) formed as described above is superimposed on the product thus obtained. The apparatus of the present invention can be obtained by bonding. Thus, the volume size of the electrophoresis tank cavity (electrophoresis cell) is a flat rectangular parallelepiped hollow box type electrophoresis cell with a cell length of 70 mm x cell width of 20 mm x cell depth of 0.9 to 1.5 mm. It is obtained as a constituent of a zeta potential measuring device for observation.
Examples of the material for the microscope slide glass and the cylindrical pipe material include synthetic quartz glass and natural fused quartz glass. The member used to configure this simple zeta potential measuring device may be a product using high-purity synthetic quartz.

上記のようにして製造された本簡易ゼータ電位測定装置は、密閉系電気泳動セルであり
、電極と一体化した栓(19)を使用して測定に使用されるので、本発明の簡易ゼータ電位測定装置は当該電極を備えた栓部材を含んだものと解してもよい。該栓の材質は、フッ素系樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとその他のモノマーとの共重合体などであり、具体的には、テフロン(登録商標)の名称で米国デュポン社により入手できるものであってよい。該電極としては、当該分野で知られたものから選択して使用してよく、例えば、白金電極、金電極、銀電極、ニッケル電極、パラジウム電極、カーボン電極などが挙げられる。好適な電極としては、パラジウム電極が挙げられる。
The simple zeta potential measuring device manufactured as described above is a closed electrophoretic cell and is used for measurement using a plug (19) integrated with an electrode. The measuring device may be understood to include a plug member provided with the electrode. The material of the stopper is a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene, a copolymer of tetrafluoroethylene and other monomers, and specifically, Teflon (registered trademark) by US DuPont. It may be available. As this electrode, you may select and use from what is known in the said field | area, for example, a platinum electrode, a gold electrode, a silver electrode, a nickel electrode, a palladium electrode, a carbon electrode etc. are mentioned. A suitable electrode includes a palladium electrode.

水に接する固体表面は、水中からイオンを吸着したり、あるいは表面自身の解離反応により、その表面は電荷を帯びることとなる、すなわち、界面では電荷分離の現象が起こり、水中に存在する、該表面電荷と反対符号のイオン(対イオン)は、表面電荷に引きつけられて表面に集まるが、同時にイオン自身の熱運動によって、水相内部へ拡散しようとする結果、固-液界面には拡散的な構造を持った電気二重層、すなわち、拡散電気二重層が
形成される。水などの液体に対して接触した相が相対的に運動しているとき、接触相の表面からある厚さの層にある液体は粘性のために接触相とともに運動する。この層の表面(滑り面)と界面から十分に離れた液体の部分との電位差を界面動電電位といい、記号ζで表すことが一般的であることから、ゼータ電位と呼ばれる。
プラスあるいはマイナスの表面電荷を帯びた粒子に電場を印加すると、粒子は陰極あるいは陽極の方へ電気泳動する。(a)粒子径が電気二重層の厚さに比較して十分に大きな場
合で、電解質濃度が比較的高く、粒子径が大きな場合では、スモルコフスキー(Smoluchowski)の式(1)が成り立つ。
The solid surface in contact with water adsorbs ions from the water or due to the dissociation reaction of the surface itself, the surface is charged, that is, the phenomenon of charge separation occurs at the interface, Ions (counter ions) with the opposite sign to the surface charge are attracted to the surface charge and gather on the surface. At the same time, the ions try to diffuse into the aqueous phase due to the thermal motion of the ions themselves. An electric double layer having a unique structure, that is, a diffusion electric double layer is formed. When a phase in contact with a liquid such as water is moving relatively, the liquid in a layer of thickness from the surface of the contact phase moves with the contact phase due to viscosity. The potential difference between the surface (sliding surface) of this layer and the portion of the liquid sufficiently away from the interface is called the electrokinetic potential, which is generally expressed by the symbol ζ, and is called the zeta potential.
When an electric field is applied to particles with a positive or negative surface charge, the particles electrophores toward the cathode or anode. (a) When the particle size is sufficiently larger than the thickness of the electric double layer, the electrolyte concentration is relatively high, and the particle size is large, Smoluchowski equation (1) holds.

Figure 2010078394
Figure 2010078394

ここで、v:電気泳動速度、E:電場の強さ、u:電気泳動移動度(単位電場あたりの電気泳動速度)、η:液体の粘度(溶液の粘性率)、ε0:真空の誘電率、εr:溶液の比誘電率、ζ:
ゼータ電位である。
一方、(b)粒子径が電気二重層の厚さよりずっと小さい場合で、希薄水溶液中の非常に
小さな粒子の場合では、ヒュッケル(Huckel)の式(2)が成り立つ。
Where, v: electrophoretic velocity, E: electric field strength, u: electrophoretic mobility (electrophoretic velocity per unit electric field), η: liquid viscosity (solution viscosity), ε 0 : vacuum dielectric Ratio, ε r : relative dielectric constant of the solution, ζ:
Zeta potential.
On the other hand, when (b) the particle diameter is much smaller than the thickness of the electric double layer, and in the case of very small particles in a dilute aqueous solution, Huckel's equation (2) holds.

Figure 2010078394
Figure 2010078394

上記(a)と(b)の中間の場合では、ヘンリー(Henry)の補正係数が使用される。
電気泳動速度の測定は次のようにして行うことができる。
適当な濃度の微粒子懸濁液(ススペンション)を、本簡易ゼータ電位測定装置、すなわち、セルに採取し、電場をかけて粒子の電気泳動速度を、セル深さ(h)に沿って測ると、
図2のような放物線分布が得られる。セルの中心軸から上下両側へ、式(3)で表されるhs
だけ離れたレベルS1あるいはS2における速度が、粒子の電気泳動速度vである。
In the case between (a) and (b) above, the Henry correction factor is used.
The electrophoresis speed can be measured as follows.
When an appropriate concentration of fine particle suspension (spension) is collected in this simple zeta potential measuring device, that is, in a cell, an electric field is applied and the electrophoretic velocity of the particle is measured along the cell depth (h). ,
A parabolic distribution as shown in FIG. 2 is obtained. H s expressed by formula (3) from the center axis of the cell to both the top and bottom sides
The velocity at level S 1 or S 2 that is far away is the electrophoretic velocity v of the particles.

Figure 2010078394
Figure 2010078394

ここで、K=W/h、W:セル幅、h:セル深さである。
このhsにおけるレベルS1及びS2を定常レベルという。Kの大きなセルならば、
Here, K = W / h, W: cell width, and h: cell depth.
The levels S 1 and S 2 at h s are called steady levels. If the cell has a large K,

Figure 2010078394
Figure 2010078394

が定常レベルとなる。
求められた電気泳動速度vを電位勾配(電場の強さ)Eで割れば、電気泳動移動度uが求め
られる(式(1)参照)。よって、ζ電位が計算できる。電位勾配Eは、セルを流れる電流i
と、セルの断面積Sから、次式(5):
Becomes a steady level.
By dividing the determined electrophoretic velocity v by the potential gradient (electric field strength) E, the electrophoretic mobility u can be obtained (see equation (1)). Therefore, the ζ potential can be calculated. The potential gradient E is the current i flowing through the cell
From the cell cross-sectional area S, the following equation (5):

Figure 2010078394
Figure 2010078394

によって計算される。ここで、λは液の比導電率である。比導電率の測定は、次のようにして行われる。電解質溶液の電気抵抗Rは、R=L/λS=A/λで表される。ここで、Lは、測定セル電極間の距離で、Sは、セルの断面積である。導電率既知の水溶液の電気抵抗を測定
することにより、セル定数子A=L/Sは決めることができて、λを決めることができる。
Calculated by Here, λ is the specific conductivity of the liquid. The specific conductivity is measured as follows. The electric resistance R of the electrolyte solution is represented by R = L / λS = A / λ. Here, L is the distance between the measurement cell electrodes, and S is the cross-sectional area of the cell. By measuring the electrical resistance of an aqueous solution of known conductivity, the cell constant A = L / S can be determined and λ can be determined.

電気泳動法でゼータ電位を測定するには、溶液内に一定の直流電場をかけ、その電場内を泳動する粒子の速度を測定する。泳動する粒子を顕微鏡下で観察するには、光学顕微鏡や限外顕微鏡で粒子の泳動を直接観察してもよいが、ビデオカメラなどを顕微鏡に装着し、取得した画像ファイルを、画像処理ソフトを使用して解析することでもよい。目視で測定する場合、背景に升目を配置するなどして観察を容易にする工夫をすることもできる。ビデオカメラなどを使用して画像を取得する場合には、画像処理システムと連携させることができる。画像取得用カメラとしては、当該分野で知れらたものから適宜選択して使用できるが、例えば、CCDカメラ、ハイビジョンカメラなどを使用できる。   In order to measure the zeta potential by electrophoresis, a constant DC electric field is applied to the solution, and the velocity of particles migrating in the electric field is measured. In order to observe the migrating particles under a microscope, you may observe the particle migration directly with an optical microscope or ultramicroscope, but you can attach a video camera to the microscope and use the image processing software It may be used and analyzed. When measuring visually, it can also be devised to facilitate observation by placing a grid on the background. When acquiring an image using a video camera etc., it can be made to cooperate with an image processing system. The image acquisition camera can be appropriately selected from those known in the art, and for example, a CCD camera, a high-vision camera, or the like can be used.

本発明の簡易ゼータ電位測定装置を使用したゼータ電位測定技術では、CCDカメラ、ハ
イビジョンカメラなどの入力装置より得られたデータ(電子データを含む)をパーソナルコンビューター及び画像処理ソフトウェアなどと組合せたシステムとしてあってよいし、通常は、好適である。パーソナルコンビューターは、測定データを格納可能な外部記憶装置(例えば、ハードディスクドライブ、CD-R, DVD, MOドライブなど)を装備していてよ
いし、プリンター、ディスプレーなどの出力装置を備えるものであることができる。
ゼータ電位測定は、解析ソフトを含めた処理ソフトで、便利且つ簡単に行われるようにされていることが好適である。画像解析により、ゼータ電位を自動的に算出できるようにしたり、測定粒子数を指定して、自動的に測定を実施したり、軌跡を追尾可能にしたり、粒径測定したり、凝集粒子や個々の粒子測定をすることもできるようにしてよい。
自動測定では、個々の粒子を自動的に認識し、泳動している粒子を時間又は個数を指定して測定できるようにしてあってよく、また、手動測定では、例えば、スタートとゴールラインを設定し、粒子がライン上を通過していく時にマウスをクリックして手動で数値を蓄積したり、モニター上でラインが移動して、粒子の泳動に合わせたところでデータをとるなどであってよい。
In the zeta potential measurement technique using the simple zeta potential measurement device of the present invention, a system in which data (including electronic data) obtained from an input device such as a CCD camera or a high-vision camera is combined with a personal computer and image processing software. It is usually suitable. The personal computer may be equipped with an external storage device (for example, a hard disk drive, a CD-R, a DVD, an MO drive, etc.) that can store measurement data, and an output device such as a printer or a display. be able to.
The zeta potential measurement is preferably performed conveniently and easily by processing software including analysis software. Through image analysis, the zeta potential can be calculated automatically, the number of particles to be measured can be specified, the measurement can be performed automatically, the trace can be tracked, the particle size can be measured, the aggregated particles and individual particles can be measured. It may also be possible to perform particle measurement.
In automatic measurement, individual particles may be automatically recognized, and the migrating particles may be measured by specifying the time or number. In manual measurement, for example, the start and goal lines are set. Then, when the particles pass on the line, the numerical values may be manually accumulated by clicking the mouse, or the line may be moved on the monitor and data may be collected when the particles move.

本発明の一つの態様では、一般的な光学顕微鏡を介して画像は、図3〜5に示されたフローチャートに従って取得され且つ処理される。
図3は、顕微鏡の接眼レンズ側に配置された受光部を備えた画像処理装置での、画像の取得プロセスをフローチャートで示したものである。出発(start)ノードから進んでいき
、観察対象粒子の移動の様子を経時的に写している動画ファイルがロードすることが選択され(ブロック51)、ロードされた動画ファイルに与えられるファイル名が設定され(ブロック52)、最大保存ファイル数が設定され(ブロック53)、画像取り込み間隔が設定される(ブロック54)と、当該設定に従い、最大保存ファイル数になるまで保存処理が遂行され、取り込み間隔がチェックされ、設定されている取り込み間隔毎に保存されていく(ブロック55)。もし保存ファイルの数が設定した最大保存ファイル数に至らなければ、決められた画像取り込み間隔分動画を進める(ブロック57)。次に、動画の再生時間をチェックする(ブロック58)。もし動画の再生時間を超えていないならば、ブロック55の前に戻って、動画から表示中の画像を取り込み、保存する(ブロック55)。ブロック56では、もし保存ファイルの数が設定した最大保存ファイル数に達していれば、処理を終了する。ブロック58でも、動画の再生時間を超えているなら、処理を終了する。
In one embodiment of the present invention, images are acquired and processed according to the flowcharts shown in FIGS. 3-5 through a common optical microscope.
FIG. 3 is a flowchart showing an image acquisition process in an image processing apparatus including a light receiving unit arranged on the eyepiece side of a microscope. Proceeding from the start node, it is selected to load a movie file that shows the movement of the observed particles over time (block 51), and the file name given to the loaded movie file is set (Block 52), the maximum number of files to be saved is set (block 53), and the image capture interval is set (block 54). According to the setting, the storage process is performed until the maximum number of files is stored, and the capture interval is set. Is checked and stored for each set capture interval (block 55). If the number of saved files does not reach the set maximum number of saved files, the moving image is advanced by a predetermined image capture interval (block 57). Next, the playback time of the moving image is checked (block 58). If the playback time of the video has not been exceeded, the process returns to before block 55 to capture and save the image being displayed from the video (block 55). In block 56, if the number of saved files has reached the set maximum number of saved files, the process is terminated. Even in block 58, if the playback time of the moving image is exceeded, the process is terminated.

図4は、取得した画像データを二値化処理するプロセスをフローチャートで示したものである。出発(start)ノードから進んでいき、まず、画像をロードすることが選択され(
ブロック71)、画像の中の粒子の色が設定され(ブロック72)、次に機能するブロック73では、画像の一つのピクセルの色が、RGB平均値で白に近いか否かを決定する。もし当該
ピクセルの色が、RGB平均値で白に近いものである場合は、そのピクセルの色を白にする
(ブロック74)。もし当該ピクセルの色が、RGB平均値で白に近いものでない場合は、そ
のピクセルの色を粒子色にする(ブロック75)。プログラムの流れは、76に進み、次のピクセルへ移動する。かくして全てのピクセルの判定が終わったか否か判別し、もし全てのピクセルの判定が終わったなら、処理を終了する。一方、もし全てのピクセルの判定が未だ終わってない場合は、ブロック73の前に戻って73の判定処理以降のプロセスを繰り返す。
FIG. 4 is a flowchart showing a process for binarizing the acquired image data. Proceeding from the start node, the first choice is to load the image (
Block 71), the color of the particles in the image is set (block 72), and the next functioning block 73 determines whether the color of one pixel of the image is close to white in terms of RGB average values. If the color of the pixel is close to white in the RGB average value, the color of the pixel is set to white (block 74). If the pixel color is not close to white in the RGB average value, the pixel color is changed to a particle color (block 75). Program flow proceeds to 76 and moves to the next pixel. Thus, it is determined whether or not all the pixels have been determined. If all the pixels have been determined, the process is terminated. On the other hand, if all the pixels have not been determined yet, the process returns to block 73 and the processes after the determination process of 73 are repeated.

図5は、画像を合成処理するプロセスをフローチャートで示したものである。出発(start)ノードから進んでいき、画像を2枚以上の任意の枚数をロードする(ブロック91)。
ブロック91に進んで、複数の画像の同じ位置のピクセルの色を平均し、合成画像を描く処理を実行する(ブロック92)。次に機能するブロック93では、全てのピクセルの処理が終わったか否かを判定し、もし全てのピクセルの処理が終わっているなら、プロセスを終了する。もし全てのピクセルの処理が終わっていない場合には、ブロック92の前に戻って92の処理以降のプロセスを繰り返す。
FIG. 5 is a flowchart showing a process for synthesizing images. Proceeding from the start node, an arbitrary number of two or more images are loaded (block 91).
Proceeding to block 91, the color of pixels at the same position in a plurality of images is averaged, and a process of drawing a composite image is executed (block 92). In the next functioning block 93, it is determined whether or not all the pixels have been processed. If all the pixels have been processed, the process is terminated. If all the pixels have not been processed, the process returns to before block 92 to repeat the processes after 92.

本発明の装置は、顕微鏡用プレパラートと同一規格の部材を使用して密閉系電気泳動セルを構成したものとすることができる。本発明の測定系は、顕微鏡用スライドグラスと同一又は同等の規格の部材を加工して作成した密閉系電気泳動セルと、該セルの試料受容槽にフィットする
本発明の装置を使用すれば、顕微鏡で観察可能なミクロン前後の大きさの粒子については、市販のゼータ電位計と遜色ない精度でゼータ電位を測定できる。現在、市販のゼータ電位計は500万円〜1500万円程度と高価であって、また、各県の産業技術センター等にも
ほとんど導入されておらず、手軽にゼータ電位測定ができるわけではない。これに対し、本発明の装置は、ガラスセルとテフロン(登録商標)栓及びパラジウム電極の組み合わせからなる非常に単純な装置であり、非常に安価である。
市販のゼータ電位計は非常に高価であり、それ以外の手法では測定系を自作する必要がある。また、自作した装置は、開放系であるため、対流等の外乱の影響を受けやすい。本発明の微粒子のゼータ電位を簡便に安価に測定する装置と方法により、市販のゼータ電位計と比較して非常に安価に測定を行うことが可能となり、また、古典的な手法と比較しても、普及している一般的な顕微鏡を用いて、手軽に、精度よくゼータ電位を測定することができる。
The apparatus of the present invention may be configured as a closed electrophoretic cell using members having the same specifications as the microscope preparation. The measurement system of the present invention is a closed electrophoretic cell prepared by processing a member of the same or equivalent standard as a microscope slide glass, and if the apparatus of the present invention that fits the sample receiving tank of the cell is used, For particles of a size of around micron that can be observed with a microscope, the zeta potential can be measured with an accuracy comparable to that of a commercially available zeta electrometer. Currently, commercially available zeta electrometers are expensive, ranging from 5 to 15 million yen, and are rarely introduced at industrial technology centers in each prefecture, so it is not possible to measure zeta potential easily. . On the other hand, the device of the present invention is a very simple device composed of a combination of a glass cell, a Teflon (registered trademark) stopper and a palladium electrode, and is very inexpensive.
Commercially available zeta electrometers are very expensive, and other methods require you to make your own measurement system. In addition, since the self-made device is an open system, it is easily affected by disturbances such as convection. The apparatus and method for measuring the zeta potential of the fine particles of the present invention simply and inexpensively makes it possible to perform measurement at a very low cost compared to a commercially available zeta potentiometer, and also compared with the classical method. However, it is possible to easily and accurately measure the zeta potential using a common microscope that is widely used.

本発明の技術で、塗料、インクなどの分散・吸着性を調べたり、界面活性剤と汚れとの
関係を調べて洗浄能を評価したり、紙、パルプ、繊維などの分野で染色性や吸着性を調べたり、上水道・下水道の水質管理に使用したり、鉱物粒子の性状評価をするなど浮遊選鉱技術で応用したり、生体細胞とミセルの関係などの生体現象の研究などに利用できて、有用である。本発明の装置及びそれを使用してのゼータ電位測定法では、粒子の泳動を目視しながら測定することが可能で、例えば、0.02μm〜500μmの粒子サイズ、より好適には
、0.1μm〜100μmの粒子サイズを測定対象とすることが可能である。
本発明の技術で、簡単にゼータ電位測定を行い、医薬、化粧品、香料、食品分野、さらにはナノバイオなどで、エマルションの分散・凝集制御、タンパク質の機能性、リポソーム・ベシクルの分散・凝集制御、界面活性剤の機能性、ミセルの解析などに利用できる。さらに、半導体分野では、シリコンウエハー表面への異物の付着メカニズムの解明、研磨剤や添加剤とウエハー表面との相互作用の研究に使用でき、セラミックス・色材工業分野では、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどのセラミックスや無機ゾルの表面改質、分散、凝集制御、カーボンブラック、有機顔料などの顔料の分散・凝集制御、スラリー状サンプル、カラーフィルター、浮遊選鉱物の捕集材吸着の研究などにも利用できる。また、高分子・化学工業の分野では、塗料、接着剤といったエマルションの分散・凝集制御、ラテックスの表面改質、ポリスチレンスルホネート、ポリカルボン酸などの電解質高分子の機能性の研究、機能性ナノ粒子などの微粒子の分散・凝集制御など、紙・パルプなどの製紙工程制御、パルプ添加剤の研究などに使用できる。
With the technology of the present invention, the dispersion and adsorption properties of paints, inks, etc. are investigated, the relationship between surfactants and stains is examined to evaluate the cleaning ability, and the dyeability and adsorption properties in the fields of paper, pulp, fibers, etc. It can be used for the study of biological properties such as the relationship between biological cells and micelles, etc. Useful. In the apparatus of the present invention and the zeta potential measurement method using the apparatus, it is possible to measure while visually observing the migration of particles, for example, a particle size of 0.02 μm to 500 μm, more preferably 0.1 μm to 100 μm. The particle size can be measured.
With the technology of the present invention, the zeta potential can be easily measured, and in the fields of medicine, cosmetics, fragrances, foods, and even nanobio, emulsion dispersion / aggregation control, protein functionality, liposome / vesicle dispersion / aggregation control, It can be used to analyze the functionality of surfactants and micelles. Furthermore, in the semiconductor field, it can be used to elucidate the adhesion mechanism of foreign matter on the surface of silicon wafers, and to study the interaction between abrasives and additives and the wafer surface. In the ceramics and color materials industry, silica, alumina, titanium oxide For surface modification of ceramics and inorganic sols such as, dispersion and aggregation control, dispersion and aggregation control of pigments such as carbon black and organic pigments, slurry samples, color filters, adsorption research for floating minerals, etc. Available. In the field of polymer and chemical industries, dispersion and aggregation of emulsions such as paints and adhesives, surface modification of latex, research on functionality of electrolyte polymers such as polystyrene sulfonate and polycarboxylic acid, functional nanoparticles It can be used for the control of paper making processes such as paper and pulp, and the study of pulp additives.

以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。本発明では、本明細書の思想に基づく様々な実施形態が可能であることは理解されるべきである。
全ての実施例は、他に詳細に記載するもの以外は、標準的な技術を用いて実施したもの、又は実施することのできるものであり、これは当業者にとり周知で慣用的なものである。
The present invention will be described in detail with reference to the following examples, which are provided merely for the purpose of illustrating the present invention and for reference to specific embodiments thereof. These exemplifications are for explaining specific specific embodiments of the present invention, but are not intended to limit or limit the scope of the invention disclosed in the present application. In the present invention, it should be understood that various embodiments based on the idea of the present specification are possible.
All examples were performed or can be performed using standard techniques, except as otherwise described in detail, and are well known and routine to those skilled in the art. .

〔簡易ゼータ電位測定装置の構築〕
サイズ:長さ76 mm×幅26 mm×厚さ1.0 mmのスライドグラスの一枚とサイズ:長さ76 mm
×幅26 mm×厚さ1.5 mmのスライドグラスを使用して本発明の簡易ゼータ電位測定装置を
構成する電気泳動セルを作製する。なお、図1を参照できる。
まず、サイズ:長さ76 mm×幅26 mm×厚さ1.0 mmの合成石英製スライドグラスを使用し
て中間部構成部材(12)を作製する。該スライドの中央部分(18): 長さ70 mm×幅20 mmのサイズの長方形を切り取ることにより、四角い枠形状の部材が得られる。かくして、3 mmの幅の四角い枠部からなる部材が与えられる。
次に、サイズ:長さ76 mm×幅26 mm×厚さ1.5 mmの合成石英製スライドグラスを使用し
て上側部構成部材(11)を作製する。該スライドの長軸に沿った軸の両端のそれぞれから内側8 mmの位置で且つ短軸に沿った軸の中央部にその中心が位置する直径9 mmの円形の孔(16, 17)を切り取ることにより、スライドの長方形の長い辺に沿ってその両側近く、すなわち、スライドの長方形の短い辺の近くに二つの孔を有している部材を得る。当該孔は、スライドの長方形の右側の短い辺から、その孔が3 mmだけ左側に離れて配置されるように設けられ、一方、左側の円形の孔は、スライドの長方形の左側の短い辺から、その孔が3 mmだけ右側に離れて配置されるように設けられる。該円形の孔の中心は、直径9 mmの穴が開けられ、よって、右側の穴ではスライドの長方形の右側の短い辺から左側7.5 mmの所で、スライドの長方形の長い辺である上下の辺から13 mmの所にあり、一方、左側の穴ではス
ライドの長方形の左側の短い辺から右側7.5 mmの所で、スライドの長方形の長い辺である上下の辺から13 mmの所にある。次に、当該孔部の所に、内径9 mm、外径14 mm、管の厚さ2.5 mm、管の長さ10 mmの円筒状の合成石英製パイプを、互いの円の中心点(円柱の軸)が
一致するように取り付けて、枝管、すなわち、試料受容槽(電極栓受容口)を形成する。
試料受容槽は、スライドグラスより作製された上側部構成部材に二つ設置される。それぞれ、陽極側と陰極側として使用できる。
[Construction of simple zeta potential measurement device]
Size: 76 mm long x 26 mm wide x 1.0 mm thick slide glass and size: 76 mm long
The electrophoresis cell which comprises the simple zeta potential measuring device of this invention is produced using the slide glass of * width 26mm * thickness 1.5mm. Reference can be made to FIG.
First, the intermediate component member (12) is produced using a synthetic quartz slide glass of size: length 76 mm × width 26 mm × thickness 1.0 mm. Central part (18) of the slide: A rectangular frame-shaped member is obtained by cutting out a rectangle having a length of 70 mm and a width of 20 mm. Thus, a member consisting of a square frame with a width of 3 mm is provided.
Next, the upper component member (11) is prepared using a synthetic quartz slide glass of size: length 76 mm × width 26 mm × thickness 1.5 mm. Cut out a 9 mm diameter circular hole (16, 17) centered at the center of the shaft along the minor axis, 8 mm inside from each end of the shaft along the major axis of the slide This gives a member with two holes along the long side of the slide rectangle, near its sides, i.e. near the short side of the slide rectangle. The hole is provided so that the hole is spaced 3 mm to the left from the short side on the right side of the slide rectangle, while the left circular hole is from the short side on the left side of the slide rectangle. , The holes are provided 3 mm apart on the right side. The center of the circular hole is drilled with a 9 mm diameter hole, so in the right hole, the upper and lower sides, which are the long sides of the slide rectangle, from the short side of the right side of the slide rectangle to the left side of 7.5 mm. 13 mm from the left side of the slide rectangle, and 7.5 mm to the right side of the left side of the slide rectangle, and 13 mm from the upper and lower sides of the long side of the slide rectangle. Next, a cylindrical synthetic quartz pipe having an inner diameter of 9 mm, an outer diameter of 14 mm, a pipe thickness of 2.5 mm, and a pipe length of 10 mm is placed at the hole, and the center point of each circle (cylinder) Are attached so that they coincide with each other to form a branch pipe, that is, a sample receiving tank (electrode plug receiving port).
Two sample receiving tanks are installed on an upper component member made of a slide glass. They can be used as the anode side and the cathode side, respectively.

ついで、サイズ:長さ76 mm×幅26 mm×厚さ1.5 mmの合成石英製スライドグラスを底部
構成部材(13)として使用し、その上に、上記のようにして形成された中間部構成部材(12)を重ねて貼り合わせ、さらに、その上に、上記のようにして形成された上側部構成部材(11)を重ねて貼り合わせることで、電気泳動用キャビティとそれに連なる試料受容槽(電極栓受容口)を持っている電気泳動セルが得られる。かくして、電気泳動槽用キャビティ(電気泳動セル)の容積サイズは、セル長さ70 mm×セル幅20 mm×セル深さ1.0 mmである扁平直方体形状の中空箱型の電気泳動セルが顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置の構成体として得られる。
パラジウム電極を備えたテフロン(登録商標)製の栓を二つ使用して、本簡易ゼータ電位測定装置が構成される。上記のようにして製造された本簡易ゼータ電位測定装置は、密閉系電気泳動セルであり、電極と一体化した栓(19)を使用して測定に使用される。
Next, a synthetic quartz slide glass having a size: length 76 mm × width 26 mm × thickness 1.5 mm is used as the bottom component member (13), and the intermediate component member formed as described above is used thereon. (12) are stacked and bonded, and the upper component member (11) formed as described above is stacked and bonded to the electrophoresis cavity and the sample receiving tank (electrode) connected thereto. An electrophoretic cell having a plug receptacle is obtained. Thus, the volume size of the electrophoresis tank cavity (electrophoresis cell) is a flat rectangular parallelepiped hollow box type electrophoresis cell with a cell length of 70 mm x cell width of 20 mm x cell depth of 1.0 mm. Obtained as a constituent of the zeta potential measuring device.
This simple zeta potential measuring device is configured using two Teflon (registered trademark) plugs equipped with a palladium electrode. The simple zeta potential measuring device manufactured as described above is a closed electrophoretic cell and is used for measurement using a plug (19) integrated with an electrode.

本発明の技術を利用すれば、安価に、且つ、手軽に、そして、精度よく、ゼータ電位の測定を行うことが可能であり、材料・環境・食品・医療・エレクトロニックスなどの幅広い分野で、溶液中の微粒子の界面電位であるゼータ電位を測定できるので、コロイドや界面化学の研究・解析、エマルションの分散・凝集制御、水質管理、環境改善、品質制御などに応用できる。本発明の装置及び方法は、塗料、インクなどの製造分野、洗浄の評価や界面活性剤製造の分野、染色や吸着などが関与する、紙、パルプ、繊維工業などの分野、上下水道、洗浄水などの水質管理、浮遊選鉱、バイオ産業、食品産業など様々な産業で利用される。
本発明は、前述の説明及び実施例に特に記載した以外も、実行できることは明らかである。上述の教示に鑑みて、本発明の多くの改変及び変形が可能であり、従ってそれらも本件添付の請求の範囲の範囲内のものである。
By utilizing the technology of the present invention, it is possible to measure the zeta potential at low cost, easily and accurately, and in a wide range of fields such as materials, environment, food, medicine, and electronics, Since the zeta potential, which is the interface potential of fine particles in a solution, can be measured, it can be applied to research and analysis of colloids and interfacial chemistry, dispersion and aggregation control of emulsions, water quality management, environmental improvement, quality control, and so on. The apparatus and method of the present invention are used in the fields of production of paints, inks, etc., the field of washing evaluation and surfactant production, the field of paper, pulp, textile industry, etc. involving dyeing and adsorption, water and sewage, washing water It is used in various industries such as water quality management, flotation, biotechnology industry and food industry.
It will be apparent that the invention may be practiced otherwise than as particularly described in the foregoing description and examples. Many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings, and thus are within the scope of the claims appended hereto.

本発明の簡易ゼータ電位測定装置、すなわち電気泳動セル及び電極栓を示す。A:該セルを上方より見た外観である。ゼータ電位測定にもっぱら使用する領域を、有効部として示してある。B:該セルを下方より見た外観である。ゼータ電位測定にもっぱら使用する領域を、有効部として示してある。C:該セルを長軸に沿った側面より見た外観で、電極栓(19)が試料受容槽に設置されている状態のものである。該セルの中程の矢印は、顕微鏡での観察方向を示す。D:該セルを長軸に沿った側面より見た外観と、二つの電極栓を横方向より見た外観が示してあり、電極栓と該セルの試料受容槽との関係が把握できるように示されているものである。E: 該セルを短軸に沿った側面より見た外観である。その上方には電極栓を横方向より見た外観が示してあり、電極栓と該セルの試料受容槽との関係が把握できるように示されているものである。Aは、電気泳動セルを上方より見た外観で、bは、電気泳動セルを下方より見た外観であるが、同時に、底部構成部材(13)も表示するものである。a-bの間の11は、セルの上側構成部材を示し、12は、セルの中間部構成部材を示す。1 shows a simple zeta potential measuring device of the present invention, that is, an electrophoresis cell and an electrode plug. A: Appearance of the cell as seen from above. A region exclusively used for zeta potential measurement is shown as an effective part. B: Appearance of the cell as viewed from below. A region exclusively used for zeta potential measurement is shown as an effective part. C: Appearance of the cell as viewed from the side along the long axis, with the electrode plug (19) installed in the sample receiving tank. The arrow in the middle of the cell indicates the direction of observation with a microscope. D: Appearance of the cell viewed from the side along the long axis and appearance of the two electrode plugs viewed from the lateral direction are shown so that the relationship between the electrode plug and the sample receiving tank of the cell can be grasped. It is what is shown. E: It is the external appearance which looked at this cell from the side surface along a short axis. Above that, the external appearance of the electrode plug viewed from the lateral direction is shown, so that the relationship between the electrode plug and the sample receiving tank of the cell can be grasped. A is the appearance of the electrophoretic cell viewed from above, and b is the external appearance of the electrophoretic cell viewed from below. At the same time, the bottom component (13) is also displayed. 11 between a and b indicates an upper component of the cell, and 12 indicates an intermediate component of the cell. 簡易ゼータ電位測定装置の電気泳動測定セルの深さと測定対象粒子の電気泳動速度との関係を示す。The relationship between the depth of the electrophoretic measurement cell of the simple zeta potential measuring device and the electrophoretic velocity of the measurement target particle is shown. 顕微鏡を通して、例えば、CCDカメラで得られる画像(動画を含む)の取得・解析を行うためのデータ処理(動画処理)を示した流れ図である。It is the flowchart which showed the data processing (moving image processing) for acquiring and analyzing the image (a moving image is included) obtained with a CCD camera through a microscope, for example. 取得した画像データを二値化してデータ加工を行うための処理の流れを示す流れ図である。It is a flowchart which shows the flow of the process for binarizing the acquired image data and performing data processing. 画像データを加工して、画像合成処理を行う流れ図であり、ゼータ電位測定に便利なように処理するものである。It is a flowchart which processes image data and performs image composition processing, and processes it conveniently for zeta potential measurement.

Claims (3)

直流電場を印加するための電極を備えているほぼ円柱状の栓部材と、該栓部材を着脱自在に受容する円筒状開口槽部分と該開口槽部の開口に連通している扁平直方体状の電気泳動槽用キャビティを中央部に有しており且つ該開口槽部と一体のものとされている直方体形状の平板状ガラス電気泳動セルより構成され、該開口槽部分は該電気泳動槽用キャビティの両端側部に二つ配置されていることを特徴とする顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置。 A substantially cylindrical plug member having an electrode for applying a DC electric field, a cylindrical opening tank portion that detachably receives the plug member, and a flat rectangular parallelepiped shape that communicates with the opening of the opening tank section It is composed of a rectangular parallelepiped flat-plate glass electrophoresis cell having an electrophoresis tank cavity at the center and integrated with the opening tank part, and the opening tank part is the electrophoresis tank cavity Two zeta potential measuring devices for microscopic observation, characterized in that two are arranged on both side portions of the microscopic device. 合成石英製スライドグラスを使用し、該スライドグラスの中央部分の長方形を切り取ることにより、四角い枠部からなる部材である中間部構成部材を作製し、次に、合成石英製スライドグラスを使用し、該スライドの長軸に沿った軸の両端のそれぞれから内側の位置で且つ短軸に沿った軸の中央部にその中心が位置する円形の孔を二つ切り取って、スライドの長方形の短い辺の近くに二つの孔を有している部材を得、そして、当該孔部の所に、円筒状の合成石英製パイプを、互いの円の中心点が一致するように取り付けて、試料受容槽であり且つ電極栓受容口を形成した上側部構成部材を作製し、次に、合成石英製スライドグラスを底部構成部材として使用し、その上に、上記作製の中間部構成部材を重ねて貼り合わせ、さらに、その上に、上記作製の上側部構成部材を重ねて貼り合わせることで構成される電気泳動用キャビティとそれに連なる試料受容槽で且つ電極栓受容口を二つ持っている電気泳動セルと、パラジウム電極を備えたフッ素系樹脂製の栓を二つ備えることを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置。 Using a synthetic quartz slide glass, by cutting out a rectangle at the center of the slide glass, an intermediate component member that is a member made of a square frame is produced, and then using a synthetic quartz slide glass, Cut out two circular holes centered at the center of the shaft along the short axis at the inside of each end of the shaft along the long axis of the slide, and A member having two holes in the vicinity is obtained, and a cylindrical synthetic quartz pipe is attached to the hole so that the center points of the circles coincide with each other. There is an upper part forming member having an electrode plug receiving port, and then using a synthetic quartz slide glass as a bottom part member, on which the intermediate part member made above is stacked and bonded, In addition, Electrophoresis cell configured by stacking and laminating the upper side constituent members prepared as described above, an electrophoresis cell having two sample plug receiving ports connected to the sample cavity, and fluorine equipped with a palladium electrode The zeta potential measuring device for microscopic observation according to claim 1, comprising two plugs made of a resin. 請求項1又は2に記載の顕微鏡観察用のゼータ電位測定装置を利用して、顕微鏡で粒子観察を行うことを特徴とするゼータ電位測定法。
A zeta potential measurement method, wherein the particles are observed with a microscope using the zeta potential measurement device for microscopic observation according to claim 1.
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