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画像処理技術によるpHの測定

2020年7月31日|鹿児島大学 化学工学プログラミング

液体同士がどの様に混ざり合うかや、粉体が液体にどの様に溶けていくかということは、その様な現象が関係しているプロセスの特性を解明し、よりよいプロセスへと改善していくうえで、大変重要な情報です。本研究では、撮影された画像から、pH分布を定量化するための手法を確立しました。これによって、混合や溶解に伴ってpHが変化していくような現象において、従来ではわからなかったような微小領域での局所的なpH変化をとらえることが可能となり、様々なプロセスの改善に貢献することが期待されます。

 工学的アプローチにおいては、対象となる現象を定量的にとらえる(=現象の状況を数値で表す)ことが非常に重要です。というのも、現象を定量的にとらえることによって、プロセスの改善度合いを正確に理解することが可能となり、改善のために生み出されたアイディアの有効性について、正しく判断することが出来る様になるからです。

 一般的な化学製品を製造するプロセスや、医薬品・食品の製造プロセスなどでは、流体や粉体が関与するプロセスは非常に多く用いられています。この様な場合、液体同士がどの様に混ざり合うかや、粉体が液体にどの様に溶けていくかということは、プロセスの特性を解明し、よりよいプロセスへと改善していくうえで、大変重要な情報です。

 本研究では、レーザー誘起蛍光法(Laser Induced Fluorescence, 以下LIF)を用いて撮影された画像から、pH分布を定量化するための手法を確立しました。LIFにおいては、pHや温度などの値によって蛍光強度が変化する特性をもつ蛍光物質を利用して、pHや温度などの分布を可視化する方法です。可視化された画像では「なんとなく分布が出来ている」というレベルの情報しか得られませんが、本研究室で開発した画像処理プログラムで解析することによって、画像内の各位置におけるpHや温度の分布を定量化(=数値化)することが可能となりました。これによって、従来ではわからなかったような、微小領域での局所的なpH変化をとらえることが可能となり、現象の解明に貢献するだけでなく、プロセスの改善の実効性を向上させることへも貢献することが期待されます。

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