接触角計とは？｜得られるデータと測定のコツ （教えてニッ君3）

いきなりいまさら、という感じがしますが、こういうものです。たとえば、LSE-ME51というのがあります。小型なので机の脇に置いて気楽に測定できます。

測定の仕組み（原理）のことですか？

液滴を真横から見るので、単純化するとこういう図になります。

それは、影絵のように投影した影を見ているからです。

液滴の背後から光を当て、液滴と背景の明暗差を大きくして輪郭を捉えます。イメージとしては液滴のシルエットを見るような状態です。

まぶしいので、止めましょう。目を痛めますよ。

そうです。液滴の輪郭を明暗差として捉えるため、色情報よりも輪郭を明瞭に取得できるモノクロ画像が適しています。

接触角測定のように輪郭形状を解析する用途では、モノクロカメラが適しています。

具体的な話は、少し専門的になるのでまた別の機会にして、今回の一番の目的を優先してはどうでしょう。

接触角計は、こうなっています。

カメラと光源（照明）の間に測定対象となる試料を載せるステージがあります。ステージの上側には、液体を吐出させるディスペンサーが取り付けられているのが一般的な構成です。

方法については一長一短がありますが、たとえばJIS R 3257:1999の静滴法では、注射器内の蒸留水を試験片上に「水滴として静置する」方法が規定されています。つまり、この試験方法では、液滴を落下させて衝突させるのではなく、試料面に静置して測定します。

ソフトウェアが液滴画像を解析し、設定した解析法に基づいて接触角を算出します。基本操作はシンプルです。

固体試料面に液滴を置いて側面から撮影するという基本操作自体は、簡単です。

一方、接触角は固体のごく表面の状態に敏感です。目視では区別できない汚染や吸着、表面処理状態などの違いが、接触角の変化として現れることがあります。

接触角の表面感度については、ナノメートルオーダーの薄膜厚さや表面被覆率の違いに応じて接触角が変化した研究例もあります。このため、接触角測定は表面状態の変化を検出する手段として有効です。

ただし、接触角だけから「何が付着しているのか」「どの元素や化学結合が変化したのか」まで特定できるわけではありません。原因の同定が必要な場合は、XPS、AES、SIMSなどの表面分析と組み合わせて考えます。

その意味でも、まず接触角を測定して、どこでぬれ性が変化しているのかという現象を記録することは、表面状態を調べる入口として有効です。

接触角計は測定器ですが、重さを測る電子天秤や長さを測るノギスなどのように数値を出すだけではなく、画像を記録するからです。

扱いやすいのは、接触角などの数値化されたデータです。一方で分かりやすいのは画像や動画になりますので、用途に応じて使い分けます。

そうです。測定位置と接触角を対応させれば、ぬれ性に差がある位置を把握できます。
その上で、表面分析など別の評価方法と組み合わせて原因を調べます。

コーティングの性能が全体で均一かどうかを判断するには、本来であれば全面を測定しなければなりません。

ですが現実的には、測定面をマトリックス状に分割した複数点測定になります。これでも作業としては手間がかかります。

全自動全面測定ができる、LSE-A220というのがあります。

ありがとうございます。ですが待ってください。全自動測定でも、全面を測るには条件が必要になります。

先ほど見ていただいたように、液滴を横からカメラで見るため、見ている方向と同一線上に、前に測定した液滴があると、液滴が重なって見えるので正しく測定できないのです。

いえ、嘘ではなく、先に測定した液滴が十分に揮発し、次の液滴の輪郭を遮らない状態になっていれば測定できます。

物理現象なので、理想と現実の違いには悩まされます。このため、実際の測定条件は、理想的な条件から実現可能な条件に落とし込む作業を経て、決める必要があります。たとえば、こんなふうに。

ではもう、大丈夫ですね。

これで解決することを願っています。

どういうことでしょう？

前に測定した液の影にならないようにしても、測れないとはどういう状況か、もう少し詳しく教えてください。

針先に作成した液滴に、試料面を付けても液が針先に残った状態と言うことですか？

たとえばこんな状態です。

撥水性の高い試料では起こりやすい現象ですね。このような場合にいくつか試してみる対策があります。

こんな感じです。

どういたしまして。

文句ではなく指摘だと思いますよ。

ございます。

それは、まずいと思いますよ。