特開2022-88999液体分析システム、液体分析方法、及び液体分析プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022088999
(43)【公開日】2022-06-15
(54)【発明の名称】液体分析システム、液体分析方法、及び液体分析プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20220608BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 A
G01N27/12 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020201180
(22)【出願日】2020-12-03
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(72)【発明者】
【氏名】加納 伸也
【テーマコード（参考）】
2G046
【Ｆターム（参考）】
2G046AA09
2G046AA24
2G046AA26
2G046BA08
2G046BA09
2G046BB02
2G046FB02
2G046FE38
(57)【要約】
【課題】簡易な構成により液体の性質の迅速な分析を実現する液体分析システム、液体分析方法、及び液体分析プログラムを提供すること。
【解決手段】液体の性質を分析する液体分析システムであって、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、検出素子の状態を示す状態データを用いて液体の性質に対応する対応データを求め、求めた対応データの時間変化を示す情報を出力する分析ユニットと、を有するものである。
【選択図】図１
【解決手段】液体の性質を分析する液体分析システムであって、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、検出素子の状態を示す状態データを用いて液体の性質に対応する対応データを求め、求めた対応データの時間変化を示す情報を出力する分析ユニットと、を有するものである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体の性質を分析する液体分析システムであって、
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、
前記検出素子の状態を示す状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求め、求めた前記対応データの時間変化を示す情報を出力する分析ユニットと、を有する、液体分析システム。
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、
前記検出素子の状態を示す状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求め、求めた前記対応データの時間変化を示す情報を出力する分析ユニットと、を有する、液体分析システム。
【請求項2】
前記分析ユニットは、表示部を有すると共に、
前記検出素子から経時的に前記状態データを取得し、取得した前記状態データを用いて前記対応データを求める計測処理部と、
前記計測処理部から経時的に前記対応データを取得し、取得した前記対応データの時間変化を示す情報を前記表示部に表示させる制御部と、を有する、請求項１に記載の液体分析システム。
前記検出素子から経時的に前記状態データを取得し、取得した前記状態データを用いて前記対応データを求める計測処理部と、
前記計測処理部から経時的に前記対応データを取得し、取得した前記対応データの時間変化を示す情報を前記表示部に表示させる制御部と、を有する、請求項１に記載の液体分析システム。
【請求項3】
液体の性質を分析する液体分析システムであって、
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、
前記検出素子の状態を示す状態データの時間変化をもとに前記液体の性質を示す性質データを求めて出力する分析ユニットと、を有する、液体分析システム。
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、
前記検出素子の状態を示す状態データの時間変化をもとに前記液体の性質を示す性質データを求めて出力する分析ユニットと、を有する、液体分析システム。
【請求項4】
前記分析ユニットは、
前記検出素子から経時的に前記状態データを取得し、取得した前記状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求める計測処理部と、
前記計測処理部から経時的に前記対応データを取得し、取得した前記対応データの時間変化に基づいて前記性質データを求める制御部と、を有する、請求項３に記載の液体分析システム。
前記検出素子から経時的に前記状態データを取得し、取得した前記状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求める計測処理部と、
前記計測処理部から経時的に前記対応データを取得し、取得した前記対応データの時間変化に基づいて前記性質データを求める制御部と、を有する、請求項３に記載の液体分析システム。
【請求項5】
前記制御部は、
前記対応データが設定された開始閾値よりも小さいか否かを判定すると共に、前記対応データの変化の度合いを示す対応変化率を求め、前記対応変化率が設定された飽和閾値よりも小さいか否かを判定する解析処理手段を有し、
前記解析処理手段は、
前記対応データが前記開始閾値よりも小さいと判定してから前記対応変化率が前記飽和閾値よりも小さいと判定するまでの時間に応じて前記性質データを求めるものである、請求項４に記載の液体分析システム。
前記対応データが設定された開始閾値よりも小さいか否かを判定すると共に、前記対応データの変化の度合いを示す対応変化率を求め、前記対応変化率が設定された飽和閾値よりも小さいか否かを判定する解析処理手段を有し、
前記解析処理手段は、
前記対応データが前記開始閾値よりも小さいと判定してから前記対応変化率が前記飽和閾値よりも小さいと判定するまでの時間に応じて前記性質データを求めるものである、請求項４に記載の液体分析システム。
【請求項6】
前記分析ユニットは、表示部を有すると共に、
前記性質データに応じた結果情報を前記表示部に表示させる出力処理手段を備えた制御部を有する、請求項３に記載の液体分析システム。
前記性質データに応じた結果情報を前記表示部に表示させる出力処理手段を備えた制御部を有する、請求項３に記載の液体分析システム。
【請求項7】
前記分析ユニットは、表示部を有し、
前記制御部は、
前記性質データに応じた結果情報を前記表示部に表示させる出力処理手段を有する、請求項４又は５に記載の液体分析システム。
前記制御部は、
前記性質データに応じた結果情報を前記表示部に表示させる出力処理手段を有する、請求項４又は５に記載の液体分析システム。
【請求項8】
前記出力処理手段は、
前記対応データの時間変化を示す情報を前記表示部に表示させるものである、請求項７に記載の液体分析システム。
前記対応データの時間変化を示す情報を前記表示部に表示させるものである、請求項７に記載の液体分析システム。
【請求項9】
前記検出素子は、
前記基板と前記絶縁膜との間に配設された一対の電極を有し、
前記分析ユニットは、
少なくとも前記液体に前記検出素子を近づける前後にわたって、前記一対の電極間に流れる電流の値を前記状態データとして取得するものである、請求項１、２、４、５、７、８の何れか一項に記載の液体分析システム。
前記基板と前記絶縁膜との間に配設された一対の電極を有し、
前記分析ユニットは、
少なくとも前記液体に前記検出素子を近づける前後にわたって、前記一対の電極間に流れる電流の値を前記状態データとして取得するものである、請求項１、２、４、５、７、８の何れか一項に記載の液体分析システム。
【請求項10】
前記分析ユニットは、
前記状態データを用いて前記検出素子のインピーダンスを前記対応データとして求めるものである、請求項９に記載の液体分析システム。
前記状態データを用いて前記検出素子のインピーダンスを前記対応データとして求めるものである、請求項９に記載の液体分析システム。
【請求項11】
前記検出素子は、
前記基板と前記絶縁膜との間に配設された一対の電極を有し、
前記分析ユニットは、
少なくとも前記液体に前記検出素子を近づける前後にわたって、前記一対の電極間に流れる電流の値を前記状態データとして取得するものである、請求項３又は６に記載の液体分析システム。
前記基板と前記絶縁膜との間に配設された一対の電極を有し、
前記分析ユニットは、
少なくとも前記液体に前記検出素子を近づける前後にわたって、前記一対の電極間に流れる電流の値を前記状態データとして取得するものである、請求項３又は６に記載の液体分析システム。
【請求項12】
液体の性質を分析する液体分析方法であって、
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得し、
取得した前記状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求め、
求めた前記対応データの時間変化を示す情報を出力する、液体分析方法。
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得し、
取得した前記状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求め、
求めた前記対応データの時間変化を示す情報を出力する、液体分析方法。
【請求項13】
液体の性質を分析する液体分析方法であって、
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得し、
取得した前記状態データの時間変化に基づいて前記液体の性質を示す性質データを求め、
求めた前記性質データを出力する、液体分析方法。
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得し、
取得した前記状態データの時間変化に基づいて前記液体の性質を示す性質データを求め、
求めた前記性質データを出力する、液体分析方法。
【請求項14】
液体の性質を分析する分析ユニットに設けられたコンピュータを、
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得すると共に、取得した前記状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求める演算手段、
及び前記演算手段において求められた前記対応データの時間変化を示す情報を出力する出力処理手段、として機能させるための液体分析プログラム。
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得すると共に、取得した前記状態データを用いて前記液体の性質に対応する対応データを求める演算手段、
及び前記演算手段において求められた前記対応データの時間変化を示す情報を出力する出力処理手段、として機能させるための液体分析プログラム。
【請求項15】
液体の性質を分析する分析ユニットに設けられたコンピュータを、
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得する演算手段、
及び前記演算手段が取得した前記状態データの時間変化をもとに前記液体の性質を示す性質データを求めて出力する解析処理手段、として機能させるための液体分析プログラム。
基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得する演算手段、
及び前記演算手段が取得した前記状態データの時間変化をもとに前記液体の性質を示す性質データを求めて出力する解析処理手段、として機能させるための液体分析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体の性質を分析する液体分析システム、液体分析方法、及び液体分析プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
液体の性質は、光学的な手法や化学的な手法など、種々の手法によって分析されている。例えば、特許文献１のクロマトグラフィー定量測定装置は、半導体レーザから出射されコリメートレンズを通過した平行ビームが、ビームスプリッタにおいて参照光と透過光とに分離されるようになっている。該装置では、参照光が一方のフォトダイオードに受光され、透過光が試験片上に照射されて発生した散乱光が他方のフォトダイオードに受光される。そして、該装置は、各フォトダイオードの出力の差及び試験片での吸光度の変化に基づく演算処理により、液体の性質として、液体の濃度又は種類を求めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３－４７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１のような装置は、大型で複雑な機構を要し、液体の性質を分析するために多くの時間がかかる、という課題がある。よって、液体の性質を簡単に且つ迅速に分析する手法が望まれている。
【0005】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構成により液体の性質の迅速な分析を実現する液体分析システム、液体分析方法、及び液体分析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る液体分析システムは、液体の性質を分析する液体分析システムであって、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、検出素子の状態を示す状態データを用いて液体の性質に対応する対応データを求め、求めた対応データの時間変化を示す情報を出力する分析ユニットと、を有するものである。
【0007】
本発明の一態様に係る液体分析システムは、液体の性質を分析する液体分析システムであって、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子と、検出素子の状態を示す状態データの時間変化をもとに液体の性質を示す性質データを求めて出力する分析ユニットと、を有するものである。
【0008】
本発明の一態様に係る液体分析方法は、液体の性質を分析する液体分析方法であって、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得し、取得した状態データを用いて液体の性質に対応する対応データを求め、求めた対応データの時間変化を示す情報を出力するようになっている。
【0009】
本発明の一態様に係る液体分析方法は、液体の性質を分析する液体分析方法であって、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得し、取得した状態データの時間変化に基づいて液体の性質を示す性質データを求め、求めた性質データを出力するようになっている。
【0010】
本発明の一態様に係る液体分析プログラムは、液体の性質を分析する分析ユニットに設けられたコンピュータを、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得すると共に、取得した状態データを用いて液体の性質に対応する対応データを求める演算手段、及び演算手段において求められた対応データの時間変化を示す情報を出力する出力処理手段、として機能させるためものである。
【0011】
本発明の一態様に係る液体分析プログラムは、液体の性質を分析する分析ユニットに設けられたコンピュータを、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子の状態を示す状態データを取得する演算手段、及び演算手段が取得した状態データの時間変化をもとに液体の性質を示す性質データを求めて出力する解析処理手段、として機能させるためのものである。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、基板上にポーラス構造の絶縁膜が形成された検出素子から状態データを取得し、取得した状態データから求まる液体の性質に関連する情報を出力するようになっている。よって、分析対象の液体に検出素子を直接接触させることなく、液体から発生する蒸気の絶縁膜内での凝縮状態に応じた状態データをもとに該液体の分析を行うことができるため、液体の性質を簡易な構成により迅速に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の形態１に係る液体分析システムの構成を例示したブロック図である。
【図9】複数の容器のそれぞれに異なる液体が入っている状態を例示した説明図である。
【図16】異なる液体が入った複数の容器に、所定の順序で検出素子を出し入れした場合の、インピーダンス及びインピーダンスの変化の度合いを示す対応変化率の時間変化を例示したグラフである。
【図17】濃度の異なる同種の液体が入った複数の容器に、検出素子を所定時間ずつ順次出し入れした場合のインピーダンスの時間変化を例示したグラフである。
【図22】本発明の実施の形態１に係る液体分析方法のうち、時系列表示モードでの動作を例示したフローチャートである。
【図23】本発明の実施の形態１に係る液体分析方法のうち、判別モードでの動作を例示したフローチャートである。
【図24】本発明の実施の形態１に係る液体分析方法のうち、時系列判別モードでの動作を例示したフローチャートである。
【図25】本発明の実施の形態１の変形例に係る液体分析システムの構成を例示したブロック図である。
【図26】本発明の実施の形態２に係る液体分析システムの構成を例示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
実施の形態１．
図１～図３を参照して、実施の形態１の液体分析システムの全体的構成及び機能的構成について説明する。液体分析システム１００は、液体の性質を非接触で分析するものであり、検出素子１０と、分析ユニット２０と、を有している。ここで、液体には、溶液及び水が含まれ、液体の性質には、液体の種別、液体の濃度、及びこれらの双方などが含まれるものとする。
図１～図３を参照して、実施の形態１の液体分析システムの全体的構成及び機能的構成について説明する。液体分析システム１００は、液体の性質を非接触で分析するものであり、検出素子１０と、分析ユニット２０と、を有している。ここで、液体には、溶液及び水が含まれ、液体の性質には、液体の種別、液体の濃度、及びこれらの双方などが含まれるものとする。
【0015】
検出素子１０は、基板１１上にポーラス構造の絶縁膜１３が形成されたものである。ここで、ポーラス構造には、多くの細孔が空いた構造の他、小さな粒子が積層されることにより粒子間に細かな空隙が存在する構造なども含まれるものとする。
【0016】
本実施の形態１における検出素子１０は、図２及び図３に示すように、基板１１と、一対の電極１２と、絶縁膜１３と、を有している。すなわち、検出素子１０は、基板１１上に一対の電極１２が形成され、一対の電極１２上に粒子１３ａが塗布されて、ポーラス構造を有する絶縁体の絶縁膜１３が形成されたものである。一対の電極１２は、基板１１と絶縁膜１３との間に配設されている。
【0017】
本実施の形態１では、基板１１として、厚さ１［μｍ］の熱酸化膜が形成されたＳｉ基板（シリコン基板）を採用している。一対の電極１２は、櫛形電極であって、第１電極１２ａと第２電極１２ｂとからなる。一対の電極１２において、第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間隔は、１０［μｍ］～２０［μｍ］程度に設定されている。図２及び図３における一対の電極１２の櫛形形状は、便宜上の例示である。つまり、一対の電極１２は、種々の形状により構成することができる。
【0018】
絶縁膜１３は、一対の電極１２が設けられた基板１１上に、絶縁性である複数の粒子１３ａが積層されて形成されている。絶縁膜１３は、検出素子１０のポーラス層として、基板１１上に設けられている。粒子１３ａとしては、例えば直径５０［ｎｍ］程度のシリカナノ粒子を採用することができる。絶縁膜１３は、粒子１３ａの積層によりポーラス構造となるよう、直径が５０［ｎｍ］程度の粒子１３ａを用いる場合は、厚みが１００［ｎｍ］以上となるように形成するとよい。本実施の形態１では、粒子１３ａとして直径５０［ｎｍ］程度のシリカナノ粒子を用いる場合、絶縁膜１３は、膜厚が５９０［ｎｍ］程度となるように形成され、ナノポーラス構造の薄膜となっている。
【0019】
もっとも、粒子１３ａの直径は５０［ｎｍ］より小さくても大きくてもよく、粒子１３ａの直径と絶縁膜１３の膜厚との関係は上記の例に限定されない。つまり、絶縁膜１３の膜厚は５９０［ｎｍ］より薄くても厚くてもよい。なお、膜厚が４０００［ｎｍ］程度の絶縁膜１３を形成した場合でも、検出素子１０は、膜厚が５９０［ｎｍ］の場合と同様に機能する。ところで、図２及び図３では、絶縁膜１３が粒子１３ａからなる３つの層で形成された例を示しているが、これは便宜的な例示である。つまり、絶縁膜１３は、粒子１３ａからなる２つの層で形成されてもよく、粒子１３ａからなる４つ以上の層で形成されてもよい。
【0020】
分析ユニット２０は、液体と検出素子１０と間の距離に応じた絶縁膜１３の状態変化をもとに、該液体の性質を分析するものである。分析ユニット２０は、検出素子１０の状態を示す状態データを用いて液体の性質に対応する対応データを求め、求めた対応データの時間変化を示す情報を出力するものである。対応データは、状態データに基づく情報であって、絶縁膜１３の物性を直接反映する情報である。つまり、対応データは、絶縁膜１３の内部の状態変化、つまり絶縁膜１３の内部での蒸気の凝縮度合いを、状態データよりも大きく反映する情報である。対応データの時間変化を示す情報とは、対応データの時間変化を示すグラフ、表、又はこれらの元になる情報のことであり、液体の性質に関連する情報に相当する。また、分析ユニット２０は、検出素子の状態を示す状態データの時間変化をもとに、液体の性質を示す性質データを求めて出力する機能を有している。
【0021】
図１に示すように、分析ユニット２０は、計測処理部３０と、制御部４０と、入力部５０と、表示部６０と、記憶部７０と、を有している。計測処理部３０は、電源手段３１と、演算手段３２と、記憶手段３３と、を有している。電源手段３１は、一対の電極１２間に電圧を印加するものである。本実施の形態１における電源手段３１は、周波数１［Ｈｚ］で振幅電圧１［Ｖ］の交流電圧を一対の電極１２間に印加する設定となっている。
【0022】
演算手段３２は、検出素子１０から経時的に状態データを取得し、取得した状態データを用いて対応データを求めるものである。本実施の形態１における演算手段３２は、少なくとも液体に検出素子１０を近づける前後にわたって、一対の電極１２間に流れる電流の値を状態データとして取得する。そして、演算手段３２は、状態データを用いた演算により、対応データとして検出素子１０のインピーダンスを求める。以降では、検出素子１０のインピーダンスのことを単に「インピーダンス」ともいう。インピーダンスには、絶縁膜１３の物性が直接反映される。記憶手段３３には、第１液体分析プログラムを含む演算手段３２の動作プログラムの他、種々の情報が記憶される。
【0023】
演算手段３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置と、こうした演算装置と協働して上記及び下記の各種機能を実現させる第１液体分析プログラムと、により構成することができる。記憶手段３３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等のＰＲＯＭ（Programmable ROM）、又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）などにより構成することができる。
【0024】
制御部４０は、計測処理部３０から経時的に対応データを取得し、取得した対応データの時間変化を示す情報を表示部６０に表示させる。また、制御部４０は、経時的に取得した対応データの時間変化に基づいて性質データを求める。
【0025】
本実施の形態１において、制御部４０は、計測処理部３０との連携により、時系列表示モード、判別モード、判別表示モードの３つの動作モードを実行する。時系列表示モードは、制御部４０が、対応データの時間変化を示すグラフ又は表を表示部６０に表示させる動作モードである。判別モードは、制御部４０が、液体の性質を示す性質データを求め、求めた性質データに応じた結果情報を表示部６０に表示させる動作モードである。判別表示モードは、制御部４０が表示部６０に、対応データの時間変化を示すグラフ又は表と共に、性質データに応じた結果情報を表示させる動作モードである。各動作モードの詳細については、図２２～図２４のフローチャートを用いて詳述する。
【0026】
制御部４０は、入力処理手段４１と、出力処理手段４２と、解析処理手段４３と、を有している。入力処理手段４１は、入力部５０からの操作信号を、出力処理手段４２及び解析処理手段４３のうちの少なくとも一方に出力する。入力処理手段４１は、演算手段３２から対応データを取得し、取得した対応データを記憶部７０に記憶させる。入力処理手段４１は、演算手段３２から取得した対応データを出力処理手段４２及び解析処理手段４３へ出力するようにしてもよい。
【0027】
出力処理手段４２は、入力処理手段４１又は解析処理手段４３からの指示に応じて、表示部６０に種々の情報を表示させる。例えば、出力処理手段４２は、入力部５０から入力処理手段４１を介して入力した操作信号に応じて、表示部６０に表示する情報を適宜変更する。出力処理手段４２は、演算手段３２から入力処理手段４１を介して取得した対応データに基づく情報を表示部６０に表示させる。対応データに基づく情報とは、対応データを座標上にプロットした点の情報、又は対応データを示す数値の情報などである。
【0028】
また、出力処理手段４２は、性質データに応じた結果情報を表示部６０に表示させる。性質データに応じた結果情報は、例えば文字の情報であり、性質データが液体の種別を示す場合は、アセトンやエタノールなどの溶液名を示す文字となり、性質データが液体の濃度を示す場合は、４０％や８０％などの濃度を示す文字となる。さらに、性質データが液体の種別及び濃度を示す場合、性質データに応じた結果情報は、溶液名を示す文字と濃度を示す文字との双方となる。もっとも、性質データに応じた結果情報は、文字の情報に限定されない。例えば、性質データが液体の濃度を示す場合、性質データに応じた結果情報は、棒グラフやダイヤルゲージなどの形式によるレベル表示であってもよい。
【0029】
解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下であるか否かを判定するものである。開始閾値は、絶縁膜１３の内部で蒸気が凝縮を始めたことの目安となる閾値であり、予め設定され、適宜変更することができる。
【0030】
また、解析処理手段４３は、対応データの変化の度合いを示す対応変化率を求め、求めた対応変化率を記憶部７０に逐次記憶させる。ここで、最新のインピーダンスをＺＮとし、前回のインピーダンスをＺＮ－１とすると、インピーダンスの変化の度合いを示す対応変化率は、例えば下記の式（１）で表すことができる。なお、最新のインピーダンスとは、直近の状態データをもとに演算手段３２が求めたインピーダンスのことであり、前回のインピーダンスとは、最新のインピーダンスの１つ前のインピーダンスのことである。
【0031】
【数1】
【0032】
本実施の形態１において、解析処理手段４３は、式（１）により、対応変化率として、インピーダンスの変化量の絶対値の、最新のインピーダンスに対する割合を求めるようになっている。式（１）では、インピーダンスの変化量として、最新のインピーダンスと前回のインピーダンスとの差分を採用している。
【0033】
さらに、解析処理手段４３は、対応変化率が飽和閾値よりも小さいか否かを判定する。飽和閾値は、絶縁膜１３の内部で蒸気の凝縮が進み、絶縁膜１３の内部が凝縮液で満たされた状態（飽和状態）になったことの目安となる閾値であり、予め設定され、適宜変更することができる。以降では、対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定されたときの絶縁膜１３の状態など、絶縁膜１３の内部が概ね凝縮液で満たされたものと推定される状態のことも「飽和状態」と表現する。
【0034】
解析処理手段４３は、対応データが開始閾値よりも小さいと判定してから対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定するまでの時間に応じて性質データを求めるものである。より具体的に、解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下であると判定したとき、経過時間の計時を開始する機能を有している。そして、解析処理手段４３は、対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定したとき、経過時間と１又は複数の判別値とを比較し、比較の結果を示す情報である性質データを求めて出力処理手段４２へ出力する。解析処理手段４３によって対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定されたときの経過時間は、解析処理手段４３によって対応データが開始閾値よりも小さいと判定されてから対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定されるまでの時間に相当する。１又は複数の判別値は、液体の性質に対応づけて設定される。
【0035】
入力部５０は、例えば、キーボードと、マウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスと、を含んで構成される。入力部５０は、ユーザによる入力操作を受け付け、受け付けた入力操作に応じた操作信号を入力処理手段４１へ出力する。例えば、入力部５０は、ユーザによる動作モードの指定に関する入力操作を受け付ける。表示部６０は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）からなり、出力処理手段４２からの指示により種々の情報を表示する。もっとも、入力部５０と表示部６０とは、互いに積層されて構成されたタッチパネルであってもよい。この場合、入力部５０は、ユーザによってタッチされた位置を検出し、検出した位置の情報を操作信号として入力処理手段４１へ出力する。もっとも、分析ユニット２０は、タッチパネルと、マウス又はキーボード等とを併せ持つものであってもよい。
【0036】
記憶部７０には、第２液体分析プログラムを含む制御部４０の動作プログラムの他、種々の情報が記憶される。記憶部７０は、ＲＡＭ及びＲＯＭ、フラッシュメモリ等のＰＲＯＭ、又はＨＤＤ等により構成することができる。制御部３０は、ＣＰＵ又はＧＰＵなどの演算装置と、こうした演算装置と協働して上記及び下記の各種機能を実現させる第２液体分析プログラムと、により構成することができる。
【0037】
本実施の形態１では、図１の破線で囲った各構成部材、すなわち制御部４０、入力部５０、表示部６０、及び記憶部７０がＰＣ（Personal Computer）の構成要素であることを想定している。ここで、ＰＣには、デスクトップ型ＰＣ及びノートＰＣの他に、タブレット端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、スマートフォン、携帯電話なども含まれるものとする。
【0038】
もっとも、分析ユニット２０は、計測処理部３０の一部又は全部の構成部材が、制御部４０を含むＰＣの内部構成となるように構成してもよい。すなわち、例えば演算手段３２が制御部４１の内部構成であってもよく、この場合、記憶手段３３は設けず、演算手段３２が記憶部６０を用いるようにしてもよい。かかる構成の場合、第１液体分析プログラムは、第２液体分析プログラムと併合され、液体分析プログラムとして記憶部７０に格納されてもよい。また、電源手段３１は制御部４１の内部構成であってもよい。さらに、分析ユニット２０は、例えば、表示部６０が制御部４０を含むＰＣの外部に設けられてもよく、記憶部７０として機能の一部が外部の記憶装置に割り当てられてもよい。
【0039】
次に、図４～図７を参照して、検出素子１０を液体に近づける前後の様子と、検出素子１０を液体に近づけた後の絶縁膜１３の内部での、液体から発生する蒸気の凝縮について説明する。液体から発生する蒸気とは、液体の蒸発、つまり液体の表面の気化により発生する蒸気のことである。以降では、液体から発生する蒸気のことを単に「蒸気」ともいう。
【0040】
液体分析システム１００は、例えば図４及び図５に示すような液体Ｌが入れられた容器Ｃに、検出素子１０を出し入れすることにより、液体Ｌの性質の分析を行うことができる。すなわち、図４のように、検出素子１０が、容器Ｃの外であって液体Ｌから離れた場所にあるとき、絶縁膜１３には、液体Ｌから発生する蒸気Ｓが触れにくい状態にある。
【0041】
一方、図５のように、検出素子１０を容器Ｃ内に入れると、検出素子１０が液体Ｌに近づくため、図６のように、液体Ｌから発生する蒸気Ｓが絶縁膜１３に触れる状態となる。このような状態では、ポーラス層である絶縁膜１３の内部に蒸気Ｓが侵入し、時間が経過するにつれ、絶縁膜１３の内部で蒸気Ｓの凝縮が進む。
【0042】
絶縁膜１３は、図６のような、粒子１３ａの積層による空隙に蒸気Ｓが存在していない状態では、電気伝導性に乏しい。図６のように、検出素子１０が蒸気Ｓに触れた直後では、検出素子１０内に蒸気Ｓが侵入していないため、検出素子１０内における蒸気Ｓの分圧ｐは「０」となっている。なお、ｐ０は飽和蒸気圧であり、検出素子１０の近傍では、「ｐ＝ｐ０」となっている。
【0043】
一方、図７のように、絶縁膜１３の内部、すなわち粒子１３ａの積層による空隙中で蒸気Ｓが凝縮すると、凝縮した液体Ｌを介して電気伝導が起こるため、対応データとしてのインピーダンスに大きな変化が生まれる。図７には、絶縁膜１３の内部で蒸気Ｓが凝縮して飽和し、蒸気Ｓの分圧ｐが「ｐ０」とほぼ等しくなった状態を示している。
【0044】
液体分析システム１００は、上記のような変化、つまり検出素子１０を液体に近づけたときの対応データの時間変化を利用して、液体の性質の分析を実現できるようになっている。本実施の形態１の液体分析システム１００は、検出素子１０を大気中から液体の入った容器Ｃ内に出し入れし、その際のインピーダンスの変化を補足することにより、液体の性質の分析を実現する。
【0045】
ここで、図８を参照して、電源手段３１が一対の電極１２間に印加する交流電圧の周波数（以下「電源周波数」という。）の設定について述べる。図８からは、電源周波数が相対的に高い場合に、検出素子１０を大気中に配置している状況下と、検出素子１０を液体に近づけている状況下とで、インピーダンスの差が小さいことが分かる。特に、電源周波数が１０５［Ｈｚ］～１０６［Ｈｚ］の範囲では、両者のインピーダンスの差が極めて小さいため、検出素子１０を用いて液体の性質を求めることは難しいといえる。
【0046】
一方、図８からは、電源周波数が少なくとも１０［Ｈｚ］以下の範囲では、両者のインピーダンスの差が大きくなっており、しかも、複数の液体の間においても、インピーダンスの違いが明確に確認できる。すなわち、検出素子１０は、電源周波数が少なくとも１０［Ｈｚ］以下の範囲では、液体の性質を求める際に好適に用いることができる。そのため、本実施の形態１では、上述したように電源周波数を１［Ｈｚ］に設定しているが、電源周波数は、１［Ｈｚ］に限らず、例えば１０［Ｈｚ］以下の範囲で任意に設定してもよい。また、電源周波数に対するインピーダンスの特性は、粒子１３ａの直径、絶縁膜１３の厚みの他、液体の種類によっても変化する。そのため、電源周波数は、粒子１３ａの直径、絶縁膜１３の厚み、及び分析対象の液体の種類などに合わせて調整するとよい。
【0047】
次に、図９及び図１０を参照して、液体の種別によるインピーダンスの時間変化の違いについて説明する。図９では、容器Ｃ１に液体Ｌ１である硝酸カリウム（ＫＮＯ３）が入れられ、容器Ｃ２に液体Ｌ２であるエタノールが入れられ、容器Ｃ３に液体Ｌ３であるアセトンが入れられ、容器Ｃ４に液体Ｌ４である水が入れられた例を示している。容器Ｃ１～容器Ｃ４を特に区別しない場合は、これらを総称して容器Ｃという。以下においても同様である。図１０のグラフでは、横軸に時間をとり、縦軸にインピーダンス、すなわち対応データをとっている。そして、図１０では、６５［ｓ］ごとに検出素子１０を各容器Ｃに出し入れしたときの、対応データとしてのインピーダンスの変化を示している。
【0048】
ここで用いた検出素子１０は、粒子１３ａとして直径５０［ｎｍ］のシリカナノ粒子が用いられ、膜厚が５９０［ｎｍ］となるように形成された絶縁膜１３を有している。大気中の相対湿度は６２％であり、大気の温度は２０［℃］であるものとする。硝酸カリウムは、相対湿度が８０％～９０％の環境をつくるために用いている。図１０からは、硝酸カリウムを用いることにより、検出素子１０を大気中から容器Ｃ１内に入れ、検出素子１０が配置された空間の相対湿度を高めたときにインピーダンスが低下し、検出素子１０を大気中に戻したときにインピーダンスが上昇して元に戻ることがわかる。加えて、図１０からは、相対湿度が８０％～９０％の環境に相当する容器Ｃ１内と、相対湿度が１００％の環境に相当する容器Ｃ４内とで、インピーダンスの時間変化が大きく異なることが確認できる。
【0049】
また、図１０からは、検出素子１０を各容器Ｃに出し入れしたときのインピーダンスの時間変化が、エタノール、アセトン、水の３種類で明確に異なることがわかる。すなわち、図１０からは、検出素子１０を液体に近づけたときのインピーダンスの応答、つまりインピーダンスの低下傾向が、エタノール、アセトン、水の３種類のそれぞれで異なることがわかる。より具体的に、検出素子１０において、絶縁膜１３の内部が飽和状態に到達する速さは、アセトン、エタノール、水の順で遅くなっている（図１３の５０ｎｍ粒子参照）。
【0050】
さらに、図１０からは、検出素子１０を液体から遠ざけたときのインピーダンスの回復、つまりインピーダンスの上昇傾向が、エタノール、アセトン、水の３種類のそれぞれで異なることがわかる。より具体的に、検出素子１０において、絶縁膜１３の内部が飽和状態から元の状態（絶縁膜１３の内部に蒸気が侵入していない状態）に戻る速さは、アセトン、エタノール、水の順で遅くなっている（図１３の５０ｎｍ粒子参照）。
【0051】
次いで、図１１～図１４を参照して、絶縁膜１３を構成する粒子１３ａの直径に応じたインピーダンスの変化の違いについて説明する。図１１は、粒子１３ａとして直径１０［ｎｍ］のシリカナノ粒子を用いた検出素子１０を各容器に順次出し入れした場合のインピーダンスの時間変化を例示したグラフである。図１２は、粒子１３ａとして直径２００［ｎｍ］のシリカナノ粒子を用いた検出素子１０を各容器に順次出し入れした場合のインピーダンスの時間変化を例示したグラフである。図１３及び図１４の応答時間は、液体から発生する蒸気が絶縁膜１３の内部で凝縮を始めてから絶縁膜１３の内部が飽和状態に到達するまでの時間のことである。図１３及び図１４の回復時間は、絶縁膜１３の内部が飽和状態から凝縮液が存在しない状態となるまで（蒸気が侵入していない元の状態に戻るまで）の時間のことである。
【0052】
図１１に示すように、直径１０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３の場合は、蒸気にさらした後、大気中においてインピーダンスが回復しない問題が発生している。直径１０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３では、粒子１３ａ間の空隙が狭いため、絶縁膜１３の内部に蒸気がトラップされた、すなわち絶縁膜１３の内部に凝縮液が残留しているものと推察される。したがって、直径が相対的に小さい粒子１３ａを用いた絶縁膜１３を検出素子１０に適用する場合、検出素子１０は、繰り返し使用ではなく、使い捨ての用途で用いた方がよい。
【0053】
一方、図１２に示すように、直径２００［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３の場合、インピーダンスの応答については、図１３にも示すように、直径５０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３に近い結果が得られているが、インピーダンスの減少幅は相対的に小さくなっている。直径２００［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３では、粒子１３ａ間の空隙が広いため、絶縁膜１３の内部で凝縮する蒸気の量が、直径５０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３に比べて少ないものと推察される。
【0054】
図１３からは、検出素子１０を各液体に近づけたときのインピーダンスの応答は、粒子１３ａの直径が変わっても、大きく異なることがわかる。図１４からは、検出素子１０を各液体から遠ざけたときのインピーダンスの回復は、粒子１３ａの直径が変わっても、ある程度の違いが生ずることわかる。ただし、直径１０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３、及び直径２００［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３には、それぞれ、上記のような事情が推察される。そのため、直径５０［ｎｍ］程度の粒子１３ａが、検出素子１０の材料として適しているといえる。加えて、図１３及び図１４からは、直径５０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた絶縁膜１３であれば、各液体における応答時間と回復時間の傾向が揃っていることがわかり、かかる観点からも、直径５０［ｎｍ］程度の粒子１３ａが好適であると考えられる。
【0055】
［対照実験］
ここで、図１５を参照し、絶縁膜１３を有しない検出素子を図１０の場合と同様に各容器Ｃに出し入れした場合のインピーダンスの変化について説明する。図１５に示すとおり、絶縁膜１３を有しない検出素子の場合、異なる液体が入れられた各容器Ｃに出し入れした際、インピーダンスの時間変化が少なく且つ不安定であることがわかる。すなわち、該検出素子では、蒸気にさらした際の応答が、検出素子１０とは異なり、水やアセトンでのインピーダンスの減少幅が小さい。また、絶縁膜１３を有しない検出素子の不安定性は、図１５のアセトン及びエタノールにおいて、１回目と２回目の波形の形状が異なっていることからも読み取れる。
以上から、検出素子１０の場合は、絶縁膜１３の内部で蒸気が凝縮し、凝縮液が一対の電極１２間を架橋（通電）させるため、インピーダンスの変化が大きくなっていると推察される。
ここで、図１５を参照し、絶縁膜１３を有しない検出素子を図１０の場合と同様に各容器Ｃに出し入れした場合のインピーダンスの変化について説明する。図１５に示すとおり、絶縁膜１３を有しない検出素子の場合、異なる液体が入れられた各容器Ｃに出し入れした際、インピーダンスの時間変化が少なく且つ不安定であることがわかる。すなわち、該検出素子では、蒸気にさらした際の応答が、検出素子１０とは異なり、水やアセトンでのインピーダンスの減少幅が小さい。また、絶縁膜１３を有しない検出素子の不安定性は、図１５のアセトン及びエタノールにおいて、１回目と２回目の波形の形状が異なっていることからも読み取れる。
以上から、検出素子１０の場合は、絶縁膜１３の内部で蒸気が凝縮し、凝縮液が一対の電極１２間を架橋（通電）させるため、インピーダンスの変化が大きくなっていると推察される。
【0056】
続いて、図１６を参照し、制御部２０が性質データを求める手法について具体的に説明する。図１６では、横軸を共通の時間軸とする２つのグラフを示している。図１６において、上側のグラフである対応グラフは縦軸にインピーダンスをとっており、下側のグラフである変化率グラフは縦軸に対応変化率をとっている。
【0057】
また、図１６では、開始閾値が１０８［Ω］に設定され、飽和閾値が０．０２に設定された場合を例示している。したがって、解析処理手段４３は、初期待ち時間ごとに演算手段３２から取得するインピーダンスが１０８［Ω］以下となったときに、経過時間の計時を開始する。初期待ち時間は、例えば１［ｓ］に設定され、適宜変更することができる。
【0058】
解析処理手段４３は、例えば上記式（１）により対応変化率を求め、求めた対応変化率が０．０２よりも小さいか否かを判定する。解析処理手段４３は、該判定を待機時間ごとに実行し、対応変化率が０．０２よりも小さいと判定したとき、経過時間と１又は複数の判別値とを比較することにより、液体の種別を推定する。待機時間は、例えば１［ｓ］に設定され、適宜変更することができる。もっとも、解析処理手段４３は、インピーダンスが開始閾値以下となった後、所定の時間が経過してから対応変化率を求め、求めた対応変化率が飽和閾値よりも小さいか否かを判定するようにしてもよい。
【0059】
ここで、アセトンとエタノールとを区分けするための第１判別値Ｄ１が４［ｓ］に設定され、エタノールと水とを区分けするための第２判別値Ｄ２が１５［ｓ］に設定されているケースを想定する。この場合、解析処理手段４３は、経過時間が４［ｓ］よりも短ければ、液体がアセトンである旨判別し、経過時間が４［ｓ］以上であり且つ１５［ｓ］よりも短ければ、液体がエタノールである旨判別し、経過時間が１５［ｓ］以上であれば、液体が水である旨判別する。このように、経過時間と各判別値とを比較することにより、液体の種別を精度よく且つ安定的に判別することができる。開始閾値、飽和閾値、及び各判別値は、粒子１３ａの直径、絶縁膜１３の厚み、電源周波数、外気の相対湿度、外気の温度、液体の種別、液体の濃度などに応じて設定され、適宜変更することができる。
【0060】
本実施の形態１の液体分析システム１００は、液体の濃度（溶液の濃度）を求める濃度センサとしても用いることができる。そこで、図１７及び図１８を参照し、エタノールと水との混合溶液の濃度を段階的に変えた場合のインピーダンスの時間変化について説明する。図１７及び図１８は、エタノールと水との混合溶液を、エタノールの濃度が０％から１００％までの範囲において１０％刻みで準備し、直径５０［ｎｍ］の粒子１３ａを用いた検出素子１０でインピーダンスの計測を行った様子を例示している。図１７は、濃度の異なる液体が入った複数の容器Ｃ（Ｃ２０～Ｃ３０）に、検出素子１０を３０［ｓ］ずつ順次出し入れした場合のインピーダンスの時間変化を例示したグラフである。図１８は、濃度の異なる液体が複数の容器Ｃ（Ｃ２０～Ｃ３０）に、検出素子１０を１０［ｓ］ずつ順次出し入れした場合のインピーダンスの時間変化を例示したグラフである。なお、Ｃ２０には、エタノールの濃度が０％の液体、つまり水が入っている。
【0061】
図１７及び図１８からは、検出素子１０を各容器Ｃに出し入れしたときのインピーダンスの時間変化が、エタノールの濃度ごとに明確に区別できることがわかる。すなわち、液体分析システム１００によれば、検出素子１０を容器Ｃ内に、３０［ｓ］入れた場合でも、１０［ｓ］入れた場合でも、液体の各濃度に応じた波形、つまり液体の各濃度に応じた固有のインピーダンスの時間変化が得られることがわかる。特に、図１７及び図１８からは、エタノールの濃度ごとに、インピーダンスの応答及び最低値が異なることがわかる。
【0062】
図１８からは、検出素子１０を容器Ｃに１０［ｓ］間入れる場合であっても、液体の濃度に応じて、インピーダンスが段階的に異なる時間変化を示すことがわかる。読み取れる。そのため、液体分析システム１００によれば、グラフを視認してエタノールの濃度を推定する場合も含め、検出素子１０を容器Ｃに１０［ｓ］程度入れるだけで、液体の濃度を精度よく安定的に識別することができる。
【0063】
ここで、解析処理手段４３は、液体の種別を求める場合と同様に対応変化率を求め、経過時間と複数の推定値との比較により液体の濃度を示す性質データを求めてもよい。推定値の数は、何パーセント刻みで濃度の推定を行うかによって決定される。推定値は、粒子１３ａの直径、絶縁膜１３の厚み、電源周波数、外気の相対湿度、外気の温度、液体の種別、液体の濃度などに応じて設定され、適宜変更することができる。
【0064】
また、解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下であると判定してから濃度推定時間が経過したときのインピーダンスをもとに、液体の濃度を求めてもよい。濃度推定時間は、液体の種別等に応じて設定され、適宜変更できるようにするとよい。この場合、例えば、所定時間に対応する複数の時間の範囲と、複数の濃度の範囲とが対応づけられたテーブル情報を記憶部７０等に格納しておくとよい。そして、解析処理手段４３は、濃度推定時間が経過したときのインピーダンスを、該テーブル情報に照らして、液体の濃度を示す性質データを求めてもよい。
【0065】
本実施の形態１の液体分析システム１００は、混合溶液の混合比率を求める際にも用いることができる。図１９は、アセトンが入れられた容器Ｃと、エタノールが入れられた容器Ｃと、アセトンとエタノールの混合溶液が入れられた容器Ｃとのそれぞれに、検出素子１０を出し入れしたときのインピーダンスの時間変化を示すグラフである。図１９では、アセトンとエタノールとの混合比率が１対１である混合溶液を例示している。
【0066】
図１９に示すように、アセトンのみの単一溶液と、エタノールのみの単一溶液と、アセトンとエタノールとの混合溶液とでは、インピーダンスの応答及び回復が明確に異なっている。そのため、混ぜられている単一溶液の種類がわかっている場合は、混合比率ごとの応答時間、回復時間、又はインピーダンスの時間変化を示す波形などを示す基準データを予め準備し、記憶部７０等に格納しておくことで、基準データと実データとの対比により、混合溶液の混合比率を推定することができる。
【0067】
ここで、分析ユニット２０は、ユーザによる単一溶液の入力操作又は選択操作を受け付けるようにしてもよい。解析処理手段４３は、例えばアセトンとエタノールの混合溶液である旨の情報を入力部５０等を介して受け付けると、インピーダンス又は対応変化率を、単一溶液の構成に対応づけられた閾値と比較して、混合溶液の混合比率を性質データとして求めてもよい。
【0068】
次に、図２０及び図２１を参照して、粒子１３ａの性質によるインピーダンスの時間変化の違いについて説明する。図２０は、図１の絶縁膜１３を構成する粒子として、（ａ）親水性のナノ粒子と、（ｂ）疎水性のナノ粒子とを例示した模式図である。図２１は、図２０に例示した各粒子それぞれを用いて形成した検出素子１０ごとのインピーダンスの時間変化を例示したグラフである。
【0069】
図２１に示すように、検出素子１０は、絶縁膜１３を構成する粒子１３ａの性質によって、液体に近づけたとき、もしくは液体から離したときのインピーダンスの時間変化が異なることがわかる。ただし、特にアセトン及びエタノールなどの溶液の場合、両者のインピーダンスの応答などが近似しており、何れにおいても液体ごとにインピーダンスの時間変化が異なっている。つまり、粒子１３ａとしては、親水性のナノ粒子と疎水性のナノ粒子のどちらも好適に用いることができる。
【0070】
すなわち、液体分析システム１００は、検出素子１０の粒子１３ａの性質如何によらず、インピーダンスの時間変化を示す情報を表示部６０に表示させることにより、ユーザに液体の種別、濃度、及び混合比率などを精度よく導出させることができる。また、液体分析システム１００は、検出素子１０の粒子１３ａの性質如何によらず、各閾値などを調整することにより、液体の種別、濃度、及び混合比率などを精度よく推定することができる。
【0071】
［時系列表示モード］
次に、図２２を参照して、液体分析システム１００の分析ユニット２０が行う液体分析方法のうち、時系列表示モードでの動作例を説明する。
次に、図２２を参照して、液体分析システム１００の分析ユニット２０が行う液体分析方法のうち、時系列表示モードでの動作例を説明する。
【0072】
まず、液体分析システム１００の電源が入れられると、電源手段３１が検出素子１０に電源を供給する。すると、演算手段３２は、待ち時間の計時を開始すると共に、検出素子１０の一対の電極１２に流れる電流の値である状態データを取得する（ステップＳ１０１）。そして、演算手段３２は、検出素子１０から取得した状態データを用いて、検出素子１０のインピーダンスである対応データを求める（ステップＳ１０２）。
【0073】
出力処理手段４２は、演算手段３２から入力処理手段４１を介して対応データを取得すると、取得した対応データに基づく情報を表示部６０に表示させる（ステップＳ１０３）。本実施の形態１では、ステップＳ１０３が経時的に繰り返し実行されることで、複数の対応データを用いた情報である第１時系列データが表示部６０に表示される。第１時系列データは、対応データの時間変化を示す情報であり、例えば図９のようなインピーダンスの時間変化を示すグラフでもよく、インピーダンスの時間変化を示す表などであってもよい。
【0074】
また、解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。解析処理手段４３は、対応データが開始閾値よりも大きければ（ステップＳ１０４／Ｎｏ）、待ち時間が経過するまで待機する（ステップＳ１０５／Ｎｏ）。解析処理手段４３は、待ち時間が経過したとき（ステップＳ１０５／Ｙｅｓ）、待ち時間をリセットする（ステップＳ１０６）。そして、分析ユニット２０は、ステップＳ１０１の処理へ移行する。
【0075】
一方、解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下であれば（ステップＳ１０４／Ｙｅｓ）、設定時間の計時を開始する。設定時間は、例えば２０［ｓ］に設定され、適宜変更することができる（ステップＳ１０７）。解析処理手段４３は、設定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ１０８）、設定時間が経過していなければ（ステップＳ１０８／Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理へ移行し、ステップＳ１０６を経て、ステップＳ１０１～ステップＳ１０８の一連の処理を繰り返し実行する。もっとも、設定時間の計時を開始したタイミングでは、設定時間は経過していないため、解析処理手段４３は、初期の段階でのステップＳ１０８の処理を省略するようにしてもよい。
【0076】
解析処理手段４３は、設定時間が経過していれば（ステップＳ１０８／Ｙｅｓ）、設定時間が経過した旨の経過情報を出力処理手段４２へ出力する。このとき、表示部６０は、出力処理手段４２の指示により、少なくとも設定時間内の対応データの時間変化を示す情報、つまり第１時系列データを表示部６０に表示させる（ステップＳ１０９）。本動作例は、図２２のステップ番号の順に説明したが、各処理の順序は適宜変更することができる。
【0077】
解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下（ステップＳ１０４／Ｙｅｓ）となって以降、破線矢印で示すように、ステップＳ１０４及びステップＳ１０７の処理を行わなくてもよい。また、出力処理手段４２は、対応データが開始閾値以下となって以降のステップＳ１０３の処理では、解析処理手段４３により対応データが開始閾値以下であると判定されたときから遡及期間だけ遡った時間以降の対応データを表示部６０に表示させてもよい。遡及期間は、予め設定され、適宜変更することができる。このようにすれば、液体分析システム１００の電源をオンにしてから検出素子１０を液体に近づけるまでの間に長いタイムラグがある場合等において、液体の性質の判別に不要なデータを削り、有用なデータに基づく第１時系列データを表示することができる。そのため、ユーザの視認性の向上を図ると共に、液体の性質の判別精度を高めることができる。
【0078】
［判別モード］
続いて、図２３を参照して、液体分析システム１００の分析ユニット２０が行う液体分析方法のうち、判別モードでの動作例を説明する。第１判別値Ｄ１は、第２判別値Ｄ２よりも小さいくなるように設定されている。図２２の例と同様の処理内容については同一の符号を用いて説明は省略する。
続いて、図２３を参照して、液体分析システム１００の分析ユニット２０が行う液体分析方法のうち、判別モードでの動作例を説明する。第１判別値Ｄ１は、第２判別値Ｄ２よりも小さいくなるように設定されている。図２２の例と同様の処理内容については同一の符号を用いて説明は省略する。
【0079】
分析ユニット２０は、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理を、図２２の時系列表示モードの場合と同様に実行する。次いで、出力処理手段４２は、演算手段３２から入力処理手段４１を介して対応データを取得すると、取得した対応データが開始閾値以下であるか否かを判定する。判別モードの開始閾値は、時系列表示モードの開始閾値と同じでもよく、異なっていてもよい（ステップＳ２０１）。
【0080】
解析処理手段４３は、対応データが開始閾値よりも大きければ（ステップＳ２０１／Ｎｏ）、初期待ち時間が経過するまで待機する（ステップＳ２０２／Ｎｏ）。解析処理手段４３は、初期待ち時間が経過すると（ステップＳ２０２／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１の処理へ移行する。
【0081】
一方、解析処理手段４３は、対応データが開始閾値以下であれば（ステップＳ２０１／Ｙｅｓ）、経過時間の計時を開始すると共に（ステップＳ２０３）、例えば式（１）により対応変化率を求める（ステップＳ２０４）。解析処理手段４３は、対応変化率が飽和閾値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０５）。解析処理手段４３は、対応変化率が飽和閾値以上であれば（ステップＳ２０５／Ｎｏ）、待機時間が経過するまで待機し（ステップＳ２０６／Ｎｏ）、待機時間が経過すると（ステップＳ２０６／Ｙｅｓ）、ステップＳ１０１の処理へ移行する。待機時間は、例えば１［ｓ］に設定され、適宜変更することができる。
【0082】
解析処理手段４３は、対応変化率が飽和閾値よりも小さければ（ステップＳ２０５／Ｙｅｓ）、そのときの経過時間が第１判別値Ｄ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０７）。解析処理手段４３は、経過時間が第１判別値Ｄ１よりも小さいと判定した場合（ステップＳ２０７／Ｙｅｓ）、経過時間が第１判別値Ｄ１よりも小さい旨の第１情報を出力処理手段４２へ出力する。第１情報は性質データに相当する（ステップＳ２０８）。出力処理手段４２は、第１情報に応じた結果情報を表示部６０に表示させる。図１６の例に対応づけた場合、出力処理手段４２は、アセトンであることを示す情報を表示部６０に表示させる（ステップＳ２０９）。
【0083】
解析処理手段４３は、経過時間が第１判別値Ｄ１以上であると判定した場合（ステップＳ２０７／Ｎｏ）、経過時間が第２判別値Ｄ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２１０）。解析処理手段４３は、経過時間が第２判別値Ｄ２よりも小さければ（ステップＳ２１０／Ｙｅｓ）、経過時間が第１判別値Ｄ１以上で且つ第２判別値Ｄ２よりも小さい旨の第２情報を出力処理手段４２へ出力する。第２情報は性質データに相当する（ステップＳ２１１）。出力処理手段４２は、第２情報に応じた結果情報を表示部６０に表示させる。図１６の例に対応づけた場合、出力処理手段４２は、エタノールであることを示す情報を表示部６０に表示させる（ステップＳ２１２）。
【0084】
解析処理手段４３は、経過時間が第２判別値Ｄ２以上であると判定した場合（ステップＳ２１０／Ｎｏ）、経過時間が第２判別値Ｄ２以上である旨の第３情報を出力処理手段４２へ出力する。第３情報は性質データに相当する（ステップＳ２１３）。出力処理手段４２は、第３情報に応じた結果情報を表示部６０に表示させる。図１６の例に対応づけた場合、出力処理手段４２は、水であることを示す情報を表示部６０に表示させる（ステップＳ２１４）。
【0085】
アセトンであることを示す情報、エタノールであることを示す情報、及び水であることを示す情報は、性質データに応じた結果情報に相当する。なお、ステップＳ２０７及びＳ２１０において解析処理手段４３が判定に用いる経過時間は、対応データが開始閾値以下であると判定したとき（ステップＳ２０１／Ｙｅｓ）から、対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定したとき（ステップＳ２０６／Ｙｅｓ）までの時間である。本動作例は、図２３のステップ番号の順に説明したが、各処理の順序は適宜変更することができる。
【0086】
［時系列判別モード］
続いて、図２４を参照して、液体分析システム１００の分析ユニット２０が行う液体分析方法のうち、時系列判別モードでの動作例を説明する。図２２及び図２３の例と同様の処理内容については同一の符号を用いて説明は省略する。
続いて、図２４を参照して、液体分析システム１００の分析ユニット２０が行う液体分析方法のうち、時系列判別モードでの動作例を説明する。図２２及び図２３の例と同様の処理内容については同一の符号を用いて説明は省略する。
【0087】
分析ユニット２０は、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理を、図２２の時系列表示モードの場合と同様に実行する。次いで、解析処理手段４３は、ステップＳ２０４と同様に対応変化率を求める。そして、解析処理手段４３は、ステップＳ２０１～ステップＳ２０３の処理を実行する。
【0088】
次いで、出力処理手段４２は、対応データ及び対応変化率を記憶部７０から読み出し、読み出した対応データ及び対応変化率に基づく情報を表示部６０に表示させる。より具体的に、出力処理手段４２は、予め設定された時間範囲における、対応データの時間変化を示す情報及び対応変化率の時間変化を示す情報を表示部６０に表示させる。対応データの時間変化を示す情報は、図１６の対応グラフのようなグラフ形式であってもよく、表形式などであってもよい。対応変化率の時間変化を示す情報は、図１６の変化率グラフのようなグラフ形式であってもよく、表形式などであってもよい。もっとも、出力処理手段４２は、対応データの時間変化を示す情報、及び対応変化率の時間変化を示す情報のうちの何れかを表示部６０に表示させてもよい（ステップＳ３０２）。
【0089】
そして、分析ユニット２０は、ステップ２０５～ステップＳ２１４の一連の処理を実行する。本動作例は、図２４のステップ番号の順に説明したが、各処理の順序は適宜変更することができる。例えば、上記では、出力処理手段４２が、対応データ等に基づく情報を、対応データが開始閾値以下となって以降において表示部６０に表示させる例を示したが、これに限定されない。出力処理手段４２は、ステップＳ３０１の処理の後に（ステップＳ２０１の処理よりも前に）ステップＳ３０２の処理を行ってもよい。
【0090】
以上のように、本実施の形態１における液体分析システム１００は、基板１１上にポーラス構造の絶縁膜１３が形成された検出素子１０から状態データを取得し、取得した状態データから求まる液体の性質に関連する情報を出力するようになっている。例えば、分析ユニット２０は、液体の性質に関連する情報として、対応データに基づく情報及び性質データのうちの少なくとも一方を出力する。よって、液体分析システム１００によれば、分析対象の液体に検出素子１０を直接接触させることなく、蒸気の絶縁膜１３内での凝縮状態が反映される状態データをもとに液体を分析することができるため、液体の性質を簡易な構成により迅速に分析することができる。
【0091】
また、分析ユニット２０は、対応データの時間変化を示す情報を表示部６０に表示させる。よって、ユーザは、表示部６０を視認することにより、対応データの時間変化を認識することができるため、基準データとの照合などにより、液体の性質を推測することができる。基準データとしては、各液体について、予め定めた条件ごとのインピーダンスの時間変化の実測値等を用いることができる。基準データは、グラフ形式であってもよく、表形式であってもよいが、容易照合性の観点からは、グラフ形式が好ましい。
【0092】
さらに、分析ユニット２０は、計測処理部３０が状態データから対応データを求め、制御部４０が対応データの時間変化に基づいて性質データを求める機能を有している。すなわち、分析ユニット２０は、検出素子１０の状態を示す状態データを、絶縁膜１３の状態変化をより大きく反映する対応データに変換し、変換後の対応データの時間変化に基づいて液体の性質を推定するようになっている。そのため、液体の種別や濃度をより精度よく推定することができる。
【0093】
より具体的に、制御部４０は、対応データが開始閾値よりも小さいか否かを判定すると共に、対応データの変化の度合いを示す対応変化率を求め、対応変化率が設定された飽和閾値よりも小さいか否かを判定する解析処理手段４３を有している。解析処理手段４３は、対応データが開始閾値よりも小さいと判定してから対応変化率が飽和閾値よりも小さいと判定するまでの時間の長短に応じて性質データを求めるものである。ここで、対応変化率には、液体の性質の違いが精度よく現れることから、性質データの演算精度が向上するため、液体の性質の推定精度を高めることができる。
【0094】
加えて、制御部４０は、性質データに応じた結果情報を表示部６０に表示させる出力処理手段４２を有している。よって、ユーザは、表示部６０に表示されたグラフと基準グラフとの照合などを行うことなく、液体の性質の推定結果を知ることができるため、簡便性の向上を図ることができる。出力処理手段４２は、性質データに応じた結果情報と共に、対応データの時間変化を示す情報を表示部６０に表示させてもよい。このようにすれば、性質データに応じた結果情報を、グラフの照合などで得た知見と比較することができる。よって、制御部４０による推定結果の精度の確認し、パラメータや閾値などの調整に活かすことができるため、液体の性質の推定における信頼性を高めることができる。出力処理手段４２は、性質データに応じた結果情報と共に、例えば図１６のような対応変化率の時間変化を示す情報を表示部６０に表示させてもよい。このようにすれば、制御部４０の解析処理へのフィードバックの精度をさらに高めることができる。もっとも、出力処理手段４２は、性質データに応じた結果情報と共に、対応データの時間変化を示す情報と、対応変化率の時間変化を示す情報とを、表示部６０に表示させてもよい。
【0095】
ところで、エタノールの濃度を屈折率から推定する電子式センサが知られているが、該電子式センサの使用可能範囲は、エタノールの濃度と屈折率とが１対１で対応する範囲（０％～４０％程度）に限られている。この点、本実施の形態１の液体分析システム１００は、図１７及び図１８からもわかるように、エタノールの濃度を０％～１００％の全範囲にわたって計測することができる。そのため、液体分析システム１００は、飲料用のアルコール（０％～４５％）の濃度測定だけでなく、消毒液（７０％－８０％）の濃度測定など、多様な用途で使用することができる。また、液体分析システム１００は、呼気のアルコール濃度の検査にも用いることができるため、酒気帯び運転や飲酒運転を調べる際にも使用可能である。
【0096】
また、液体分析システム１００は、液体を非接触で識別する方式を採っており、センサとしての応答性も良好であることから、ポータブルな仕様でありながら、１０秒程度の短時間で液体の性質を迅速に推定することができる。さらに、液体分析システム１００は、絶縁膜１３における粒子１３ａ間の空隙が狭くなり過ぎないように調整することで、絶縁膜１３内への蒸気のトラップを抑制することができるため、１０秒程度の間隔で、液体の性質を繰り返し推定することができる。加えて、絶縁膜１３の厚さを薄膜化すれば（１［μｍ］以下にすれば）、応答速度を速め、応答時間を短縮することができることから、性質データの導出及び推定結果の表示の迅速化が実現可能となるため、簡便性の向上を図ることができる。
【0097】
本実施の形態１の検出素子１０は、基板１１と絶縁膜１３との間に配設された一対の電極１２を有している。そして、分析ユニット２０は、少なくとも液体に検出素子１０を近づける前後にわたって、一対の電極１２間に流れる電流の値を状態データとして取得する。また、分析ユニットは、状態データを用いて検出素子１０のインピーダンスを対応データとして求める。ここで、絶縁膜１３の内部における蒸気の凝縮の程度は、絶縁膜１３の内部の蒸気圧に対応しており、絶縁膜１３の内部の蒸気圧と検出素子１０のインピーダンスとの間には、良好な相関関係がある。よって、検出素子１０のインピーダンスには、絶縁膜１３の状態変化が精度よく現れるため、これを利用することにより、液体の性質を迅速に且つ精度よく推定することができる。
【0098】
ところで、上記の説明では、液体分析システム１００が、対応データ及び対応変化率の応答時の時間変化をもとに性質データを求める例を示したが、これに限定されない。例えば、液体分析システム１００は、対応データ及び対応変化率の回復時の時間変化をもとに性質データを求めてもよい。また、液体分析システム１００は、検出素子１０の一対の電極１２の代わりに、基板１１上にひずみセンサを設けてもよい。すなわち、液体分析システム１００は、絶縁膜１３内での蒸気の凝縮の程度に応じて変化する、ひずみセンサの抵抗等を示す情報を状態データとして利用してもよい。
【0099】
＜変形例＞
図２５を参照して、本実施の形態１の変形例に係る液体分析システム１００Ａについて説明する。本変形例の液体分析システム１００Ａは、解析処理手段１４３が機械学習により、液体の種別、濃度、及び混合比率のうちの少なくとも一方を推定するように構成されている。前述の液体分析システム１００と同様の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
図２５を参照して、本実施の形態１の変形例に係る液体分析システム１００Ａについて説明する。本変形例の液体分析システム１００Ａは、解析処理手段１４３が機械学習により、液体の種別、濃度、及び混合比率のうちの少なくとも一方を推定するように構成されている。前述の液体分析システム１００と同様の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
【0100】
図２５に示すように、解析処理手段１４３は、学習処理手段１４３ａと、推定処理手段１４３ｂと、を有している。学習処理手段１４３ａは、過去の対応データに基づく機械学習により、液体の性質を示す性質データを出力する推定モデル７０Ｍを生成する。本実施の形態１において、学習処理手段１４３ａは、ＤＮＮ（Deep Neural Network）を用いた教師あり学習により推定モデル７０Ｍを生成する。すなわち、学習処理手段１４３ａは、推定モデル７０Ｍの訓練のために、教師データとしての液体の性質を示す情報と、該性質に紐付けられた複数の対応データとを用いるようになっている。
【0101】
推定処理手段１４３ｂは、演算手段３２において求められた複数の対応データを推定モデル７０Ｍの入力とし、入力とした複数の対応データに応じた性質データを求める。そして、推定処理手段１４３ｂは、推定モデル７０Ｍによって求めた性質データを出力処理手段４２へ出力する。出力処理手段４２は、性質データに応じた結果情報を表示部６０に表示させる。
【0102】
ところで、上記の説明では、演算手段３２が、状態データに前処理的な演算を施して対応データを生成し、学習処理手段１４３ａが、演算手段３２によって生成された対応データを用いての機械学習により、性質データを求めるための推定モデル７０Ｍを構築する例を示したが、これに限定されない。例えば、演算手段３２は、検出素子１０から取得した状態データをそのまま制御部４０へ受け渡すようにしてもよく、制御部４０が検出素子１０から直接的に状態データを取得するようにしてもよい。そして、学習処理手段１４３ａは、過去の状態データに基づく機械学習により、液体の性質を示す性質データを出力する推定モデル７０Ｍを生成してもよい。かかる構成の場合、学習処理手段１４３ａは、推定モデル７０Ｍの訓練のために、教師データとしての液体の性質を示す情報と、該性質に紐付けられた複数の状態データとを用いる。推定処理手段１４３ｂは、複数の状態データを推定モデル７０Ｍの入力とし、入力とした複数の対応データに応じた性質データを求める。
【0103】
また、学習処理手段１４３ａは、対応データの時間変化を示す情報である時系列データを用いた機械学習により、液体の性質を示す性質データを出力する推定モデル７０Ｍを生成してもよい。かかる構成の場合、学習処理手段１４３ａは、推定モデル７０Ｍの訓練のために、教師データとしての液体の性質を示す情報と、該性質に紐付けられた複数の時系列データとを用いる。時系列データは、例えば、対応データの時間変化を示すグラフの画像情報である。訓練用及び推定用の時系列データは、学習処理手段１４３ａが生成してもよく、出力処理手段４２が生成してもよい。推定処理手段１４３ｂは、時系列データを推定モデル７０Ｍの入力とし、入力とした時系列データに応じた性質データを求める。
【0104】
さらに、学習処理手段１４３ａは、複数の状態データに基づく情報である状態時系列データを用いた機械学習により、液体の性質を示す性質データを出力する推定モデル７０Ｍを生成してもよい。かかる構成の場合、学習処理手段１４３ａは、推定モデル７０Ｍの訓練のために、教師データとしての液体の性質を示す情報と、該性質に紐付けられた複数の状態時系列データとを用いる。時系列データは、例えば、状態データの時間変化を示すグラフの画像情報である。訓練用及び推定用の状態時系列データは、学習処理手段１４３ａが生成してもよく、出力処理手段４２が生成してもよい。推定処理手段１４３ｂは、状態時系列データを推定モデル７０Ｍの入力とし、入力とした状態時系列データに応じた性質データを求める。
【0105】
加えて、解析処理手段１４３は、上述した解析処理手段４３と同様に対応変化率を求める機能を有していてもよい。そして、学習処理手段１４３ａは、過去の対応変化率に基づく機械学習により、液体の性質を示す性質データを出力する推定モデル７０Ｍを生成してもよい。かかる構成の場合、学習処理手段１４３ａは、推定モデル７０Ｍの訓練のために、教師データとしての液体の性質を示す情報と、該性質に紐付けられた複数の対応変化率とを用いる。推定処理手段１４３ｂは、複数の対応変化率を推定モデル７０Ｍの入力とし、入力とした複数の対応変化率に応じた性質データを求める。
【0106】
あるいは、学習処理手段１４３ａは、複数の対応変化率に基づく情報である時系列変化データを用いた機械学習により、液体の性質を示す性質データを出力する推定モデル７０Ｍを生成してもよい。かかる構成の場合、学習処理手段１４３ａは、推定モデル７０Ｍの訓練のために、教師データとしての液体の性質を示す情報と、該性質に紐付けられた複数の時系列変化データとを用いる。時系列変化データは、例えば、対応変化率の時間変化を示すグラフの画像情報である。訓練用及び推定用の時系列変化データは、学習処理手段１４３ａが生成してもよく、出力処理手段４２が生成してもよい。推定処理手段１４３ｂは、時系列変化データを推定モデル７０Ｍの入力とし、入力とした時系列変化データに応じた性質データを求める。
【0107】
学習処理手段１４３ａは、教師なし学習又は半教師あり学習により推定モデル７０Ｍを生成するものであってもよい。学習処理手段１４３ａは、ＧＢＤＴ (Gradient Boosting Decision Tree)を用いた機械学習により推定モデル７０Ｍを生成してもよい。学習処理手段１４３ａは、線形回帰、ロジスティック回帰、又は決定木などの回帰の手法により推定モデル７０Ｍを生成するものであってよい。さらに、学習処理手段１４３ａは、ランダムフォレスト又はサポートベクターマシンなどの分類の手法により推定モデル７０Ｍを生成するものであってよい。学習処理手段１４３ａは、上述した複数の機械学習を組み合わせた手法により推定モデル７０Ｍを生成してもよい。
【0108】
上記のとおり、データ解析や画像認識に基づく機械学習を行う機能を制御部４０に採り入れることで、状態データの時間変化のパターンを液体の性質ごとに認識させることができるため、液体のあらゆる性質を迅速に且つ精度よく推定することができる。また、液体分析システム１００Ａは、呼気のアルコール濃度の検査など、蒸気の種類が多くなる場合においても、精度のよい判別処理を行うことができる。ところで、分析ユニット２０は、上記の機械学習に係る処理を、外部のサーバとの連携により実行してもよい。例えば、記憶部７０の一部の機能が外部のサーバ等に設けられてもよく、学習処理手段１４３ａ及び推定処理手段１４３ｂのうちの少なくとも一方が外部のサーバ等に設けられてもよい。他の構成、代替構成、効果などは、前述した実施の形態１の本編と同様である。
【0109】
実施の形態２．
図２６を参照して、本実施の形態２における液体分析システム２００について説明する。液体分析システム２００は、絶縁膜１３内での蒸気の凝縮の程度に応じて絶縁膜１３の色調が変化すること、及び蒸気を発生する液体の種別、濃度、及び混合比率などに応じて絶縁膜１３の色調の変化に違いがあることを利用して、液体の性質を分析するようになっている。色調には、色の種類、色の濃淡（明度）、及び彩度などが含まれるものとする。上述した実施の形態１と同等の構成については同一の符号を用いて説明は省略する。
図２６を参照して、本実施の形態２における液体分析システム２００について説明する。液体分析システム２００は、絶縁膜１３内での蒸気の凝縮の程度に応じて絶縁膜１３の色調が変化すること、及び蒸気を発生する液体の種別、濃度、及び混合比率などに応じて絶縁膜１３の色調の変化に違いがあることを利用して、液体の性質を分析するようになっている。色調には、色の種類、色の濃淡（明度）、及び彩度などが含まれるものとする。上述した実施の形態１と同等の構成については同一の符号を用いて説明は省略する。
【0110】
図２６に示すように、液体分析システム２００は、検出素子１１０と、分析ユニット１２０と、を有している。検出素子１１０は、基板１１上にポーラス構造の絶縁膜１３が形成されたものであるが、上述した実施の形態１の検出素子１１０とは異なり、一対の電極１２を有していない。分析ユニット１２０は、撮像手段１３５と、演算手段１３２と、記憶手段３３と、を備えた計測処理部１３０を有している。
【0111】
撮像手段１３５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を含み、画像を撮像するものである。撮像手段１３５は、検出素子１１０の絶縁膜を撮像した画像を状態データとして演算手段１３２へ出力する。図２６では、便宜上、撮像手段１３５を計測処理部１３０のブロック内に記載したが、撮像手段１３５は、絶縁膜１３の色調の変化を捉える必要がある。そのため、撮像手段１３５は、絶縁膜１３の表面を撮像できるよう、絶縁膜１３の表面に対向する位置に配置するとよい。演算手段１３２は、撮像手段１３５から取得した状態データの色調を電圧値などの数値に変換して対応データを生成し、生成した対応データを制御部４０へ出力する。
【0112】
本実施の形態２の制御部４０は、上述した実施の形態１の例と同様、演算手段１３２から取得した対応データをもとに、対応データに基づく情報及び対応データの時間変化を示す情報を出力する。また、制御部４０は、演算手段１３２から取得した対応データをもとに、液体の性質を示す性質データを求めて出力する。他の構成及び代替構成については、実施の形態１と同様である。また、前述した変形例の構成は、液体分析システム２００にも適用することができる。
【0113】
以上のように、本実施の形態２における液体分析システム２００は、基板１１上にポーラス構造の絶縁膜１３が形成された検出素子１１０から状態データを取得し、取得した状態データから求まる液体の性質に関連する情報を出力するようになっている。したがって、液体分析システム２００によっても、分析対象の液体に検出素子１１０を直接接触させることなく、蒸気の絶縁膜１３内での凝縮状態に応じた状態データをもとに、液体の分析を行うことができるため、液体の性質を簡易な構成により迅速に分析することができる。
【0114】
また、液体分析システム２００は、検出素子１１０の絶縁膜１３を撮像手段１３５によって撮像することにより、絶縁膜１３の色調を示す情報を状態データとして取得するようになっている。よって、分析ユニット２０は、絶縁膜１３の色調の変化から、絶縁膜１３内での蒸気の凝縮度合いを捉え、液体の性質の分析を行うことができるため、電極を有しない検出素子１１０によっても、液体の性質を高精度に且つ迅速に推定することができる。他の効果については、実施の形態１の構成と同様である。なお、液体分析システム２００は、撮像手段１３５の代わりに分光器を用いた構成を採ってもよい。
【0115】
ここで、上述した各実施の形態は、液体分析システム、液体分析方法、及び液体分析プログラムの好適な具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、検出素子１０及び１１０は、基板１１上にペルチェ素子を設けて構成してもよい。すなわち、液体分析システム１００、１００Ａ、２００は、ペルチェ素子を用いて絶縁膜１３を冷却するように構成し、絶縁膜１３の内部での蒸気の凝縮を促進させるようにしてもよい。このようにすれば、液体の性質をさらに迅速に推定することができる。また、検出素子１０及び１１０は、基板１１にヒータを設けた構成としてもよい。このようにすれば、絶縁膜１３の内部からの蒸気の脱離を促進することができるため、特に検出素子１０及び１１０を繰り返し利用する際の作業の迅速化を図ることができる。
【0116】
上記の説明では、分析ユニット２０が、性質データに応じた結果情報として、液体の性質を示す文字を表示する例を示したが、これに限定されない。分析ユニット２０は、音又は音声を出力する報知部を有していてもよい。この場合、出力処理手段４２は、性質データに応じた結果情報として、報知部に音声を出力させてもよい。また、解析処理手段４３は、性質データを求めた際などにおいて、報知部からビープ音などの音を報知するよう、出力処理手段４２に制御信号を出力してもよい。
【0117】
本実施の形態１では、対応変化率を求めるための演算式として式（１）を例示したが、これに限らず、解析処理手段４３は、対応変化率を他の手法により求めてもよい。例えば、解析処理手段４３は、下記の式（２）により、対応変化率として、インピーダンスの変化量の絶対値の、前回のインピーダンスに対する割合を求めてもよい。
【0118】
【数2】
【0119】
図４、図５、及び図９では、円筒状の外周部を有する容器Ｃを例示したが、これに限定されない。液体の性質を分析する際は、液体から発生する蒸気が検出素子１０に触れるようにすればよいため、容器Ｃは、例えば平皿のような形状であってもよい。ただし、平皿のような容器Ｃでは、蒸気が広く拡散してしまうため、容器Ｃとしては、円筒状又は角柱状などの外周部を有するものが好ましい。さらに、絶縁膜１３内での蒸気の凝縮を促進し、液体の性質の分析を早めるためには、検出素子１０を入れた際、容器Ｃが密閉又は半密閉のような閉じた状態にするとよい。例えば、容器Ｃに、部分的に開口を有する蓋、又は検出素子１０の挿入時に必要な範囲で開く蓋などを設けてもよいし、検出素子１０と分析ユニット２０とをつなぐ部材などに、容器Ｃの蓋として機能するパーツを取り付けてもよい。
【符号の説明】
【0120】
１０、１１０ 検出素子、１１ 基板、１２ 一対の電極（電極）、１２ａ 第１電極、１２ｂ 第２電極、１３ 絶縁膜、１３ａ 粒子、２０、１２０ 分析ユニット、３０ 計測処理部、３１ 電源手段、３２、１３２ 演算手段、３３ 記憶手段、４０ 制御部、４１ 入力処理手段、４２ 出力処理手段、４３、１４３ 解析処理手段、５０ 入力部、６０ 表示部、７０ 記憶部、７０Ｍ 推定モデル、１００、１００Ａ、２００ 液体分析システム、１３０ 計測処理部、１３５ 撮像手段、１４３ａ 学習処理手段、１４３ｂ 推定処理手段、Ｃ 容器、Ｌ 液体、Ｓ 蒸気。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】