| Project/Area Number |
22K05166
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
三浦 篤志 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (90379553)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 光ピンセット / エアロゾル液滴 / レーザー捕捉 / 顕微分光 / 単一液滴 / 単一エアロゾル液滴 / 液滴物性分析 / 物性制御 |
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| Outline of Research at the Start |
我々は，液体をマイクロメートルスケールのエアロゾル液滴化し気相中に浮遊させるとバルク液体とは大きく異なる物性や特徴を示すことを見いだした。しかし，これが液体の種類に依らずあらゆる液体で発現するか否かは未だ明らかでない。本研究では種々の液体でエアロゾル化により粘度変化や過冷却状態生成が起きるかの検証から物性変化があらゆる液体に普遍的に起きる現象であることを実証するとともに，エアロゾル液滴の示す物性値とその時の物理的条件(粒径，温度，蒸気圧等)との相関を明らかにし，エアロゾル液滴物性制御法の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的に液体物性はサイズに依存せずどのようなスケールの液体でも基本的に同じであるとみなされているが，我々は最近，微小な液滴であるエアロゾル液滴がバルクの液体とは全く異なる物性を示すことを強く示唆する結果を得た。これらの結果に基づき我々は，「空気中に浮遊しなにものにも接触していない液体」において「数~十数マイクロメートルまで微小化した液体では液滴粒径に依存して物性が変化」し，「この現象は液体の種類に依らずあらゆる液体で観測され得る」との仮説をたて本研究を進めている。本年度はレーザー捕捉した単一エアロゾル水滴粘度の液滴サイズ依存性の解明をめざし，以下の検討を行った。pHに依存したスペクトルや蛍光強度変化を示すテトラフェニルポルフィリンスルホン酸 (TPPS)を蛍光プローブ分子として溶液を調製し，酸および塩基によりpHを調整した後，超音波式ネブライザを用いてエアロゾル化した。発生させたエアロゾル粒子をレーザー捕捉し，単一エアロゾル粒子の顕微蛍光スペクトル変化よりpH変化挙動を調べた。TTPSを内包する溶液から調製した、単一エアロゾル液滴では、バルク溶液をエアロゾル化することにより単量体ー会合体間のスペクトル変化が観測された。これは、エアロゾル化に伴い酸/塩基がエアロゾル水滴と周囲の雰囲気間において吸着/脱離し、液滴のpHが変化したことを示している。さらに興味深いことに、バルク液体では自然蒸発はほとんど起こらないとして扱われている揮発性の低い酸/塩基を用いた場合に於いても、迅速なスペクトル変化、すなわち、迅速な酸/塩基の揮発による吸脱着を示唆する結果が得られており、本研究対象としているマイクロメートルサイズの液体・液滴においては、バルクとは異なる液体の挙動をとることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度(2年目)に検討予定であった単一水滴粘度の酸塩基特性評価測定系を構築し、単一エアロゾル液滴におけるエアロゾル液滴に特有の酸塩基挙動を明らかにできた。その成果のまとめを投稿準備中であり、当初の計画に沿って概ね順調に進展している。加えて，次年度検討予定である単一エアロゾル液滴における光化学反応系の探索と、本年度に得られた酸塩基特性に基づいた制御性の良い液体条件の検討も行えており、研究全般に関して概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
二年度に得られた酸塩基特性に基づき、種々の液体のエアロゾル液滴粘度の粒径依存性、ならびに温度特性に関する検討を継続するとともに、酸塩基特性結果に基づいた液体条件の検討を行い、予定していた単一液滴における光化学反応による新規物質相としての単一エアロゾル液滴の可能性を検討する。これまでに構築した単一エアロゾル液滴計測系として、動的蛍光異方性測定、蛍光寿命測定、偏光ラマンスペクトル測定システムを活用し、これを成し遂げる。
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