光熱変換分光法を用いた液液界面ナノ領域における分子集団挙動・分子間相互作用の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13129203
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 澤田 嗣郎 東京大学, 大学院・新領域創性科学研究科, 教授 (90011105)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池添 泰弘 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教務職員 (70334315) ; 片山 健二 東京大学, 大学院・新領域創性科学研究科, 助手 (00313007) ; 藤浪 眞紀 東京大学, 大学院・新領域創性科学研究科, 助教授 (50311436)
• Keywords: 光熱変換 / 液液界面 / ナノ空間 / 分子間相互作用 / フェトム秒レーザー

Research Abstract

本研究では、われわれが独自に開発してきた時間分解準弾性散乱(QELS)法と、フェムト秒高出力レーザーを用いた超高速界面分光法の二つの測定手法を用いて、液液界面ナノ空間に特有な非線形反応や分子間相互作用を観測し、新しい界面物理化学を開拓していくことを目的とした。
QELS法については、時間分解能をこれまでの秒オーダーからミリ秒オーダーまで向上させることを目標としており、主に二つの改良を行った。第一はレーザー光の分岐法である。これまでの透過型回折格子を可変スリットに変更して、回折縞の鮮明度を上げ、周波数分布を狭くすることに成功した。このことによって、時間分解能向上に重要な要素となる測定誤差を小さくすることができた。また、スリット幅が可変であるため、種々の液液界面系・光学系に対する順応性も向上した。第二は、測定セルの改良である。従来のものでは、界面でのレーザー光散乱スポットが容器中心ではなかったため、液液界面での振動現象に伴う界面の揺れが生じるたびに光検出位置にずれが生じ、測定に支障をきたしていたが、新しいセルでは、界面振動後も光路が変わらず、連続的に測定可能となった。本装置と電気化学測定装置を組み合わせて、界面活性剤の界面吸着脱離現象を観測したところ、数百ミリ秒で起こる集団的な吸着現象や、溶液中イオンによる脱離速度の増大現象など興味深い現象を発見した。
また、超高速分光法については、界面特有の非線形光学現象である第2高調波発生を利用した新たな分光測定装置の開発を行った。本年度は第2高調波発生に必要となる高出力・短パルスのレーザー光を得るためにマルチパスレーザー増幅器(カントロニクス社)を購入し、その出力が目的とする計測に必要な特性を有することを確認した。次年度は測定装置を作成し、実試料(水/空気界面、油/水界面など)の計測を行う予定である。

Research Products

• [Publications] Tetsuya Takahashi, Hiroharu Yui, Tsuguno Sawada: "Direct Observation of Dynamic Molecular Behavior at a Water/Nitrobenzene Interface in a Chemical Oscillation System"Journal of Physical Chemistry B. 106-9. 2314-2318 (2002)