2005 Fiscal Year Annual Research Report
亜臨界および超臨界水溶液系の水素結合ネットワーク構造の解明
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16350006
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
西川 恵子 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (60080470)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 剛 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (80332633)
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| Keywords | 超臨界流体 / 超臨界水溶液 / 水素結合 / 密度ゆらぎ / 濃度ゆらぎ / 小角X線散乱 / 近赤外吸収スペクトル / ラマン散乱 |
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| Research Abstract |
亜臨界・超臨界水および混合系について、ゆらぎ構造の情報を得るためには小角X線散乱実験が最も直接的な情報を与える。また、近距離の構造の情報は、EXAFS実験が有用である。これらの実験を行うため、温度・圧力・濃度の3種のパラメータを系統的に変え、小角X線散乱実験およびEXAFS実験両方に共有できるサンプルホルダーを完成させた。
超臨界状態の溶液系について混合状態の知見を得るために濃度ゆらぎを求める実験をスタートし、以下の3つの系について結果を得た。水-メタノールの亜臨界状態について、小角X線散乱実験より密度ゆらぎおよび濃度ゆらぎを求めることに成功した。常温・常圧の水-メタノール系と濃度ゆらぎは変わらず、亜臨界・超臨界状態で特有な密度ゆらぎだけが増加することを見出した。この試料での亜臨界状態の水素結合ネットワークは、常温・常圧のそれと変わりが無いと結論される。水素結合系ではないが、超臨界状態のスタンダードとして、Xe-KrおよびCO_2-CHF_3について、小角X線散乱強度、部分モル体積、等温圧縮率を求め、濃度ゆらぎ、密度ゆらぎおよびその相関を求めた。超臨界状態としては、世界初のデータである。今後、温度の高い水素結合系に展開していく基礎的手法が確立できた。
水素結合の形態(注目する水分子が隣の水分子と水素結合をつくらないか、1つの結合か、2つ結合か)を調べるのに、近赤外吸収スペクトルが有効である。このための装置を立ち上げた。通常の塩の水溶液(常温・常圧)で塩濃度の変化に伴う水素結合数の変化を定量化に成功したが、今温高圧であるため、超臨界水の事件はまで成功していない。
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