2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K05740
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
粕谷 素洋 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00582040)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 表面・界面 / 表面力測定 / 電気二重層 / 蛍光プローブ法 / pH |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、蛍光分光表面力装置において蛍光プローブ法を用いることで、固-水界面におけるpH分布を評価した。また同試料系について表面力測定を行い、観測される電気二重層斥力から表面電位・電荷密度等の特性評価を行い、固-液界面におけるpH分布に与える影響について定量的に調べ、その機構解明を目指す。
本年度は、蛍光性pHプローブ色素（C.SNARF-4F）を溶解させた雲母表面間の水において，蛍光分光SFAによって蛍光スペクトルの表面間距離依存性を測定することで，pHの距離依存性を評価した．また、電解質として加えるCsClの濃度を変化させて，そのpHへの影響を調べた．本研究で用いたpHプローブであるC-SNARF 4Fは酸解離平衡が単純なためpHに対するスペクトル変化が明瞭であり，従来評価に用いてきた酸解離平衡が複雑なフルオレセインと比べて，より精密な評価が可能であることが分かった．
また，同じ系について表面力測定を行って，観測される電気二重層斥力をPoisson-Boltzmann方程式により解析することで雲母の表面電位・電荷密度を求め，それらが界面pHに与える影響について調べた．得られた表面電位から電気二重層内のプロトン濃度分布のモデル計算を行って，蛍光分光SFAの評価結果と比較すると、低電解質濃度の場合のみ両者は一致し、これは電気二重層によるプロトン濃縮で定量的に界面pH変化が説明できることを示している。一方、高濃度の場合はモデル計算に比べて遠距離から実験値の変化が観測されることから、電気二重層に加えて他の要素が界面pH変化に影響することが示された。
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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
当初予定していた固-液界面pHの電解質濃度依存性の評価を順調に終えることができた.
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度にCsClで行った雲母表面間の水のpH評価を添加する電解質種を変えて行う．雲母表面に存在するカリウムは水溶液中において電解質のカチオンと置換することが知られている．溶液に添加する電解質のカチオンをLi, Na, K, Cs等に変化させて，イオン吸着が界面pHに及ぼす影響について明らかにする．また表面力測定についても前年度と同様に行い，電気二重層と界面pHの相関にイオン吸着が及ぼす影響を調べる．
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| Causes of Carryover |
購入予定であった雲母や石英レンズ等の消耗品について効率的に使用することで，経費節約することができた．この節約した経費を有効に利用して，次年度は後年行う予定であったシリカ-水界面のpH評価についても、前倒しして開始する予定である．
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