2018 Fiscal Year Research-status Report
光ピンセット法を利用したブラウン運動の高速解析による水・エタノール混合状態の解明
| Project/Area Number |
17K05765
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
十代 健 日本大学, 文理学部, 教授 (60317302)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 一輝 日本大学, 文理学部, 助手 (10779961)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | ブラウン運動 / 光ピンセット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
水とアルコール混合溶液においてブラウン運動から溶液中の混合状態に関する知見を得る研究を継続した。本年度は、アルコールとしてエタノール以外にメタノールや１－プロパノールへと種類を増やし実験を行った。エタノール水溶液の場合は、１ミクロン程度のポリスチレン微粒子のブラウン運動による移動度が、液体の粘性率から予測される移動度より大きく、ミクロンサイズでの不均一性が示唆されていた。この現象は、エタノール以外にメタノールや１－プロパノール水溶液でも観測され、アルコール水溶液における統一的な特徴であった。また、ブラウン運動による移動度が異常な振る舞いを示すのは、低アルコール濃度においてであり、アルコール付加によって、水の不均一性が強調されるのではないかと予測できた。次は不均一が生成される要因に向けて実験データを拡大中である。
光ピンセット法を用いて、ブラウン運動の高速ダイナミクスを解明する取り組みも順調に進んでいる。本年度は、四分割ダイオード検出器を導入し、高速でのコロイド粒子の位置検出が可能となった。四分割ダイオード検出器とは、光ピンセット法におけるトラップレーザー光のコロイドにおける屈折・散乱情報を検出するための装置であり、コロイドの位置がレーザー光の屈折・散乱位置として確かめることができる。現在、高速で取り込んだ実験データからレーザーパワー依存によるトラップ力の算出や、ブラウン粒子の熱散乱過程の分離など、さらに時間的な情報を抽出する努力を行っている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光学顕微鏡でのブラウン運動の観測と並行して、光ピンセット法によるセットアップを改良した。
光学顕微鏡による観測は、確立した装置による実験であり、ただ、試料の種類を増やして測定を行うことで問題なくデータが蓄積できる。ただ、確率過程であるブラウン運動を対象としているため、統計学的有意な差を見出すためには、大多数の測定が必要であり、それに時間を費やしている。
光ピンセット法においては、初年度にトラップの観測が確認できているので、新しい検出器を導入し、高速での測定を開始した。特殊な用途での使用であったため既存のプログラムシステムでは不可能であり、セットアップ構築に時間が掛かったが、データの取得、解析に取り組んでいる状態である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
アルコールの種類をエタノールからメタノール、１－プロパノールと変化させても同様のブラウン運動の異常性が観測されたことは、異常性が観測される条件を見出すには不十分である。溶液混合の際に、異常性を示す液体と、異常性を示さない液体の両方の測定結果をもって、溶液構造や不均一を生み出す要因を考えることができる。まずは、様々な混合液体において、ブラウン運動を観測することで、異常性のないケースを見つけることである。
光ピンセット法の実験では、ノイズの問題が現在、一番、重要である。高速の時間分解能で測定するセットアップを構築したが、レーザー光によるノイズが大きく、十分な情報を引き出せていない。ノイズの原因究明と対策を万全にすることで、より高速なブラウン運動の情報抽出に取り組んでいく。
|
Research Products
(6 results)
