2019 Fiscal Year Research-status Report
プロトン核磁気横緩和時間測定を用いる可塑剤の新規動的・物性評価法の開発
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19K05533
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
森内 隆代 (川上隆代) 大阪工業大学, 工学部, 教授 (60288751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 吉伸 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70298800)
藤森 啓一 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70319573)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 1H核磁気横緩和時間 / パルスNMR分光計測法 / パルスシークエンス / PVC可塑化 / 電極膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1H核磁気緩和現象の横緩和時間に着目したパルスNMR分光計測法は、成形・調整することなく使用できる非破壊検査法でありかつ経時変化も含めて容易に観測できることや、固体や液体あるいはゲルや混合状態といったどのような形状の複合材料でもそのまま測定可能というこれからの新しい物性評価法に望まれる資質を有している上、分子運動性に対応する成分の測定が可能という他の評価法に例を見ない非常に特徴的な物性評価法としての開発が期待できる。本研究の目的は、横緩和時間T2測定の測定手法や数値処理法の新たな開拓に注力し、社会的ニーズの高い塩ビ材料中の可塑剤の分子運動性と相関のある物性変化を鋭敏に観測できる新規物性評価法の確立である。令和元年度は、臨床分野で汎用されている血中Na+イオン用イオン選択性電極のPVC感応膜をターゲットとし、パルスNMR分光計測法による物性評価法の確立を目指した。
イオン選択性電極のPVC感応膜は、約28wt%の塩ビと約69wt%の可塑剤から成り、その他の成分（イオン感応物質，添加塩）は3wt%程度にしか満たない。本研究では、重合度の異なるPVC剤を用いたbis(12-crown-4)イオノフォアとするNa+イオン用イオン選択性電極の感応膜をSolid Echo・Hahn Echo・CPMGの3つのパルスシークエンスを駆使し、横緩和時間を測定した。そして、Solid EchoとCPMGのパルスシークエンスを用いて得られるFIDシグナルを直接数値微分し緩和スペクトルとすることで、可塑剤の相溶性の度合いという物性変化を視覚化することに成功した。また、Hahn Echoのパルスシークエンスを用いて得られるFIDシグナルにWeibull関数のフィッティングさせる成分解析によって内在成分の横緩和時間を求め、相溶性や均一性という物性変化を数値化することに成功した。さらに、これらのイオン選択性電極の低濃度領域での電位応答性とHahn Echo法のFIDデータの間に相関性があることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
1H核磁気緩和現象の横緩和時間T2測定は、細かく砕いたり測定用に成形することなく使用できる非破壊法であり かつ 経時変化も含めて容易に観測できるということと、単一成分に限らず固体や液体あるいはゲルや混合状態といったどのような形状の複合材料でも適用可能ということが、他の評価法に例を見ない非常に優れた点である。しかし、これまで物性評価法として発展・汎用されなかった理由として、まず、i) 得られるFIDシグナルの単純さ、ii) Weibull関数をフィットさせる数値解析処理、iii) 得られた1H核磁気緩和時間(数値)の定義付けの3点が挙げられる。本研究では、研究期間内に、これらの欠点を克服し、さらに、パルスシークエンスを駆使した新たな観点での横緩和時間測定法を詳細に検討する計画である。
令和元年度は、まずは上記の欠点を克服するべく、パルスNMR分光計測法の改善に取り組んだ。そして、ターゲットとしては、臨床分野で日々多用されている血中Na+イオン用イオン選択性電極のPVC感応膜を選んだ。そして、iii)についてはまだ達成出来ていないが、i) とii) については一定の改善手法を見出すことができ、社会的ニーズの高いイオン選択性電極の感応膜の評価法として利用できることを示した。これらの結果は、英国化学会の学会誌Analystに投稿し受理され(2020年5月11日)、審査員からは「Congratulations on an excellent work!」と称賛をもらい、エディターからはhighlight cover論文として推薦された。また別の審査員から、レジスタンスとの相関にも非常に興味があると言われたので、今後取り組む予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
塩ビ製品からの可塑剤の滲み出し・揮発・他物質への移行は、可塑剤の低分子量，低相溶性（混和性），量超過などで見受けられるが、製品中の相溶性・滲み出しを事前に評価する方法は未だ確立されていない。社会的ニーズから、簡便な物性評価法の確立は不可欠である。令和元年度は臨床分野で日々多用されている血中Na+イオン用イオン選択性電極のPVC感応膜をターゲットとして選んだが、一定の成果が得られたので、令和2年度は異なる種類や含量の違うPVC材をターゲットとして、令和元年度に得られた成果を基に簡便な物性評価法の確立を目指すべく進める。
横緩和時間の測定に用いられるパルスシークエンスには、90°パルス法, Solid Echo法, Hahn Echo法, CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)法がある。パルスシークエンスは通常 メインとなる分子運動性成分の緩和時間領域によって選定するが、観測しようとする物性変化の測定に適しているかどうかを検討する余地が大いにあり、また、このような観点でパルスシークエンスを研究した報告例は未だない。そこで、どのように測定すれば物性評価に用いることができるデータが得られるのかについても詳細に調べる計画である。このような手法が成功すれば、異なるパルスシークエンスを使い分けることで横緩和時間測定から様々な物性変化の検出が可能となり、パルスNMR法を用いる新たな物質材料の物性評価法の確立が期待できる。
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| Causes of Carryover |
購入希望物品の金額が残額より大きく購入できなかったことと、コロナウィルス感染症対策で研究室が閉鎖となったことから、次年度の予算と合算して次年度に購入することにした。
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Research Products
(3 results)
