Development of a temperature-controlled liquid cell for soft X-ray emission spectroscopy and its application to the structural analysis of water

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K20598
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yamazoe Kosuke 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (70815761)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 軟Ｘ線発光分光 / 溶液セル / 水の構造 / 水素結合

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed a liquid cell for soft X-ray emission spectroscopy with a temperature control system, which enables us to control the sample temperature to any desired temperature in the range of -30℃~80℃. The cell can be used in combination with a humidity control function. Using the developed temperature-controlled liquid cell, we observed the temperature dependence of the change in the local structure of liquid ethanol. We also observed the change in the hydrogen bonding state between the polymer and water during the phase transition of the temperature-responsive polymer in water. This study has improved the practicality of soft X-ray emission spectroscopy for the structural analysis of water and polymers by adding a temperature control system.

Free Research Field

軟X線発光分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高分子や溶液の温度相転移は、化学および技術の分野で大切な情報であるにもかかわらず、その構造に関しては十分に理解されていません。本研究で開発した技術により、溶液や高分子の構造変化を明らかにできれば、高分子の性質を（物質を構成する）電子の状態から理解することができ、それをより上手く制御することができる。これにより、吸着・脱着、親水性、凝集などの様々な溶液物性や機能を最適にコントロールする技術の開発につながるだけではなく、例えばたんぱく質の異常凝集の起源解明など、社会や医療の発展にも貢献することが期待される。