Elucidation of Hydration Structure of Counter Ion at Soft interface by Air Water Interface X -ray Absorption Spectroscopy

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05573
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 谷田 肇 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 技術副主幹 (70301760)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 洋輔 九州大学, 基幹教育院, 助教 (90738816)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 気液界面 / 水和構造 / 界面活性剤 / 電子収量 / XAFS

Outline of Annual Research Achievements

KやCaの界面における水和構造を全反射型全電子収量法による気水界面X線吸収分光法（X線吸収微細構造 X-ray bsorption Fine Structure：XAFS）で解明するテーマについては、従来のセルの改良を進め、Kの測定に成功し、界面活性剤が存在する水溶液表面でKの偏析を確認したが、以前のアニオンである臭化物イオンの結果と比較し、カチオンであるカリウムイオンの水和構造は大きく変化しないようであり、現在解析を進めている。また、SAGA-LSの九州大学BLでの測定について目処が立ち、今後検討している。
Kよりも軽元素に適用する直入射型全電子流量法による気水界面XAFS法については、セルを開発し、KEK PF 27B、立命館大学SRセンター BL13、SPring-8 BL22XU に持ち込んで、NaCl水溶液のCl K吸収端、リン酸水溶液のP K吸収端をそれぞれ試みたが、界面のみのスペクトルを選択的に測定することは出来なかった。
KEK PF 27Bではビームサイズがセンチメートルオーダーと大きくてビーム強度が弱く、バイアス電圧を最適化したり,自動ステージを用いて、位置を調整したが、信号を得ることが出来なかった。一方、SPring-8 BL27SUではビームサイズが数十マイクロメートルオーダーと小さく、界面に確実に当たっていることを確認することが難しかった。立命館大学SRセンターでは数ミリオーダーのビームサイズで、バイアス電圧などを最適化できなかったと考えている。さらに、測定セルのチェックとして、SPring-8 BL22XUでCaCl2水溶液のCaの測定を行ったが、ビーム位置を確認する長焦点顕微鏡システムをうまく導入できず、最適な位置にX線を照射することが出来なかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

令和3年度は、全反射型全電子収量法による気水界面X線吸収分光法により、KやCaの界面における水和構造を解明するテーマについては、Kの測定に成功した。ただし、Kよりも軽元素に適用する直入射型全電子流量法によりPやClの界面における水和構造を解明するテーマについては、セルを開発し、KEK、立命館大学SRセンター及びSPring-8において測定を試みたものの、当初計画通りに、界面のみのスペクトルを選択的に測定することは出来なかったことから、やや遅れていると判断する。

Strategy for Future Research Activity

全反射型全電子収量法については、SAGA-LSの九州大学ビームラインでの測定を行い、より多くのデータを収集する予定である。
直入射型全電子流量法については、メーカーによって窓材の撥水性が異なる可能性があるため、その再検討とビーム照射位置を確実に確認できる長焦点顕微鏡システムを他のビームラインでも導入できるように最適化する。

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響を受けて発生した、世界的な半導体不足により、令和3年度に予定していた機器の購入が出来なかったことから、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額は、令和4年度分研究費と合わせて、機器の購入に係る費用及び測定に係る費用として使用する。