2022 Fiscal Year Research-status Report
インライン型粘性測定システムを用いた反応過程の長期モニタリング法の開発
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21K03491
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
細田 真妃子 東京電機大学, 理工学部, 教授 (40366406)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 粘性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では申請者らが独自に開発した粘性測定法である電磁駆動回転(Electro Magnetically Spinning: 以下EMS)システムを、通常の粘度測定手法を用いることができない反応炉や貯蔵槽からのインラインサンプリング測定により、常時モニタリングするシステムを開発する。さらにこれにより微生物による発酵や熟成過程といった月から年といった時間の単位で進行する工業プロセスにおける液体粘性の連続計測に適用する。本研究では申請者が開発した遠隔駆動の粘性測定システムの利点を活かし、反応・貯蔵槽からチューブで外気に触れることなくサンプルを粘度センサー部に導入して測定後はこれを還流させるという粘性の常時モニタリングシステムとして完成させる。
昨年度に構築した測定系システムを用いて、実際に粘性が時間変化すると期待される系に適用し、粘性の連続モニタリングのデモンストレーション測定を行った。
最も簡単なプロセスとして「固体の状態で溶媒に投入し、溶質が、攪拌により徐々に溶解してゆく過程」を観察するため、ショ糖（氷砂糖）を用いて行った。
ショ糖水溶液の粘性は濃度を調整することにより純水程度の粘性(1 mPa s)からその数倍程度まで変化する。
このEMSシステムは純水の粘性を1%以上の精度で決定できることがすでに確認されており、まず十分に均一化されたショ糖水溶液の測定にも用いたところ溶質濃度の変化による粘性測定を検出することができた。
さらに、攪拌による溶解の過程も、時間を追って粘度が変化するさまを観測することができた。
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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
上記の通り、昨年度に構築した測定系を用いて、試料の状態が時間によって変化していく様子を連続で計測することが可能になった。以上の通り本研究は当初の計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は装置の性能評価とその長時間連続測定への対応性を検証するために、実際に微生物による発酵過程などにおける粘度変化のモニタリングを行う。試料として、例えば乳酸による牛乳からヨーグルトへの発酵過程などを選択することにより、対外的にもデモンストレーションとしてインパクトのある対象を選ぶ。
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| Causes of Carryover |
当初の計画を進める過程で、極めて簡便な工夫により、インライン測定での時間分解能を大きく向上させるアイデアを得た。一般的な回転粘度計では試料の開口部と測定部のアスペクト比が大きく、開口部からの試料分子の拡散による交換では過大な時間を要していた。一方で、回転粘度計を構成する基板や回転円板を多孔質として、そこを介しての拡散を許せば、試料の効果や均一化に要する時間は大幅に低減できる。実際にメッシュ基板を用いた予備実験では、十分な精度で粘性測定が可能であることが確認できた。
この手法は塗料や食品など不均一な液体を扱う分野においても幅広い活用が期待できる。このため多孔形状基板の最適化設計ならびに作製を優先するために消耗品材料の購入に予算を使用し、実際にこの基板材料を用いての物性の連続測定を計画後半に行うこととした。今後の計画では将来的に純水程度の大きさの粘性を有する有機溶媒を対象として、耐薬品性・耐高温高圧の回転子及び基板のの設計を進める。この方法で回転子並びに基板を各種の形状に加工・製作するために次年度に100万円を使用する。
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