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2011 Fiscal Year Annual Research Report

負吸着性化学種の気液界面単分子膜での濃縮と膜中拡散機構のオペランド解析

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Soft-Interface Science
Project/Area Number 23106710
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

長谷川 健  京都大学, 化学研究所, 教授 (30258123)

KeywordsLangmuir膜 / 偏光変調赤外分光法 / XAFS分光法 / オペランド解析 / 金属イオンの配位構造 / 有機薄膜構造 / 溶媒和構造 / 再配向ダイナミクス
Research Abstract

水面上に作製した展開単分子膜(Langmuir膜;L膜)の分子集合構造は,疎水基間の結晶化力や親水基部位の水和・金属塩形成などの力のバランスによって決まることは,広く認識されている.しかし,これらのパラメーターの相互作用の機構は十分にわかっていない.すなわち,L膜を構成する有機分子から金属イオンまでを横断的に解析する試みが少なく,互いの関連の理解には至っていない.本研究では,新たなパラメーターとしてL膜の作製方法を加えた.L膜の作製には,通常よく用いられる圧縮バリアを用いたLangmuir法(圧縮法)以外に,分子断面積を考慮した量のモノマー溶液を,膜面積を固定した水面に展開する方式(非圧縮法)がある.これまで,経験的に非圧縮法よりも圧縮法の方がより偏りが少なく,かつ熱力学的に安定した構造に到達できると考えられてきた.
以前の研究で,ステアリン酸亜鉛のL膜を非圧縮法で調整し,全反射XAFSスペクトルを測定するとX州ES領域に明瞭な経時変化が現れることが報告されているが,その理由はわかっていなかった.そこで今回,圧縮法との比較を加え,さらに有機薄膜部位を偏光変調赤外分光法(PM-IRRAS)で解析することで,経時的なL膜のダイナミクスを,有機薄膜部位とイオン部位の両面から議論した.また,イオンの配位構造解析には,偏光XAFS測定を用いた.
PM-IRRAS法によりステアリン酸と亜鉛イオンが2:1ではない,非化学量論的なイオン結合種の存在を初めてとらえることに成功した.偏光XAFS測定から,イオンの配位結合様式は4配位型から5配位型に経時的に変化することがわかった.また,非圧縮型のL膜が圧縮型よりも安定な配位構造をとりうることを初めて見出した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

負のGibbs吸着を示すイオンを水面で濃縮する手法として,水面上の単分子膜に注目し,膜分子の親水基付近での溶媒和を含めた分子凝集構造を調べるために,イオンの電子構造を知るためにX線吸収微細構造(XAFS)分光法を,単分子膜の構造を知るために偏光変調赤外反射吸収分光法(PM-IRRAS)を用いて研究を行った.水面上の単分子膜の測定には,全反射条件での漁蛍光分光法の実験技術が必要で,世界的にも実施できるグループは3グループしかない.しかし,幸い東工大の原田らの協力を得られたおかげで,予定をはるかに上回るペースで実験が進み,予定より半年早いペースで研究が進んだ.このため,当初予定した内容の大半が片付いた.

Strategy for Future Research Activity

ソフトマターの界面吸着を,界面の親水性の程度をパラメーターとして議論する.金は,理論的には高い表面自由エネルギーを反映して,極めて高度な親水性を発揮することが期待されるが,実際の実験では疎水性的な性質を示すことが多い.これは,1980年ころのいくつもの実験によって,表面のコンタミ吸着が親水性を大幅に低下させることが示され,決着がついているものの,ソフトマターとの相互作用という視点からの議論はほとんどない.そこで,今後は,金の疎水性の程度を乾燥および大気化条件で制御し,そこでのソフトマターの吸着配向の変化を,ダイナミクスとして観測することを目指す.

  • Research Products

    (38 results)

All 2012 2011 2007

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (35 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Molecular Rearrangement in a Zinc Stearate Langmuir Film Dependent on a Film Preparation Method Studied Using Polarization-Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy and X-ray Absorption Fine Structure2011

    • Author(s)
      Maiko Muro, Makoto Harada, Tetsuo Okada, Takeshi Hasegawa
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 116 Pages: 3148-3154

    • DOI

      10.1021/jp212028d

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic Light Absorption by Localized Surface Plasmon Resonance in a Thin Film of Gold Nanoparticles Studied by Visible Multiple-Angle Incidence Resolution Spectrometry2011

    • Author(s)
      Akiyoshi Kasuya, Yuki Itoh, Tetsuo Okada, Masatoshi Osawa, Yukina Takahashi, Emiko Kazuma, Tetsu Tatsuma, Takeshi Hasegawa
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 13 Pages: 9691-9696

    • DOI

      doi:10.1039/C1CP20152B

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 直鎖ポリメチレン鎖のall-in-phase対称伸縮振動のフマンテンソルの再考2012

    • Author(s)
      伊藤雄樹, 長谷川健
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶応大学(横浜)
    • Year and Date
      2012-03-27
  • [Presentation] 分子水が誘起する金表面に吸着したステアリン酸分子の集合構造変化の赤外分光法による研究2012

    • Author(s)
      下赤卓史, 長谷川健
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶応大学(横浜)
    • Year and Date
      2012-03-25
  • [Presentation] 赤外分光法で表面・界面を知る2012

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      早稲田大学博士学位賞記念講演
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-17
  • [Presentation] Molecular Structure and Orientation Analysis of Octadecylamine in a Langmuir Monolayer Film Studied by Polarization-Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy2012

    • Author(s)
      Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      The Pittsburgh Conference 2012
    • Place of Presentation
      Orlando, FL, USA
    • Year and Date
      2012-03-12
  • [Presentation] ケモメトリックスの基礎と分光計測理論構築への応用2012

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      九州工業大学応用化学科講演会
    • Place of Presentation
      九州工業大学(福岡)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-02-23
  • [Presentation] 分子水が引き起こす分子集合系薄膜の構造転移:赤外分光法による研究2012

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      2011年第2回高分子表面研究会
    • Place of Presentation
      東京理科大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-01-30
  • [Presentation] 分光学と分析化学:研究と教育2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      日本分析化学会近畿支部講演会
    • Place of Presentation
      大阪科学技術センター(大阪)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-12-09
  • [Presentation] ラマン分光法による有機薄膜の分子配向解析2011

    • Author(s)
      伊藤雄樹, 長谷川健
    • Organizer
      日本分光学会「高感度表面・界面分光部会」
    • Place of Presentation
      関学梅田キャンパス(大阪)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-22
  • [Presentation] Cross-section analysis of a Langmuir monolayer film of zinc stearate studied by PM-IRRAS and XAFS techniques2011

    • Author(s)
      Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      Friday seminar at University of Miami
    • Place of Presentation
      Miami, FL, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-18
  • [Presentation] 氷/ヘキサン界面におけるTHFハイドレート形成過程の分光学的考察2011

    • Author(s)
      室麻衣子, 長谷川健, 岡田哲男
    • Organizer
      CST化学フェスタ
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京)
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] Molecular Rearrangement in a Zinc Stearate Langmuir Film Dependent on a Film Preparation Method Studied by Using Polarization-Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy and X-ray Absorption Fine Structure2011

    • Author(s)
      T.Hasegawa, M.Harada, M.Muro, T.Okada
    • Organizer
      2011 Eastern Analytical Symposium and Exposition
    • Place of Presentation
      New Brunswick, NJ, USA
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] 赤外反射分光法による表面定量分析2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      平成23年度第1回提案公募型セミナー-法科学に有効な機器分析法-
    • Place of Presentation
      大阪市立大学文化交流センター(大阪)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-11
  • [Presentation] Multiple-Angle Incidence Resolution Spectrometry : Principle and Application to Analysis of Thin Films2011

    • Author(s)
      Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      The 15th Interrnational Conference on Thin Films (ICTF-15)
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-08
  • [Presentation] 機能性薄膜材料を誰でも使える分光学的手法で構造を的確に捉える2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      基礎科学研究会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-05
  • [Presentation] 界面の分光分析の考え方2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      関西学院大学講演会
    • Place of Presentation
      関西学院大学(兵庫)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-02
  • [Presentation] 表面・界面の分光分析化学への取り組み2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      京都大学イブニングセミナー
    • Place of Presentation
      京都大学(京都)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-10-12
  • [Presentation] 時間分解顕微ATR FT-IRを用いた中空糸膜の水和過程の解析2011

    • Author(s)
      坂部輝御, 山崎悟, 長谷川健
    • Organizer
      2011高分子討論会
    • Place of Presentation
      岡山理科大学(岡山)
    • Year and Date
      2011-09-28
  • [Presentation] 薄膜の偏光ラマン散乱理論の確立と実験的検証2011

    • Author(s)
      伊藤雄樹, 長谷川健
    • Organizer
      日本分析化学会第60年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)(ロングディスカッション講演)
    • Year and Date
      2011-09-27
  • [Presentation] 可視MAIR分光法による金蒸着薄膜の双極子相互作用の異方性解析2011

    • Author(s)
      長谷川健, 粕谷明由, 伊藤雄樹, 高橋幸奈, 立間徹, 大澤雅俊
    • Organizer
      日本分析化学会第60年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)
    • Year and Date
      2011-09-27
  • [Presentation] OH伸縮振動バンドのバンド幅の起源2011

    • Author(s)
      下赤卓史, 長谷川健
    • Organizer
      日本分析化学会第60年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)
    • Year and Date
      2011-09-27
  • [Presentation] 共焦点顕微ラマン分光法による氷/有機溶媒界面の解析2011

    • Author(s)
      室麻衣子, 長谷川健, 岡田哲男
    • Organizer
      日本分析化学会第60年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)
    • Year and Date
      2011-09-27
  • [Presentation] 量子化学計算による氷IhのOH伸縮振動波数と水素結合構造の相関解析2011

    • Author(s)
      下赤卓史, 長谷川健, 勝本之晶
    • Organizer
      分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • Year and Date
      2011-09-20
  • [Presentation] 偏光ラマン分光法による固体基板上の有機薄膜の分子配向解析2011

    • Author(s)
      伊藤雄樹, 長谷川健
    • Organizer
      分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • Year and Date
      2011-09-20
  • [Presentation] ロイシン誘導体SAM膜の配向解析2011

    • Author(s)
      小笠原梢, 山田哲弘, 長谷川健
    • Organizer
      第5回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城)
    • Year and Date
      2011-09-12
  • [Presentation] 負吸着性イオン種の気液界面単分子膜での濃縮と膜中拡散機構のオペランド解析2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      新学術領域「ソフト界面」第6回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡)
    • Year and Date
      2011-07-28
  • [Presentation] 高分子膜解析におけるケモメトリックスの活用2011

    • Author(s)
      坂部輝御, 山崎悟, 長谷川健
    • Organizer
      第29回高分子表面研究会講座
    • Place of Presentation
      東京理科大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-07
  • [Presentation] Photoabsorption-Enhanced Dye-Sensitized Solar Cells Using Localized Surface Plasmon of Gold Nanoparticles2011

    • Author(s)
      Ihara M, Ikenouchi, S, Taniguch K, Tanaka Y, Hasegawa T
    • Organizer
      37th IEEE Photovoltaic Specialist Conference
    • Place of Presentation
      Seattle, WA, USA
    • Year and Date
      2011-06-19
  • [Presentation] A Conformation and Orientation Model of the Carboxylic Group of Fatty Acids Dependent on Chain Length in a Langmuir Monolayer Film Studied by Polarization-Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy2011

    • Author(s)
      Maiko Muro, Makoto Harada, Tetsuo Okada, Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      The 6th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
    • Place of Presentation
      Sonoma, CA, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-13
  • [Presentation] Multiple-Angle Incidence Resolution Spectrometry : A Novel Ananlytical Platform for Spectroscopic Ananlysis2011

    • Author(s)
      Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      IUPAC International Congress on Analytical Sciences 2011
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-24
  • [Presentation] Study of CH3(CH2)16COOH/Zn2+ System Using X-Ray Absorption Fine Structure and Polarization Modulation Infrared Reflection Absorption Spectroscopy2011

    • Author(s)
      Maiko Muro, Makoto Harada, Tetsuo Okada, Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      UPAC International Congress on Analytical Sciences 2011
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都)
    • Year and Date
      2011-05-24
  • [Presentation] Molecular Orientation Analysis of Langmuir-Blodgett Films by Polarized Raman Spectroscopy2011

    • Author(s)
      Yuki Itoh, Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      TUPAC International Congress on Analytical Sciences 2011
    • Place of Presentation
      京都国際会議場(京都)
    • Year and Date
      2011-05-24
  • [Presentation] 水素結合パターンによる液体状態の水およびメタノールのOH伸縮バンドの解析2011

    • Author(s)
      下赤卓史, 長谷川健, 勝本之晶
    • Organizer
      Thermo Scientific FT-IR・ラマンユーザーズフォーラム2011
    • Place of Presentation
      ライフサイエンスセンター(大阪)
    • Year and Date
      2011-05-18
  • [Presentation] 偏光ラマン分光法によるLangmuir-Blodgett膜の分子配向解析2011

    • Author(s)
      伊藤雄樹, 長谷川健
    • Organizer
      Thermo Scientific FT-IR・フマンユーザーズフォーラム2011
    • Place of Presentation
      ライフサイエンスセンター(大阪)
    • Year and Date
      2011-05-18
  • [Presentation] 分子の一次構造と薄膜の機能性をつなぐ鍵・構造異方性を読み解く2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      Thermo Scientific FT-IR・ラマンユーザーズフォーラム2011
    • Place of Presentation
      ライフサイエンスセンター(大阪)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-18
  • [Presentation] 偏光変調赤外反射吸収分光法による水面上の単分子膜の構造解析の原理と実際2011

    • Author(s)
      長谷川健
    • Organizer
      名古屋大学大学院工学研究科・応用計測化学・公開講演会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-05-11
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Spectrometric Analyzing Device and Spectrometric Analyzing Method2007

    • Inventor(s)
      Takeshi Hasegawa
    • Industrial Property Rights Holder
      東京工業大学
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2007/001453
    • Filing Date
      2007-12-21
    • Acquisition Date
      2012-01-10
    • Overseas

URL: 

Published: 2013-06-26  

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