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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

研究課題

研究課題/領域番号 21K03491
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
研究機関東京電機大学

研究代表者

細田 真妃子  東京電機大学, 理工学部, 教授 (40366406)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード粘性 / インライン測定 / 遠隔計測 / 粘度測定 / インラインサンプリング測定
研究開始時の研究の概要

本研究では研究代表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。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、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。

研究実績の概要

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。」(ここまで去年と同じ)
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。さらに本年度の後期に、回転子を金属細線で懸垂して機械摩擦の影響を大幅に低減する新しい構成についてその検証実験を行い、より高い精度で粘性測定が可能であることを確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

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。また懸垂型EMSの発案によりさらに高精度の測定を実現しつつある。以上の通り本研究は当初の計画通りに進展している。

今後の研究の推進方策

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。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Electromagnetically spinning viscometer designed for measurement of low viscosity in low shear rate region2024

    • 著者名/発表者名
      M. Hosoda, Y. Yamakawa and K. Sakai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 号: 4 ページ: 04SP16-04SP16

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad2d0b

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Application of EMS system for continuous measurement of rheology in reaction chamber2023

    • 著者名/発表者名
      M. Hosoda, Y. Yamakawa and K. Sakai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: SJ ページ: SJ1014-SJ1014

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acb71b

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extension of remote distance of electromagnetically spinning viscometer2021

    • 著者名/発表者名
      M. Hosoda, Y. Yamakawa and K. Sakai
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SD ページ: SDDB04-SDDB04

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abec8a

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] EMSシステムによるインライン連続粘性測定2021

    • 著者名/発表者名
      細田 真妃子, 山川 義和, 酒井 啓司
    • 雑誌名

      超音波TECHNO

      巻: 33 ページ: 86-89

    • NAID

      40022600886

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] メッシュ基板EMSを用いた反応層内の粘性測定2023

    • 著者名/発表者名
      細田真妃子、山川義和、酒井啓司
    • 学会等名
      第71回レオロジー討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] EMS viscometer designed for measurement of low viscosity in low shear rate region2023

    • 著者名/発表者名
      Maiko Hosoda, Yoshikazu Yamakawa, Keiji Sakai
    • 学会等名
      The 44th Symposium on UltraSonic Electronics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ハット型EMS回転子を用いた低粘性の精密測定2022

    • 著者名/発表者名
      橋壁武志,細田真妃子, 酒井啓司
    • 学会等名
      第70回レオロジー討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Real-time monitoring of viscosity in chemical reaction process by EMS system2022

    • 著者名/発表者名
      Maiko Hosoda, Yoshikazu Yamakawa, Keiji Sakai
    • 学会等名
      The 43rd Symposium on UltraSonic Electronics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of rheology in reaction chamber by immersion type EMS system2021

    • 著者名/発表者名
      Maiko Hosoda, Yoshikazu Yamakawa, and Keiji Sakai
    • 学会等名
      The 42nd Symposium on UltraSonic Electronics
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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