| 研究課題/領域番号 |
21K18687
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
土井 謙太郎 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20378798)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
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| キーワード | ガラスキャピラリー電極 / イオン輸送現象 / イオン濃度 / pH / イオンダイオード |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，2連管や3連管の特徴的なガラスキャピラリー電極構造を利用し，液中の局所濃度を測定するための原理を提案する．ガラスキャピラリーの持つナノ流路特有の界面動電現象を利用することにより，イオン種の識別可能性について検討する．研究期間に，ガラスキャピラリー電極のイオンダイオード特性評価，イオン濃度およびpH校正曲線の作成，および個別イオン濃度場測定に取り組む．本研究では，ガラスキャピラリーの内液と外液に濃度差を与え，両液間に非対称なイオン輸送を実現してダイオード特性を発現させる．キャピラリー内液を調製し，特定のイオン種に起因するダイオード特性を得ることにより，導電率の差から濃度を解析する．
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| 研究成果の概要 |
濃度測定を可能とするガラスキャピラリー電極の性能を確かめるため，オリフィス状の検査体積を持つ測定容器に電解質溶液を満たし，キャピラリー電極を走査して導電率を解析した．KCl溶液を用いた結果，1～100 mmol/Lの濃度について誤差5%未満の精度が確かめられた．イオン電流環境下において液中の局所的な電位差を直接的に測定することからキャリブレーションを必要としない新しい測定手法といえる．さらに，ガラス管3本を束ねて伸長した3連管のガラスキャピラリー電極を作製し，pH標準液を用いて水素イオン濃度の測定を行った．電流に対する電位差の非対称性が見られ，整流比からpHの差が定量的に評価された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発したガラスキャピラリー電極は，ガラス管を伸長してその先端径を数100 nmに絞り込んだものであり，液中を走査することで局所的な電場や濃度場を測ることができる．これまで困難と考えられてきた電極から離れた沖合の電場を直接的に測定することが可能となり，理論的に求められてきた電場の空間分布が実験的にも明らかにされたことは学術的に有意義である．また，寸法が既知の検査体積を走査するため，事前の較正を必要とすることなく，試料液の濃度を直接的に評価することを可能とする新しい測定手法といえる．さらに，3連管の電極を作製することで局所的なpH測定も実現され，各種イオン濃度測定への発展が期待される．
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