コロイド粒子間、超長距離ポテンシャルの測定

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04453104
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 吉野 茂雄 名古屋大学, 理学部, 助手 (50191630)
• 研究分担者: 宮島 徹 九州大学, 理学部, 助手 (40128103)
• キーワード: コロイド / DLVO理論 / 動的電気多重極子モデル / 共鳴効果 / ブラウン運動 / 超長距離相互作用 / 拡散 / イオン雰囲気

研究概要

コロイド粒子間の相互作用の定説では、ポテンシャルの第二極小の位置が遠い場合でもせいぜい数十ナノメーターである。この定説は多くの実験的裏付けがあって誤っているとは考えられない。私たちは、これらの近距離相互作用ではなくて、数ミクロンから数十ミクロンに及ぶ相互作用の存在を示し、その性質や原因について研究して来た。本年度は、相互作用の基礎的性質を測定しつつ、長距離ポテンシャルの生成の要点について研究し動画像処理のシステムを含め、新しい装置の開発を行いつつある。
コロイド粒子の超長距離相互作用の原因を追求する為に、「コロイドの動的電気多重極子モデルと共鳴効果」を提唱した。このモデルの基礎となるもので、定説であるDLVO理論の基礎とするものとの食い違いはコロイド粒子がブラウン運動する時に、周囲のイオン雰囲気がコロイド粒子と一体になって歪むことなく運動するか、両者の運動にずれを生じて運動するかにかかっている。私たちのモデルでは、両者の運動にずれを生ずるとしているが、その実験的根拠を示すことにした。コロイド粒子間には超長距離相互作用が存在する為に、粒子の濃度をいくら低くしても対を形成し、粒子間の相互作用のないブラウン運動とはならない。そこで光学顕微鏡で、一体のコロイド粒子であることを十分に確認して、運動の動画像解析を行った。その結果、塩濃度が極端に低い場合は、コロイド粒子の拡散は、剛体をモデルとした拡散よりも五倍程度早くなることを見いだした。更に、見かけの速度の相関をとると、0.2秒のところで負の相関が急に現れることも解った。このことはビデオ画像で粒子が特異な振る舞いをすることからも納得出来るものである。塩濃度を濃くしていくと、拡散定数は塩濃度の対数で減少し、1Mでは剛体とする理論値に近い値を取ることが判明した。粒子間に相互作用のある系では、塩濃度が低いと上記とは逆に拡散は押さえられるが、これは相互作用が強くなることによるものである。

研究成果

• [文献書誌] Shigeo Yoshino: "Superlong-Range Interactions of Colloids" Polymer International. 30. (1993)
• [文献書誌] Shigeo Yoshino and Heroshi Mino: "Brownian Motion of High Charged Particle" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 35. 157-158 (1992)
• [文献書誌] Shigeo Yoshino: "Ordering of Colloid during and after solvent evaporation" Reports on Progress in Polymer Pysics in Japan. 35. 159-160 (1992)
• [文献書誌] T.Miyajima,K.Yoshida and E.Hogfeldt: "Polyelectrolyte Titrations.The System Na^+-H^+ on Carboxymethyldextran." J.Colloid Interface Science. (1993)
• [文献書誌] T.Miyagima,Y.Kanegae K.Yoshida,M.Katsuki and Y.Naitoh: "A Donnan model for the analysis of metal complexation of weak-acidic polyelectrolytes-an approach to the quantitative analytical treatment of the metal complexation equilibria of humic substances." ^TSci. Total Environ. 118. 129-137 (1992)
• [文献書誌] S.Sasaki,T.Miyajima and H.Maeda: "Low Pimensionality of Cross-Linked Carboxymethyldextran Chain in Swollen Gels" Macromolecules. 25. 3599-3600 (1992)