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ガラス基板上に加工した微小流路を化学実験室として利用する研究を進めているが、微小空間の微小信号から分子の振る舞いを知ることは非常に困難である。本研究では、スクイズド光源の低ノイズ特性を活かした、微小空間の溶液界面を観測するための光ヘテロダイン分光法を開発することを着想した。具体的には、スクイズド光ヘテロダイン法を微小空間の液液界面で実現し、輸送現象などを直接観測することを目的とした。
本研究は、微小流路中における液液界面の計測を目的としているが、ヘテロダイン測定のためには、光の入射方向に対して垂直な界面を形成しなければならない。しかし、微小空間においては界面張力が重力に比べ大きく寄与するため、液液界面全体がメニスカス状になり界面が曲がってしまう。そこで、表面修飾により微小空間における濡れ性を制御する加工法を考案し、光入射方向に垂直な水/ニトロベンゼン(W/NB)界面を微小流路中に形成することに成功した。このW/NB界面をヘテロダイン測定したところ、低周波成分のノイズが除去できず、物性値測定は困難であった。そこで、ローカル光の光周波数を音響光学素子にて80MHzシフトさせた後、ヘテロダイン測定したところ低周波成分のノイズ除去に成功し、流れている液液界面においても物性値測定が可能であった。全体のノイズレベルから考えると、測定はスクイズド光の特性を利用しているとは考えられないが、流れている液液界面というノイズの高い条件下で高い信号が得られる測定セル・光学系を見いだしたことにより、当初想定していた測定が可能となった。本研究で開発した測定装置系により、微小空間における物質輸送・界面吸着ダイナミクスなどの化学プロセスを測定可能であることを示せた。
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