単一微小油滴の自励発振現象

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12874065
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 喜多村 昇 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50134838)
• 研究分担者: 石坂 昌司 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80311520)
• キーワード: 単一油滴 / 界面活性剤 / 顕微分光 / 自励発振 / 振動数 / 界面張力

研究概要

界面活性剤を含む水溶液中にキャピラリー先端から微小油滴を生成させると、キャピラリー先端に保持された油滴自身が激しく自励発振することを見出した。本研究においては、この自励発振現象を顕微鏡下で観察するとともに、振動を支配する要因の解明やレーザー散乱法などを用いて、その発振周波数の決定を試み、その特徴を明らかにすることを目的とした。
1)微小油滴の自励発振現象:
自励発振現象が起こるためには、水相中にsodium dodecylsulfateなど界面活性剤の存在が必要不可欠であること、油相としてはオクタノール、ノナノール、ブタノールなどの低極性ではなく、水への溶解性が適度に高い必要があることを明らかにした。極性の低いニトロベンゼンや、カチオン性・中性界面活性剤を用いた場合には、油滴の発振現象は確認できなかった。また、油滴サイズとしては直径150〜30マイクロメートル程度で観測され、発振の持続時間は約1時間半であった。油滴の振動が停止した後に、油滴に新たな油相を注入すると再び発振が始まった。この知見は発振機構を推定する上で、極めて重要な発見であると考えている。
2)自励発振周波数の見積もり:
顕微鏡下において発振している単一油滴にレーザー光を照射し、その散乱光強度の時間変化を解析することにより発振周波数の決定を試みた。その結果、油滴は約16Hzで発振していることを明らかにした。
本年度においては、見出した現象の特徴を明らかにすることを主眼として研究を進めた。得られた特徴や知見に基づき、次年度においては発振機構を明らかにする予定である。

研究成果

• [文献書誌] 中谷清治: "A Study on Liquid/Liquid Extraction into Single Picoliter Droplets and in situ Electrochemical Microanalysis."Analytical Chemistry. 72(2). 339-342 (2000)
• [文献書誌] 八尾浩史: "Photoisomerization of DODCI at Solid/Liquid Interfaces Studied by Steady-State and Time-Resolved Total-Internal-Reflection Fluorescence Spectroscopy."Langmuir. 16(7). 3454-361 (2000)
• [文献書誌] 羽渕聡史: "Chemical Size Effects on Fluorescence Lifetime of Rhodamine 6G in Ethylen Glycol/Water Microdroplets Dispersed in Polydimethylsloxane Matrix."Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. 133(3). 189-196 (2000)
• [文献書誌] 八尾浩史: "Mesoscopic String Structures of Thiacyanine J Aggregates in Solution."Chemical Communications. 9. 739-740 (2000)
• [文献書誌] 金幸夫: "A Spatially-Resolved Fluorescence Spectroscopic Study on Liquid/Liquid Extraction Processes in Polymer Microchannels."Analytical Scienes. 16(8). 871-876 (2000)
• [文献書誌] 上野貢生: "Fabrication and Characteristic Responses of Integrated Microelectrodes in Polymer Channel Chip."Chemistry Letters. 8. 858-859 (2000)