単一微小油滴の自励発振現象

2001 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した。
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、周波数16Hz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。以上のような知見から、以下のような発振機構を考察した。まず、油滴表面に界面活性剤が吸着する。その後、微量の油が界面活性剤とともに水相へ溶け出るが、その際に油滴表面の表面張力変化を生じ、これにより油滴が振動するものと考えられる。界面活性剤濃度が低下した油滴表面に改めて界面活性剤が吸着し、連続的に発振する。時間とともに、界面活性剤が油滴中に蓄積されると振動は停止する。フレッシュな油相を油滴に注入することにより、界面活性剤の飽和が緩和され、再び発振し始める。以上により結果を合理的に説明できた。

研究成果

• [文献書誌] 羽渕 聡史: "Water Structures in Ion-Exchange Resin Particles : Solvation Dynamics of Nile Blue A"Analytical Chemistry. 73(2). 366-372 (2001)
• [文献書誌] 石坂 昌司: "Time-Resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study on Polarity at Liquid/Liquid Interface"Analytical Chemistry. 73(11). 2421-2428 (2001)
• [文献書誌] 千葉 真弘: "Ruthenium(II) Complex Having Crown-Ether Moiety at 3,3'-Positions on 2,2'-Bipyridine Ligand : Spectroscopic Responses upon Ion Recognition"Chemistry Letters. 2001(7). 692-693 (2001)
• [文献書誌] 喜多村 昇: "Spectroscopic Evidence of Coorperative Binding of a Host in Molecular Hinge"Chemistry Letters. 2001(7). 720-721 (2001)
• [文献書誌] 北川 文彦: "Photocyanation of Pyrene in an Oil-in-Water Mlusion System"Chemistry Letters. 2001(8). 786-787 (2001)
• [文献書誌] 石坂 昌司: "Time-Resolved Total Internal reflection Fluorometry Study on Chemical and Structural Characteristics at Water/Oil Interfaces"Bulletin of Chemical Society Japan. 74(11). 1983-1998 (2001)