光熱変換分光法を用いた液液界面ナノ領域における分子集団挙動・分子間相互作用の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13129203
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 沢田 嗣郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (90011105)
• 研究分担者: 池添 泰弘 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教務職員 (70334315) ; 片山 健二 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (00313007) ; 藤浪 眞紀 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (50311436)
• キーワード: 光熱変換 / 液液界面 / ナノ空間 / 分子間相互作用 / フェムト秒レーザー

研究概要

本研究では、我々が独自に開発してきた時間分解準弾性レーザー散乱(QELS)法と、フェムト秒高出力レーザーを用いた超高速界面分光法の二つの測定手法により、液液界面ナノ空間に特有な非線形反応や分子間相互作用を観測し、新しい界面物理化学を見出すことを目的とした。
QELS法を用いた研究として、本年度は主に二つの研究を行った。一つは、水とニトロベンゼンの界面における非線形化学振動現象の研究である。界面でのイオンの一斉吸着現象が対流に伴うイオンの強制輸送によること、また、一旦発生した対流の減衰が振動過程の端緒となることが見出され、化学振動現象の全貌が明らかとなった。もう一つは、水とヘプタンの界面におけるAOT逆ミセルの崩壊とそれに伴う吸着過程における界面張力の異常減少効果に関する研究である。超高速蛍光分析の結果とQELS信号と比較したところ、界面が過渡的に混合された状態が見出された。液液界面が、単なる2相の境界ではなく、ナノメートルスケールで混ざりあった領域であり、しかもそれが徐々に変化することを実測した例は他に無く、極めて重要な発見と言える。
超高速界面分光法に関しては、測定周波数領域の拡大と液体界面測定に向けた装置の高感度化を行った。前者については回折格子対とプリズム対を用いた光学系を導入し、これまで0-150cm^<-1>であった観測周波数領域を約2倍の0-300cm^<-1>まで拡大することに成功した。これにより、並進・回転運動に加えて水素結合などを介したメソ構造を鋭敏に反映するphonon-likeな振動運動も観測可能となった。後者については従来のポンプ-プローブ光学配置を過渡格子光学配置に改良し、装置の感度を大幅に向上させた。その結果、界面領域の分子間相互作用を議論するうえで重要な手がかりとなる光電場に対する分子の電子応答や配向変化を気/液界面において観測することにはじめて成功した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ikezoe, I.Ishizaki, T.Takahashi, H.Yui, T.Sawada: "Hydrodynamically Induced Chemical Oscillation at a Water/Nitrobenzene Interface"Journal of Colloid and Interface Science. (in press). (2004)
• [文献書誌] Y.Ikezoe, I.Ishizaki, H.Yui, T.Sawada: "Direct Observation of Chemical Oscillation at a Water/Nitrobenzene Interface with Sodium-alkyl-sulfates System"Analytical Sciences. (in press). (2004)
• [文献書誌] Toshinori Morisaku, Hiroharu Yui, Masanori Iwazumi, Yasuhiro Ikezoe, Masanori Fujinami, Tsuguo Sawada: "Real-Time Observation for the Enzymatic Reaction of Phospholipid Membrane : Application of the Time-Resolved Quasi-Elastic Laser Scattering Method"Analytical Chemistry. (accepted). (2004)
• [文献書誌] T.Sugimoto, Y.Hirose, H.Yui, T.Sawada: "Development of total internal reflection ultrafast transient lens method for studying molecular dynamics on interface"Analytical Chemistry. (accepted). (2004)
• [文献書誌] Hiroharu Yui, Yasuhiro Ikezoe, Tsuguo Sawada: "Chapter 3 in"Interfacial Nanochemistry (Hitoshi Watarai ed)""Kluwer Academic/Plenum. 315 (2004)