単一エアロゾル表面張力の光解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03912
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 火原 彰秀 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312995)
• 研究分担者: 福山 真央 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (40754429) ; 石坂 昌司 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (80311520) ; 柳町 拓哉 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50768744) ; 玄 大雄 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50774535)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: エアロゾル / レーザー散乱 / 表面張力波 / 大気化学

研究実績の概要

本年度は、共鳴型準弾性レーザー散乱法（QELS法）による気液界面計測による環境採取試料を目指し、昨年度から続けているセシルドロップ型計測法に加えて、電気力学天秤（EDB）法による水滴トラップ装置を新たに導入し、QELS法と組み合わせた。EDB装置では、帯電した単一水滴を、四重極型交流電場と二極式の直流電場の組合せで空中にトラップすることができ、光トラップ装置よりも安定にトラップ可能なこと、広い範囲の液滴直径に対応可能であること、などの効果が期待でき、QELS測定の適用範囲の大幅な向上が望める。
EDB-QELS法では、半径5ミクロンから20ミクロン程度の水滴をトラップし、それぞれ単一液滴から文献値どおりの表面張力が得られることを確かめた。帯電水滴を用いるが、表面電荷の効果が限定的であることも確かめた。この方法を、界面活性剤分子であるSDSによる単一水滴の表面張力測定に適用したところ、同じSDSバルク濃度であるにもかかわらず、小さな半径の水滴で表面張力が上昇するサイズ効果を見いだした。この現象を説明するモデルが構築できれば、大気化学試料での濃度・サイズ効果を新たに提案できることとなり、非常に重要な科学的成果を得た。次に、硫酸アンモニウムとポリエチレングリコールを混合した水滴周辺の相対湿度を変化させることで濃度を変化させると、低い相対湿度条件でこの水溶液が、ポリエチレングリコール濃厚相と硫酸アンモニウム濃厚相に液液相分離することを確かめ、その時の外側液体の表面張力測定に成功した。最後に、名古屋大学持田教授との共同研究により、環境エアロゾル試料の表面張力測定に成功した。大気化学で長年課題であった単一環境エアロゾル水滴の表面張力測定に初めて成功し、学術的に大変意義ある成果を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Optical Surface Tension Measurement Method for Microscale Liquid (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Hibara
  • 雑誌名: BUNSEKI KAGAKU 巻: 72 ページ: 79～86
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.72.79
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] マイクロ・ナノの分析化学 (2023)
  • 著者名/発表者名: 火原彰秀
  • 雑誌名: ぶんせき 巻: 2023 ページ: 18-19
• [雑誌論文] Simple Aion Detection on Microfluidic Paper Analytical Device (2022)
  • 著者名/発表者名: Grasianto, M. Fukuyama, M. Kasuya, M. Gen, C. Baptista, S. Kondo, A. Hibara
  • 雑誌名: Proceedings of MicroTAS 2022 巻: - ページ: 1107-1108
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Non-competitive fluorescence polarization immunosensing for CD9 detection using a peptide as a tracer (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Takahashi, S. Chida, T. Suwatthanarak, M. Iida, M. Zhang, M. Fukuyama, M. Maeki, A. Ishida, H. Tani, T. Yasui, Y. Baba, A. Hibara, M. Okochi, M. Tokeshi
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 22 ページ: 2971～2977
  • DOI: 10.1039/d2lc00224h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bioanalytical Technologies for Safety Control of Fish and Seafood by Sensitive Rapid Tests for Phycotoxins (2022)
  • 著者名/発表者名: S. A. Eremin, A. V. Zherdev, M. Tokeshi, A. Hibara
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 巻: 988 ページ: 042041～042041
  • DOI: 10.1088/1755-1315/988/4/042041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 液液相分離相からのアミロイド形成速度のサイズ依存 (2022)
  • 著者名/発表者名: 福山真央 , 西奈美卓 , 冨田峻介 , 大橋祐美子 , 粕谷素洋 , 茶谷絵理 , 丸山洋子 , 白木賢太郎 , 火原彰秀
  • 雑誌名: 化学とマイクロ・ナノシステム 巻: 21 ページ: 13-16
• [雑誌論文] Development of the Pretreatment Method for Trace Analysis by Using Spontaneous Emulsification (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Fukuyama, A. Hibara
  • 雑誌名: BUNSEKI KAGAKU 巻: 71 ページ: 391～397
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.71.391
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] アミロイド核生成解析に向けたタンパク質濃縮相長時間観察のためのマイクロ流体デバイスの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小澤 大樹, 西奈美 卓, 冨田 峻介, 大橋 祐美子, 粕谷 素洋, 茶谷 絵里, 丸山 洋子, 白木 賢太郎, 火原 彰秀, 福山 真央
  • 学会等名: 日本化学会第103回春季年会
• [学会発表] フッ素樹脂薄膜における摩擦誘起分子配向変化のMAIRS法による定量的解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 粕谷 素洋, 長田 透真, 松下 美幸, 塩谷 暢貴, 下赤 卓史, 火原 彰秀, 長谷川 健
  • 学会等名: 日本化学会第103回春季年会
• [学会発表] Surface tension monitoring of single aerosol and sessile droplets exposed to hydrophobic organic compounds using the quasi-elastic laser scattering technique (2023)
  • 著者名/発表者名: Derrick Mott, Carlos Baptista, Yize Zhang, Jason Nyoto, Atika Nur Rochmah, Masao Gen, Mao Fukuyama, Akihide Hibara
  • 学会等名: ACS Spring Meeting, 2023
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロサイズプリオンタンパク質集合液滴中からのアミロイド核生成速度解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 福山 真央, 西奈美 卓, 冨田 峻介, 大橋 祐美子, 粕谷 素洋, 茶谷 絵理, 丸山 洋子, 白木 賢太郎, 火原 彰秀
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第45回研究会
• [学会発表] Comparison of surface modification of PDMS-based microfluidic devices for inhibition of protein adsorption (2022)
  • 著者名/発表者名: Hao Liu, Mao Fukuyam, Motohiro Kasuy, Ogura Yu, Sho Onose, Koji Shigemura, Manabu Tokeshi, Akihide Hibara
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第45回研究会
• [学会発表] New diode-laser-based surface tension measurement system and its characterization (2022)
  • 著者名/発表者名: Carlos Baptista, Derrick M. Mo, Masao Gen, Mao Fukuyama, Arinori Inagawa, Akihide Hibara
  • 学会等名: みちのく分析科学シンポジウム
• [学会発表] Quasi-elastic Laser Scattering Surface Tension Analysis of Atmospheric Aerosols and Sessile Droplets (2022)
  • 著者名/発表者名: Derrick Michael Mott, Mao Fukuyama, Carlos Baptista, Atika Nur Rochmah, Akihide Hibara
  • 学会等名: 日本分析化学会第71年会
• [学会発表] EDB-QELS法による単一エアロゾル粒子の表面張力測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 玄大雄, 火原彰秀
  • 学会等名: 日本分析化学会第71年会
• [学会発表] Position-dependent analysis of spontaneous capillary-wave resonance for reproducible optical surface tension measurement (2022)
  • 著者名/発表者名: Carlos Baptista, Masao Gen, Derrick M. Mo, Akihide Hibara
  • 学会等名: 令和4年度化学系学協会東北大会
• [学会発表] 電子線グラフト重合によりプラスチック表面に修飾した高分子電解質ブラシの潤滑挙動評 (2022)
  • 著者名/発表者名: 粕谷素洋, William Lee, 火原彰秀
  • 学会等名: 第73回コロイドおよび界面化学討論会
• [学会発表] 高分子電解質修飾したプラスチック表面の水潤滑挙動評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 粕谷素洋, William Lee, 火原彰秀
  • 学会等名: トライボロジー会議2022 秋
• [学会発表] One-step fluorescent immunoassay for rapid protein analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Akihide Hibara, Mao Fukuyama
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 光と物質の量子相互作用ハンドブック 第6編 計測・分光技術 第1 章分光分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 火原彰秀（分担執筆）
  • 総ページ数: 992
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] Researchmap 火原
  • URL: https://researchmap.jp/hibara
• [備考] Researchmap 福山
  • URL: https://researchmap.jp/maofukuyama
• [備考] Researchmap 玄
  • URL: https://researchmap.jp/mgen
• [備考] Researchmap 石坂
  • URL: https://researchmap.jp/read0055187