| 研究課題/領域番号 |
19K05361
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
喜多村 昇 北海道大学, 理学研究院, 名誉教授 (50134838)
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| 研究分担者 |
三浦 篤志 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (90379553)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | エアロゾル液滴 / レーザー捕捉・顕微分光 / 過冷却液体 / 液滴サイズ依存性 |
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| 研究実績の概要 |
ジメチルスルホキシド（DMSO）およびにエタノール（EtOH）のマイクロメートルサイズ微小液滴を空気中において安定にレーザー捕捉するとともに、単一液滴の顕微ラマン分光を行うことによりエアロゾル液滴の物理化学的特徴を明らかにした。エアロゾルDMSO液滴のレーザー捕捉は世界初の例である。具体的には、以下の項目を解明した。
１）バルクDMSO液体の凍結温度は＋18.4度であるが、空気以外と接触しないエアロゾルDMSO液滴はー57度近辺まで凍結せず、過冷却液体となることを示した。また、単一DMSO液滴のレーザー捕捉・顕微偏光ラマン分光測定に基づき、ー14.9度におけるエアロゾル液滴中のDMSO分子の回転緩和時間は3.9ピコ秒であることを示し、液滴は実際に過冷却液体であることを実験的に証明した。また、DMSO分子の回転緩和時間から液体の粘度を見積もった。その結果、DMSOのエアロゾル化により液体粘度はバルク液体に比べて上昇することを示した。
２）単一エアロゾルEtOH液滴のレーザー捕捉・顕微偏光ラマン分光に基づき、DMSOと同様にエアロゾル化により液体粘度がバルク系に比べて上昇することを明らかにした。更に、エアロゾル液滴のEtOH液体粘度および回転緩和時間は液滴サイズの減少とともに上昇することを実験的に明らかにした。
３）エアロゾルDMSOおよびEtOH液滴の上記のエアロゾル化粘度／回転緩和時間上昇は空気／液滴界面構造および界面に発生するラプラス圧に起因することを明らかにした。
以上の結果は、それぞれアメリカ化学会刊行のJ. Phys. Chem. A 誌（2020年）およびAnal. Chem.誌（2021年） にフルペーパーとして公表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
コロナ禍のために実験計画に多少の遅れが生じている。一方において、これまでに得られていたエアロゾルDMSO液滴およびEtOH液滴に関するデータの解析や評価とともに、これらの詳細な考察を行うことができた。また、関連研究の文献調査等についても十分に行うことができた。その結果、上記のようにエアロゾルDMSOおよびEtOH液滴に関するレーザー捕捉・顕微分光の研究結果をフルペーパーとして公表することができた。特に、エアロゾルDMSO液滴に関する論文はJournal of Physical Chemistry A 誌のフロントカバーに採択され、研究成果は高く評価された。さらに、水、tert-ブタノール、ホルムアミドの単一エアロゾル液滴のレーザー捕捉・顕微分光（蛍光・ラマン）に成功している。いずれの系についてもエアロゾル液滴に特徴的な物理化学的特徴の詳細を明らかにするには更なる実験・研究が必要であるが、今後の研究発展を予測することができる成果は得ている。以上の事から、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
水、tert-ブタノール、ホルムアミドのエアロゾル液滴に関する研究を継続するとともに、得られた研究結果を学術論文として纏める。なお、tert-ブタノールおよびホルムアミドのレーザー捕捉・顕微分光は世界初の実験例であり、大きな研究成果である。具体的な研究計画は以下の通りである。１）エアロゾル水滴に関するレーザー捕捉・顕微時間分解蛍光分光法の詳細ならびに水滴粘度の液滴サイズ依存性について研究を進めるとともに、その結果を学術論文として纏める。２）エアロゾルtert-ブタノール液滴はエアロゾル水滴およびエアロゾルDMSO液滴と同様にバルク液体の凍結温度以下において過冷却液体となることが明らかになっている。この実験結果をより精密に解析し、学術論文として纏める。３）エアロゾルホルムアミド液滴の液体粘度は液滴サイズに依存することが明らかになっている。研究結果を詳細に解析し、学術論文として纏める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍のために十分な実験・研究時間をとることができず、予定していた実験機器の購入を遅らせざるを得なかったため、次年度使用額が発生した。遅れている研究計画を遂行するべく、2021年度においては早急に必要設備を購入して研究を進める予定である。
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