| 研究課題/領域番号 |
19K05581
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
佐々木 園 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 教授 (40304745)
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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 | 高分子結晶 / 電子密度分布マップ / 最大エントロピー法(MEM) / 放射光粉末X線回折データ |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、高分子(ポリマー)の精密結晶構造解析法として、粉末Ｘ線回折データと最大エントロピー法(MEM)を組み合わせた電子密度分布解析法を確立することである。主鎖を構成する元素の電子密度分布の広がりや偏りを数値化することにより、高分子の結晶格子(パラクリスタル格子)の特徴やそこに充填される分子鎖の螺旋構造の詳細を議論できる可能性がある。
本年度は、一次構造が単純な高密度ポリエチレン(HDPE)の結晶を用いて検討を行った。HDPE単結晶の凝集体をキャピラリーに充填し、大型放射光施設SPring-8の構造生物学研究理研ビームラインⅡ (BL44B2、Debye-Scherrer camera搭載)で粉末Ｘ線回折データを測定した。297Kで得られたHDPE試料の粉末回折強度プロファイルからバックグラウンド成分と非晶由来の散乱成分を差し引いた。次に、Bunnの結晶構造モデル[C. W. Bunn, Trans. Faraday Soc., 35, 482 (1939).]を使って、237個のhkl反射の指数付けを行ない格子定数を決定した。回折強度プロファイルをピーク分離してhkl反射の強度を求めた。１つのピークに複数のhkl反射が含まれる場合は、PEの結晶構造から粉末回折強度を計算し、着目する複数の反射の相対強度比を求めて、ピーク面積をその比率で分割することで各反射の強度を決定した。各hkl反射強度についてローレンツ補正、吸収補正、多重度補正を施して観測強度を得た。低角側から連続する74個のhkl反射の観測強度データを用いて結晶構造モデルを精密化した結果、R-factorが6.67 %の最適解を得た。hkl反射の観測結晶構造因子と計算結晶構造因子の位相角を用いてMEM解析を行なった結果、その収束解としてR-factorが2.90 %の電子密度分布像を得ることに成功した。
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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
粉末X線回折データとMEMにより、一次構造が単純で高分子の典型例であるポリエチレン(PE)の結晶状態における分子鎖について電子密度分布の3次元可視化に初めて成功した。解析結果の詳細を確認した後に投稿論文の準備を行っていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
他の線状高分子の結晶構造の電子密度マッピングに本研究の構造解析手法が適用できるかを検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究代表者は今年度前期に所属機関の業務で5.5ヶ月間米国に派遣になった。本研究はこの派遣期間の間も継続的に行っていたが、実験用小型装置の購入を見送ったり、学会発表のための出張をいくつか取りやめたりした。このことから、次年度使用額が982,456円になった。この繰り越し分は、次年度に実験用小型装置や消耗品の購入に使用する予定である。
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