| 研究課題/領域番号 |
21K03491
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
細田 真妃子 東京電機大学, 理工学部, 教授 (40366406)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 粘性 / インライン測定 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では申請者らが独自に開発した粘性測定法である電磁駆動回転(Electro Magnetically Spinning: 以下EMS)システムを、通常の粘度測定手法を用いることができない反応炉や貯蔵槽からのインラインサンプリング測定により、常時モニタリングするシステムを開発する。さらにこれにより微生物による発酵や熟成過程といった月から年といった時間の単位で進行する工業プロセスにおける液体粘性の連続計測に適用する。本研究では申請者が開発した遠隔駆動の粘性測定システムの利点を活かし、反応・貯蔵槽からチューブで外気に触れることなくサンプルを粘度センサー部に導入して測定後はこれを還流させるという粘性の常時モニタリングシステムとして完成させる。」（ここまで去年と同じ）
昨年度に構築した測定系システムを用いて、実際に粘性が時間変化すると期待される系に適用し、粘性の連続モニタリングのデモンストレーション測定を行った。
最も簡単なプロセスとして「固体の状態で溶媒に投入し、溶質が、攪拌により徐々に溶解してゆく過程」を観察するため、ショ糖（氷砂糖）を用いて行った。
ショ糖水溶液の粘性は濃度を調整することにより純水程度の粘性(1 mPa s)からその数倍程度まで変化する。
このEMSシステムは純水の粘性を1%以上の精度で決定できることがすでに確認されており、まず十分に均一化されたショ糖水溶液の測定にも用いたところ溶質濃度の変化による粘性測定を検出することができた。
さらに、攪拌による溶解の過程も、時間を追って粘度が変化するさまを観測することができた。さらに本年度の後期に、回転子を金属細線で懸垂して機械摩擦の影響を大幅に低減する新しい構成についてその検証実験を行い、より高い精度で粘性測定が可能であることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
上記の通り、昨年度に構築した測定系を用いて、試料の状態が時間によって変化していく様子を連続で計測することが可能になった。また懸垂型EMSの発案によりさらに高精度の測定を実現しつつある。以上の通り本研究は当初の計画通りに進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は装置の性能評価とその長時間連続測定への対応性を検証するために、実際に微生物による発酵過程などにおける粘度変化のモニタリングを行う。試料として、例えば乳酸による牛乳からヨーグルトへの発酵過程などを選択することにより、対外的にもデモンストレーションとしてインパクトのある対象を選ぶ。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画を進める過程で、極めて簡便な工夫により、粘性の測定精度を医薬的に向上させる回転子の着想を得た。粘性測定の障害となるのは回転子保持部の機械摩擦であるが、本年度は回転子を金属細線で懸垂保持し、これにより機械摩擦をほぼ完全に排除する事ができた。これにより、低粘性試料であっても十分な精度で計測できることが確認された。この回転子は塗料や食品など不均一な液体を扱う分野においても幅広い活用が期待できる。この懸垂型の回転プローブの最適化設計ならびに作製を優先するために消耗品材料の購入に予算を使用し、実際にこの回転子を用いての物性の連続測定を計画後半に行うこととした。今後の計画では将来的に純水程度の大きさの粘性を有する有機溶媒を対象として、耐薬品性・耐高温高圧の回転子の設計を進める。この方法で試料セルならびに粘性プローブを各種加工・製作するために次年度に70万円を使用する。
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