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2011 年度 実績報告書

単一コロイド・エアロゾル液滴に基づくマイクロ分析化学

研究課題

研究課題/領域番号 23245015
研究機関北海道大学

研究代表者

喜多村 昇  北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (50134838)

研究分担者 石坂 昌司  広島大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (80311520)
作田 絵里  北海道大学, 大学院・理学研究院, 特任助教 (80554378)
キーワードエアロゾル液滴 / コロイド液滴 / レーザー捕捉 / 顕微計測 / 単一微粒子 / ドナン膜電位
研究概要

単一エアロゾル化学:マイクロメートルサイズのエアロゾル水滴の物性・性質について詳細な基礎研究を行った。大気中において単一水滴のレーザー捕捉を安定に行うためには、測定容器の湿度や捕捉レーザー光による水滴の温度上昇などを厳密に制御する必要がある。新たに湿度制御測定容器を開発し、湿度に基づいたエアロゾル水滴のサイズ制御に成功した。また、水滴からのラマン散乱光のWhispering Gallery Mode共鳴を利用し、水滴サイズをナノメートルレベルで計測する手法を確立した。これに基づき、Nd:YAGレーザーからの532nm光による水滴のレーザー捕捉による温度変化を、水滴サイズ変化から見積もったところ、温度上昇は殆ど観測されなかった。これらの事から、エアロゾル水滴の安定かつ制御されたレーザー捕捉法を確立することができた。
単一コロイド化学:単一コロイド微粒子に関するマイクロ分析化学に関し、単一微粒子のレーザー捕捉・顕微分光法を駆使してイオン交換過程の詳細な研究を行った。樹脂中における蛍光強度プロファイル測定法や励起エネルギー移動消光法を用い、単一樹脂中における色素陽イオンであるローダミンBやマラカイトグリーンの樹脂内拡散定数の直接測定と、そのDonnan膜電位依存性を測定した。その結果、樹脂/溶液界面に発生するDonnan膜電位はマイナス数ミリボルトからマイナス数百ミリボルトの範囲であり、負電位が大きいほど樹脂内の陽イオンの拡散は指数関数的に遅くなることを実験的に明らかにした。

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

安定なエアロゾル液滴の捕捉、水滴サイズ制御、水滴サイズ計測法に大きな成果をあげた。これらの実験的基盤を確立することにより、次年度以降、所期の目的へ向けて研究を推進することが可能である。また、所期の目的には無かったが、単一微粒子に基づいたマイクロ分析化学の研究として、単一イオン交換樹脂レベルにおいてイオン交換過程を律する因子としてのDonnan電位効果を明らかにすることができた。単一樹脂レベルにおいてイオンの拡散過程を直接測定し、それに対するDonnan電位効果を実験的に明らかにしたのは世界的に初めてである。これらの点は当初の計画以上の成果であるが、コロイド液滴系の研究は遅れているのが現状である。以上を総括し、研究はおおむね順調に進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

11の項で述べたように、イオン交換樹脂に基づいたマイクロ分析化学の研究に大きな進展を得たため、来年度以降、本研究も取り上げ、より精緻かつ系統的な研究を進める。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Bright Green-Phosphorescence from Metal-to-Boron Charge Transfer Excited State of a Novel Cyclometalated Iridium (III) Complex2011

    • 著者名/発表者名
      A.Ito
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: Vol.40 ページ: 34-36

    • DOI

      10.1246/cl.2011.34

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-Lived and Temperature-Independent Emission from a Ruthenium (II) Complex Having an Arylborane Charge Transfer Unit2011

    • 著者名/発表者名
      E.Sakuda
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: Vol.50 ページ: 1603-1613

    • DOI

      10.1021/ic1020669

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Octahedral Cyanohydroxo Cluster Complex trans-[Re_6Se_8(CN)_4(OH)_2]^<4-> : Synthesis, Crystal Structure, and Properties2011

    • 著者名/発表者名
      Y.V.Mironov
    • 雑誌名

      Inorganic Chimica Acta

      巻: Vol.370 ページ: 363-368

    • DOI

      10.1016/j.ica.2011.01.110

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In Situ Observations of Freezing Processes of Single Micrometer-sized Aqueous Ammonium Sulfate Droplets in Air2011

    • 著者名/発表者名
      S.Ishizaka
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: Vol.506(1-3) ページ: 117-121

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2011.02.058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hightly-Luminescent Characteristics of [Mo_6X_8(n-C_3F_7COO)_6]^<2-> (X=Br, I)2011

    • 著者名/発表者名
      M.N.Sokolov
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: Vol.40 ページ: 6375-6377

    • DOI

      10.1039/C1DT10376H

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acceleration of a photochromic ring-opening reaction of diarylethene derivatives by excitation of localized surface plasmon2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Tsuboi
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry

      巻: Vol.221 ページ: 250-255

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2011.04.016

    • 査読あり
  • [学会発表] Spectroscopic and Photophysical Characteristics of Transition Metal Complexes Having Arylborane2011

    • 著者名/発表者名
      Noboru Kitamura
    • 学会等名
      The 3rd International Forum on Photo energy Future
    • 発表場所
      Ramada Jeju Hotel (韓国)
    • 年月日
      2011-12-08
  • [学会発表] A laser trapping and spectroscopy study on photoinduced water droplets formation in air2011

    • 著者名/発表者名
      Shoji Ishizaka
    • 学会等名
      2011光化学討論会
    • 発表場所
      宮崎市河畔コンベンションエリア(宮崎市)
    • 年月日
      2011-09-06
  • [学会発表] Laser-controlled Single Droplet Formation and Liquid/Liquid Extraction2011

    • 著者名/発表者名
      Noboru Kitamura
    • 学会等名
      ICAS2011
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-24
  • [学会発表] In situ Study on the Diffusion Processes of Malachite Green in Single Laser-Trapped Ion-exchange Resin Beads2011

    • 著者名/発表者名
      Cuong M.Nguyen
    • 学会等名
      ICAS2011
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 年月日
      2011-05-24
  • [学会発表] A Laser Trapping and Spectroscopy of Single Supercooled Water Droplets in Air2011

    • 著者名/発表者名
      Shoji Ishizaka
    • 学会等名
      ICAS2011
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都市)
    • 年月日
      2011-05-23

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公開日: 2013-06-26  

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