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2015 年度 実績報告書

X線を用いるエアロゾル液滴のミクロ構造解析装置の開発とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 26288073
研究機関福岡大学

研究代表者

山口 敏男  福岡大学, 理学部, 教授 (70158111)

研究分担者 栗崎 敏  福岡大学, 理学部, 准教授 (20268973)
石坂 昌司  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80311520)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードエアロゾル / 液体構造 / 水和イオン / 液体水 / X線回折 / 液滴浮遊装置 / 電解質水溶液
研究実績の概要

1.レーザー補足法による液滴浮遊装置一式を購入した。既設の除震台にアルミニウム定盤を製作して、液滴浮遊装置を設置した。
2.エアロゾル液滴試料として、水、3.5 mol/L塩化ナトリウム水溶液、3.5 mol/L硫酸アンモニウム水溶液のX線回折データを用いてEmpirical Potential Structure Refinement (EPSR)モデリングにより、部分二体分布関数、配位数分布、空間密度分布関数(3次元構造)を明らかにした。液体水中では、水分子が四面体構造を取ることがわかった。また、塩化物イオンの第一配位殻には3.15 Aに6個の水分子が結合している。また、ナトリウムイオンの第一配位殻には2.35 Aに6個の水分子が結合している。硫酸イオンの周りには約8個の水分子が存在することがわかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

液体浮遊装置一式を搭載するアルミニウム定盤の設計に時間を要した。そのために、定盤の納入が遅くなり、液体浮遊装置の組み立てが年度末になった。

今後の研究の推進方策

1.液滴浮遊装置のコミュッショニングと性能評価:液滴試料として、水、塩化ナトリウム・塩化カルシウム・硫酸アンモニウム・硫酸マグネシウム・硝酸マグネシウム各水溶液を選び、液滴浮遊装置を用いて、液滴サイズと液滴温度の校正を行う。溶質濃度は飽和濃度とする。
2.液滴X線回折装置の組み立てとコミュッショニングと性能評価:液滴浮遊装置を佐賀シンクロトロン光センターへ搬入して、液滴X線回折装置を組み立てる。水液滴のX線散乱測定を行い、バルクの値を比較して、性能を評価する。
3.1の各水溶液の液滴のX線散乱測定を行い、バルクの値と比較検討する。EPSRモデリングにより、液滴とバルク溶液の構造の違いを検討する。
4.種々のエアロゾル液滴のミクロ構造を室温から凍結温度まで決定することにより、エアロゾル液滴の物理化学的性質を構造化学的に考察し、エアロゾル中の種々の化学プロセス(過冷却微小水滴の凍結メカニズム、雲粒形成・成長・降雨過程、過飽和状態における氷晶の形成)のメカニズムを分子レベルで解明する。

次年度使用額が生じた理由

液体浮遊装置の立ち上がりが遅れたために、試料溶液用試薬の購入を次年度に延期した。

次年度使用額の使用計画

平成28年度に試薬を購入する。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Structure and collective dynamics of hydrated anti-freeze protein type III from 180 K to 298 K by X-ray diffraction and inelastic X-ray scattering2016

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshida, A. Q. R. Baron, H. Uchiyama, S. Tsutsui, T. Yamaguchi
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 144 ページ: 1344505

    • DOI

      10.1063/1.4944987

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-infrared Laser-induced Temperature Elevation in Optically-trapped Aqueous Droplets in Air2016

    • 著者名/発表者名
      S. Ishizaka, J. Ma, T. Fujiwara, K. Yamauchi and N. Kitamura
    • 雑誌名

      Anal. Sci.

      巻: 32 ページ: 425-430

    • DOI

      10.2116/analsci.32.425

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between Structural Relaxation, Shear Viscosity, and Ionic Conduction of LiPF6/Propylene Carbonate Solutions2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, T. Yonezawa, K. Yoshida, T. Yamaguchi, M. Nagao, A. Faraone, S. Seki
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 ページ: 15675-15682

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b08701

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Interaction Site between the Protein Aggregates and Thiocyanate Ion in Aqueous Solution: A Case Study of 1-Butyl-3-methylimidazolium Thiocyanate2015

    • 著者名/発表者名
      T. Takekiyo, E. Yamaguchi, K. Yoshida, M. Kato, T. Yamaguchi, Y. Yoshimura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 ページ: 6536-6544

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b01650

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal properties and hydration structure of poly-L-lysine, polyglycine, and lysozyme2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshida, A. Tashiro, T. Yamaguchi
    • 雑誌名

      J. Mol. Liquids

      巻: 123 ページ: 1-3

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2015.08.048

    • 査読あり
  • [雑誌論文] メソ細孔性シリカMCM-41中のグリシンの水和構造2015

    • 著者名/発表者名
      吉田 亨次、鳥越 基克、山口 敏男
    • 雑誌名

      福岡大学理学集報

      巻: 45 ページ: 99-106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ラマン散乱、X線回折、及びEmpirical Potential Structure Refinementモデリングによる亜臨界硝酸マグネシウム水溶液の三次元構造の可視化2015

    • 著者名/発表者名
      山口敏男、李 孝成、山内希夫、福山菜美、吉田享次
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: 64 ページ: 295-308

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高分子ゲルSephadex G15中の低温水の熱挙動、構造とダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      山口敏男、伊藤華苗、吉田享次、氏本菊次郎、Marie-Claire Bellissent-Funel
    • 雑誌名

      日本食品科学工学会誌

      巻: 62 ページ: 604-613

    • DOI

      10.3136/nskkk.62.604

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Laser trapping and spectroscopy of single supercooled water droplets in air2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ishizaka, A. Oomae, and T. Fujiwara
    • 学会等名
      PACIFICHEM 2015
    • 発表場所
      Honolulu
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of low-temperature water confined in periodic mesoporous organosilica with different hydrophobic walls2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, Y. Fukushima, K. Ito, K. Yoshida, Y. Goto, S. Inagaki, P. Fouquet, M.-C. Bellissent-Funel, K. Elamin, J. Swenson
    • 学会等名
      2015 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston
    • 年月日
      2015-11-29 – 2015-12-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 水素結合性超臨界流体の構造とダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      山口敏男
    • 学会等名
      第56回高圧討論会
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      2015-11-10 – 2015-11-12
    • 招待講演
  • [学会発表] 光ピンセットを用いた単一エアロゾル液滴の化学2015

    • 著者名/発表者名
      石坂昌司
    • 学会等名
      第38回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      2015-10-21 – 2015-10-23
    • 招待講演
  • [学会発表] 気相中の単一微粒子を対象としたレーザー捕捉法の開発と応用2015

    • 著者名/発表者名
      石坂昌司
    • 学会等名
      日本分析化学会第64年会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Collective dynamics of hydrated protein and polypeptides by Inelastic X-ray Scattering2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Yoshida, Toshio Yamaguchi, Shinya Hosokawa, Alfred Q. R. Baron
    • 学会等名
      EMLG-JMLG annual meeting 2015
    • 発表場所
      Rostock
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Stabilization of α-Helix structure of Ribonuclease A induced by Alkylammonium Nitrates2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Yoshida, Toshio Yamaguchi, Takahiro Takekiyo, Yukihiro Yoshimura
    • 学会等名
      EMLG-JMLG annual meeting 2015
    • 発表場所
      Rostock
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure of ion hydration in the Gigapascal range2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, N. Fukuyama, K. Yoshida, O. Yagafarov, Y. Katayama
    • 学会等名
      34th International Conference of Solution Chemistry
    • 発表場所
      Prague
    • 年月日
      2015-08-30 – 2015-09-03
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics and structure of low-temperature water confined in mesoporous organosilica with hydrophilic-hydrophobic hybrid interface2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamaguchi, Y. Fukushima, K. Ito, K. Yoshida, Y. Goto, S. Inagaki, P. Fouquet, M.-C. Bellissent-Funel, K. Elamin, J. Swenson
    • 学会等名
      34th International Conference of Solution Chemistry
    • 発表場所
      Prague
    • 年月日
      2015-08-30 – 2015-09-03
    • 国際学会
  • [図書] 分散系の測定・評価と設計・応用2016

    • 著者名/発表者名
      竹清貴浩,吉村幸浩,吉田亨次,山口敏男
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      テクノシステム
  • [図書] 新版入門機器分析化学2015

    • 著者名/発表者名
      山口敏男
    • 総ページ数
      251
    • 出版者
      三共出版

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公開日: 2017-01-06  

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