2015 Fiscal Year Research-status Report
マイクロチャンネルにおける化学発光を用いた局所物質伝達率の定量評価
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15K05846
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
松本 亮介 関西大学, システム理工学部, 准教授 (50268314)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 化学発光 / マイクロチャンネル / ルミノール反応 / 物質伝達率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロチャンネル壁面での触媒反応による化学発光強度から，化学種の局所の質量流束を評価し，物質伝達率を定量測定することを目標とする．初年度は(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立，そして(2)化学発光強度から化学反応量の評価，さらには局所質量流束の評価方法の確立を試みた．また，準備事項としてルミノール反応による２流体界面での化学発光を観察し，その定量評価を試みた．
触媒に酢酸銅を用いたルミノール溶液と過酸化水素溶液との２流体界面での化学発光を観察した．別途測定した反応速度定数を用いることで単位時間当たりの局所反応量分布を求めることができ，その結果は数値計算結果と一致することを確認した．化学発光強度から局所の反応量の評価が可能であることを確認した．
マイクロチャンネル壁面での物質伝達率の測定に関して，当初，銅箔をマイクロチャンネル壁面に蒸着させることを試みたが，マイクロチャンネルチップ材質のPDMSへの蒸着が困難であったため断念し，直径110μmの微小銅球をチャンネル内に設置し，ルミノール過酸化水素の混合溶液を流すことで銅球表面での化学発光の観察を試みた．銅球表面での化学発光を観察することができ，またマイクロチャンネル流速に比例した発光強度の確認ができた．
しかしながら，銅球をそのまま設置したこともあり，発光強度は極めて微小であり，また反応時間に応じて発行強度が変化したため，定量評価に至っていない．今後，再度適切な触媒の選択とその担持方法を試みる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度は(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立，そして(2)化学発光強度から化学反応量の評価，さらには局所質量流束の評価方法の確立がテーマであった．
(1)に関して，当初ガラス壁面への銅薄膜蒸着を考えていた．しかし，化学発光の観察においてはマイクロチャンネルのカバーガラス側ではなくチャンネル側に触媒を保持させる必要があり，マイクロチャンネルチップのPDMS樹脂への銅箔蒸着を試みたが，不可能であった．そこで，マイクロチャンネルの内部流ではなく，球周りの流れの外部流での物質伝達率測定に方針を切り替え，研究を進めた．そのための時間的なロスがあり，当初よりもやや遅れての研究の進展となった．
しかしながら，(2)の化学発光強度から化学反応量の評価については，マイクロチャンネル内の２流体界面での化学発光現象ではあるが，別途測定した反応速度定数を用いることで単位時間当たりの局所反応量分布を求めることができ，その結果は数値計算結果と一致することを確認した．化学発光強度から局所の反応量の評価が可能であることは確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度の計画である(1)マイクロチャンネル壁面での化学発光のための適切な触媒の選択と保持方法の確立について，平成29年度への持ち越しとなった．触媒の選定について専門家のアドバイスを頂いており，粒子へ固定化した銅触媒を利用予定である．触媒粒子径は約10μmであり，PDMS壁面への圧着が可能であると考えられる．平成28年度上半期には，本事項を達成予定である．(2)化学発光強度から化学反応量の評価については，マイクロチャンネル内の２流体界面での化学発光現象ではあるが達成できた．
これに加え，平成28年度の当初の予定である(3)数10μmから数mmのチャンネル幅での物質伝達率の評価，およびスケールの違いによる物質伝達特性への影響，(4)数値シミュレーションとの比較による実験結果の信頼性の確認，を実施する．
特に，(1)の触媒の選定とチャンネルへの保持の方法について，ミリメートルスケールでの実験において検証を行う予定であり，本年度の研究の遅れに対応する予定である．
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| Causes of Carryover |
初年度の研究計画であった触媒の選定と保持方法について，当初はガラス壁面へ銅薄膜を蒸着させる予定であったがそれが不可能となったこと，また触媒の選定が順調に進まなかったことにより，触媒とマイクロチャンネルチップを購入につながらず，当初の予算の執行ができなかったため，平成28年度への繰越となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
触媒の選定について，粒子へ固定化した銅触媒を購入する予定である．また，マイクロチャンネルの購入のため予算は速やかに執行される予定である．
マイクロチャンネルチップ（物品費），固定化銅触媒（物品費），実験遂行のための消耗品，学会発表のための旅費（IFHT，仙台国際センター）の使用計画である．
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