微小電極を用いた濃度場計測による微小隙間内での粘性の異なる液相反応流場の解明

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18760566
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 長津 雄一郎 名古屋工業大学, 工学研究科, 助手 (60372538)
• Keywords: 微小電極 / 液相反応流 / Viscous fingering

Research Abstract

この一年を要して微小電極によるヘレ・ショウセル内のセルの深さ方向の濃度分布計測を可能とする実験装置の作成を行った。後述のように本研究ではセルの上側に板に微小電極を挿入するための小さな穴を設ける。研究代表者らの従来の研究で用いた幾何形状のセルではFingerが放射状に広がり、Fingerのパターンが実験ごとに異なり、その穴にFingerが到達するとは限らないため、本研究ではこの幾何形状は適さない。そこで実験ごとの再現性が期待される直線的に成長する単一のFingerが形成されるようなヘレ・ショウセルを作成した。そして、従来の放射状に広がるFingerで観察された、反応を伴わない場合に見られるFinger先端付近において着色した低粘性液体の色が急激に薄くなる現象と、反応を伴う場合に見られる生成物分布の反応物質の濃度依存性が観察できる実験条件を明らかにした。
次に微小電極実験装置を構築した。業者とのやりとりから明らかになった、厚さ10mmのガラス板であるセルの板に微小電極を挿入するために開けることのできる穴の最小径とされる0.3mmの穴を設けた。微小電極のその穴への正確な挿入を可能とするため、画像をPCのモニターに出力することができるデジタルマイクロスコープ(ナカデン製、FS1400)を購入した。微小電極のセルの平面方向の移動のために手動の、またセルの深さ方向には、コントローラーで制御することができる最小分解能1μmのマイクロマイクロマニピュレーターを購入した。当初の計画では、本研究では微小電極で計測する物理量はpHを予定していたが、測定部が数脚のガラス微小電極を販売している世界で唯一の会社がなくなっており、代替案として測定部が数μmの微小電極がデンマークのユニセンスという会社で唯一販売されている、酸化還元電位を測定する方法を考案し、塩酸・水酸化ナトリウム水溶液では、pHと酸化還元電位との相関性があることを見出し、本研究では酸化還元電位を測定することとした。