非緩衝液の微小液滴を使った固体表面の酸・塩基特性の測定方法の開発

开发一种使用非缓冲溶液微滴测量固体表面酸碱特性的方法

基本信息

  • 批准号:
    12740386
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.22万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2001
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では,非緩衝液の微小液滴が固体表面に接する際に酸・塩基反応によって生じる液滴のpH変化量を液滴のしめす接触角から求めることで,これまで定性的にしか評価できなかった固体・液体間の酸・塩基相互作用を定量的に評価する測定法を提唱する。前年度の研究では,本測定法によって,1平方ナノメートル当たり数個の官能基があり,1つの官能基のイオン化にともなって水素イオンが1個放出されるという条件で,液量1μリットルの非緩衝液の液滴を使用した場合,およそ2倍の差の表面密度を区別できることを明らかにした。本年度は,主に本測定法の有用性を高めるべく測定精度の改善につとめた。測定に用いる液滴の液量の影響,および測定誤差の原因について調査し,以下の点を明らかにした。1.測定に用いる液滴の液量とpH変化量の大きさの関係について,両者のスケール変化は,体積の次元である液量が長さの3乗で,固体表面の官能基の表面密度に依存するpH変化量が長さの2乗で変化するという単純な幾何学的関係が成り立つ(つまり,液量が少ないほどpH変化量が大きくなり測定精度が上がる)。2.非緩衝液の溶媒である水の表面張力は温度に大きく依存するため(1℃上昇するごとに-0.15mN/m),接触角を正確に測定するには液滴の温度を一定に保つ必要がある。これまで空気温度(接触温度)のみを制御していたが,液滴が数μリットルと微小であると周囲壁との赤外線放射による熱のやり取りの影響も無視できない。しかし,測定系を取り囲んでいる壁の表面温度を測定温度に一致させることは装置の大きさから考えてむずかしいため,放射温度の影響を軽減させる方法として,周囲壁を金属光沢面(アルミニウム)などの赤外線反射率の高い材質に置き換える方式を採用した。その結果,室温において放射温度の影響を約2割軽減させることができた。
在这项研究中,我们确定了当非缓冲溶液的微滴与固体表面接触时由酸碱反应引起的液滴的pH变化量,目前只能定性评估,我们提出了一种测量方法。定量评估固体和液体之间的酸碱相互作用。在前一年的研究中,我们在每平方纳米存在多个官能团且随着一个官能团电离而释放出一个氢离子的情况下,使用该测量方法测量了1μL的液体体积,结果表明,使用时。与非缓冲液滴相比,可以区分大约两倍的表面密度。今年,我们主要致力于提高测量精度,以提高这种测量方法的实用性。研究了测量中使用的液滴体积的影响以及测量误差的原因,并澄清了以下几点。 1. 关于用于测量的液滴体积与pH变化大小之间的关系,两者的尺度变化由体积尺寸(长度的立方)和液滴上官能团的表面密度决定。简单的几何关系表明,pH值随长度的变化量随着长度的平方而变化(换句话说,液体体积越小,pH值变化量越大,测量精度越高)。 。 2.水是非缓冲溶液的溶剂,其表面张力高度依赖于温度(每升高 1°C -0.15 mN/m),因此要准确测量接触角,液滴的温度必须保持不变。到目前为止,仅控制了空气温度(接触温度),但当液滴小至几微升时,由于红外辐射而与周围壁进行热交换的影响就不容忽视。然而,由于设备尺寸的原因,很难使测量系统周围墙壁的表面温度与测量温度相匹配,因此为了减少辐射温度的影响,周围的墙壁由闪亮的金属制成(我们采用了用红外反射率高的材料代替材料的方法。结果,我们能够在室温下将辐射温度的影响减少约 20%。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
酒井英樹: "非緩衝液の微小液滴を使った接触角滴定による固体表面の酸・塩基特性の測定"表面科学. 21・7. 420-425 (2000)
Hideki Sakai:“使用非缓冲溶液的微滴通过接触角滴定测量固体表面的酸和碱性质”Surface Science 21・7(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Hideki Sakai: "Determination of the acid-base properties of surfaces by contact angle titration with buffered and unbuffered solutions"Studies in Surface Science and Catalysis. 132. 825-828 (2001)
Hideki Sakai:“通过缓冲和非缓冲溶液的接触角滴定测定表面的酸碱性质”表面科学和催化研究。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
酒井英樹: "pHと「濡れ」の関係"パリティ. 16・2. 52-55 (2001)
酒井秀树:“pH 与“湿度”之间的关系”16・2(2001 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Hideki Sakai: "Determination of the acid-base properties of surfaces by contact angle titration with buffered and unbuffered solutions"Studies in Surface Science and Catalysis. (印刷中).
Hideki Sakai:“通过缓冲和非缓冲溶液的接触角滴定测定表面的酸碱性质”表面科学和催化研究(正在出版)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
  • 通讯作者:
酒井英樹: "非緩衝液の微小液滴を使った接触角滴定による固体表面の酸・塩基特性の測定"表面科学. 21. 420-425 (2000)
Hideki Sakai:“使用非缓冲溶液的微滴通过接触角滴定测量固体表面的酸和碱性质”《表面科学》21. 420-425 (2000)。
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