単一液滴のサイズ依存反応

单液滴尺寸依赖性反应

• 批准号: 10207201
• 负责人: 喜多村 昇
• 金额: $ 23.94万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10207201/
• 关键词: レーザー捕捉; 単一液滴; 顕微分光; ピコ秒ダイナミクス; サイズ依存性; 界面電子移動; 界面物質移動; 光反応; アイクロフローセル; レーザー補足; マイクロフローセル

単一微粒子のレーザー捕捉・顕微分光・電気化学測定法を駆使して、単一液滴の反応や現象のサイズ依存性を探索するとともに、その原因の解明を目的として研究を行った。油水エマルション系および単一油滴における芳香族炭化水素の光シアノ化反応:油水エマルション系における微小油滴/水界面を経た物質移動を利用し、芳香族炭化水素と電子受容体との間の光誘起電子移動を経由した芳香族炭化水素の効率的な光シアノ化反応を見出した。例えば、ベンゾニトリル:水=1:100の油水エマルションにおいてピレンの光反応を行った場合、油滴中におけるピレンカチオンラジカルの生成と水中への分配、さらに水相における青酸イオンとの反応によって1-シアノピレンが収率=80%で生成することを明らかにした。ピレンの他に、フェナンスレン、ナフタレン、N-エチルカルバゾール、1,10-フェナントロリン、ペリレンなどの様々な芳香族炭化水素や含窒素芳香族化合物がシアノ化されることを確認した。また、ピレンの系においてシアノ化収率に対する油水エマルションの回転撹拌数依存性を検討したところ、回転数の増大とともに収率は向上し、油滴サイズ依存性が示唆された。そこで、ペリレンの光シアノ化反応を例として単一油滴毎の測定を試みた。単一油滴をレーザー捕捉しながら、キセノン光を照射して光反応を行い、反応の進行を顕微蛍光法により追跡した。光照射とともにペリレンの蛍光強度は減少し、それにつれて1-シアノペリレンの蛍光が新たに現われた。これをスペクトル分解することにより、ペリレンの消費速度と1-シアノペリレンの生成速度を油滴毎に見積もった。その結果、消費速度、生成速度ともに油滴サイズの減少とともに速くなり、油滴サイズ依存性が確認できた。反応においてはカチオンラジカルの水中への分配が含まれることから、油滴サイズの減少により表面積/体積比が増大し、これを反映してサイズ依存性が現われるものと考えられる。本研究を通して、新たな反応と油滴サイズ依存性を見出すことができた。

利用单粒子激光捕获、显微光谱和电化学测量方法，我们研究了单液滴反应和现象的尺寸依赖性，并进行了旨在阐明其原因的研究。油水乳液体系和单个油滴中芳烃的光氰化反应：利用油水乳液体系中微小油滴/水界面的传质，芳烃与电子受体之间的光氰化反应是我们发现的通过诱导电子转移进行芳香烃的有效光氰化反应。例如，当苯甲腈:水=1:100的油水乳液中的芘进行光反应时，油滴中产生芘阳离子自由基并分配到水中，然后与水相中的氰化物离子反应。氰基芘的产率为80%。除芘外，菲、萘、N-乙基咔唑、1,10-菲咯啉、苝等各种芳香族烃及含氮芳香族化合物也被确认被氰化。此外，当我们研究氰化产率对芘系统中油水乳液的旋转搅拌速度的依赖性时，我们发现随着转速的增加，产率提高，这表明氰化产率与油滴尺寸的依赖性。因此，我们尝试以苝的光氰化反应为例来测量每个油滴。通过照射氙气进行光反应，同时用激光捕获单个油滴，并使用微荧光监测反应进程。随着光的照射，苝的荧光强度减弱，新出现1-氰基苝的荧光。通过对其进行光谱分解，估计了每个油滴的苝消耗率和1-氰基苝生产率。结果，随着油滴尺寸的减小，消耗率和生产率都增加，证实了油滴尺寸的依赖性。由于该反应涉及阳离子自由基分配到水中，因此表面积/体积比随着油滴尺寸的减小而增加，并且这被认为反映在尺寸依赖性中。通过这项研究，我们能够发现新的反应和油滴尺寸依赖性。

项目成果

中谷 清治: "Intrinsic Droplet Size Effect on Mass Transfer across a Single-Microdroplet/Water Interface: Role of Adsorption on a Spherical Liquid/Liquid Boundary" Journal of Physical Chemistry B. 102(8). 2908-2013 (1998)

Seiji Nakatani：“单微滴/水界面传质的固有液滴尺寸效应：球形液/液边界上的吸附作用”物理化学杂志 B. 102(8) (1998)。

八尾 浩史: "Fragile Arrangements of Self-Organized J Aggregates of Pseudoisocyanine Dye at a Glass/Solution Interface"Physical Chemistry Chemical Physics. 1(19). 4629-4633 (1999)

Hiroshi Yao：“玻璃/溶液界面处假异花青染料自组织 J 聚集体的脆弱排列”物理化学化学物理 1(19) 4629-4633。

金 幸夫: "Microspectroscopic Analyses of Dye Distribution Characteristics in Single Microcapsules." Analytical Chemistry. 70(1). 111-116 (1998)

Yukio Kim：“单个微胶囊中染料分布特征的显微光谱分析”70(1) (1998)。

石坂 昌司: "Excitation Energy Transfer from Sulforhodamine 101 to Acid Blue 1 at a Liquid/Liquid Interface : Experimental Approach to Estimate Interfacial Roughness"Analytical Chemistry. 71(16). 3382-3389 (1999)

Masashi Ishizaka：“液/液界面处从磺基罗丹明 101 到酸性蓝 1 的激发能量转移：估计界面粗糙度的实验方法”分析化学 71(16) 3382-3389。

中谷清治: "A Study on Liquid/Liquid Extraction into Single Picoliter Droplets and in situ Electrochemical Microanalysis."Analytical Chemistry. 72(2). 339-342 (2000)

Seiji Nakatani：“单皮升液滴的液/液萃取和原位电化学微量分析”。分析化学 72(2) 339-342 (2000)。