単一微小油滴の自励発振現象

单个微小油滴的自振荡现象

• 批准号: 12874065
• 负责人: 喜多村 昇
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12874065/
• 关键词: 単一油滴; 界面活性剤; 顕微分光; 自励発振; 振動数; 界面張力

界面活性剤を含む水溶液中にキャピラリー先端から微小油滴を生成させると、キャピラリー先端に保持された油滴自身が激しく自励発振することを見出した。本研究においては、この自励発振現象を顕微鏡下で観察するとともに、振動を支配する要因の解明やレーザー散乱法などを用いて、その発振周波数の決定を試み、その特徴を明らかにした。自励発振現象が起こるためには、水相中にsodium dodecylsulfateなど界面活性剤の存在が必要不可欠であること、油相としてはオクタノール、ノナノール、ブタノールなどの低極性ではなく、水への溶解性が適度に高い必要があることを明らかにした。極性の低いニトロベンゼンや、カチオン性・中性界面活性剤を用いた場合には、油滴の発振現象は確認できなかった。また、油滴サイズとしては直径150〜30マイクロメートル程度で観測され、発振の持続時間は約1時間半、周波数16Hzであった。油滴の振動が停止した後に、油滴に新たな油相を注入すると再び発振が始まった。以上のような知見から、以下のような発振機構を考察した。まず、油滴表面に界面活性剤が吸着する。その後、微量の油が界面活性剤とともに水相へ溶け出るが、その際に油滴表面の表面張力変化を生じ、これにより油滴が振動するものと考えられる。界面活性剤濃度が低下した油滴表面に改めて界面活性剤が吸着し、連続的に発振する。時間とともに、界面活性剤が油滴中に蓄積されると振動は停止する。フレッシュな油相を油滴に注入することにより、界面活性剤の飽和が緩和され、再び発振し始める。以上により結果を合理的に説明できた。

我们发现，当在含有表面活性剂的水溶液中从毛细管尖端产生微小的油滴时，保持在毛细管尖端的油滴会经历强烈的自振荡。在本研究中，我们在显微镜下观察了这种自持振荡现象，阐明了控制振荡的因素，并尝试使用激光散射方法确定其振荡频率，并阐明了其特性。为了发生自振荡现象，水相中必须存在十二烷基硫酸钠等表面活性剂，并且油相必须溶于水而不是低极性的辛醇、壬醇或澄清的丁醇。它需要适度高。当使用低极性硝基苯或阳离子/中性表面活性剂时，没有观察到油滴的振荡现象。观察到油滴尺寸直径约为150至30微米，振荡持续时间约为1.5小时，频率为16赫兹。油滴停止振动后，新的油相被注入油滴中，油滴又开始振动。基于上述知识，我们考虑了以下振荡机制。首先，表面活性剂吸附在油滴表面。此后，少量的油与表面活性剂一起溶解到水相中，此时油滴表面发生表面张力的变化，这被认为导致油滴振动。表面活性剂再次吸附到表面活性剂浓度降低的油滴表面，引起连续振荡。随着时间的推移，随着表面活性剂在油滴中积聚，振动停止。通过将新鲜油相注入油滴中，表面活性剂的饱和度降低并开始再次振荡。上述结果能够合理地解释结果。

项目成果

北川 文彦: "Photocyanation of Pyrene in an Oil-in-Water Mlusion System"Chemistry Letters. 2001(8). 786-787 (2001)

Fumihiko Kitakawa：“水包油体系中芘的光氰化”《化学快报》2001（8）786-787（2001）。

喜多村 昇: "Spectroscopic Evidence of Coorperative Binding of a Host in Molecular Hinge"Chemistry Letters. 2001(7). 720-721 (2001)

Noboru Kitamura：“分子铰链中主体协同结合的光谱证据”化学快报2001（7）720-721（2001）。

八尾浩史: "Mesoscopic String Structures of Thiacyanine J Aggregates in Solution."Chemical Communications. 9. 739-740 (2000)

Hiroshi Yao：“溶液中硫氰酸 J 聚集体的介观弦结构。”化学通讯 9. 739-740 (2000)

石坂 昌司: "Time-Resolved Total Internal reflection Fluorometry Study on Chemical and Structural Characteristics at Water/Oil Interfaces"Bulletin of Chemical Society Japan. 74(11). 1983-1998 (2001)

Masashi Ishizaka：“水/油界面化学和结构特征的时间分辨全内反射荧光研究”日本化学会公报 74(11) (2001)。

石坂 昌司: "Time-Resolved Total Internal Reflection Fluorometry Study on Polarity at Liquid/Liquid Interface"Analytical Chemistry. 73(11). 2421-2428 (2001)

Masashi Ishizaka：“液/液界面极性的时间分辨全内反射荧光研究”分析化学 73(11) (2001)。