マイクロ波誘電分光法による水構造の解析

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近年、1kHz〜10GHzの周波数域の複素誘電率測定は、マイクロ波誘電分光法の一つである時間領域反射法(TDR法)により、短時間で簡単に高精度で行なえるようになった。TDR法により水の8ピコ秒の緩和時間を持つ緩和過程を、水とメタノール、エタノール、ジオキサン、アセトン等の混合系で調べた結果、水野構造は大きく揺らいだ氷の格子構造に似ていて、その中でも水分子が6個集まったクラスターが基本になっている事をしめした。一方、グルコース水溶液中では、グルコースはこの水構造に取り込まれていることが分かっていた。水の緩和は8ピコ秒の緩和時間を持つため、以前の20GHzまで測定可能なマイクロ波分光装置では水の緩和ピークより低周波数側しか観測できなかった。しかしステップパルスの立ち上がり時間が早いパルスジェネレーターを導入することにより30GHzまでの誘電スペクトルの測定が可能になった。その結果、水の緩和ピークより高い周波数の誘電スペクトルを得ることが出来るようになり、水の緩和過程についてのより多くの詳細な情報が得られるようになった。水とテンシルブタノール混合系でこれらの混合比を変化させ、水の緩和過程を調べた。その結果、水のモル分率Xw=0.97で変化する水の構造の存在が確認された。これより水分子約30個によって形成された高次構造が存在することが明らかになった。