レーザー捕捉-分光-電気化学法による微小油滴/水界面物質移動過程の解析と制御

利用激光捕获-光谱-电化学方法分析和控制微油滴/水界面的传质过程

• 批准号: 13129202
• 负责人: 中谷 清治
• 金额: $ 19.52万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13129202/
• 关键词: 油水界面; 液滴; 物質移動; 電子移動; イオン対抽出; 油; 水界面; レーザー捕捉; 顕微分光; 油滴; 電荷移動

レーザー捕捉-分光-電気化学装置を用いて,イオン対抽出過程のメカニズムを単一微小油滴/水系で直接測定から明らかにした。(フェロセニルメチル)トリメチルアンモニウムイオン(FcN^+)とアルキル硫酸イオン(AS^-)のイオン対抽出速度測定から,アルキル鎖長(n=11,12,13)で特徴的な挙動が観測された。n=11では抽出過程は両相で電気的中性を満たすようにFcN^+とAS^-の個々のイオン移動が進み,その律速段階偉AS^-の移動であることがわかった。n=12,13では界面に吸着したAS^-とFcN^+が電気的に中性となり,油滴中に抽出されることがわかった。また,メロシアニン540(MC^-)と有機スズ化合物(OTC^+,トリブチルスズなど)のイオン対抽出過程をNaCl存在下で検討したところ,MC^-はCl^-よりも疎水的であるが油/水界面に吸着するため,OTC^+はCl^-と抽出された後、油滴中のCl^-と界面吸着したMC^-がゆっくりと交換されることが明らかとなった。本手法を用いて種々のイオン対抽出過程の速度論的議論が可能となった。油/水界面電子移動過程のガルバニ電位差・自由エネルギー変化(ΔG)依存性を単一微小水滴/油系で行った。電位差決定イオンとして,テトラアルキルアンモニウムイオンを用いることで赤血塩とデカメチルフェロセン,ジメチルフェロセンの組合せでΔGを0〜-40kJ/mol変化させ解析したところ,液液界面電子移動に対するマーカス理論のみでは説明できないことがわかった。ΔG<-10kJ/molでは油相中におけるフェロセン誘導体の拡散が律速となり,スモルコフスキー式を液液界面系に応用したモデルで解析できた。単一水滴系では,同一のレドックス種の組合せで界面電子移動過程を解析できるので,溶媒の再配向パラメータ等の詳細な議論が可能になると考えられる。

使用激光捕获光谱 - 电脑化学仪器，从单个微油滴/水系统中的直接测量中揭示了离子对提取过程的机理。通过测量（FCN^+）和烷基硫酸盐离子的离子对提取率（AS^ - ），观察到（甲基甲基）三甲基铵离子（FCN^+）和烷基硫酸盐离子（AS^ - ）的特征行为。在n = 11时，提取过程在fcn^+的各个离子和^ - 以满足这两个阶段的电中心性时都会发展，并且发现限制速率阶段为^ - 是一种运动。发现在n = 12和13时，As^ - and fcn^+在界面上吸附的fcn^+在界面上变成电中性，并提取到油滴中。 Furthermore, when the ion-pair extraction process of merocyanine 540 (MC^-) and organotin compounds (OTC^+, tributyltin, etc.) was investigated in the presence of NaCl, it was revealed that MC^- is more hydrophobic than Cl^- but adsorbs it on the oil/water interface, and OTC^+ is extracted with Cl^- and then Cl^- and MC^-在界面上吸附的吸附在油滴中缓慢交换。该技术已用于允许对各种离子对提取过程进行动力讨论。在单个微滴/油系统中进行了油/水界面电子传递过程的电势差和自由能变化（ΔG）的依赖性。当使用四烷基铵离子作为电差确定离子从0更改为-40 kJ/mol时，通过组合红细胞，十甲基甲基苯基和二甲基二甲基二甲基二甲基二甲基化离子，将ΔG更改为ΔG，分析表明，液体液体链接界面界面的分析无法单独解释Marcus理论。在ΔG<-10 kJ/mol处，二革革衍生物在油相中的扩散是限制的，可以使用将Smorphovsky方程应用于液 - 液体界面系统的模型进行分析。在单个水滴系统中，可以通过相同的氧化还原物种组合分析界面电子转移过程，并认为可以详细讨论溶剂的重新定位参数等。

项目成果

K.Nakatani, J.Yamashita, T.Sekine, M.Toriumi, T.Itani: "A Nonaqueous Potentiometric Titration Study of the Dissociation of t-Butyl Methacrylate-Methacrylic Acid Copolymers"Anal.Sci.. 19. 775-777 (2003)

K.Nakatani、J.Yamashita、T.Sekine、M.Toriumi、T.Itani：“甲基丙烯酸叔丁酯-甲基丙烯酸共聚物解离的非水电位滴定研究”Anal.Sci.. 19. 775-777（

中谷 清治, 根岸 貴幸: "単一液滴の電気化学計測による油/水界面物質移動過程の解析"Rev. Polarogr.. 47. 88-97 (2001)

Seiji Nakatani、Takayuki Negishi：“通过单液滴电化学测量分析油/水界面的传质过程”Rev. Polarogr.. 47. 88-97 (2001)

K.Nakatani, H.Nagatani, D.J.Fermin, H.H.Girault: "Transfer and Adsorption of 1-Pyrene Sulfonate across the Water/1,2-Dichloroethane Interface Studied by Potential Modulated Fluorescence Spectroscopy"J. Electroanal. Chem.. 518. 1-5 (2002)

K.Nakatani、H.Nagatani、D.J.Fermin、H.H.Girault：“通过电位调制荧光光谱研究 1-芘磺酸盐在水/1,2-二氯乙烷界面上的转移和吸附”J。

T.Negishi, K.Nakatani: "A Mechanistic Study on Ion Pair Extraction using Single Microdroplet Injection and Microelectrochemical Techniques"Phys.Chem.Chem.Phys.. 5(3). 594-598 (2003)

T.Negishi、K.Nakatani：“使用单微滴注射和微电化学技术进行离子对萃取的机理研究”Phys.Chem.Chem.Phys.. 5(3)。

K.Nakatani, T.Sekine, T.Negishi: "Microanalysis of Mass Transfer Processes on a Single Particle"Encyclopedia of Surface and Colloid Science, Marcel Dekker. 3. 3391-3401 (2002)

K.Nakatani、T.Sekine、T.Negishi：“单个粒子传质过程的微观分析”表面和胶体科学百科全书，Marcel Dekker。