テラヘルツ領域の精密誘電分光による水和ダイナミクスの研究

利用太赫兹区域精密介电谱研究水合动力学

基本信息

批准号：
18031020
负责人：
田中耕一郎
金额：
$ 3.58万
依托单位：
Kyoto University
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：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

0.2から3.5THzにわたるより広い周波数領域での水および重水における誘電率を精密に測定し、テラヘルツ領域の緩和成分の起源について議論した。このTHz成分の同位体効果をデバイ緩和およびローレンツ振動の両方の観点から検討したところ、デバイ緩和でよく記述できることを見出した。またこの温度依存性を慎重に解析してみると、緩和時間や緩和振幅に顕著な温度依存性が見られなかった。この成分の起源としては、分子同士の衝突によるもの、または拡張緩和子などが候補として考えられ、同位体効果や温度依存性をうまく説明することができる。次に様々な溶質資料の水溶液の誘電率を測定し、ここから水和水に関する情報を定量的に求めるために、Onsagerの局所電場理論を用いた解析を試みた。このとき水和水および溶質分子はGHzよりも長い緩和時間を持つと仮定して水和水と溶質の配向分極率をゼロとしているが、テラヘルツ領域に見られる緩和成分は水和されても残っていることを見いだした。これらの実験結果は解析のわずかな誤差に対して求められる水和数が大きく変化してしまう。そこでこれらのパラメータの導出法をより慎重に検討し、また溶質の濃度依存性、溶質分子依存性、温度依存性を新たに測定した。その結果、濃度、温度ともに水和数が減少するのだが、水和水分子の大きさ(密度)はほぼ一定である、分子の表面積が大きくなるほど水和数が大きくなることなどを見出している。このようにテラヘルツ領域の光学応答から水和に関する様々な情報を抽出することができることを見出した。

精确测量了较宽的频率范围为0.2至3.5 THz的介电常数，并讨论了Terahertz区域中弛豫成分的起源。从Debye弛豫和Lorentz振荡的角度检查了该THZ成分的同位素效应，并发现可以很好地描述Debye弛豫。此外，当我们仔细分析了这种温度依赖性时，没有明显的温度依赖性对松弛时间或松弛幅度。该组件的起源是由于分子之间的碰撞或扩张放松剂之间的碰撞，并且可以视为候选者，这可以解释同位素效应和温度依赖性。接下来，测量了各种溶质材料的水溶液的介电常数，并尝试使用OnSager的局部电场理论尝试进行分析，以定量确定有关水合水的信息。此时，假设增加了比GHz的弛豫时间更长，但有水合水和溶质分子的定向极化率将其设置为零，但是发现在Terahertz区域中发现的松弛成分即使在水合后仍保持。这些实验结果导致分析中针对小误差的水合数量发生了很大变化。因此，更仔细地检查了这些参数的推导方法，并新测量溶质浓度，分子和温度依赖性的依赖性。结果，水合的数量在浓度和温度下都减少，但是水合水分子的大小（密度）几乎是恒定的，并且分子的表面积越大，水合数越大。通过这种方式，已经发现可以从Terahertz地区的光学响应中提取有关水合的各种信息。