単一微小油滴インジェクション・蛍光・電気化学法による油/水相間物質移動過程の研究

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水相中の(フェロセニルメチル)トリメチルアンモニウムイオン(FcN^+)と界面活剤である直鎖アルキル硫酸イオン(C_nH_<2n+1>OSO_3^-; C_n^- ;アルキル鎖長(n):11〜13)が単一リン酸トリブチル(TBP)油滴に抽出される過程を単一微小油滴インジェクション-顕微蛍光-電気化学法により測定した。その結果、FcN^+-C_n^-系のイオン対抽出の挙動はnにより大きく異なり、C_<11>^-のイオン対抽出過程は個々のイオンがそのイオン移動自由エネルギーに応じて、両相の電気的中性を満たしながら水相から油相にイオン移動することにより起こる事を明らかとした。また、TBP/水系における界面張力測定の結果から、C_<12>^-,C_<13>^-ではC_n^-の界面濃度がC_<11>^-よりも高くなっていることが示され、界面吸着が抽出挙動に大きく影響していることが示唆された。そこで、界面吸着を考慮した抽出過程のデジタルシミュレーションを行った。油/水界面でイオン対生成が起こり、生成したイオン対が中性種として界面から油相へ移動するモデルを考え、界面でのイオン対生成定数と中性種の界面物質移動速度定数をパラメータとして計算を行うと、n, FcN^+濃度,C_n^-濃度に依らず同一の値で実験値を再現できた。三年間の研究成果から、界面活性能の低いイオンのイオン対抽出過程は個々のイオンの移動であり、一方、界面吸着しやすいイオンの抽出過程は界面吸着量や吸着速度に応じて界面でイオン対を生成し、中性種として油相に移動すると考えられる。さらに、競争的に油相に移動するイオンが存在する場合には、そのイオン移動自由エネルギーや分配比に応じて抽出過程が進行し、イオン交換を伴ったイオン対抽出が起こる事を明らかにした。このようにイオン対抽出過程を速度論的に議論した例はこれまで無く、本研究は油/水界面における物質移動過程を含む研究に新たな知見を与えるものと考えている。