Optical analysis of single aerosol liquid droplet properties using laser trapping-microspectroscopy

点击翻译按钮获取中文摘要

一般的に液体物性はサイズに依存せずどのようなスケールの液体でも基本的に同じであるとみなされているが，我々は最近，微小な液滴であるエアロゾル液滴がバルクの液体とは全く異なる物性を示すことを強く示唆する結果を得た。これらの結果に基づき我々は，「空気中に浮遊しなにものにも接触していない液体」において「数~十数マイクロメートルまで微小化した液体では液滴粒径に依存して物性が変化」し，「この現象は液体の種類に依らずあらゆる液体で観測され得る」との仮説をたて本研究を進めている。本年度はレーザー捕捉した単一エアロゾル水滴粘度の液滴サイズ依存性の解明をめざし，以下の検討を行った。水滴中にローダミンB(RhB)を溶解させた母液をネブライザーでエアロゾル化し，温度および湿度を制御可能なカスタムメイド測定チャンバー中に導入し，単一水滴を安定にレーザー捕捉した。液滴中のRhBの蛍光の気液界面での全反射により生じるwhispering - gallery mode共鳴スペクトルから水滴サイズをnmの精度で決定するとともに，水滴中のRhBの時間分解蛍光測定を行い蛍光寿命および蛍光異方性から求められる回転緩和時間の測定に基づき水滴粘度を算出した。その結果，バルクの水の粘度（~1.00）に対し，半径4.3 マイクロメートル以下の単一水滴はバルクの水（~1.00 cP）に比べ高い粘度を示した。加えて，水滴サイズの減少と共に液体粘度が上昇すること，および，水滴粘度は液滴半径の逆数に比例することを明らかにした。今回見いだした液滴粘度のサイズ依存性は，水滴/空気界面に発生するラプラス圧および水滴表面層における水の構造の特異性に依るものと考察された。これらの結果をフルペーパーとしてまとめ，現在投稿中である。