ソーレー強制レイリー散乱法を用いた水溶液系の相互拡散係数測定に関する研究：エタノール水溶液測定による妥当性の確認とトレハロース水溶液の測定

摘要

相互拡散係数は濃度勾配を駆動力とした物質輸送現象を理解する上で重要な熱物性値であり，液滴の乾燥の様な内部に濃度勾配が生じる系での試料内部の濃度分布などを記述する上では，重要なパラメータとなる．また，トレハロース水溶液はガラス化することによって生体分子を保護することと，高濃度のトレハロース水溶液のガラス転移点は常温であることから生体分子の常温乾燥保存の保護物質として期待されている．しかし，トレハロース水溶液は常温で乾燥させると，表面に二水和物を生成し，乾燥を阻害してしまうことが知られている．この問題を定量的に扱う上ではトレハロース水溶液の相互拡散係数およびその濃度依存性が重要となるが，トレハロース水溶液の相互拡散係数の測定の報告例はなく，高濃度の試料は粘性が増加することからこれまで拡散係数測定に用いられてきた方法では測定が困難であることが予想される．ソーレー強制レイリー散乱法（Soret Forced Rayleigh Scattering Method，以下SFRS）はレーザー加熱によって微小スケールの濃度分布を励起し，別の観察用レーザーによって輸送現象を観察する測定法であり，原理的に高粘性の試料の測定も可能である．このSFRSは有機系試料の相互拡散係数測定技術として著者らの研究室で開発が進められて来た．有機化合物であるドデカン（dodecane，C_(12)H_(26)）とテトラヒドロナフタレン（1，2，3，4-tetrahydronaphtahlene，C_(10)H_(12)）を50wt%で混合した溶液の25°Cにおける相互拡散係数については，5つの研究グループが異なる測定法で得た値の平均値としてベンチマーク値が示されており，SFRSで測定される相互拡散係数はこのベンチマーク値と6.7%以内で一致することが分かっている．本研究ではSFRSを用いてトレハロース水溶液の測定を行うことを目的とし，水溶液系試料測定のための検討を行った．また，20wt%，40wt%トレハロース水溶液の測定も行った．