ブラウン運動の解析に基づく単一粒子追跡法と顕微鏡電気泳動法によるコロイド複合体の解析 Hydrodynamic and Electrokinetic Properties of Colloidal Complexes Determined by Brownian Motion Analysis and Electrophoresis

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著者

    • 小林 梓 KOBAYASHI Azusa
    • 筑波大学大学院生命環境科学研究科環境科学専攻 Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba
    • 日下 靖之 KUSAKA Yasuyuki
    • 産業技術総合研究所フレキシブルエレクトロニクス研究センター Flexible Electronics Research Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
    • 足立 泰久 ADACHI Yasuhisa
    • 筑波大学大学院生命環境科学研究科環境科学専攻 Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba

抄録

土壌中に見られるコロイド粒子の多くは凝集体の形成や高分子の吸着等の理由から多孔質構造をもつ複合体として存在する.これらの複合体の土壌・水中での振る舞いを理解するためには,その流体力学的特性と界面動電的特性を分析する必要があるが,動的光散乱法などに代表される実験的解析法はバッチ式に系全体の特性を出力するにとどまっており,多分散な系を構成する個々の粒子や複合体の流体力学的半径や粒子表面の高分子吸着層に関する情報を得ることは難しい.これらの測定上の問題に対して,著者らは顕微鏡下で直接観察を行うことで,個別のコロイドに対してブラウン運動や電気泳動現象を解析する手法(単一粒子追跡法)を開発・応用してきており,本稿ではモデルコロイド複合体に対する本手法の適用例を報告する.まず,コロイド複合体の一つのモデルとしてポリスチレンラテックス粒子からなる凝集体に対して,単一粒子追跡法及び電気泳動測定を行ったところ,凝集体の成長に伴い流体力学的等価径は増加する一方,凝集体の電気泳動移動度はそのサイズにほとんど依存しないことが明らかになった.両者の比較より,電場印加下では凝集体内部で電気浸透流が発生することにより,ほぼ素抜けの状態で流体が流れることが示唆された.次に,コロイド複合体の別モデルとして高分子電解質被覆粒子に対して同様の手法を適用することにより流体力学的・界面動電的挙動を評価したところ,粒子表面に吸着した高分子電解質層が数時間を経て減衰するという特異な動的挙動が明らかになった.

Natural colloidal particles including soils often form porous complexes due to aggregation and adsorption of polymeric substances, <i>etc</i>. Characterization of their behavior in soil and aquatic environments, such as coagulation, deposition, and transport, requires a comprehensive analysis of both hydrodynamic and electrokinetic properties of colloidal complexes, while chemical and physical heterogeneity of the suspension complicates the measurements. In fact, conventional measurement techniques, <i>e.g</i>. dynamic light scattering, are incapable of extracting neither hydrodynamic data on individual uneven complexes composing a poly-dispersed suspension nor structural conformation of polymers adsorbed on colloidal surfaces since the instruments output an averaged characteristic of the whole sample. We have approached this experimental issue through developing a new particle sizing technique that allows us to characterize hydrodynamic properties of a single, individual colloidal complex by analyzing its Brownian motion under a simple optical microscope. Using this single particle tracking technique, we clarified the influence of initial floc growth on the hydrodynamic diameter of a micrometer dimension. In comparison with corresponding electrophoretic mobilities, this technique has further revealed that electro-osmotic flow arises deeply inside a porous floc under the electric field. We also show kinetic transition of adsorbing polyelectrolytes on colloidal surfaces detected through the temporal analysis of the Brownian diffusion of single particles. All measurements above lead us to an implication that fluid flows inside colloidal complexes differ markedly with and without imposed electric field, hence permeability of porous media is an important parameter to be considered.

収録刊行物

  • 分析化学 = Japan analyst

    分析化学 = Japan analyst 61(2), 87-94, 2012-02-05

    日本分析化学会

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  • <no title>

    BUFFLE J.

    Environmental Colloids and Particles, 2007

    被引用文献1件

  • <no title>

    POORTINGA A. T.

    Surf. Sci. Rep. 47, 1, 2002

    被引用文献1件

  • <no title>

    森崎久雄

    表面科学 22, 638, 2001

    被引用文献1件

  • <no title>

    BALNOIS E.

    Environ. Sci. Technol. 33, 3911, 1999

    被引用文献1件

  • <no title>

    足立泰久

    オレオサイエンス 8, 55, 2008

    被引用文献1件

  • <no title>

    GREGORY J.

    Solid Liquid Dispersions 163, 1987

    被引用文献1件

  • <no title>

    AOKI A.

    J. Colloid Interface Sci. 300, 69, 2006

    被引用文献1件

  • <no title>

    ADACHI Y.

    Colloids Surf. A 230, 37, 2011

    被引用文献1件

  • <no title>

    GARNETT M. C.

    Biochem. Soc. Trans. 37, 713, 2009

    被引用文献1件

  • <no title>

    EINSTEIN A.

    Ann. der Phys. 17, 549, 1905

    被引用文献1件

  • <no title>

    KUSAKA Y.

    Colloids Surf. A 306, 166, 2007

    被引用文献1件

  • <no title>

    REYNOLDS P. A.

    Colloids Surf. 11, 145, 1984

    被引用文献1件

  • <no title>

    TAKAYASU M. M.

    J. Colloid Interface Sci. 202, 84, 1998

    被引用文献1件

  • <no title>

    TOMBACZ E.

    Applied Clay Sci. 27, 75, 2004

    被引用文献1件

  • <no title>

    TSUCHIDA H.

    Colloids Surf. A 265, 131, 2005

    被引用文献1件

  • <no title>

    HOSSE M.

    Environ. Sci. Technol. 35, 4301, 2001

    被引用文献1件

  • <no title>

    WILKINSON K. J.

    Limnol. Oceanogr. 42, 1714, 1997

    被引用文献1件

  • <no title>

    MILLER N. P.

    J. Colloid Interface Sci. 153, 237, 1998

    被引用文献1件

  • <no title>

    DUVAL J. F. L.

    Environ. Sci. Technol. 39, 6435, 2005

    被引用文献1件

  • <no title>

    NODA I.

    J. Am. Chem. Soc. 86, 5075, 1964

    被引用文献1件

  • <no title>

    ZHONG R.

    Water Res. 45, 3981, 2011

    被引用文献1件

  • <no title>

    BOLTO B.

    Water Res. 41, 2301, 2007

    被引用文献1件

  • <no title>

    ADACHI Y.

    Colloids Surf. A 376, 9, 2011

    被引用文献1件

  • <no title>

    DE WITT J. A.

    Langmuir 8, 788, 1992

    被引用文献1件

  • <no title>

    UEBERSCHAR O.

    Polymer 52, 1829, 2011

    被引用文献1件

  • <no title>

    OHSHIMA H.

    Biophysical Chemistry of Biointerfaces, 2010

    被引用文献1件

  • <no title>

    BUFFLE J.

    Environ. Sci. Technol. 32, 2887, 1998

    被引用文献1件

  • <no title>

    DONTSOVA K. M.

    Soil Sci. Soc. Am. J. 69, 1026, 2005

    被引用文献1件

  • <no title>

    WALL S.

    Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 15, 119, 2010

    被引用文献1件

  • The 10th International Symposium on Electrokinetic Phenomena

    The Electrokinetic Society of Japan

    http://www.envr.tsukuba.ac.jp/〜elkin12/

    被引用文献1件

  • <no title>

    TOMBACZ E.

    Soil Sci. 164, 814, 1999

    被引用文献3件

  • <no title>

    ADACHI Y.

    Adv. Colloid Interface Sci. 56, 1, 1995

    被引用文献10件

  • <no title>

    KELLER S. W.

    J. Am. Chem. Soc. 117, 12879, 1995

    被引用文献2件

  • <no title>

    OGAWA K.

    J. Phys Chem. B 107, 8223, 2003

    被引用文献2件

各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10030135005
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00222633
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    05251931
  • NDL 記事登録ID
    023516966
  • NDL 請求記号
    Z17-9
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  IR  J-STAGE 
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