膨潤と散乱強度の関係について

質問

高分子ミセル（コロイド）の膨潤の時間変化を、動的光散乱法を用いて調べました。
すると、膨潤が進んでいる間のみ散乱強度が増加しました。
これはなぜなのでしょうか。

「粒径が大きなミセルは散乱のゆらぎがゆっくりで、小さいミセルはゆらぎが激しい」
など、粒径と散乱の具合の関係はなんとなくわかるのですが、
散乱強度とのつながりがいまいちわかりません。

どうかよろしくお願いします。

回答No.2

noname#91529 · ベストアンサー

キーワードは、メゾスコピック(表層)特性。
特に混合物では、「こうなる」と言い切ることは、できません。

コポリマー高分子ミセルと一言にいっても、議論の上では基準となる物質・拡散溶液の固定は、必定です。
ジブロック　トリブロックでも若干ちがいますが、大きく3局面にまとめることができます。
イメージとしては
なじみ→まざり→安定

ボール表面の空気を「実験素材が混ざることを妨げる何らかの特性」とご理解ください。
表面が比較的わかりやすい構造をしている粒子コロイドでは、強度が、増加することは、ほぼ例外とされ強度は減衰する形をとります。(ブラウン運動の考え方)

たとえば、人体消化器官に消化されないタイプの親水性のない超高分子脂肪では、揺らぎが非常に少ないといわれます。これはポリマー自体の構成が、純物質のつなぎ変えに等しく、親和性という観点から見ると構造が単純だからです。つまり融解自体が「する」「しない」とはっきりしており、浸潤時の拡散にかんしても界面活性剤によるの表面安定傾向は、攪拌過程を通じて一定に近く散乱強度は、高から低へと一定に変化し、増加することはありません。

一般論としては、しかし、
測定不能から強度な拡散→強度が安定して→最後にほぼ混ざらなくなって終了というふうにまとめられます。

マルチブロックコポリマーでは、溶剤の濃度・ポリマー自体の特性に左右され、浸潤過程で拡散強度が増加するということも起こるのです。(回答No.1の例参照)。
散乱強度変化が、白濁という形で目に見える事例もあります。(リンク先PDFをご参照ください。)

粒子アナライザの営業の人に「今度知人のラボでアナライザを買おうという話があるのですが」とか何とかいって質問すればいいですよ。断るときは、「結局不況のあおりを食らってぽしゃりました」といってください。

高分子ミセルについて、高分子学会から特集号も出ていたようです。参考文献としてお探しください。

http://www.spsj.or.jp/

参考URL：

pfwww.kek.jp/pf-sympo/25/abstract/UGkoso_hara.pdf

お礼

>>sanagi01さん

ご丁寧にありがとうございます。
助かりました。

回答No.1

noname#91529

ブラウン運動で示されたイメージは、理想的状態での結果を推し量る為であって
実際には、コロイド拡散は、公式であらわされているものより複雑です。

へこみのある(ボーリングの指穴が表面にちりばめられたような)たまを、水に沈めたと考えてください。へこみに入り込もうとする水の浸透速度が、コロイドの散乱強度と比較できます。はじめは、空気を押し分けないといけないので、低速。その後ぶくぶく順調に泡が出て、最後は、泡が残りやすいところからも空気が出てしまい、水浸しとなります。(完全に空気が出てしまう直前は、浸透が低速となる)

実験で再現される現象に近い形で説明します。大きなプールに、上記の構造をとるボール(比較的比重の重い「ボール」とする)が、(おもちゃ箱にはいっているプラスティックボールのように)プールの深さいっぱいに敷き詰められているとします。そこに粘性の高いチョコレートソースを注ぎ込んだと考えてください。当然のことながら最初の注ぎだし時点では、浸潤速度は低速。一定に浸透しだしてからその傾向が続き、混ざりが進んで、これ以上浸透しないという状態に近づけば、浸潤速度は、低下。そのうち浸潤は停止してしまうでしょう。

実際の実験・生産工程では、最初にチョコレートがプールにたまっているところに、ボールを混ぜ込むのです。

また、
動的光散乱法に関して、
問題点ないというわけではありません。

コロイド粒子の測定結果はあくまで有効径である。
コロイド攪拌が、一定の拡散を達成すると成分によって沈殿・分離の運動性に違いがある。

混ざり方の再現を最適に実現することを念頭に置きながら、
実験前処理を各粒子にあわせて考えていく必要がある。

また、拡散技術自体が進んできていますので、実験のサンプル間の「でき」の違いは、ミキサー/ホモジナイザーの性能も大きな要因のひとつとなってきています。

お礼

>>>sanagi01さん

ご丁寧な回答ありがとうございます。

ミセルへの浸透速度と散乱強度の関係について確認したいのですが、
浸透速度が速くなるほど散乱強度が増加し、浸透速度が非常に低速の場合は散乱強度は安定する（？）ということですか？

散乱強度の増加は、急激な膨潤の際のブラウン運動の程度の変化によって生じるのでしょうか？

勉強不足で誠に申し訳ありません。