(57)【要約】【課題】比較的簡便に、精度良く、広範な圧力範囲での圧力の測定が可能な圧力測定方法および圧力測定装置を提供すること。【解決手段】非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料に対する加圧圧力を測定するための圧力測定方法であって、（１）加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第１スペクトルを得る工程；および（２）加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する前記第１スペクトルのピークのシフトに基づいて加圧圧力を求める工程を含む。【選択図】図２
2020034284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料に対する加圧圧力を測定するための圧力測定方法であって、以下の工程：
（１）測定すべき加圧圧力が付加された加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第１スペクトルを得る工程；および
（２）加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する前記第１スペクトルのピークのシフトに基づいて加圧圧力を求める工程
を含むことを特徴とする圧力測定方法。
【請求項２】
前記工程（２）では、前記第２スペクトルのピークに対する前記第１スペクトルのピークのシフト量から加圧圧力を求めることを特徴とする請求項１の圧力測定方法。
【請求項３】
予め、前記第２スペクトルのピークと、前記圧力測定材料に対する加圧圧力による赤外線吸収スペクトルのピークのシフト量から、加圧圧力とピークのシフト量についての関係式を得る工程を含み、
前記工程（２）では、前記第１スペクトルのピークのシフト量を求め、このピークのシフト量と前記関係式から加圧圧力を求めることを特徴とする請求項２の圧力測定方法。
【請求項４】
前記工程（２）では、前記第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度に対し、前記第１スペクトルのピークのシフトに伴う前記第１スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の変化に基づいて加圧圧力を求めることを特徴とする請求項１の圧力測定方法。
【請求項５】
予め、前記第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の２波数の吸光度の比である第２吸光度比と、前記圧力測定材料に対する加圧圧力によってシフトした赤外線吸収スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の比である第１吸光度比の変化から、加圧圧力と吸光度比についての関係式を得る工程を含み、
前記工程（２）では、前記第１スペクトルの前記第１吸光度比を求め、この第１吸光度比と前記関係式から加圧圧力を求めることを特徴とする請求項４の圧力測定方法。
【請求項６】
圧力測定材料を構成する加圧前の非晶質炭酸カルシウムは、加熱処理または減圧処理によって、含水量が16％以下に調整されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの圧力測定方法。
【請求項７】
圧力測定材料に対する加圧圧力を測定するための圧力測定装置であって、
非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料と、
非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルを測定可能な測定手段と、
前記測定手段によって測定される赤外線吸収スペクトルに基づいて前記圧力測定材料に対する加圧圧力を算出可能な演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、
（Ａ）加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する、前記圧力測定材料への加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第１スペクトルのピークのシフト量、および、
（Ｂ）前記第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度に対し、前記第１スペクトルのピークのシフトに伴う前記第１スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の変化
のうちの少なくともいずれかに基づいて加圧圧力を求めることを特徴とする圧力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力測定方法および圧力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２には、圧力または圧力分布を色の変化で測定できる圧力測定用材料として、電子供与性無色染料前駆体及び電子受容性化合物の発色反応を用いたものが提案されている。この圧力測定用材料は、電子供与性無色染料前駆体と電子受容性化合物とを有し、電子供与性無色染料前駆体はマイクロカプセルに内包されている。この圧力測定用材料に圧力が加えられると、マイクロカプセルが破壊されて内包物である電子供与性無色染料前駆体が放出され、電子受容性化合物と接触して発色反応するため、この色の変化で圧力または圧力分布を測定することができるとされている。
【０００３】
また、非晶質炭酸カルシウムが圧力により結晶化することが知られており（非特許文献１）、この現象を利用して、高圧化で非晶質炭酸カルシウムから放出される水と無水塩化コバルトなどの呈色剤とが反応し生じる色の変化を用いた圧力測定用材料が提案されている（特許文献３）。この圧力測定用材料によれば、非晶質炭酸カルシウムの含水率が18wt％の場合、13〜500MPaの圧力範囲で色の変化による圧力測定が可能であり、非晶質炭酸カルシウムの含水率が12wt％の場合、500〜1000MPaの圧力範囲で色の変化による圧力測定が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−５０７７１号公報
【特許文献２】特開２００９−１４６７４号公報
【特許文献３】特開２０１６−３９６０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Yoshino et. al., Cryst. Growth Des., 2012, 12 (7), pp 3357-3361
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２の圧力測定用材料は、マイクロカプセルの破壊を伴う電子供与性無色染料前駆体と電子受容性化合物との発色反応を利用するものである。ここで、マイクロカプセルは界面重合法、相分離法等によって製造され、その製造に適した樹脂によってマイクロカプセル壁が形成される。マイクロカプセルが目的の圧力で破壊されるにはマイクロカプセル壁の壁厚の高度な制御が求められる。このように目的の圧力で破壊されるマイクロカプセルを製造するには適切な樹脂を選択してマイクロカプセル壁の壁厚を高度に制御することが求められるが、その樹脂種が制限されること、マイクロカプセル壁の壁厚の増大には限界があること等から、より高い圧力で破壊されるマイクロカプセルを製造することは難しい。したがって、特許文献１、２の圧力測定用材料の場合、300MPaを越える圧力を測定することができないという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献３の圧力測定用材料の場合、広範な圧力範囲での測定が可能ではあるものの、非晶質炭酸カルシウムの含水率によって測定可能な圧力範囲が変化するため、含水率を正確に調整する作業に手間がかかるという問題がある。また、呈色剤による色の濃さに基づいて精度良く圧力を測定することは必ずしも容易ではない。
【０００８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、比較的簡便に、精度良く、広範な圧力範囲での圧力の測定が可能な圧力測定方法および圧力測定装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するため、本発明の圧力測定方法は、非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料に対する加圧圧力を測定するための圧力測定方法であって、以下の工程：
（１）測定すべき加圧圧力が付加された加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第１スペクトルを得る工程；および
（２）加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する前記第１スペクトルのピークのシフトに基づいて加圧圧力を求める工程
を含むことを特徴としている。
【００１０】
この圧力測定方法では、前記工程（２）では、前記第２スペクトルのピークに対する前記第１スペクトルのピークのシフト量から加圧圧力を求めることが好ましい。
【００１１】
この圧力測定方法では、予め、前記第２スペクトルのピークと、前記圧力測定材料に対する加圧圧力による赤外線吸収スペクトルのピークのシフト量から、加圧圧力とピークのシフト量についての関係式を得る工程を含み、
前記工程（２）では、前記第１スペクトルのピークのシフト量を求め、このピークのシフト量と前記関係式から加圧圧力を求めることがより好ましい。
【００１２】
この圧力測定方法では、前記工程（２）では、前記第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度に対し、前記第１スペクトルのピークのシフトに伴う前記第１スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の変化に基づいて加圧圧力を求めることが好ましい。
【００１３】
この圧力測定方法では、予め、前記第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の２波数の吸光度の比である第２吸光度比と、前記圧力測定材料に対する加圧圧力によってシフトした赤外線吸収スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の比である第１吸光度比の変化から、加圧圧力と吸光度比についての関係式を得る工程を含み、
前記工程（２）では、前記第１スペクトルの前記第１吸光度比を求め、この第１吸光度比と前記関係式から加圧圧力を求めることがより好ましい。
【００１４】
この圧力測定方法では、圧力測定材料を構成する加圧前の非晶質炭酸カルシウムは、加熱処理または減圧処理によって、含水量が16％以下に調整されていることがさらに好ましい。
【００１５】
本発明の圧力測定装置は、圧力測定材料に対する加圧圧力を測定するための圧力測定装置であって、
非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料と、
非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルを測定可能な測定手段と、
前記測定手段によって測定される赤外線吸収スペクトルに基づいて前記圧力測定材料に対する加圧圧力を算出可能な演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、
（Ａ）加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する、前記圧力測定材料への加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第１スペクトルのピークのシフト量、および、
（Ｂ）前記第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度に対し、前記第１スペクトルのピークのシフトに伴う前記第１スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の変化
のうちの少なくともいずれかに基づいて加圧圧力を求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧力測定方法および圧力測定装置によれば、比較的簡便に、精度良く、広範な圧力範囲での圧力の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【図２】（a）は、860cm-1（ν2）のピークについて、トップ位置と圧力との関係（圧力依存性）を示す図である。（b）は、1075cm-1（ν1）のピークについて、トップ位置と圧力との関係（圧力依存性）を示す図である。（c）は、1415cm-1（ν3）のピークについて、トップ位置と圧力との関係（圧力依存性）を示す図である。
【図３】（a）は、860cm-1（ν2）のピークについてピークシフト量と圧力の関係（圧力依存性）を示す図である。（b）は、1415cm-1（ν3）のピークについてピークシフト量と圧力の関係（圧力依存性）を示す図である。
【図４】860cm-1（ν2）のピークおよび1415cm-1（ν3）のピークについて、ピークトップの前後の2波数の吸光度の比で圧力を測定する方法を説明した図である。
【図５】860cm-1（ν2）のピークおよび1415cm-1（ν3）のピークについて求めた、ピークトップの前後の2波数の吸光度の比と圧力の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の圧力測定方法の一実施形態について説明する。
【００１９】
本発明の圧力測定方法は、非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料に対する加圧圧力を測定する方法であり、以下の工程：
（１）加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第１スペクトルを得る工程；および
（２）加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する前記第１スペクトルのピークのシフトに基づいて加圧圧力を求める工程
を含んでいる。
【００２０】
非晶質炭酸カルシウムは、従来公知の方法により製造したものを使用することができ、製造方法は特に限定されない。具体的には、例えば、特許文献３や非特許文献１に記載されているように、塩化カルシウム水溶液と炭酸ナトリウム水溶液を混合してろ過し、これをアセトンなどで洗浄した後、室温下で真空乾燥することで非晶質炭酸カルシウムを得る方法を例示することができる。
【００２１】
ここで、真空乾燥における真空度や乾燥時間を変えることによって、非晶質炭酸カルシウムの含水量を適宜の量に調整することができる。非晶質炭酸カルシウムの含水量が目的とする量になっているかどうかは、熱重量分析によって確認することができる。
【００２２】
また、本発明において、「非晶質炭酸カルシウム」には、X線回折チャートに結晶物質の存在を示すピークが全く認められないもの、若干のピークが認められるがその高さからほとんど結晶化が確認できないものが含まれる。
【００２３】
非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料は、粉末状のものとして用いることができるが、その形態は特に限定されない。例えば、粉末状の圧力測定用材料を被測定箇所にそのまま散布することや、所望の大きさの容器に圧力測定用材料を充填すること、圧力測定用材料がペレット状やシート状の形状に加工されていることなどが考慮される。
【００２４】
さらに、この工程での加圧の形態も特に限定されず、圧力測定材料に対して均一に圧力を加えることができれば各種の形態を採用することができる。
【００２５】
また、この実施形態では、圧力測定材料を構成する加圧前の非晶質炭酸カルシウムは、加熱処理または減圧処理によって、含水量が16重量％以下に調整されていることが好ましい。具体的には、未処理の非晶質炭酸カルシウムの含水率にもよるが、例えば、非晶質炭酸カルシウムを200℃以下で加熱処理することで、含水率を16重量％以下（例えば3〜16重量％）に調整することができる。加熱処理の方法は特に限定されず、従来公知の各種の方法を採用することができ、例えば、非晶質炭酸カルシウムをヒーターなどの加熱装置で所定の温度に加熱する方法などを例示することができる。
【００２６】
また、例えば、非晶質炭酸カルシウムを10-3 〜103Pa程度で減圧処理することで、含水率を16重量％以下（例えば10〜16重量％）に調整することができる。減圧処理の方法も特に限定されず、従来公知の各種の方法を採用することができ、例えば、真空用デシケータ内に設置し、ダイアフラム式ポンプを用いて減圧する方法などを例示することができる。
【００２７】
工程（１）では、加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）を測定する。赤外線吸収スペクトルの測定は、例えば、全反射測定法（ＡＴＲ法）を利用した赤外分光測定が可能な市販の測定装置を利用することができる。
【００２８】
そして、工程（２）では、加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する第１スペクトルのピークのシフトに基づいて加圧圧力を求める。
【００２９】
ここで、「加圧前の非晶質炭酸カルシウム」とは、非晶質炭酸カルシウムの合成後、加熱処理、減圧処理などの処理を行い、含水量を調整した非晶質炭酸カルシウムをいう。
【００３０】
本発明者らは、非晶質炭酸カルシウムに対して加圧処理を行うことで、非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルの860cm−1、1415cm−1付近のピークが圧力依存的にほぼ単調に低波数側に不可逆的にシフトするという新規な知見を見出している。
【００３１】
したがって、加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）と加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第２スペクトル）との比較から、860cm−1、1415cm−1付近のピークのシフト量やそれに伴う吸光度の変化を所得することができる。なお、加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第２スペクトル）は、事前に取得されているものを利用することができる。
【００３２】
圧力測定材料（非晶質炭酸カルシウム）の加圧による赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）のピークのシフト量から加圧圧力を求める場合、必要に応じて後述する実施例および図２（a）（c）も参照することができる。具体的には、例えば、200℃で加熱処理した非晶質炭酸カルシウムの860cm-1付近のピークの場合、2次の多項式で近似し、圧力yとピークシフト量xの関係式はy=9.22x2＋54.8xで表すことができる（図３（a））。また、200℃で加熱処理した非晶質炭酸カルシウムの1415cm-1付近のピークの場合、圧力yとピークシフト量xの関係式はy=0.377x2-1.14xで表すことができる（図３（b））。これらの関係式を用いることで、ピークシフト量から圧力を求めることが可能となる。
【００３３】
このように、加圧による赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）のピークのシフト量から加圧圧力を求める場合は、予め、第２スペクトルのピークと、圧力測定材料に対する加圧圧力による赤外線吸収スペクトルのピークのシフト量から、加圧圧力とピークのシフト量についての関係式を得ることができる。そして、この場合、工程（２）では、第１スペクトルのピークのシフト量を求め、このピークのシフト量と前記の関係式から加圧圧力を求めることができ、より簡便に、精度良く圧力の測定を行うことができる。
【００３４】
また、圧力測定材料（非晶質炭酸カルシウム）の加圧による赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）のピークのシフトに伴う吸光度の変化から加圧圧力を求める場合、第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度に対し、第１スペクトルのピークのシフトに伴う第１スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の変化に基づいて加圧圧力を求めることができる。ピークトップの位置が低波数側にシフトするとその前後の波数の吸光度は、それぞれ低波数側は大きくなるのに対して、高波数側は小さくなる。つまり、ピークトップ前後の低波数側と高波数側の2波数の吸光度の比は、ピークシフトの量と相関があり、ピークシフト量と同様に圧力測定に用いることができる。
【００３５】
具体的には、図４に示すように、860cm-1付近のピークの場合、ピークトップ860cm-1より低波数側（830〜860cm-1）から任意の波数を選択し、ピークトップ860cm-1より高波数側（860〜900cm-1）から任意の波数を選択する。これら2つの波数の吸光度の比を求めることで圧力を測定することができる。また、1415cm-1付近のピークの場合、図４に示すように、ピークトップ1415cm-1より低波数側（1200〜1415cm-1）から任意の波数を選択し、ピークトップ1415cm-1より高波数側（1415〜1620cm-1）から任意の波数を選択する。これら2つの波数の吸光度の比を求めることで圧力を測定することができる。例えば、200℃で加熱処理した非晶質炭酸カルシウムの860cm-1付近のピークの場合、ピークトップの前後の波数、850 cm-1と870 cm-1の吸光度の比x（A850／A870）と圧力yの関係は2次の多項式で近似し、y=-49.3x2＋901x-702で表すことができる（図５（a））。また、200℃で加熱処理した非晶質炭酸カルシウムの1415cm-1付近のピークの場合、ピークトップの前後の波数、1350 cm-1と1485 cm-1の吸光度の比x（A1350／A1485）と圧力yの関係は2次の多項式で近似しy=321x2+38.7x-15.5で表すことができる（図５（ｂ））。例えば、これらの関係式を用いることで、ピークシフトに伴う吸光度の変化から加圧圧力を求めることが可能となる。
【００３６】
このように、ピークシフトに伴う吸光度の変化から加圧圧力を求める場合は、予め、第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の２波数の吸光度の比（第２吸光度比）と、加圧によりピークシフトした赤外線吸収スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の比（第１吸光度比）の変化から、加圧圧力と吸光度比についての関係式を得る工程を含むことができる。この場合、上述したように、工程（２）では、測定すべき加圧圧力が付加された際の第１吸光度比を求め、この第１吸光度比と前記関係式から加圧圧力を求めることができ、より簡便に、精度良く圧力の測定を行うことができる。
【００３７】
さらに、加圧前の非晶質炭酸カルシウムの含水量が加熱処理により16重量％以下、好ましくは3〜10重量％に調整されている場合は、非晶質炭酸カルシウムの結晶化圧力が高くなるため、ピークのシフト量に関して、結晶化に起因する不連続な変化が生じることが抑制され、ピークシフトする圧力範囲をより広範囲化（0〜640MPa）することができる。
【００３８】
このように、この実施形態の圧力測定方法の工程（２）では、加圧された圧力測定材料を構成する非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）と加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第２スペクトル）とを比較し、加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルである第２スペクトルのピークに対する第１スペクトルのピークのシフトに基づいて加圧圧力を求める。すなわち、加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルのピークのシフト量やピークシフトに伴う吸光度の変化に基づいて、比較的簡便に、精度良く、広範な圧力範囲で加圧圧力を求めることができる。
【００３９】
次に、本発明の圧力測定装置の一実施形態について説明する。
【００４０】
この実施形態の圧力測定装置は、圧力測定材料に対する加圧圧力を測定するため装置である。
【００４１】
具体的には、圧力測定装置は、非晶質炭酸カルシウムからなる圧力測定材料と、非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルを測定可能な測定手段と、測定手段によって測定される赤外線吸収スペクトルに基づいて圧力測定材料に対する加圧圧力を求める演算手段とを備えている。
【００４２】
圧力測定材料については、本発明の圧力測定方法の実施形態として上述したので説明は省略する。
【００４３】
測定手段は、非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルを測定可能であればよく、全反射測定法（ＡＴＲ法）を利用した赤外分光測定が可能な測定装置を例示することができる。
【００４４】
演算手段は、測定手段によって測定される赤外線吸収スペクトルに基づいて圧力測定材料に対する加圧圧力を算出することができる。
【００４５】
具体的には、演算手段は、加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第２スペクトル）のピークに対する、加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトル（第１スペクトル）のピークのシフト量に基づいて加圧圧力を算出するように設定されたものを例示することができる。
【００４６】
上述したように、例えば、200℃で加熱処理した非晶質炭酸カルシウムの860cm-1付近のピークの場合、圧力yとピークシフト量xの関係式はy=9.22x2＋54.8xで表すことができ、1415cm-1付近のピークの場合、圧力yとピークシフト量xの関係式はy=0.377x2-1.14xで表すことができる。このため、演算手段は、例えば、これらの関係式を用いることで、ピークシフト量から圧力を求めるように設定することができる。
【００４７】
また、演算手段は、第２スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度に対し、第１スペクトルのピークのシフトに伴う第１スペクトルのピークの低波数側と高波数側の吸光度の変化に基づいて加圧圧力を算出するように設定されたものを例示することができる。
【００４８】
上述したように、例えば、200℃で加熱処理した非晶質炭酸カルシウムの860cm-1付近のピークの場合、ピークトップの前後の波数、850 cm-1と870 cm-1の吸光度の比x（A850／A870）と圧力yの関係は2次の多項式で近似し、y=-49.3x2＋901x-702で表すことができ、1415cm-1付近のピークの場合、ピークトップの前後の波数、1350 cm-1と1485 cm-1の吸光度の比x（A1350／A1485）と圧力yの関係は2次の多項式で近似しy=321x2+38.7x-15.5で表すことができる。このため、演算手段は、例えば、これらの関係式を用いることで、ピークシフトに伴う吸光度の変化から圧力を求めるように設定することができる。
【００４９】
本発明の圧力測定方法および圧力測定装置は、以上の実施形態に限定されることはない。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の圧力測定方法について説明するが、本発明の圧力測定方法は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
非特許文献１の方法により、非晶質炭酸カルシウムを合成した。具体的には、0.1 Mの塩化カルシウム水溶液と0.1 Mの炭酸ナトリウム水溶液を同量ずつ混合し、吸引ろ過により析出物を分離した。吸引ろ過により分離した析出物をアセトンで洗浄し、その後、室温下で真空乾燥することで非晶質炭酸カルシウムを得た。なお、この時用いた溶液やアセトンは事前に冷蔵庫で冷却したものを用いた。
【００５１】
合成した非晶質炭酸カルシウムについて、さらなる乾燥の目的で、常圧下での加熱処理を施した。加熱温度は80℃、150℃と200℃で、加熱時間は１時間とした。
【００５２】
得られた非晶質炭酸カルシウムに対して加圧処理を施した。非晶質炭酸カルシウムを内径4 mmのペレッターに充填し、油圧プレスを用いて一軸方向に加圧した。ある一定の圧力で5分間保持した後減圧し、ペレッターから取り出した。
【００５３】
様々な圧力で加圧した試料について日本分光株式会社製FT/IR-6100を用い、全反射測定法（ATR法）により赤外分光測定を行った。
【００５４】
図１に加圧処理を施す前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルを示す。図１中のピーク860cm-1（ν2） 1075cm-1（ν1）1415cm-1（ν3）について、加圧圧力に対するピーク位置の変化を図２に示す。
【００５５】
1075cm-1（ν1）のピーク位置は圧力に対して有意な変化が見られなかった。860cm-1（ν2）および1415cm-1（ν3）については圧力の増加につれて640MPaまで一部例外を除き単調に低波数側にシフトすることが確認された。その変化量は1415cm-1（ν3）の方が圧倒的に大きく640MPaで40cm-1程度のシフト量であった。これは波長に換算すると200nm程度のシフト量であり、圧力1GPあたりで300nm程度シフトすることを示している。ただし、640MPa以降は有意な変化が見られなかった。したがって、加圧前の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルのピークに対する、加圧後の非晶質炭酸カルシウムの赤外線吸収スペクトルのピークのシフト量に基づいて、0〜640MPaの広範囲において圧力の測定が可能であることが確認された。
【００５６】
また、図４および図５に例示したように、ピークのシフト量だけでなく、それに伴う2波数の吸光度比の変化を求めることで圧力の測定が可能であることが確認された。
【００５７】
加熱未処理のものについては860cm-1（ν2）および1415cm-1（ν3）のピークにおいて480MPa以降で不連続な変化が見られたが、これは圧力誘起の結晶化に起因する。一方で加熱処理したものについてはそういった不連続な変化は見られなかった。非特許文献１によると、非晶質炭酸カルシウムの含水量が少ないほど結晶化圧力は増加すると報告されている。加熱未処理のものが水分量16%であるのに対して80℃、150℃および200℃で加熱処理した試料はそれぞれ水分量が10%、5%および3%であった。つまり、加熱処理したものは、水分量が減少し、結晶化圧力が高くなったため、結晶化に起因する不連続な変化が見られなかったものと考えられる。この結果から、加熱処理などによって非晶質炭酸カルシウムの含水量を調整することで、単調にピークシフトする圧力範囲を広範囲化できることが示された。また、結晶化に起因する不連続な変化を除いては、ピークのシフト量に関する加熱処理の影響は見られなかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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