(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水のクラスターサイズの測定方法において、疎水物質を多孔質材料に吸着させる工程と、吸着させた疎水性物質を試験水中で固液界面に滲出させる工程と、その時の滲出液泡の高さを原子間力顕微鏡によって測定して、事前に求めておいた平均クラスターサイズと滲出液泡高さとの関係マップを参照してクラスターサイズを求める工程とからなることを特徴とする原子間顕微鏡による水のクラスターサイズ測定方法。
【請求項２】
請求項１において、疎水性物質を浸出させる工程が一定の温度で行われることを特徴とする原子間顕微鏡による水のクラスターサイズ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の特性解析のためのクラスターサイズ測定方法に関し、特に試験水中で微小液泡を膨張させ、その膨張度合いを原子間力顕微鏡によって精度よく、簡便にクラスターサイズを評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水のミクロ構造解析には、従来からＮＭＲ（核磁気共鳴）、Ｘ線回折によってなされている。また、浄水の面からその処理方法として、活性炭、無機多孔質材料またはミネラル含有物質を組み合わせて処理する工程が知られている。この場合に、セラミックス多孔体や多孔質硝子に水を透過した時に、水のクラスターサイズが小さくなり味の面でも改善されるが、このことは、水がある種の凝集集団として運動しており、この凝集力の大きさによってがナノオーダのクラスターサイズが変化することによる。
【０００３】
このように、水の反応媒体としての反応性がクラスターサイズによって影響を受けることから、水の構造敏感性はクラスターサイズによって支配されると考えられる。この分野の公知技術として特開平８−１１７５号公報には、浄水装置としてのまろやかで美味しい水の処理方法が開示されている。しかし、この方法においてもクラスターサイズの測定では、ＮＭＲによるスペクトルの線幅によって評価するもので、クラスターサイズを測定するものではない。
この公知技術のような、同一測定方法におけるスペクトルの線幅の相対的比較によって評価する方法においては、スペクトルの線幅の広いものでは、水のクラスターサイズが大きいと判定される。
【０００４】
一方、水のクラスターサイズのようにナノオーダの大きさの絶対値を測定する方法として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の適用が考えられる。このＡＦＭでは、数ミクロン平方領域から、さらに微小領域の観察（＝数十万〜数百万倍）が可能であり有利である。加えて、垂直分解能が非常に高い（＝０．１Å）ので、電子顕微鏡では検出不可能なナノオーダーの表面起伏形状を画像化できる。
通常のＡＦＭでは、測定データーから表面のコンタミによる外乱の影響を消去しないかぎり、その精度を向上させることが難しいという問題があった。特に原子間力顕微鏡においては電子顕微鏡では、検出不可能なナノメートルオーダーの表面起伏形状の測定が可能であるが、その部位がコンタミを受けていると場合にはその影響を分離することは不可能であった。
【０００５】
一般に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた材料表面の解析においては、特に微小部最表面に存在する元素の種類や、その化合状態は、材料の機能発現に直接関わるものであり、その把握は重要であって、特に水のクラスターサイズのような構造敏感性を精度よく、かつ迅速に状態分析ができるＡＦＭの活用が高まっている。
以上のように、ＡＦＭは電子顕微鏡では、検出不可能なナノオーダーの表面起伏形状の測定が可能であるが、その部位の水のクラスターサイズ、およびその分布状態を精度良く検出する技術開発が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記試験水中で微小液泡の膨張方法を検討し、多孔質材料または清浄単結晶に疎水性物質を吸着・滲出させ水分子の凝集力からクラスターサイズをＡＦＭで測定可能とする水のクラスターサイズ測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、水のクラスターサイズの測定方法において、疎水物質を多孔質材料に吸着させる工程と、吸着させた疎水性物質を試験水中で固液界面に滲出させる工程と、その時の滲出液泡の高さをＡＦＭによって測定して、事前に求めておいた平均クラスターサイズと滲出液泡高さとの関係マップを参照してクラスターサイズを求める工程とからなることを特徴とするＡＦＭによる水のクラスターサイズ測定方法によって達成される。
また、上記の目的は前記において、疎水性物質を浸出させる工程が一定の温度で行われることを特徴とするＡＦＭによる水のクラスターサイズ測定方法によっても達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
一般に、水の分子はミクロ的に束になって運動していることが、ＮＭＲ、Ｘ線回折等の状態分析から明らかにされている。このナノオーダーのクラスターの存在と、これによる水の特性改善が報告されている。その中で、水の特性（美味しさ、透過性、反応性等）は、含有成分のみでなく、クラスター構造と関連があると言われている。従って、前記水の解析では、従来の諸物性測定（ｐＨ、電気伝導率等）、含有成分分析だけでは不十分であり、さらには一歩踏み込んだ構造解析が重要である。
【０００９】
このような構造解析手法にはＸ線回折、ＮＭＲ等がある。しかし、これらは、(1)検出精度が悪く、微妙な構造差の検出が難しい、(2)測定時間が長く（〜約１日）、簡便でない等の点から、活用が難しい。これらの問題点を解決するために、本発明はなされたものである。本発明では、疎水液の膨張測定をＡＦＭを使用して可能とするものである。疎水液としては、ヘキサン、ベンゼン、クロロホルム等であればよい。その測定工程は、疎水性物質を多孔質材料または原子レベルで清浄な単結晶表面に吸着させ、これを試験水中に浸漬し、この疎水性物質を固液界面に滲出させる。この時の滲出液泡の高さまたは体積をＡＦＭ観察から求める。そしてその測定値から、事前に求めておいたクラスターサイズと滲出高さとの関係マップを参照して水のクラスターサイズを評価するものである。この時、多孔質材料としてはゼオライト等の細孔サイズが揃っていることが望ましい。
【００１０】
また、単結晶としてはマイカ、グラファイトのへき開面等が好ましい。後述の実施例からも、前記滲出工程の温度は一定であることが必要である。すなわち、本発明の原理としては、試験水の平均クラスターサイズが大きい方が、分子凝集力が大きいため、その圧力により、滲出液泡の高さ（体積）は小さくなることによるため、この時の温度条件として一定とする方が望ましい。
【００１１】
以上の本発明によれば、滲出液泡サイズは水のクラスターサイズに近いため、微妙な構造変化に敏感であることが期待でき、高精度の測定が可能となり、従来のＮＭＲ、Ｘ線回折では約１日要していたものを短時間（数分）で完了し、分析効率を向上し、かつ簡便性に優れている。
以下、本発明について実施例の図面を参照してさらに詳述する。
【００１２】
【実施例】
本実施例は、疎水液の膨張度測定に関するものである。図１（ａ）〜（ｆ）に本実施例の測定方法を示す。まず、図１（ａ）のように多孔質材料に疎水性物質としてヘキサンを蒸気発生器である密閉ガラス容器を使用して、高圧下での蒸気として吸着させた。すなわち、高圧下で疎水性物質（有機化合物の蒸気）を飽和吸着させ、内部で凝結させたものである。
この表面の状態を図２（ａ）に示す。疎水性物質３は、多孔質の数ｎｍ径の凹部に吸着されている。この時の多孔質材料としては、数ｎｍ径の細孔を有するゼオライトである。なお、図２（ｂ）は、別の実施におけるへき開面９の場合の疎水性物質３の吸着状況の模式図である。
【００１３】
次に、試験水２中に浸漬し、図１（ｂ）のように、疎水性物質３として疎水蒸気が液状で滲み出てくる。この時、図１（ｃ）に示すように、分子量小さい小クラスター水４では凝集力小さく疎水性物質３は大きくなる。一方、図１（ｃ）に示すように、分子量大きい大クラスター水５では凝集力大きく疎水性物質３は小さくなる。
次に、これらの被検体をＡＦＭによって図１（ｅ）および（ｆ）のように、疎水性物質３の大きさを試験水中２で、ＡＦＭ探針をスキャンさせることによって、原子間力の表面の凹凸から作用する斥力を画像化して測定することができた。その結果、小さいクラスターサイズである図２（ｄ）で、１〜２ｎｍ、一方、大きいクラスターサイズである（ｃ）では、３〜４ｎｍであることがわかった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度の測定が可能となり、また、クラスターサイズの分布を評価することを可能とし、かつ測定時間を極めて短時間（数分）で行うことができ、その設備も簡略で測定工程も簡便であり、測定効率が向上する。さらに、人体や物体に有害な電磁波を使用しない点からそれらの劣化を伴わなく測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１に係る測定を示す図で、（ａ）多孔質、単結晶、（ｂ）滲出工程、（ｃ）小クラスターサイズ、（ｄ）大クラスターサイズ、（ｅ）ＡＦＭでの測定、（ｆ）ＡＦＭでの測定を示す図である。
【図２】  本発明の実施例１に係る吸着工程を示し、（ａ）多孔質、（ｂ）単結晶の表面を示す図である。
【符号の説明】
１…多孔質、単結晶
２…試験水
３…疎水性物質
４…小クラスター水
５…大クラスター水
６…ＡＦＭ探針
９…へき開面
【図１】
0003757655.tif 000002
【図２】
0003757655.tif 000003