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J. Jpn. Soc. Soil Phys.
土壌の物理性

Miscellaneous

No. 133, p.37 ∼ 40 (2016)「高分子と水 · 分離に関する研究会

2015 年度界面動電現象研究会」の開催報告
および組織としての界面動電現象研究会の紹介
山口敦史 1

Report of the seminar on electrokinetic phenomena
and introduction of the electrokinetic society of Japan
Atsushi YAMAGUCHI1

ら, 2014）．論文中で Reuss は，電場にさらされた石英砂

1. はじめに中を純水が移動すること，粘土懸濁液が電場にさらされると粘土が移動することを報告している．これは，現在

本稿では，まず，歴史的な背景を踏まえながら界面動でいうところの電気浸透と電気泳動の発見であり，界面電現象と土壌物理の関係について述べる．その後，2016

動電現象の科学的な起源である．つまり，界面動電現象

年 3 月 11 日に開催された「高分子と水 · 分離に関する研の研究は土を対象として始まったと言える．

究会および 2015 年度界面動電現象研究会 ∼ 不均一な高さらにイオン交換現象の発見も土壌学の分野で行われ分子 · コロイド界面の物性と凝集 ∼ 」の概要と当日の様た．1850 年，イギリスの農場主の Thompson は，硫酸子について報告する．さらに，もう 1 つのトピックとしアンモニウム水溶液が土を通過すると硫酸カルシウムて，本研究会の共催団体のひとつである界面動電現象研が含まれるようになることを発見した（足立 · 岩田編,

究会について紹介する．研究会の発足の経緯や活動はユニークであり，研究会運営の 1 つの事例として紹介する

2003）．Graham の弟子で化学相談員をしていた Way は，Thompson からこの話を聞き，追加の実験を行った．そ価値があると思われる．本稿では，大学院生（筑波大学こで，アンモニウムだけでなくナトリウムやカリウムも大学院修士課程）である筆者の視点を織り交ぜながら，カルシウムに交換されることを突き止め，論文として報以上の内容についてまとめる．

告した．これがイオン交換現象の発見であり，1935 年にイオン交換樹脂が開発される以前から土の科学者の間

2. 界面動電現象と土壌物理
界面動電現象は，電荷をもつ表面近くの流体運動に伴う現象，と緩く表現される（Wall, 2010）．界面動電現象を測定 · 解析することで，実用上重要な物質の表面近傍の電位を表すゼータ電位が求められる．そのため，界面動電現象は，コロイド粒子の凝集分散や界面への物質の吸着を予測 · 評価する際に用いられ，環境，食品，製薬，塗料など多岐に渡る分野に応用されている．
コロイド化学と結びついて発展を遂げた界面動電現象の研究であるが，その歴史は古く，発見は 200 年以上前に遡る．1809 年ドイツ出身でロシアのモスクワ大学で研究していた Reuss は，1798 年に開発されたばかりのボルタ電堆を用いた 2 つの実験を論文にまとめた（小林では研究されてきた．イオンの電離の概念が 1884 年にArrhenius によって提唱され，1886 年に van’t Hoff の実
験により確かめられたことや，変異荷電の概念が 1920年代になって Anderson と Mattson によって示された時代背景を鑑みると，当時 Way らの結果に懐疑的な姿勢を示す人がいたことも頷ける．ところで，Way の師匠である Graham は膜を用いた透析のパイオニアでありコロイド化学の創始者と言われる化学者である．界面科学に関わる重要な 2 つの概念が同じルーツであることは興味深い．このように歴史的な背景をたどれば，土壌学，コロイド化学，膜分離は深いつながりがあり，互いに影響を与えながら発展してきたことがわかる．
現在，土壌物理の分野においても界面動電現象が用いられている．最近，筆者の所属する研究室では，不飽和砂中のコロイド輸送をゼータ電位と結びつけた研究

1 Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of（Fujita and Kobayashi, 2016）や，土壌の透水性の変化とTsukuba,, 1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japan. Corresponding author : 山口敦史，筑波大学 生命環境科学研究科
2016 年 6 月 7 日受稿 2016 年 6 月 10 日受理

土のゼータ電位を結びつけた研究（山田ら, 2015）を報告している．また, 2015 年の界面動電現象研究会では「不均一」がキーワードであったが，土壌はまさに不均一で土壌の物理性

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Photo 1

第 133 号

講演中の会場の様子．

Photo 2

(2016)

小林先生の講演の様子．

ある．土壌中の粘土と腐植などの複合体はもちろん，粘内容や応用に関する発表が主であった．とくに最初の 3

土や腐植単体であっても異種の荷電を有し，溶媒への親名の講演は研究発表の色が濃く，感温性高分子の帯電メ和性も異なる不均一な表面を持つ．したがって，界面動カニズムや，ポリイオンコンプレックスの凝集分散，水電現象を通して不均一な表面の電気的な性質を評価する

和水とレオロジーといった重要かつ面白いテーマが並んことは，土壌中の物質移動の予測 · 制御につながるため，でいた．最後の講演者であった武田真一先生は企業側か土壌物理においても重要であろう．

らの視点をとり入れ，コロイドの凝集分散や測定機器について実用的な話をされた．午後の講演では，研究の主

3. 界面動電現象研究会（2015 年度）の題も背景も異なる 4 名の講演の中に，「水和水の評価」な開催報告

ど共通の話題がところどころに現れたことはこの分野の課題を浮き彫りにしているように思われ，今後研究が発3.1 研究会の概要展していく予感がした．

「高分子と水 · 分離に関する研究会 2015 年度界面動電

話は少し逸れるが，1 人目の講演者はもともと東京理科現象研究会」は 2016 年 3 月 11 日に筑波大学 東京キャン大学名誉教授の大島広行先生の予定であった．しかし，パスにて開催された（Photo 1，Photo 2）．研究会の目的

大島先生が Khwarizmi International Award を受賞し，そは，高分子やコロイド粒子の界面の物性や凝集というミの授賞式へ参加することになったため，急遽足立泰久先クロな現象の視点から，環境や生体などマクロな現象を生が代わりを務めることになった．筆者は，有難いこと把握 · 理解することである．6 人の講演者を迎えて開催に研究会の直前に大島先生の集中講義を受けており，大された研究会には，アカデミック · 企業の研究者，学生島先生と足立先生の両方の話を聞くことができた．同じを合わせて約 90 名が参加した．研究会の主催は高分子スライドを用いたプレゼンであるにも関わらず，理論の学会 高分子と水 · 分離に関する研究会であり，土壌物理話が中心な大島先生と実験的な研究を踏まえた足立先生

学会，界面動電現象研究会，筑波大学，筑波大学リサーの講演はそれぞれに特徴があり，2 人の研究の過程や同チユニット生物資源コロイド工学が共催している．

一の対象への視点の違いが実感を持って感じられた．

2015 年度の主題は「不均一な高分子 · コロイド界面の物性と凝集」であった．前年度（2014 年度）の主題が3.3 最近の研究会の流れと将来の展望

Table 1 に講演者と講演題目をまとめた．午前中はコ2013 年度まで界面動電現象研究会は同名の界面動電現象研究会が主催で行われてきた．2014 年度から高分子学会 高分子と水 · 分離に関する研究会が主催するようになり，この 2 年間は参加者の数が急激に増加している．筆者の覚えている限りでは 2013 年度は参加者が 30人に満たず，会場も小さかった．その後，2014 年度には50 人を超え，2015 年度には 90 人近くが参加した．とくに，2015 年度には企業からの参加者が増加したことが特ロイド化学の基礎的な内容から始まり，最新の研究動向徴的であった．この人数の増加には，参加費の安さなどへの橋渡しが行われた．具体的には，コロイド粒子の凝様々な要因が考えられるが，講演内容の変化の影響が大集分散を記述する基礎的な理論である DLVO 理論の導きいように思われる．2013 年度には研究成果の発表が出から始まり，DLVO 理論の成功と限界について解説が主であり，研究に関する議論が行われていた．それに対なされた．さらに，本来 DLVO 理論が対象としない不均し，2015 年度には基礎的な内容から始まり最新の研究

一な表面をもつコロイド粒子の凝集分散について，最新や応用に至るまで扱うようになり，バランスよく勉強での研究が紹介された．午後の講演は講演者の最近の研究きるようになった．加えて，実用的に重要な不均一な界「不均一なコロイド界面の物性と移動現象」であったことを考えると，ここ 2 年間は「不均一」な界面をテーマにしている．研究会では，コロイド化学の基礎の解説から始まり，不均一な界面に対する最新の研究成果の紹介と実用的な応用例が示された．

3.2 講演内容資料：「高分子と水 · 分離に関する研究会」の開催報告および組織としての界面動電現象研究会の紹介

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Table 1 講演者と講演題目．
題目

演者

所属

DLVO 理論とその発展：ハード界面からソフト界面へ大島広行

東京理科大名誉教授

ゼータ電位からコロイドの凝集分散を考える：有効性と限界小林幹佳

筑波大

佐藤

東京工業大

感温性高分子の相分離に伴うゼータ電位発生と親水性高分子添加効果

満ポリイオンコンプレックスの凝集

小川 和義

筑波大

誘電緩和法による水溶性高分子が示す水和数の温度依存性

四方俊幸

東京農工大

武田真一

武田コロイドテクノコンサルティング

セラミックス粒子濃厚分散系における高分子および溶媒分子の動的挙動とコロイド振動電流（CVI）

面について 2 年連続で扱ったことも参加者の増加につな「5th International Conference Interfaces Against Pollutionがったものと考えられる．今後は学生の参加者，とくに(IAP) 2008」が開催され，界面動電現象に関わる多くの筑波大学以外の学生の参加者の増加にも期待したい．

研究者が集まった．しかし，学会終了後には互いの交流2015 年度の研究会において印象的であったこととしが希薄になってしまった．このことをもったいないと考て，武田先生が講演中に，アカデミックな研究者の方にえた参加者がいたことが挙げられる．これらの背景のもは濃厚コロイド分散系の界面動電現象に関する研究例をと，ELKIN 終了後も界面動電現象に関わる研究者の交増やしてほしい，という内容を述べていたことである．

流を維持し，研究を促進する目的で界面動電現象研究会

筆者にとっては，企業の方からアカデミックの研究者にが発足した．

向けて，応用につなげるために必要な基礎研究を要請し発足後の界面動電現象研究会の主な活動は，毎年 3 月ているのは新鮮であった．学生の立場ではなかなか企業に開かれる「界面動電現象研究会」と，7 月末頃に開かの方の話を聞く機会が得られない．今回の界面動電現象れる「サマースクール」の企画 · 開催である．サマース研究会では，アカデミックと企業どちらからも話が聞けクールについては筑波大の足立研が主催していた頃からたことは有意義だった．今後も，企業や社会的な要請の合わせて 10 回，界面動電現象研究会については研究会が立場から見た，いま必要とされている研究についての話発足してから毎年続けられてきたことは驚くべきことでが聞けたら参考になる．

ある．研究室の先輩方の苦労がしのばれる．このほかに界面動電現象研究会の活動として，不定期に学術雑誌の4. 組織としての界面動電現象研究会出版も行っている．昨年には界面動電現象研究会の会員が中心となり，Advances in Colloid and Interface Science

4.1 研究会の概要と発足からこれまでの活動（Elsevier）に特別号が出版された．普段の活動は，年に界面動電現象研究会は，コロイド粒子の電気泳動や凝数回，メーリングリストにて研究会などに関する情報提集分散，高分子の物性や吸着などの界面動電現象に関わ供を行う緩やかな繋がりである．しかし，セミナーなどる様々な現象を研究することで，土壌保全，海洋の物質には毎回研究会から 10 人程度の研究者が参加している．

循環の予測，生体膜の機能の解明など，多岐に渡る分野

4.2 これからの活動への応用を目指す研究会である．会長は大島広行先生がこれからの界面動電現象研究会の活動の主軸は，これ務め，アカデミックと企業の研究者を合わせて 100 人以までの活動を踏襲し，毎年 2 回のセミナー · シンポジウ

上の研究者が所属している．

ムを継続して開催することだと思われる．ところで，サ界面動電現象研究会発足の端緒は 2009 年 3 月に筑マースクールは毎年 7 月末頃に開催されるシンポジウム

波大学にて開催されたシンポジウム「Electrokinetics forであり，海外の研究者の依頼講演なども行っている．例

Nano, Bio, and Environmental Science」である．このシンポジウムは 2012 年に筑波での開催が予定されていた「The 10th International Symposium on ElectrokineticPhenomena（ELKIN）」の Pre-seminar として位置づけら年，筑波大学リサーチユニット生物資源コロイド工学とれる．このときの総合討論での議論を基にして界面動電わっている．これは，サマースクールのひとつの試みで現象研究会（The Electrokinetic Society of Japan）が発足あり，学生の立場からすると慣れない作業に大変なことした．その背景には以下の 2 つの要因があったようでもある反面，シンポジウムの運営を知る貴重な機会にもある．1 つ目の要因として，界面動電現象を扱う研究会なっている．

共催している．講演内容は研究発表の割合が大きく，一般講演として毎年数名の学生が発表している．また，年によって貢献の度合いは異なるが，毎年学生も運営に携として世界には ELKIN があるのに対して，当時の日本直近の内容だけ見れば，基礎から応用まで扱いバランには対応する研究会が存在しなかったことが挙げられスのとれた界面動電現象研究会に対して，サマースクー

る．2 つ目の要因としては，2008 年に京都にて国際学会

ルの方が研究発表の側面が強い．今後この傾向が続いて

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第 133 号

(2016)

いくかどうかはわからないが，毎年特徴の異なる研究会

るだけの場ではなく，様々な分野の研究者の方と交流しが開催されることは，界面動電現象を様々なレベルで理たり，企画や運営の進め方を学ぶ場になっている．今後解し，周辺分野へと興味を広げる機会を与えてくれる．

も，多くの方が界面動電現象研究会に参加し，界面動電今後は，講演後の質疑応答としてだけではなく，参加者現象に関わる現象の理解や，研究者間の交流が促進され同士の情報交換がより活発に行われるようになることをることを期待している．

期待したい．

最後に，大学院生でありながらこのような場に報文を

宣 伝 に な る が ，2016 年 7 月 29 日（ 日 ）に「 界 面書く機会を与えてくださった土壌物理学会，足立泰久教

動電現象研究会 2016 年サマースクール」が筑波大学授，ならびに指導教員である小林幹佳准教授に厚く御礼で 開 催 さ れ る ．今 年 は 微 生 物 な ど バ イ オ コ ロ イ ド に申し上げます．

着 目 し て お り ，キ ー ワ ー ド は 界 面 動 電 現 象 、マ イ クロ フ ル ー デ ィ ク ス 、バ イ オ コ ロ イ ド 、フ ロ キ ュ レ ー

引用文献

ション、コロイド物理学となっている．執筆時にはまだ 開 設 さ れ て い な い が ，詳 細 は 界 面 動 電 現 象 研 究 会（http://www.envr.tsukuba.ac.jp/˜colloid/ELKIN.html）もしくは筑波大学リサーチユニット 生物資源コロイド工

足立泰久, 岩田進午編 (2003): 土のコロイド現象, pp. 1–14. 学会
出版センター, 東京．

学（http://www.agbi.tsukuba.ac.jp/˜colloid/research-unit/

Wall, S. (2010): The history of electrokinetic phenomena.

seminar.html）のホームページにて確認できるようにな

Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 15: 119–124. doi:10.1016/

る予定である．

j.cocis.2009.12.005.
小林幹佳, 杉本卓也, 山田健太, チエン, ダックパム, 本荘雄太

5. おわりに(2014): 土壌と界面電気現象 3. 界面動電現象とその利用. 日

界面動電現象研究会では，様々な背景を持つ研究者がFujita, Y. and Kobayashi, M. (2016): Transport of colloidal

集まり，界面動電現象を中心として多岐に渡る分野に

silica in unsaturated sand: Effect of charging propertiesof sand and silica particles. Chemosphere, 154:179–186.

ついて議論がなされている．この研究会に参加することは，ともすると自分の研究のみにしか目が行かなくなりがちなときに，界面動電現象の可能性を再確認させ，様々な分野へと目を向ける機会を与えてくれている．また，組織としての界面動電現象研究会が関わるサマース
クールと界面動電現象研究会は，研究発表を聞き勉強す

本土壌肥料学雑誌, 85: 251–258.

doi:10.1016/j.chemosphere.2016.03.105.
山田健太, 小林幹佳, 藤巻晴行 (2015): 土壌コロイドの界面化学特性が表面流出に及ぼす影響. 平成 27 年度 農業農村工学会
大会 講演要旨集, pp. 494–495.