エチレングリコールオリゴマー水溶液の動的構造と緩和時間分布

水は生命にとって重要な物質で、他の物質に比べ特異な性質を示すことが知られている。 こらは水が分子間に働く水素結合により、氷の構造に似たクラスター構造を形成しているためと考えられている。 水の物性に関する研究は古くから行われているが、水の運動がGHz（ピコ秒）よりも高い周波数域に存在するため、 従来の実験方法では測定が困難であった。近年、開発された超高周波域誘電分光システムは、水の運動を十分観測できる。 これを用いることで、水や様々な水溶液のダイナミクスが観測されるようになった。しかし水の動的性質は十分理解されていない。

高分子水溶液中の水の誘電緩和曲線は、吸収曲線が対称に広がったCole-Coleの式で記述される。 一方、低分子量多価アルコール水溶液の誘電緩和は、吸収曲線が高周波側に広がった Kohlrausch-Williams-Watts(KWW)の式で記述される。高分子水溶液と低分子量多価アルコール水溶液における吸収曲線の対称性の 違いは水と溶媒分子の協同運動性の違いが反映されたものである。

本研究では、繰り返し単位数 が異なるエチレングリコールオリゴマー(EGO)水溶液の誘電測定を行い、 溶質分子の大きさと水の協同運動性について報告する。試料にはエチレングリコール(EG)、ジエチレングリコール(2EG)、 トリエチレングリコール(3EG)、テトレエチレングリコール(4EG)、ペンタエチレングリコール(5EG)、 ヘキサエチレングリコール (6EG)を10%-100%の水溶液に調製して、使用した。

得られた結果から、繰り返し単位数2以下のEGO分子は水分子と協同運動を行なえるが、 3EGよりも大きい分子では、水と溶質分子は協同的に運動できないことが解った。

• N. Shinyashiki, S. Sudo, W. Abe, and S. Yagihara "Shape of dielectric relaxation curves of ethylene glycol oligomer-water mixtures" J. Chem. Phys. 109(22), 9843-9847 (1998).