高周波数の超音波による霧化とその応用
～超音波照射による化学発光と化学反応の定量～
整理番号：2016-012
研究者名： 原田 久志（Hisashi Harada）
所 属： 理工学部 総合理工学科 生命科学・化学系 教授
専門分野： 物理化学、機能物質化学、機能材料・デバイス、触媒・資源化学プロセス、光電気化学
キーワード： 超音波、高周波、超音波霧化、ソノルミネッセンス、ソノケミカル反応
研究概要
近年、超音波を化学反応系に照射する方法、即ちソノケミカル反応、により化学反応を促進する方法が注目されています。また、周波数が1MHz以上の高周波数の超音波は、溶媒を盛んに霧化することが知られており、加湿器やネブライザー注）などとして、日常生活にも取り入れられています。周波数2.4MHzの超音波霧化器を使用した一部の例を紹介します。
- 超音波霧化器を図1に示します。超音波を照射することにより、霧化現象が現れることが分かります（図2）。
- ルミノールのアルカリ溶液に、2.4 MHzの超音波を照射し、暗箱内で発光を観察しました（図3）。超音波を照射するとルミノールと反応する過酸化水素が生成され、超音波照射時のみ化学発光が観察されることが分かります。
- ヨウ化カリウム（KI、0.1 mol/L）水溶液に、超音波照射すると、発生するヒドロキシラジカル（・OH）による反応で、355 nm付近に吸収（生成I3-による発色）が現れることが分かります。
注）：喘息患者が薬剤を経口吸入するための器具
図1 2.4 MHz超音波発生装置
霧化能力：250 mL±50 mL/h
図2 超音波霧化実験 反応溶液は底面の振動子と直接接触
図3 ルミノールのアルカリ水溶液からの化学発光
発生する過酸化水素との反応による発光
図4 ヨウ化カリウム発色反応
応用例・用途
- 高周波数の超音波を利用することにより、霧化させることで、アルコールなどの揮発性物質を濃縮する技術を確立できます。
- 各種の超音波を化学反応に利用することで、反応時間の短縮や収率の向上が図れます。
研究設備
- ソノケミカル反応装置
- ソノルミネッセンス観測装置
- 超音波霧化装置