4 0 0 0 OA 核生成
核生成は物質形成の始まりであり、物理的、化学的なメカニズムの解明は多分野にまたがる非常に重要な課題である。本研究では、1)気相からの核生成実験、2)計算機シミュレーション、3)核生成の透過電子顕微鏡(TEM)中その場観察実験の3つのアプローチを行うことで、核生成と前駆体のかかわりを直接的に示すことを目的としている。本年度は、それぞれに関して、以下に記す実績が得られた。1)気相からナノ粒子が生成する場合であっても、初めに生成したクラスターが成長ユニットとなり、方位をそろえて接合しながら成長することで、最終生成物が形成することが分かった。結晶成長分野で最近注目されている多段階核生成の解明に迫る成果であり、論文としてまとめてNanoscaleに報告した。2)昨年成功した、最大1500万の希ガス分子(Lennard-Jones分子)を用いた長い待ち時間の計算による、気相から過冷却液滴への核生成と液滴からの結晶化という多段階核生成過程の再現をまとめ、Physical Review Eに報告した。3)コンクリートの劣化を防ぐ為に使われるシリカ粒子と水酸化カルシウム溶液を用いて単純化したコンクリート化の初期過程のTEM中その場観察実験を行った。その結果、まずシリカ粒子の膨潤によってコンクリート内の細孔が埋められていき、その後、カルシウムケイ酸塩水和物が形成して粒子同士をつないでいくことで固化が進むプロセスを捉えた。わずか0.03 nm/秒というシリカ粒子が膨潤する典型的な速度の実測にも成功した。溶液セルを用いたTEMその場観察実験により、他の手法では殆ど不可能である個々のナノ粒子の水和による膨潤や溶解、成長の微小な速度を求めることが可能になった。本成果を論文としてまとめ、Industrial & Engineering Chemistry Researchに報告した。
1 0 0 0 コランダムに添加したベリリウムの拡散挙動
- 著者
- 奥山 宗之 川野 潤 宮田 雄史
- 出版者
- 宝石学会(日本)
- 雑誌
- 宝石学会(日本)講演会要旨
- 巻号頁・発行日
- vol.28, pp.7, 2006
今日では、サファイアの熱処理は一般的に行われている。特にベリリウムを添加したパパラチャ・サファイアが市場を混乱させたことは記憶に新しい。現在の所、これらの熱処理はサファイアの融点直下で行われていると信じられており、鑑別もこのような高温での処理を前提としている。しかし、さらに低い温度での熱処理がなされ、これが鑑別をすり抜けている可能性は否定できない。<BR> そこで、本研究ではサファイア中での添加元素の拡散定数を求めることによって、試料中での当該元素の濃度分布を測定することにより、処理温度、時間を推定するなどの新しい鑑別手段を提供するための基礎データの収集を試みた。<BR> 前述のパパラチャ・サファイアを想定して、添加元素としてBeを選択した。 ただしBeは毒性が高く、実験を行う際に危険を生じる可能性がある。そこで本研究では、ベリリウムの拡散について、まず分子動力学法(Molecular Dynamics、以下MD)を用いたコンピューターシミュレーションを行った。MDは、費用もかからず危険性も無いだけでなく、原子レベルでBeの拡散挙動を知ることが出来る。さらにこの結果を用いれば、効率的に実験条件を設定することが可能であるため、シミュレーション結果に基づいて高温路炉における実験を行い、総合的にコランダムにおけるBeの拡散挙動を調べた。<BR> MD計算を行うにあたっては、新たにAlおよびBe原子に働く力のパラメーターを導出した。このパラメーターは、コランダム(α‐Al2O3)、ブロメライト(BeO)とクリソベリル(BeAl2O4)の物性を精度よく再現する。このパラメーターを用いて、コランダム中にBeを添加した系でMD計算を行ったところ、融点直下の2000℃付近のみでなく、約1000℃までBeが拡散した。<BR> MD計算の結果より比較的低温でも拡散が起こりうる可能性があることが明らかになったので、800, 1000, 1200, 1450℃において市販のベルヌイ合成のホワイト・サファイアを酸化ベリリウムとともに加熱した。この結果、1450℃の加熱で色の変化を示した。この試料の組成分析を行った結果、実際にBeが拡散していることが確認された。<BR> これらの結果より、一般的な加熱温度(1800℃)より低温(1450℃)でもBeは拡散することが明らかになった。さらに、MD計算で求められたBeの拡散定数と、高温炉実験で得られた結果を比較すると、この実験系でのシミュレーションは有効であるとみなせる。この結果は、新たな鑑別手段としての可能性を示唆している。
1 0 0 0 新産地:モザンビーク産のルビー
最近、アフリカのモザンビーク産と称されるルビーを検査する機会が増えている。GAAJ-ZENHOKYOラボでも、実際の鑑別ルーティンで、2009年3月頃からこのようなモザンビークの新鉱山産であると考えられるルビーを見かけるようになった。今回はこれまで検査したモザンビーク産と思われるルビーの鑑別特徴について報告する。<BR>拡大検査では、タンザニアWinza産のルビーに見られるような顕著な双晶面や、液体-液膜インクルージョン、ネガティブ・クリスタル、透明および黒色不透明な結晶インクルージョン、および微小インクルージョンなどが見られた。表面近くに存在していた結晶インクルージョンをラマン分光分析および蛍光X線組成分析により同定した結果、最も一般的に見られる結晶は角閃石(パーガサイト)であることがわかったほか、アパタイトも確認された。<BR>赤外分光スペクトルには、3081cm-1と3309cm-1の吸収がペアになったブロードな吸収バンドが現れる。これらの吸収は、フラクチャー中に存在するベーマイトに起因する可能性があり、高温で加熱されたルビーにはこのような吸収バンドは現れない。顕著な3161cm-1の吸収ピークがタンザニア Winza産のルビーの赤外吸収スペクトルに特徴的に現れるように、このようなペアになった赤外吸収スペクトルは非加熱のモザンビーク産ルビーの識別に役立つと思われる。さらに、ベーマイトに起因すると考えられる2074cm-1と1980cm-1の弱い吸収が付随する場合もある。<BR>蛍光X線分析により化学組成を分析した結果、主元素であるAl2O3のほか、酸化物として0.3~0.8 wt%程度のCrと0.2~0.5 wt%程度のFeが検出された。このようなFeの含有量は、ミャンマー産やマダガスカル産などの非玄武岩起源のものよりも高く、タイ産のような玄武岩起源のものよりは低い。LA-ICP-MSによる微量元素の分析結果では、タンザニア Winza産のルビーの場合に比べ、Ti,V,Cr,Gaの含有量が高く、Feの含有量が低い事がわかった。<BR>モザンビーク産ルビーは、地理的地域が近接していることもあり、タンザニアのWinza産ルビーと類似した宝石学的特徴を有しているが、分光スペクトル及び微量元素分布を詳細に比べることによって両者の識別が可能であることがわかった。今回はこれに加えて、非加熱のモザンビーク産ならびにタンザニア産ルビーの原石を用いた加熱実験を試み、処理に伴う外観、内部特徴および分光スペクトルの変化などについても検証した。
1 0 0 0 OA 蛍光プローブによる炭酸塩鉱物の形成/溶解場の2次元可視化
- 著者
- 川野 潤 大澤 康太朗 豊福 高志 長井 裕季子 田中 淳也 永井 隆哉
- 出版者
- 日本地球惑星科学連合
- 雑誌
- 日本地球惑星科学連合2019年大会
- 巻号頁・発行日
- 2019-05-17
To understand the formation or dissolution mechanism of crystal in aqueous solution, it should be important to analyze the local condition of solution just around dissolving or growing crystal. Recently, we have succeeded to visualize the distribution of pH and ionic concentration around carbonate minerals dissolving in inorganic environment, by using the fluorescent probe. In the present study, we have tried to apply this technique to the formation process of calcium carbonate.Calcium carbonate was synthesized by the counter diffusion method, in which calcium chloride and sodium carbonate solutions were counter-diffused through an agarose gel matrix containing the fluorescent probe like 8-hydroxypyrene-1,3,6-trisul-fonic acid (HPTS). We observed under a microscope that pH in the middle part of gel first increased gradually with time and turn downward after crystals formed. The counter diffusion method with gel media for the carbonate synthesis has attracted attention as a valid tool in the study of biomineralization because the calcification sites in some organisms were recently suggested to have the features of a highly viscous sol or gel matrix. Therefore, the detail observation of the local condition around forming calcium carbonate in gel matrix could provide new insights into the knowledge of biomineralization mechanisms.