アガロースの水溶液における熱ゲル化に関する準弾性中性子散乱研究

アガロース水溶液中の水とアガロース分子のダイナミクスは、準弾性中性子散乱（QEN）によって研究されています。アガロース水溶液の動的構造因子S（Q、E）は、ローレンツ関数とデルタ関数の合計によく適合しました。前者は、水分子の拡散運動と後者はアガロース分子の局所振動運動に起因しています。水分子の自己拡散係数dは、ローレンツ関数の幅のQ依存性から得られ、アガロース分子の平均四方変位<U2>は、デルタ項の強度のQ依存性から得られました。冷却方向では、dと<u2>の両方が温度の低下とともに減少し、熱ゲル化温度（約314 k）の周りの不連続な変化を示しました。ただし、加熱方向では、dと<u2>は343 K未満の明らかな変化を示さず、大きなヒステリシス効果を示しています。<u2>とDの現在の結果は、熱ゲル化がポリマーの動きを抑制し、水分子の拡散を加速することを明らかにしました。SOL状態の水の拡散の活性化エネルギーEAは、バルク水と同じですが、ゲル状態のEAはバルク水よりも明らかに小さいです。

The dynamics of water and agarose molecules in an agarose aqueous solution has been studied by means of quasielastic neutron scattering (QENS). The dynamic structure factor S (Q,E) of the agarose aqueous solution was fitted well to the sum of the Lorentz and delta function. The former is attributed to the diffusive motion of water molecules and the latter to the local vibrational motion of agarose molecules. The self-diffusion coefficient D of water molecules was obtained from the Q-dependence of the width of the Lorentz function, while the mean square displacement <u2> of agarose molecules was obtained from the Q-dependence of the intensity of the delta term. In the cooling direction, both D and <u2> decreased with decreasing temperature and showed discontinuous changes around the thermal gelation temperature (around 314 K). In the heating direction, however, D and <u2> did not show the obvious change below 343 K, indicating a large hysteresis effect. The present results of <u2> and D revealed that the thermal gelation suppresses the motion of the polymer and accelerates the diffusion of water molecules. The activation energy Ea of the diffusion of water in the sol state is the same as that of bulk water, but the Ea in the gel state is clearly smaller than that of bulk water.