Ion effects on the structure of water studied by terahertz time-domain spectroscopy

テラヘルツ分光法で観た水の溶液構造に対するイオン効果

近藤 正人; 大島 康裕*; 坪内 雅明

Kondo, Masato; Oshima, Yasuhiro*; Tsubouchi, Masaaki

イオンの溶解が水の構造に与える影響を解明することは古くから関心が持たれてきた研究テーマである。本研究ではテラヘルツ分光法を用いて種々の水溶液の誘電率の周波数依存性(誘電分散)の違いを調べることで、イオンの溶解が水全体の構造に与える影響を明らかにすることを試みた。得られた水溶液の誘電分散には溶存イオンの違いによる変化が観測されたほか、高周波数領域で純水に比べて増加する様子が見られた。これらの事実は従来知られる水の運動の「水和による減速効果」だけでは説明できず、「イオンが溶液全体の水素結合構造を崩壊させたことによる加速効果」が現れたことを反映する。この構造崩壊効果について本結果を基に考察した。

We have investigated dielectric relaxation in aqueous ionic solutions by terahertz time-domain spectroscopy to elucidate the ionic hydration effect on the water structure. In the low frequency region ( 1.0 THz), the dielectric spectra decreased in amplitude with decreasing size of dissolved cations, which indicates the deceleration effect of water within the hydration shell. On the other hand, in the high frequency region (1.0-1.8 THz), the spectra increased in amplitude as compared to that of pure water. This finding indicates dissolved ions weaken the hydrogen bonding of water in ionic solution and induce the structure breaking effect beyond the hydration shell.