Kinetics of structural changes in starch retrogradation observed by simultaneous SANS/FTIR-ATR measurements

平田 芳信*; 金子 文俊*; Radulescu, A.*; 西津 貴久*; 勝野 那嘉子*; 今泉 鉄平*; 元川 竜平; 熊田 高之; 中川 洋

Journal of Applied Glycoscience, 72(1), p.7201102_1 - 7201102_9, 2025/02

https://doi.org/10.5458/jag.7201102

SANS/FTIR-ATR同時測定システムを用いて、逆分解過程におけるジャガイモデンプンの複数の構造変化を記録した。SANSパターンでは、肩のようなピークが時間とともに顕著になる。二重らせん構造が整然と並んだ量を示すピーク強度Imaxは時間の経過とともに増加し、レトログラデーションによってデンプンがナノスケールで整然と再構築されたことが示された。FTIR-ATRスペクトルでは、1042cmと1016cmの吸収の比率が増加し、デンプンの短距離秩序構造の量が逆行分解中に増加したことが示された。の平衡値の半分を得るまでの時間は、Imaxのそれよりも大きかった。デンプンの短距離秩序構造の変化は、ナノ構造の変化よりも先に収束することが観察された。これらの結果は、二重らせん構造がアミロペクチン側鎖によって最初に形成され、その後、これらの二重らせん構造が整然と配列することを示している。

Low-background ultrahigh-purity aluminium window for small-angle neutron scattering using monochromatic cold neutrons

熊田 高之; 元川 竜平; 岩瀬 裕希*

Journal of Applied Crystallography, 57(Part 3), p.728 - 733, 2024/06

https://doi.org/10.1107/S160057672400373X

We found that intensity of small-angle neutron scattering (SANS) from ultrahigh-purity aluminium (5N-Al) was lower than that from aluminium alloys by a factor of 40 in maximum, and thus replaced a 500 mm-diameter aluminium alloy neutron window by the 5N-Al window at SANS-J. We succeeded in decreasing the intensity of background in range of the magnitude of scattering vector Q between 0.02 and 0.2 nm by a factor of 10 in maximum. This result indicates that, the 5N-Al window, which is made thicker to compensate lower tensile strength, generates much lower background than the aluminium alloy windows. The 5N-Al window is suitable for large-diameter neutron window in SANS diffractometers and windows in their environmental apparatus, which cannot be made of single crystalline silicon due to its poor fracture strength, processability, and/or affinity with metallic materials.

スピンコントラスト変調中性子小角散乱を用いた急冷濃厚糖溶液中に生成するナノ氷結晶の観測

熊田 高之; 中川 洋; 三浦 大輔; 関根 由莉奈; 元川 竜平; 廣井 孝介; 稲村 泰弘; 奥 隆之; 大石 一城*; 森川 利明*; et al.

波紋, 34(2), p.50 - 53, 2024/05

本研究では、スピンコントラスト変調小角散乱法を用いてグルコース濃厚糖溶液を急冷すると氷結晶は平面上になり、その厚みは氷晶生成臨界半径と同程度の数ナノメートルしかないことを明らかにした。本研究は、グルコース分子が氷結晶の特定面に付着してその方向の成長を完全に止めてしまうことを示唆している。

New standard for low temperature sample environment at JAEA/JRR-3

金子 耕士; 田端 千紘; 萩原 雅人; 山内 宏樹; 大場 洋次郎; 熊田 高之; 久保田 正人; 児島 佑樹*; 生田目 望; 佐々木 未来; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 41, p.011015_1 - 011015_6, 2024/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.41.011015

We will introduce our recent update on low temperature system for neutron diffraction experiments. This is characterized by advantages such as liquid He free and sophisticated automatic temperature control functions, which can be a new standard for low temperature and high magnetic field experiments of neutron scattering.

Structural changes of polystyrene particles in subcritical and supercritical water revealed by in situ small-angle neutron scattering

柴田 基樹*; 中西 洋平*; 阿部 淳*; 有馬 寛*; 岩瀬 裕希*; 柴山 充弘*; 元川 竜平; 熊田 高之; 高田 慎一; 山本 勝宏*; et al.

Polymer Journal, 55(11), p.1165 - 1170, 2023/11

https://doi.org/10.1038/s41428-023-00817-1

Marine ecosystem degradation due to micro plastics is a significant environmental problem, as acknowledged by Sustainable Development Goal 14. Decomposition of plastics using near critical or supercritical water is one of the promising methods to reduce micro plastics. To attain the optimization of the method for improving environmental friendliness, it is necessary to clarify the structural change of materials during the process. We, thus, investigated the decomposition processes of polystyrene particles dispersed in deuterated water (DO) during heating under near critical or supercritical conditions by using in situ small-angle neutron scattering. Under subcritical conditions, the PS particles were swollen by DO due to increased compatibility with temperature. Near the critical point in subcritical conditions, the cleavage of PS chains in the particles occurred, so that the swollen ratio was much enhanced though the PS particles kept their shapes. In a supercritical condition, the PS particles were degraded into oil including oligomers or monomers and the phase-separated structures with styrene-rich and DO-rich regions.

Heterogeneous aggregation of humic acids studied by small-angle neutron and X-ray scattering

斉藤 拓巳*; 元川 竜平; 大窪 貴洋*; 三浦 大輔*; 熊田 高之

Environmental Science & Technology, 57(26), p.9802 - 9810, 2023/07

https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02028

Aggregation of humic acids (HAs) were studied by small-angle neutron and X-ray scattering techniques. The combination of these techniques enables us to examine aggregation structures of heterogeneous HA particles. Two HAs with distinctive compositions were examined; a commercial HA (PAHA) and a HA extracted from deep sedimentary groundwater (HHA). While macroscopic coagulation tests showed that these HAs were stable in solutions except for HHA at pH 6, small-angle neutron scattering (SANS) and X-ray scattering (SAXS) revealed that they formed aggregates with the sizes exceeding sub-micrometer length scale. The SAXS curves of PAHA remarkably varied with pD, whereas the SANS curves did not. With the help of theoretical fittings, it was revealed that PAHA aggregates consisted of two domains: poorly hydrated cores and well-hydrated proton-rich shells. The cores are (dis)aggregated with pD inside the aggregates of the shell. The SANS and SAXS curves of HHA resemble each other, and their intensities at low q increased with a decrease of pD, indicating the formation of homogeneous aggregates. This study revealed that distinctive aggregation behaviors exist in humic substances with heterogeneous structures like PAHA, which is invaluable for their roles in the fate of contaminants or nutrients in aqueous environments.

Structure analysis of a buried interface between organic and porous inorganic layers using spin-contrast-variation neutron reflectivity

熊田 高之; 三浦 大輔*; 阿久津 和宏*; 大石 一城*; 森川 利明*; 河村 幸彦*; 鈴木 淳市*; 奥 隆之; 鳥飼 直也*; 新関 智丈*

Journal of Applied Crystallography, 55(5), p.1147 - 1153, 2022/10

AA2021-0903.pdf:1.06MB

https://doi.org/10.1107/S1600576722007506

スピンコントラスト変調中性子反射率法は一つの試料一つのビームラインから複数の反射率曲線が得られる手法である。我々はその特徴を生かしてメチル化ポリシラザンから作られた多孔質シリカ界面においてアクリルウレタン樹脂は多孔質体内に入り込まないことを見出した。

Development of spin-contrast-variation neutron powder diffractometry for extracting the structure factor of hydrogen atoms

三浦 大輔*; 熊田 高之; 関根 由莉奈; 奥 隆之; 高田 慎一; 廣井 孝介; 岩田 高広*

J-PARC 22-02; J-PARC MLF Annual Report 2021, p.6 - 7, 2022/03

https://mlfinfo.jp/_src/resource/PEPngy9XwF/MLF_AR2021.pdf

スピンコントラスト変調中性子粉末結晶構造解析法を用いてグルタミン酸結晶を測定したところ、水素核偏極度に応じて偏極中性子の回折ピーク強度がピークごとに大きく変化した。その変化を解析することにより水素原子間同士の相関関数および水素原子と他の原子との相関関数を抽出することに成功した。

偏極中性子によるスピンコントラスト変調法を用いた粉末中性子回折測定による分子性結晶中の水素原子位置情報の抽出

三浦 大輔*; 熊田 高之; 岩田 高広*

日本結晶学会誌, 63(4), p.287 - 293, 2021/12

https://doi.org/10.5940/jcrsj.63.287

スピンコントラスト変調粉末結晶構造解析法を開発した。本手法では、粉末結晶の偏極中性子散乱パターンの水素核偏極にともなく強度変化から結晶中の水素位置を決定することができる。我々はグルタミン酸粉末結晶を用いて本手法の原理実証実験に成功した。

SANS-JとPNOの紹介

熊田 高之; 元川 竜平; 中川 洋; 大場 洋次郎; 関根 由莉奈

波紋, 31(1), p.5 - 6, 2021/02

https://doi.org/10.5611/hamon.31.1_5

SANS-Jはナノからサブマイクロメートルの幅広い空間スケールの階層構造を決定することができる。その特徴の一点目は、速度選別機で切り出された高強度の中性子(10 neutrons/s/cm)を用いることができる。二点目は、試料と透過した全ての中性子は色収差の影響を受けることなくレンズを用いて検出器上に集光することができる。そのため、散乱角0.01に相当する波数Q=310 nmまでの散乱中性子を透過中性子と識別して検出し、実空間スケールでサブマイクロメートルの構造を決定することができる。三点目は、偏極中性子および偏極解析が使えることである。偏極中性子はマグネットと組み合わせて磁性体の磁気構造解析に利用できるほか、ソフトマテリアルにおいても偏極解析や後述するスピンコントラスト変調実験に利用することができる。PNOは、単色化結晶とアナライザー結晶の間に試料を挟んだBonse-Hart型熱中性子小角散乱装置である。その最大の特徴は、SANS-Jより一桁小さい最小波数310 nmまでの超小角散乱を測定し、実空間スケールで10um近くまでの構造を決定することができることである。