Characterization of Sonochemical Reactors by an Electrochemiluminescent Probe

水に超音波を照射すると，キャビテーションの作用によりヒドロキシルラジカル（ • OH）や過酸化水素（H₂O₂）などの活性酸素種が生成され，それらが種々の化学作用をもたらす．本研究ではルミノールの電気化学発光反応（electrochemiluminescence ; ECL）を用いて超音波反応場の化学作用を評価する新しいアプローチを提案した．28，45，100，490 kHzの各周波数の超音波を水溶液に照射し，生成したH₂O₂をECLによって測定した結果，ECLの強度は照射時間に依存して増大し，超音波の周波数が高いほど超音波反応効率（SE値）が大きいことが分かった．超音波反応場で生成した • OHは一般的に反応性が高く，他のラジカル捕捉剤が存在しない場合，ラジカル同士が速やかに再結合し，最終的にはより安定なH₂O₂となり，ECLにより定量されていると考えられる．ECL法で測定したSE値は，従来のWeissler法（ヨウ化カリウムを用いる方法）の結果と良好な相関関係があり，本法の有用性が認められた．更に，光ファイバーを用いた三電極複合型のECLプローブを開発し，ロックイン検出の手法により490 kHz超音波反応場中における活性酸素種のin situ検出に成功し，キャビテーションの閾値や反応場におけるキャビテーションの空間分布に関する情報を測定できた． The generation of cavitation through ultrasonic waves can lead to the formation of reactive species, such as • OH and H₂O₂ in aqueous liquids. These short-lived species are capable of effecting secondary oxidation or reduction reactions, which are referred to as sonochemical reactions. This paper reports a new method of cavitation diagnostics with an electrochemiluminescence (ECL) optical sensor for studying any sonochemical activity induced by ultrasonic cavitation. This system has been successfully employed to determine the actual rate production of H₂O₂ and the sonochemical efficiency (SE value) in different sonochemical reactors with frequencies of 28, 45, 100 and 490 kHz, respectively. The SE values were in excellent agreement with results evaluated by potassium iodide (KI) dosimetry. Because of the high sensitivity of this method, the potential modulated ECL sensor was capable of measuring the hydroxyl radical production (in this case hydrogen peroxide) in situ, so as to obtain the spatial distribution of cavitation generated in the ultrasound field.