JP2013169532A - Photocatalyst performance evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可視光応答型光触媒の光触媒性能評価方法に関するものである。 The present invention relates to a photocatalytic performance evaluation method for a visible light responsive photocatalyst.
近年、建材等から放散されるホルムアルデヒドや揮発性有機化合物等による居住空間の空気質汚染が大きな社会問題となっている。このような居住空間における空気質汚染を浄化するための手段の一つとして、従来の光触媒のように紫外光に応答するだけでなく、可視光波長領域の光にも応答する可視光応答型光触媒が注目されている。すなわち、居住空間を構成する建材等に可視光応答型光触媒を使用し、蛍光灯等から光を照射することで汚染物質を分解除去する仕組みである。可視光応答型光触媒としては、例えば窒素ドープ型酸化チタンが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
In recent years, air pollution in living spaces due to formaldehyde, volatile organic compounds, etc. emitted from building materials has become a major social problem. As one of the means for purifying air pollution in such living space, a visible light responsive photocatalyst that responds not only to ultraviolet light as in the conventional photocatalyst but also to light in the visible light wavelength region. Is attracting attention. That is, it is a mechanism in which a visible light responsive photocatalyst is used for building materials constituting a living space, and contaminants are decomposed and removed by irradiating light from a fluorescent lamp or the like. As the visible light responsive photocatalyst, for example, nitrogen-doped titanium oxide has been proposed (see, for example,
このため、可視光応答型光触媒の光触媒性能をできるだけ正確に測定する方法の開発が望まれている。従来、可視光応答型光触媒の性能を評価する手段としては、主にメチレンブルーの酸化分解による濃度変化を測定する方法が用いられてきた（例えば、特許文献３参照）。 Therefore, it is desired to develop a method for measuring the photocatalytic performance of the visible light responsive photocatalyst as accurately as possible. Conventionally, as a means for evaluating the performance of a visible light responsive photocatalyst, a method of measuring a concentration change mainly due to oxidative decomposition of methylene blue has been used (see, for example, Patent Document 3).
しかし、メチレンブルーは可視光に対して耐光性がなく、光によって直接分解してしまう。また、青色光をよく吸収するため、この分のエネルギーは光触媒に伝達されない。すなわち、メチレンブルーの酸化分解による濃度変化を測定する方法は、精度が高くないので、可視光応答型光触媒の性能評価方法として適切とはいえない。 However, methylene blue has no light resistance to visible light and is directly decomposed by light. Moreover, since blue light is absorbed well, this amount of energy is not transmitted to the photocatalyst. That is, the method of measuring the concentration change due to the oxidative decomposition of methylene blue is not appropriate as a method for evaluating the performance of the visible light responsive photocatalyst because the accuracy is not high.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、可視光応答型の光触媒の性能を従来よりも高精度で評価することができる光触媒性能評価方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a photocatalyst performance evaluation method capable of evaluating the performance of a visible light responsive photocatalyst with higher accuracy than before. .
本発明に係る光触媒性能評価方法は、可視光を照射することにより光触媒作用を示す可視光応答型の光触媒の性能を評価する方法であって、ＤＮＡを含有するＤＮＡ溶液に前記光触媒を接触させて前記可視光を照射した後、前記光触媒作用により変性した変性ＤＮＡの割合を測定することを特徴とするものである。 The photocatalyst performance evaluation method according to the present invention is a method for evaluating the performance of a visible light responsive photocatalyst exhibiting a photocatalytic action by irradiating visible light, wherein the photocatalyst is brought into contact with a DNA solution containing DNA. After the irradiation with visible light, the ratio of denatured DNA denatured by the photocatalytic action is measured.
前記光触媒性能評価方法において、前記ＤＮＡが１本鎖ＤＮＡであり、前記可視光を照射した後の１本鎖ＤＮＡをＰＣＲを用いて増幅させ、これにより生成される２本鎖ＤＮＡを定量して前記変性ＤＮＡの割合を測定することが好ましい。 In the photocatalytic performance evaluation method, the DNA is a single-stranded DNA, the single-stranded DNA after irradiation with the visible light is amplified using PCR, and the double-stranded DNA produced thereby is quantified. It is preferable to measure the ratio of the denatured DNA.
前記光触媒性能評価方法において、前記１本鎖ＤＮＡをインターカレーターの存在下で増幅させ、前記２本鎖ＤＮＡに挿入された前記インターカレーターが発する蛍光の強度を測定して前記２本鎖ＤＮＡを定量することが好ましい。 In the photocatalytic performance evaluation method, the single-stranded DNA is amplified in the presence of an intercalator, and the intensity of fluorescence emitted from the intercalator inserted into the double-stranded DNA is measured to quantify the double-stranded DNA. It is preferable to do.
前記光触媒性能評価方法において、前記ＰＣＲとしてリアルタイムＰＣＲを用いることが好ましい。 In the photocatalytic performance evaluation method, real-time PCR is preferably used as the PCR.
本発明によれば、ＤＮＡが可視光応答型の光触媒の光触媒作用により変性するだけであり、可視光そのものに対しては耐光性を有し、かつ可視光を吸収しにくいことによって、可視光応答型の光触媒の性能を従来よりも高精度で評価することができるものである。 According to the present invention, DNA is only denatured by the photocatalytic action of a visible light responsive photocatalyst, has a light resistance to visible light itself, and is difficult to absorb visible light. The performance of the type photocatalyst can be evaluated with higher accuracy than before.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明に係る光触媒性能評価方法は、可視光１を照射することにより光触媒作用（光触媒活性）を示す可視光応答型の光触媒２の性能を評価する方法であり、以下の第１工程、第２工程及び第３工程を経る。
The photocatalytic performance evaluation method according to the present invention is a method for evaluating the performance of a visible light
まず第１工程では、図１に示すように、ＤＮＡ３を含有するＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させる。
First, in the first step, as shown in FIG. 1, the
ここで、ＤＮＡ３としては、例えば、１０〜５０塩基を有する１本鎖ＤＮＡを用いることができる。ＤＮＡ３の塩基配列は特に限定されない。ＤＮＡ溶液４は、ＤＮＡ３を溶媒に分散させることによって調製することができる。溶媒としては、水を用いることが好ましい。水は、ＤＮＡ溶液４を無色透明にして可視光を吸収しにくくすることができ、しかも光触媒２自体及び光触媒２が固定化される基材１１を侵食したり化学変化させたりしにくく、廃棄時の環境への悪影響も小さいからである。ＤＮＡ溶液４におけるＤＮＡ３の濃度は０．１〜１０μｇ／２０μｌであることが好ましい。ＤＮＡ溶液４中でＤＮＡ３を安定的に保持するため、バッファー（緩衝液）等を適宜ＤＮＡ溶液４に添加してもよい。
Here, as the
また、性能評価の対象である可視光応答型の光触媒２としては、例えば、酸化チタンの酸素原子サイトの一部を窒素原子で置換した窒素ドープ型酸化チタンや、これに助触媒として白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム等の白金族金属、ＮｉＯｘ、ＲｕＯｘ、ＰｈＯｘ等を担持させたもの等を用いることができる。光触媒２の形態としては、例えば、（１）光触媒２のみを粉末状（微粒子状も含む。以下同じ。）にしたもの、（２）光触媒２を基材１１の表面に塗装により薄膜として固定化（複合化）したもの、（３）光触媒２が固定化された基材１１を粉砕して粉末状にしたもの等を挙げることができる。基材１１は、透明でも不透明でもよく、例えば、窓材、壁紙、建材、天井材、床材等に用いられるガラス、紙、繊維、木材、セラミックス、金属等の建築物の内装材を用いることができる。なお、ＤＮＡ溶液４を一定時間接触させることができれば、基材１１の形状は、平面状に限定されるものではなく、例えば曲面状や凹凸状であってもよい。そのため、このような基材１１に固定化される光触媒２の形状も特に限定されるものではない。
Examples of the visible light
また、ＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させる手段は、光触媒２の形態に応じて使い分けることができる。すなわち、光触媒２が粉末状である場合（上記（１）（３）の場合）には、図１（ａ）に示すように透明な容器１２にＤＮＡ溶液４を入れ、さらに粉末状の光触媒２を入れて撹拌することによって、ＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させることができる。また、光触媒２が平面状である場合（上記（２）の場合）には、図１（ｂ）に示すように、上下に開口を有する透明な筒体１３の下部開口縁１４を平面状の光触媒２に密着させて水密にした後、筒体１３の上部開口１５からＤＮＡ溶液４を入れることによって、ＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させることができる。また、光触媒２が平面状である場合（上記（２）の場合）には、上記のような筒体１３を用いることなく、ＤＮＡ溶液４を直接、平面状の光触媒２にスポイト等で滴下したり、スプレー等で吹き付けたり、ロール等で塗布したりしてもよい。
Further, the means for bringing the
次に第２工程では、図１に示すようにＤＮＡ溶液４に光触媒２を接触させた状態で、ＤＮＡ溶液４を通して光触媒２に可視光１を照射する。可視光１の照射中にＤＮＡ溶液４をスターラー等で撹拌すると光触媒２の沈降を抑制することができ、光触媒２の性能評価の精度をより高めることができる。
Next, in the second step,
ここで、可視光１は波長４００〜７６０ｎｍ程度であり、可視光１の光源１６としては、例えば、蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤランプ、太陽光等を用いることができる。特に室内空間に設置される内装材等の基材１１に固定化された光触媒２を想定してその性能を評価する場合には、紫外光の光量が少ない蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤランプ等の室内照明用の光源１６を用いることが好ましい。さらに安価に光触媒２の性能評価を行うためには、市販の蛍光灯を用いることが好ましい。また可視光１の照度は、５００〜１００００ｌｘであることが好ましく、５００〜３０００ｌｘであることがより好ましい。可視光１の照度が５００ｌｘ以上であることによって、光触媒２の性能評価にかける時間を短くすることができる。また可視光１の照度が１００００ｌｘ以下であることによって、実際の生活環境（すなわち可視光応答型の光触媒２の通常の使用環境）に近付けることができると共に、可視光１を照射する箇所の温度を上昇しにくくして、基材１１等が光熱によって変色することを抑制することができる。また、可視光１の照射時間は１〜５時間程度であることが好ましい。なお、厳密に可視光１による光触媒２の性能を評価するためには、光源１６から微弱に発生している紫外線（例えば波長４００ｎｍ未満の紫外線）を紫外線カットフィルター等を通して除去してもよい。さらに内装材として設置された基材１１に固定化された光触媒２の性能を施工現場で評価する場合には、窓等に暗幕等を設けて、入射する太陽光を遮断することも好ましい。
Here, the
上記のような第２工程では、可視光１が照射された光触媒２の光触媒作用によりＤＮＡ３が変性して変性ＤＮＡとなる。ここで、ＤＮＡ３の変性とは、一次構造（塩基配列）ではなく二次構造が破壊されることを意味し、特に１本鎖ＤＮＡの場合には、相補的な１本鎖ＤＮＡと水素結合により２本鎖ＤＮＡを生成できなくなった状態を意味する。上記のように、ＤＮＡ３は、光触媒２の光触媒作用により変性するだけであり、メチレンブルーとは異なって、可視光１そのものに対しては耐光性を有し、かつ可視光１を吸収しにくいものである。しかもＤＮＡ溶液４は、光触媒２が存在しない状態では可視光１を照射しても退色することはなく、可視光１など特定の波長領域の光も吸収しにくい。よって、ＤＮＡ３の変性の程度と光触媒２の性能との間には次のような相関関係が認められる。すなわち、性能の良い光触媒２ほど光触媒作用が強いので、変性ＤＮＡの量は多くなり、変性しなかった非変性ＤＮＡの量は少なくなる。逆に性能の悪い光触媒２ほど光触媒作用が弱いので、変性ＤＮＡの量は少なくなり、非変性ＤＮＡの量は多くなる。
In the second step as described above, the
その後、第３工程では、可視光１を照射した後のＤＮＡ溶液４を回収し、光触媒２の光触媒作用により変性した変性ＤＮＡの割合を測定する。変性ＤＮＡの割合は、ＤＮＡ３（変性ＤＮＡ及び非変性ＤＮＡ）の全量に対する変性ＤＮＡの量を意味するので、変性ＤＮＡの割合が大きいほど光触媒２の性能が高く、変性ＤＮＡの割合が小さいほど光触媒２の性能が低いと評価することができる。このように、ＤＮＡ３の変性の程度を指標として、可視光応答型の光触媒２の性能を従来よりも高精度で評価することができるものである。
Thereafter, in the third step, the
ここで、ＤＮＡ溶液４に含有されるＤＮＡ３が１本鎖ＤＮＡである場合に、変性ＤＮＡの割合を測定するにあたっては、可視光１を照射した後の１本鎖ＤＮＡをＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応：polymerase chain reaction）を用いて増幅させ、これにより生成される２本鎖ＤＮＡを定量することが好ましい。ＰＣＲは、増幅対象である１本鎖ＤＮＡ、これに対応するプライマー（フォワードプライマー及びリバースプライマー）、ＤＮＡポリメラーゼ、ＤＮＡ合成の素材（基質）であるデオキシヌクレオチド三リン酸（ｄＮＴＰ）及びバッファー（緩衝液）等を混合してＰＣＲ用の反応液を調製し、この反応液をＰＣＲ装置にセットして行うことができる。ＰＣＲサイクルは特に限定されない。変性した１本鎖ＤＮＡは、ＰＣＲを行っても２本鎖ＤＮＡを生成することができないが、変性しなかった１本鎖ＤＮＡは、相補的な１本鎖ＤＮＡと水素結合して二重らせん構造をとって２本鎖ＤＮＡを生成することができるので、２本鎖ＤＮＡを定量すれば、正確に変性ＤＮＡの割合を測定することができる。このように、１本鎖ＤＮＡが微量であってもＰＣＲによりノイズを低減することによって、２本鎖ＤＮＡの生成量を指標として、可視光応答型の光触媒２の性能をさらに高精度で評価することができるものである。
Here, when the
また、２本鎖ＤＮＡの定量は、あらかじめ１本鎖ＤＮＡをインターカレーターの存在下でＰＣＲを用いて増幅させ、２本鎖ＤＮＡの間に挿入されたインターカレーターが発する蛍光の強度を測定して行うことが好ましい。ここで、蛍光色素であるインターカレーターとしては、例えば、臭化エチジウムやサイバーグリーン等を用いることができる。このようなインターカレーターは、単独で存在する１本鎖ＤＮＡとは結合しにくく、２本鎖ＤＮＡと特異的に結合しやすい。さらにインターカレーターは、２本鎖ＤＮＡに挿入されて結合することで、励起光が照射されると蛍光を発するようになり、２本鎖ＤＮＡと結合していないと、インターカレーターに応じた励起光を照射しても蛍光は発しにくい。このように、蛍光強度を指標として、正確に２本鎖ＤＮＡの生成量を定量することができ、可視光応答型の光触媒２の性能をさらに高精度で評価することができるものである。
The double-stranded DNA is quantified by previously amplifying the single-stranded DNA using PCR in the presence of an intercalator and measuring the intensity of fluorescence emitted by the intercalator inserted between the double-stranded DNA. Preferably it is done. Here, as an intercalator which is a fluorescent dye, for example, ethidium bromide or cyber green can be used. Such an intercalator is difficult to bind to single-stranded DNA present alone, and is likely to bind specifically to double-stranded DNA. Furthermore, the intercalator is inserted into and bonded to double-stranded DNA, so that it emits fluorescence when irradiated with excitation light. If it is not bonded to double-stranded DNA, the excitation light corresponding to the intercalator Fluorescence is hardly emitted even when irradiated. Thus, the amount of double-stranded DNA produced can be accurately quantified using the fluorescence intensity as an index, and the performance of the visible light
また、１本鎖ＤＮＡを増幅させるにあたっては、ＰＣＲとしてリアルタイムＰＣＲ（Real-timePCR）を用いることが好ましい。リアルタイムＰＣＲは、ＰＣＲによる増幅を経時的（リアルタイム）に測定することで、増幅率に基づいて２本鎖ＤＮＡの定量を行うものであり、この定量は上記のようなインターカレーターを用いて行うことができる。具体的には、増幅対象である１本鎖ＤＮＡ、これに対応するプライマー（フォワードプライマー及びリバースプライマー）、ＤＮＡポリメラーゼ、ＤＮＡ合成の素材（基質）であるデオキシヌクレオチド三リン酸（ｄＮＴＰ）、バッファー（緩衝液）及びインターカレーター等を混合して反応液を調製し、分光蛍光光度計を一体化して形成されたリアルタイムＰＣＲ装置に上記の反応液をセットして行うことができる。このように、リアルタイムＰＣＲを用いることによって、経時的に蛍光強度を測定して、より正確に２本鎖ＤＮＡの生成量を定量することができ、可視光応答型の光触媒２の性能をさらに高精度で評価することができるものである。
In amplifying single-stranded DNA, it is preferable to use real-time PCR as PCR. Real-time PCR measures PCR amplification over time (real-time) and quantifies double-stranded DNA based on the amplification rate. This quantification should be performed using an intercalator as described above. Can do. Specifically, single-stranded DNA to be amplified, primers (forward primer and reverse primer) corresponding thereto, DNA polymerase, deoxynucleotide triphosphate (dNTP) which is a DNA synthesis material (substrate), buffer ( Buffer solution), an intercalator and the like are mixed to prepare a reaction solution, and the reaction solution can be set in a real-time PCR apparatus formed by integrating a spectrofluorometer. Thus, by using real-time PCR, the fluorescence intensity can be measured over time, and the amount of double-stranded DNA produced can be quantified more accurately, and the performance of the visible light
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
可視光応答型の光触媒２として、窒素ドープ型酸化チタンを用いた。具体的には、酸化チタン（石原産業（株）製「ＳＴ−０１」）をアンモニア雰囲気中において６００℃で焼成することによって粉末状の光触媒２を調製した。次にこの光触媒２を水中にゾル状に分散させることによって分散液を調製した。そして、この分散液をガラスの基材１１にスプレー塗装し、２００℃で３０秒間焼き付けて、ＴｉＯ２の膜厚が１μｍとなるような基材１１（ＴｉＯ２コートあり）を作製した。また、比較例として、上記の分散液をスプレー塗装していないガラスの基材１１（ＴｉＯ２コートなし）を用意した。
Nitrogen-doped titanium oxide was used as the visible light
ＤＮＡ溶液４は、２２塩基を有する１本鎖ＤＮＡ（和光純薬工業（株）、塩基配列：３’ＣＴＧＴＴＣＡＴＧＡＣＧＣＡＧＡＴＡＣＣＡＧ５’）を１μｇ／２０μｌとなるように水に分散させることによって調製した。
The
上記のＤＮＡ溶液４の１０ｍｌをスポイトでＴｉＯ２ありの基材１１及びＴｉＯ２なしの基材１１の表面に滴下し、照度１０００ｌｘの蛍光灯を１〜４時間照射した。
Was added dropwise 10ml of the
その後、滴下したＤＮＡ溶液４から２μｌを回収し、この回収液に以下の試薬を加えてＰＣＲ用の反応液を調製した。
Thereafter, 2 μl was recovered from the dropped
（プライマー）
・ＰＣＲ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｐｒｉｍｅｒ（１０μＭ） １μｌ（タカラバイオ（株）製）
・ＰＣＲ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｐｒｉｍｅｒ（１０μＭ） １μｌ（タカラバイオ（株）製）
（インターカレーター）
・ＳＹＢＲ Ｐｒｅｍｉｘ Ｅｘ Ｔａｑ ＩＩ（２Ｘ） １２．５μｌ（タカラバイオ（株）製「ＲＲ０８１Ａ」）
（滅菌蒸留水）
・ｄＨ２Ｏ ８．５μｌ
そして、上記の反応液をリアルタイムＰＣＲ装置（タカラバイオ（株）製、製品コード「ＴＰ９６０」、製品名「Thermal Cycler Dice Real Time System II MRQ」）にセットし、以下のＰＣＲサイクルの条件で１本鎖ＤＮＡを増幅させた。
(Primer)
・ PCR Forward Primer (10 μM) 1 μl (manufactured by Takara Bio Inc.)
・ PCR Reverse Primer (10 μM) 1 μl (manufactured by Takara Bio Inc.)
(Intercalator)
SYBR Premix Ex Taq II (2X) 12.5 μl (“RR081A” manufactured by Takara Bio Inc.)
(Sterile distilled water)
DH 2 O 8.5 μl
Then, the above reaction solution is set in a real-time PCR apparatus (product code “TP960”, product name “Thermal Cycler Dice Real Time System II MRQ” manufactured by Takara Bio Inc.), and one bottle is used under the following PCR cycle conditions. Strand DNA was amplified.
すなわち、まず９５℃で１０秒間加温した後、９５℃で５秒間、６０℃で２０秒間のサイクルを５０サイクルまで繰り返した。経時的に反応液の蛍光強度を測定した。その結果を図２に示す。 That is, after heating at 95 ° C. for 10 seconds, a cycle of 95 ° C. for 5 seconds and 60 ° C. for 20 seconds was repeated up to 50 cycles. The fluorescence intensity of the reaction solution was measured over time. The result is shown in FIG.
図２から明らかなように、（１）のＴｉＯ２コートなしの基材１１（ガラスのみ）では、１本鎖ＤＮＡは変性されないため、リアルタイムＰＣＲによって２本鎖ＤＮＡが生成される際に挿入されて結合したインターカレーターから発する蛍光の強度が大きな傾きで立ち上がっていることが分かる。 As is clear from FIG. 2, since the single-stranded DNA is not denatured in the base material 11 (only glass) of (1) without TiO 2 coating, it is inserted when double-stranded DNA is generated by real-time PCR. It can be seen that the intensity of the fluorescence emitted from the intercalator bound together rises with a large slope.
一方、（２）〜（４）のＴｉＯ２コートありの基材１１では、蛍光灯の光照射時間（１時間、２時間、４時間）に依存して、光触媒２の光触媒作用により１本鎖ＤＮＡが変性するため、２本鎖ＤＮＡの生成量が減少する。そのため、２本鎖ＤＮＡに挿入されるインターカレーターも減少することによって蛍光強度の傾きが小さくなっていることが分かる。この結果から、本発明に係る光触媒性能評価方法によれば、可視光応答型の光触媒２の性能を従来よりも高精度で評価することが可能であることが確認された。
On the other hand, in the
１ 可視光
２ 光触媒
３ ＤＮＡ
４ ＤＮＡ溶液
1
4 DNA solution
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| JP2012036630A JP2013169532A (en) | 2012-02-22 | 2012-02-22 | Photocatalyst performance evaluation method |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021040499A (en) * | 2019-09-06 | 2021-03-18 | 株式会社リコー | Device, kit, evaluating method and determination method |
-
2012
- 2012-02-22 JP JP2012036630A patent/JP2013169532A/en active Pending
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