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HSPiP Hansen Solubility Parameter in Practice(HSPiP)HSP統合ソフトの本家HP

ハンセン溶解度パラメータ・ソフトウエアー(HSPiP)の購入方法とインストール

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Last Update
27-May-2017

アプリケーション・ノート#51
環境YMB:ハンセン溶解度パラメータ(HSP)と相対揮発度:相対揮発度(RER; Relative Evaporation Rate)はコーティングや印刷、塗料業界ではとても重要な指標だ。HSPiPにはそれを推算する機能が搭載されている。これは分子の構造のみからアントワン定数を推算して、25℃での蒸気圧を求め、これを計算する。HSPから蒸発潜熱を求め計算する方法と比較した。

2010.11.12

HSPiP Team Senior Developer, 非常勤講師 山本博志

 

HSPiPには相対揮発度(RER; Relative Evaporation Rate)を推算する機能が搭載されている。

HSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice)

HSPを効率的に扱えるように、ハンセン先生とアボット先生がHSPiPというWindows用のソフトウエアー、データベース、電子書籍の統合パッケージを開発されました。これを使うと溶解性に関する様々な疑問に答えてくれます。もちろん材料設計は溶解性だけで決まるほど単純ではありません。そこで、Y-MBという分子を自動的に分割し、様々な物性を推算する機能が付け加えられました。Y-MBはver.4 からはY-Predictというパワーツールとしても提供されています。

概要についてはこちらをお読みください。(2013.1.22)
機能についてはWhat Newをお読みください。
自分が使いたい化合物が計算できるかは使用できる官能基のリストで確認ください。
HSPiPの購入とインストール方法をまとめてあります。
他の会社はどんな使い方をしているのか? 特許をまとめてみました

ここでの計算は、化合物の蒸気圧のみから推算される。(実際は、比熱や熱伝導度など色々なものが複雑に関与する。)Y-MBは分子の構造(Smiles)のみからアントワン定数を推算(JAVAのアプレットを使って実際に計算するPirikaのデモはこちらのPirikaLightをお試しください。)することができ、これを用いて25℃における蒸気圧を、酢酸ブチルやジエチルエーテルと比較し、RERの値としている。

Smilesの構造式

分子の水素は書かずに重原子の元素記号だけ線形に表記する。
有機化学用のC, N, O, P, S, F, Br, Cl, Iは角括弧は省略。他の原子には[]をつける。
枝分かれは()を使う。
2重結合は=,3重結合は#で表す。
環状構造は環の結合を一つ切りその両端に1以上の同じ数字をつける。
PirikaのSmiles構造式を得るJAVAアプレットはこちらから
分子の描画によってSmilesの構造式を得るDraw2SmilesがHSPiP Ver.4 パワーツールに搭載されました。


どのくらいの精度になるか、他の方法を含め検証してみた。

HSPiPを使えば、任意の化合物のdD(分散項)、dP(分極項)dH(水素結合項)をSmilesの構造式から推算することができる。

ハンセン溶解度パラメータ(HSP)

ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)は、ある物質がある物質にどのくらい溶けるのかを示す溶解性の指標です。ヒルデブランドのSP値と異なり、溶解性を多次元のベクトルで表し、そのベクトルが似ているもの同士は溶解性が高いと判断します。”似たものは似たものを溶かす”、”似たものは似た所にいたがる”というのがHSPの基本です。このベクトルは[分散項、極性項、水素結合項]で表されます。分散項はファンデルワールスの力、極性項はダイポール・モーメントの力、水素結合項は水、アルコールなどが持つ力です。(さらに水素結合項をドナー、アクセプターに分割すると4次元になります。)


”似たものは似たものを溶かす”と言う単純な考え方で、ポリマー、医薬品などがどんな溶剤に溶けるか? 高分子の添加剤がどれだけポリマー中に居やすいか? 匂い物質が鼻の嗅覚細胞にどのくらい溶けるか? 医薬品がレセプターにどのくらい溶けるか? ガスクロやHPLCの充填剤にどのくらい溶解しやすいか? 化粧品の皮膚への溶解性は?などを理解するのに役立っています。

PirikaのHSPを計算するJAVAアプレットのデモ、HSPLightはこちらから。
最新の研究はパワーツールで紹介しています。どのような方向に進化しているのか知りたければ覗いてみてください。

そして全体の溶解度パラメータは次式で計算できる。
totHSP2 = dD2+dP2+dH2
従って、25℃での蒸発潜熱は。
Heat of Vaporization at 25C = totHSP2 *分子体積
それをプロットしたのが上の図だ。大まかには良く合っている。RERが非常に小さい領域(揮発しにくい溶媒)は、実験誤差も大きいのだろう。また、RERが非常に大きい領域では、蒸発潜熱を奪われる事によって液体表面の温度が冷やさればらつきが出る事が知られている。3点ほど例外がある。これはカルボン酸を含む化合物で、これらはダイマーとして蒸発する事が知られている。

蒸気圧の推算に関しては、Y−MBはアントワン定数を推算する。
そして、これから25℃の蒸気圧を推算し、それをRERの値とプロットしたのが上の図だ。この場合はカルボキシ化合物でも大丈夫だ。

さらに、それを体積で補正をかけると、もう少し良くなる。

さらに改良を進める予定だが、どこかにRERのデータベースは無いだろうか?
ご存知の方がおられたら、連絡を頂けるとうれしいです。

対応するブラウザーをお使いなら、上のキャンバスに分子を描けばRERを得る事ができる。詳しい使い方はPowerToolsのSmilesを参照して頂きたい。 他の原子を使いたいという要望が多ければ考えます。

2011.11 24

VOC化合物のRER値推算値(Y-MB 3.1)と実測値の比較

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