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Development of O_2 and CO_2 measurement system for science education

Research Project

Project/Area Number 21500850
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Science education
Research InstitutionTokyo National College of Technology

Principal Investigator

TAKAHASHI Mitsuo  東京工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40197182)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) YUGA Masamitsu  東京工業高等専門学校, 電子工学科, 教授 (40123997)
TSUTSUI Kentarou  東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (60249761)
TSUTSUMI Hiroki  東京工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (30300544)
Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) KAWASHIMA Noimichi  桐蔭横浜大学, 医用工学科, 教授 (90112888)
Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2011: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2010: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2009: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords自然科学教育 / 水学 / 理科 / 物理・化学・生物・地学 / 情報 / 酸素センサ / 酸素 / 二酸化炭素 / 理科教材 / 呼気 / 科学教育 / 燃焼 / 光合成 / 手作り酸素センサ / 二酸化炭素センサ / 科学教育教材 / 呼吸 / 自然探求
Research Abstract

In this study, we developed an easy-to-operate O_2 and CO_2 measurement system for science education. We used an easily-prepared hand-made diaphragm galvanic cell-type sensor as the O_2 sensor. This O_2 sensor can measure not only the oxygen concentration in air, but also in a solution, making it suitable as an educational tool. We used a solid electrolyte-type sensor module as the CO_2 sensor.
This system makes automatic and simultaneous measurements of O_2 and CO_2 concentration possible using the combination of the O_2 and CO_2 sensors. We also developed measurement software using commercially available spreadsheet software by connecting the sensor with a PC using a USB connection. The most important advantage is to be able to visualize the changes in the concentration of invisible and odorless gases such as O_2 and CO_2 as a function of time.
We measured the author's expired air using the O_2 and CO_2 measurement system, measuring both shallow and deep expirations. First, shallowly i … More nhaled air is exhaled into an expiration bag. Then, air is deeply inhaled and held for 30 seconds before being exhaled into the bag. We sampled the air every 5 seconds and measured the O_2 and CO_2 concentration of each sample for 90 seconds.
In respect to the results, the O_2 concentration in shallow expiration was decreased from 20.8% to 18.6%. On the other hand, the CO_2 concentration was 17, 8ppm, which was an increase the atmospheric CO_2 concentration. The O_2 concentration in deep expiration was observed to decrease by about 4.1% from 20.9% to 16.8%. On the other hand, the CO_2 concentration was 2, 4ppm.
In conclusion, anyone can easily measure changes in the O_2 and CO_2 concentration as a function of time in shallow and deep expiration using an expiration bag and the sensor system. We can also carry out experiments easily and obtain highly accurate data. This sensor system can be expected to promote the basic concept of"Life"as an educational tool for the study of natural science. Less

Report

(4 results)
  • 2011 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (41 results)

All 2012 2011 2010 2009 Other

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (30 results)

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Published: 2009-04-01   Modified: 2016-04-21  

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