重力天体着陸探査用小型ガスクロマトグラフ質量分析計による有機物その場分析への挑戦
| Project/Area Number |
22K18740
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
|
|---|
| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
|---|
Principal Investigator |
齋藤 義文 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30260011)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
淺村 和史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50321568)
菅原 春菜 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (50735909)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
|
|---|
| Keywords | ガスクロマトグラフ質量分析計 / 重力天体着陸探査 / アミノ酸 / 鏡像異性体 / ３回反射リフレクトロン型質量分析器 / 誘導体化 / 湿式化学処理 / 飛翔体搭載機器 / 生命起源物質 / 有機物分析 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
地球外の天体において有機物の種類を特定することは、生命起源物質の進化・移動過程を理解するとともに、地球外での生命活動の可能性またはその痕跡を探るために必須である。本研究では、重力天体着陸探査機への搭載を目指した超小型ガスクロマトグラフ質量分析計を開発するために、超小型ガスクロマトグラフ質量分析計を実現する上で鍵となる部分の開発を重点的に行い、試験モデルを製作した上で、鏡像異性体を区別したアミノ酸の分析を行えることを実証する。本研究で、人工飛翔体搭載可能なガスクロマトグラフ質量分析計の開発に目処をつけることができれば、近い将来に日本でも実現される重力天体の着陸探査に向けて大きなステップとなる。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では次の４つの要素項目の開発を行う。１番目は、搭載可能なリソースで実現可能なガスクロマトグラフ(GC)部、２番目はGC部と質量分析部を繋ぐGC-MSインターフェース(GC-MS IF)部、３番目は搭載可能なリソースで実現可能な質量分析(MS)部、そして４番目は搭載に適したアミノ酸の誘導体化手法の開発とその実証である。
２年目の２０２３年度は、GC部の試作、GC-MS IF部の設計・試作と、GC-MS IF部の設計に合わせた、MS部の主要な部分の改修、搭載に適したアミノ酸の誘導体化手法の開発を行う予定であったが、ほぼ予定通り実施することができた事に加えて、MS部の将来のフライトに向けた振動試験も実施することができた。
GC部の試作については、２０２２年度に実施したGC部の設計に問題が見つかったことから、全ての部分を作るという当初の方針から、研究協力者の大学院学生がこれまで開発を進めていた、MEMSを用いた可搬型の超小型のガスクロマトグラフ装置を一部改修してGC部として用いるという方針に変更した。GC-MS IF部の設計・試作については、このGC部と、２０２２年度から開発を行ってきたMS部を接続することを目的に、できるだけ既存の部品を購入して接続するという形で、設計・試作を実施し、これに合わせて、MS部の改修も実施した。この結果、初期的な結果ではあるものの、Ethylbenzene、o-Xylene、n-NonaneをGC部から導入して、GC部の応答をGC部の出口で計測した結果とGC部に接続したMS部で質量分析した結果の両方を用いることで、GCのみでは分離が困難なo-Xylene、n-NonaneはMSの質量分析結果を用いることで、また、MSのみでは分離が困難な、Ethylbenzeneとo-Xyleneは、GC部の出力の計測結果を用いて分離できることを確認することができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２年目の２０２３年度には、GC部の試作、GC-MS IF部の設計・試作と、GC-MS IF部の設計に合わせたMS部の主要な部分の改修、搭載に適したアミノ酸の誘導体化手法の開発を行う予定であったが、全ての項目をほぼ予定通り実施することができた。これに加えて、改修を行ったMS部の将来のフライトに向けた振動試験も実施することができた。
搭載に適したアミノ酸の誘導体化手法の開発については、２０２４年度に実施予定の、誘導体化燃焼室の試作とアミノ酸の誘導体化手法の試験に向けて、誘導体化燃焼室の試作に向けた設計方針を決めた上で必要となる消耗品の購入を進めることができた。また、MS部の振動試験を実施した結果、イオン源のフィラメントが切れるという問題と、検出器のMCPアセンブリのイオンの検出信号を出力するラインに同通不良が発生するという２つの問題が発生した。調査の結果、フィラメントが切れた事に関しては、フィラメントに接続するケーブルの固定方法に問題のあることが判明しため、固定方法を改良して、問題に対処することができた。一方、イオンの検出信号の出力するラインの同通不良に関しては、MCPアセンブリの信号出力のためのコネクタのハンダ付けに不良のあったことが判明し、適切にハンダ付けをすることで問題を解決できる見通しを得ることができた。以上の理由により研究の進捗は、おおむね順調に進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的を達成するためには、以下の４つの要素項目の開発が必要となる。１番目は、搭載可能なリソースで実現可能なガスクロマトグラフ(GC)部、２番目はGC部と質量分析部を繋ぐGC-MSインターフェース(GC-MS IF)部、３番目は搭載可能なリソースで実現可能な質量分析(MS)部、そして４番目は搭載に適したアミノ酸の誘導体化手法の開発とその実証である。
２０２２年度からこれまでの２年間の研究で、１番目のGC部については、MEMSを用いた可搬型の超小型のガスクロマトグラフ装置を改修して使用することに決めた他、３番目のMS部については、予定していた内容に加えて、将来のフライトに向けた環境試験を実施して発生した問題を解決する目処を付けることができた。また、２番目のGC-MS IF部についても試作を行うことで、初期的な結果ではあるものの、GC部とMS部の応答の両方を用いる事で、GC-MSの基本的な動作を確認し、GCとMSの応答に相関のあることが確認出来た。これらの成果により、３年目の２０２４年度に、誘導体化燃焼室の試作を行い、試作が完了した後に、搭載に適したアミノ酸の誘導体化手法の試験を実施して、GC-MS全体の性能試験を実施することができる準備が整ったと言える。
今後は当初の研究計画を少し改訂して２０２２年度に設定した研究計画に沿って、試作したGC-MSを用いて本研究の最終目的である、鏡像異性体を区別したアミノ酸の分析が行えることの実証を目指して研究を進める予定である。
|
Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
