Development of new gas analyzer using differential pressure measurement system and its application to biogas analysis
| Project/Area Number |
22K19047
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
蔡 徳七 大阪大学, 大学院理学研究科, 講師 (20273732)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 波長可変赤外レーザー / 微量ガス分析 / シクロヘキサン / アセトアルデヒド / 新規ガス検出システム / 超微差圧検出 / 生体ガス / 赤外吸収法 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では測定セル内に封入した分子が赤外レーザーを吸収し、光エネルギーを分子の並進エネルギーに変換させ、系内の圧力変化としてとらえて計測する新規高感度ガス計測システムの開発を目指す。特に、生理活性を示す数種類の分子をターゲットとして超高感度測定装置の開発を目指す。
測定装置を用いて呼気内に存在する分子種の定量分析を実施する。ガスの種類とその濃度を計測し、“分子の網羅的な濃度分布スペクトルパターンから病態診断への応用”を目指しす。本開発装置は赤外光を吸収する全ての分子に適用可能な汎用性を有し、将来的な生体ガス分析による病態診断法への応用を見据えている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は赤外レーザー光をサンプルガスを封入したセルに照射することで分子が吸収した光エネルギーを計測系の物理量変化としてとらえ、その変化を直接計測手法を確立することにある。ここで、計測する物理量はサンプルセルの圧力である。今年度、我々は計測装置の試作を行った。サンプルを封入したガスセルにレーザー光を照射し圧力変化の出力信号をAD変換器を通して計測した。初めに、赤外領域で光の吸収確率が高いと考えられるシクロヘキサンをサンプルとして使用した。サンプル濃度50ppm（Arガスで希釈）の試料気体（１気圧）をサンプルセルに封入したのちレーザー光を照射した。その結果、光を照射した場合、系内の圧力上昇を示す出力信号を優位に計測できた。この変化は照射したレーザー光の波長に強く依存することが分かった。同様の測定を、アセトアルデヒド（濃度100ppm）のサンプルで計測したところ、出力信号は分子固有の波長で変化が観測された。通常の赤外吸収スペクトルの結果と比較したところ、本開発装置は測定感度および計測分解能の点で優れていることが分かった。これらのことから、試作した計測機器は微量ガス試料の定量分析装置として有効に利用できることが示された。
測定装置の感度を算出するために出力信号と照射レーザー光強度の関係を求めたところ、両者は比例関係にあることが分かった。これは照射レーザー光強度を増大すれば検出感度を向上できることを示すものである。今後、生体が放出する呼気ガス中に含まれる微量ガスを対象とし、呼気中に含まれる数種類のガス試料を測定し、試作装置によりその濃度を計測する研究を進める。得られた結果を踏まえ、呼気ガス中に含まれる分子種濃度と病態の関係を調べ新規医療診断機器への応用を検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
微量ガス分析装置を試作し、シクロヘキサン（濃度50ppm）やアセトアルデヒド（100ppm）の検出に成功した。測定結果から、試作装置の計測感度は1ppm程度までの極微量サンプルの計測が可能であることが分かった。これは当初予測していた結果より優れており、今後、生体が放出する呼気中に含まれる数種類のガス分析に応用可能である計測感度を有する。
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| Strategy for Future Research Activity |
我々は赤外レーザー光を利用し分子が光を吸収することで測定系内の圧力変化を計測する装置の試作に成功した。試作器を用いていくつかの分子種の同定に成功し、本研究手法が極微量ガス分析を可能にすることが分かった。今後、アンモニアや硫化水素などの計測を試みる。これらの分子種は生体が放出する呼気中に含まれていると考えられている。測定した結果を踏まえ、呼気ガスに含まれる分子種の濃度分析から病態診断への応用の可能性を検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
