2017 Fiscal Year Annual Research Report
The high sensitivity and comprehensive measurement of chemical agents - Theoretical prediction of spectroscopic properties by quantum chemical calculation -
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15K01227
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
今坂 智子 九州大学, 芸術工学研究院, 講師 (90193721)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 危機管理 / 化学兵器剤検知 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1997年に発効した化学兵器禁止条約(CWC)においてサリン、ソマン、VXなどは最も危険な神経剤であると報告されている。シリア内戦においてサリンが使用され、多数の犠牲者を出したが、化学兵器使用の断定や種類の特定には時間を要するため、短時間で正確に検知する方法の開発が求められている。そこで、本研究では量子化学計算による理論研究と超短パルスレーザーイオン化質量分析の技術を基に、高感度で網羅的な化学兵器剤やその代謝物の測定について研究した。
１．化学兵器剤の励起エネルギーとイオン化エネルギーの計算・・主要な化学兵器剤について紫外レーザーを用いて効率よく共鳴／非共鳴イオン化する方法、及び近赤外レーザーを用いて多光子イオン化して分子イオンを効率よく検出する方法について検討することにした。そこで類似の化学構造を持ち、かつ化学兵器剤の合成原料としても利用される農薬51種類について、中性分子の励起エネルギー、イオン化エネルギー、及び分子イオンの吸収スペクトルを計算した。
２．超短パルスレーザーを用いる質量分析・・上記の量子化学計算の結果を参考に、農薬51種類についてレーザーイオン化質量分析した。その結果、紫外レーザーを用いる方法は共鳴２光子イオン化、近赤外レーザーを用いる方法は多光子イオン化した後に分子イオンがレーザー光を吸収しない場合に、分子イオンを効率よく検出できることがわかった。この結果から類推して、化学兵器剤については近赤外レーザーを用いる方法が有力であると結論した。一方、ブロモメチルナフタレンを用いる神経ガス代謝物の分析については理論計算の結果を参考にして紫外レーザー(267 nm)を用いる方法について研究した。反応温度、反応時間、誘導体化試薬の濃度などについて最適化を図り、尿中の数種の神経ガス代謝物を測定した。その結果、回収率（反応率）は70%前後、検出限界は数ng/mlであった。
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