2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly sensitive nitrogen oxide measurement method using nano porous materials and its application for biogas monitoring
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17K00601
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| Research Institution | Tohoku Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸尾 容子 東北工業大学, 工学部, 教授 (50545845)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 多孔質ガラス / 一酸化窒素 / 生体ガス / 化学センサ / 分析チップ / 呼気ガス / 皮膚ガス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気体の簡易測定は、環境を考慮した持続可能な社会を構築していく上で重要な技術となり、測定対象が人関連物質である場合は生体計測への適用により人の健康管理が可能となる。本研究では呼吸器疾患に関係があると考えられている一酸化窒素（NO）を検出対象として、莫大な表面積を持つナノ多孔体の表面及びその表面に存在する数層の水溶液中でのNOと有機ラジカルであるPTIOの反応により検出を試みた。その結果PTIOの分析チップの測定可能範囲は0.34～4ppmhourであり、人の呼気中に存在するNOの濃度には不十分であることが明らかになった。そこでNOを高感度で測定する方法として、PTIOとNOの化学反応により1:1で生成するNO2に着目し、このNO2をすでに研究室において開発済みであるNO2分析チップにより検出する方法を考案し、生体ガスを模した体積２Lの雰囲気を用いてNO減少速度及びNO2生成速度の評価を行なった。その結果雰囲気中のNOはPTIOチップにより迅速にNO2に変換され、変換されたNO2はチップに吸着されることなく雰囲気中に放出され、それがある速度をもってNO2分析チップに吸収されアゾ色素に変換されることが明らかになった。雰囲気中のNO及びNO2濃度と曝露時間の関係を計測し、各々を速度論的に解析し、NO/ NO2の変換反応、NO2のPTIOチップからの脱着、及びNO2のアゾ色素への変換反応の速度定数を求めた。その後、速度定数を用いて検量線を作成し、種々の曝露時間及びNO濃度を用いた実験より検量線の適用範囲を明らかにした。また実際のヒトの呼気を用いて測定を行い、健常者の呼気濃度（数ｐｐｂ～十数ｐｐｂ）においても高精度で測定が可能なことを実証した。さらに呼気と手から発せられる皮膚ガスとの並行測定を行い、呼気ガス濃度と皮膚ガス濃度の比較を行うことが出来た。
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