2017 Fiscal Year Research-status Report
水素ガス中イオウ及びハロゲン元素の迅速分析用高感度Heプラズマ分光システムの開発
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17K05915
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
千葉 光一 関西学院大学, 理工学部, 教授 (20281066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩井 貴弘 関西学院大学, 理工学部, 助教 (90756694)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水素燃料ガス / 品質管理 / プラズマ / 分光分析 / イオウ / ハロゲン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、Heプラズマを励起源として、水素ガス中SおよびXを迅速かつ高感度に分析する「水素ガス中イオウおよびハロゲン元素の迅速分析用高感度Heプラズマ分光システム」の開発を行った。本年度は、申請者らのグループが開発した小型高出力マイクロホローカソード放電(MHCD)を用い、小型のHeプラズマ(He Plasma) を励起源とするプラズマ分光分析システムを組み立てた。本システムはプラズマ測光系と試料導入系から構成される。プラズマ測光系はMHCD-Heプラズマを光源とし、集光光学系、光ファイバー、小型分光器から構成され、試料導入系はクライオジェニック捕集・濃縮装置およびガス流量制御系から構成される。本システムの特徴は、測定対象元素（S, Cl, Br, I）を近赤外域の比較的狭い波長域（820～921 nm）で測定することにあり、本法では小型分光器と単一の光学系からなる簡便な測光システムでこれら4元素の同時測定が可能になりうる。さらに、分析の高感度化を図る目的で、クライオ吸着技術による濃縮試料導入法を検討した。試料水素燃料ガス中に含まれるH2Sを液体窒素で冷却した冷却管内に吸着・濃縮する。その後，冷却管を急速に熱することでH2Sを再ガス化し，高濃度化したH2Sをプラズマ中に導入する。製冷却管として、熱伝導率がよい真鍮製のスパイラル型冷却管を試作し、さらに冷却管内に真鍮コイルを導入することによりH2Sの吸着面積を大きくした。その結果、H2Sの脱着にかかる時間を5秒程度と従来システムの1/3程度までに短縮し、水素ガス中H2S含有量でゼロから3 uLレベルまでの直線性が得られた。本研究分析装置を用いると、0.1 Lの水素燃料を測定試料に用いることで，ISO基準値である水素中0.004 ppmのH2Sを測定できる。
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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
分析システムの基本骨格を組み上げることができた。流路の内面処理、クライオジェニック捕集・濃縮装置の試作、分光システムとの接続など、当初の課題を解決し、基本的なシステムを構築して、その特性を評価ができた。概ね当初計画の通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
・低流量と低濃度に対するマスフローメータと電磁バルブを導入して、ガスフローシステムを高度化して、検出感度の向上を図る。
・より高分解能の分光システムを用いて、イオウとハロゲン元素の近赤外域での発光特性を調べて、高効率の検出システムを検討する。
・Heマイクロプラズマの電極形状と材料を検討して、より高効率な元素励起を実現する。また、電極の長寿命化を図り、現場においても長期間安定的に測定が可能な分析装置の設計に活かす。
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Research Products
(2 results)
