2019 Fiscal Year Research-status Report
三角波制御振幅変調フロー分析法の開発と高濃度試料の非希釈分析への応用
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18K05173
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
田中 秀治 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 教授 (40207121)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 政樹 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 准教授 (10457319)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | フロー分析法 / 高濃度試料 / 非希釈分析 / 振幅変調 / フーリエ変換 / 液滴 / RGB |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者が提案する三角波制御振幅変調フロー分析法は，総流量一定のもと，三角波信号で流量を変動させた試料溶液を試薬溶液と合流させ，下流で得られる検出信号Vdを高速フーリエ変換FFTにより解析する分析法である。前年度の研究で，試料濃度が高いためVdが飽和する場合のみならず，試薬量の不足によりVdが頭打ちになる場合でも本法が適用できることが明らかになった。したがって，本分析法は試薬消費量の削減にも有効であると期待でき，本年度は，フェナントロリン吸光光度法によるFe(II)イオン定量をもとに，試薬量の低減について検討した。まず，菅軸方向への分散による振幅減衰に対する補正法を検討した。FFTによって得られる直流成分DCと振幅和ΣAは，分散がないとき理論的には等しいが，実際にはDC > ΣAとなる。これらの差を振幅減衰による影響とみなし，Vdから(DC - ΣA)の値を減じた。さらにこの値のFe(II)濃度依存性を無くすため，任意の位置に{Vd - (DC - ΣA)}の上限値を設定し，得られた補正VdをFFTによって解析した。システムの制御，計測，補正，FFT解析，図表表示には，新たに作成したVisual Bacicプログラムを用いた。その結果，試薬消費量を従来法の7.5%にまで低減しても，少なくとも0.6 mMまで直線検量線(r2 = 0.994)を得ることができた。さらに，高濃度試料分析の際に起こりうる光学セル窓への呈色物質の吸着を無くすため，窓のないセルとして液滴検出法を研究した。細管末端に次々と生じる液滴にLED光を入射させ，透過光をフォトダイオードで測定する光度検出法と，液滴をマイクロスコープで動画撮影し，その色調をRGB値に変換する画像検出法を検討した。紫色色素水溶液を用いて検討した結果，透過光強度の対数値，正規化B値が試料濃度と直線関係にあることがわかった。
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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
三角波制御振幅変調フロー分析法の研究については，フェナントロリン吸光光度法によるFe(II)定量をもとに検討した結果，目的通り，本分析法が試薬濃度の削減に有効であるとの結論を得ることができた。しかし，試薬濃度が低い場合には，呈色しないものの1,10-フェナントロリンと安定な錯体を生成する重金属イオンが干渉を示した。河川水などの環境試料では，干渉を示すほどの重金属イオンが存在することは通常考えられないが，今後はこの問題への対処という新たな課題が生じた。一方，液滴検出法については，透過光光度検出および画像解析-RGB検出それぞれに特化した検出器を特注製作した。クリスタルバイオレット水溶液を用いた基礎的実験において，透過光強度の対数値および正規化B値が同色素濃度と良好な直線性を示すことが明かになった。現在は実際の呈色反応としてフェナントロリン吸光光度法によるFe(II)定量およびモリブデンブルー法によるリン酸イオンの定量へと研究が進展している。以上の状況から，本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
三角波制御振幅変調フロー分析法による高濃度試料の非希釈分析では，フェナントロリン吸光光度法をFe(II)イオンの定量に応用する際の共存イオンの影響について，その許容濃度，干渉を低減するための方策（試薬濃度などの分析条件の最適化）を詳細に検討し，これを踏まえて実試料（河川水，温泉水）の総鉄定量へと応用する。実試料の分析は過年度にも行ったが，検出信号の形状が期待されるものとは異なり，様々な不測の要因が存在すると考えられた。今後はこの要因を一つずる明らかにして，解決策を見出すことで，本分析法が実試料の分析に応用可能であることを明らかにしたい。液滴を用いる検出法についても，液滴の生成・成長・落下に伴い周期的に変動する検出信号のどの位置を測定するかを自動的に判断できるプログラムを開発し，三角波制御振幅変調フロー分析法に導入する。その成果を三角波制御振幅変調フロー分析法に応用する。その際，もともと検出信号が離散信号である上，液滴の生成・成長・落下によりさらに離散化されるので，これをFFTアルゴリズムとどのように整合させるのかが最大の課題になるであろう。研究成果は国内外の学会で発表するとともに(新型コロナウイルス感染症の影響で国際学会発表は微妙である)，原著論文を執筆する。
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| Causes of Carryover |
本年度の直接経費交付額は800,000円であったが，前年度(平成30年度)の未使用額も利用して825,650円を使用した。したがって，支出総額としてはほぼ予定通りであった。次年度使用額が生じた理由は，主として平成30年度に次年度使用額が生じたことによる。
使用内訳では物品費を550,000円計上していたのに対し，825,650円を使用した。これは研究の促進のため，フロー式液滴検出器をさらに2台(光度検出のもの，RGB検出のもの各1台）特注品として製作したことによる。その一方で，国際会議発表のための旅費を講座等経費より支出できたため，旅費は200,000円計上していたところ44,240円に抑えることができた。
生じた次年度使用額については，ペリスタポンプの購入に充て，さらなる研究の促進をはかりたい。
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