2020 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
| Project/Area Number |
18K05173
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokushima |
|---|
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)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
三角波制御振幅変調フロー分析法は，三角波制御信号で周期的に流量を変動させ試料溶液を，総流量一定のもと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によって解析する新規分析法である。検出信号が飽和する高濃度領域でも（試料濃度C × 各周波数成分の振幅和ΣA）がCに比例することから，高濃度試料の非希釈分析への応用が期待できる。過年度2年間で，システムとプログラムの構築，フェナントロリン吸光光度法を用いた検証と分散補正法，試薬量節減への応用，液滴検出法の導入を行った。本年度は，河川水や温泉水など実試料中の総鉄 (含鉄コロイド粒子，Fe2+，Fe3+) のフェナントロリン吸光光度法定量へと応用し，公定法（バッチ法）と±5%の範囲で一致する結果が得られることを示した。Tiron吸光光度法による高濃度Fe3+の定量でも，本法が代表的フロー分析法であるフローインジェクション分析法に対して優位であることを示した。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回避するための液滴検出法については，LEDとフォトダイオードを用いる光度測定法と，デジタルマイクロスコープを用いる動画撮影測色法を検討した。前者では透過光強度の逆数の対数が目的物質濃度に比例するが，液滴間の切れ目の空気で常にブランク補正することでLED光の揺らぎを補正できることを明らかにした。後者では，三刺激値であるRGBに基づく吸光度（たとえばR値ではlog (R0/R)（R0はブランク値で，液滴間の空気のR値）と目的物質濃度が比例することを示した。RGB空間中の色単位ベクトルの方向変化（ベクトル間の内積値の変化）から色調変化を簡便に検出する方法も考案し，Anal. Sci.誌に速報として公表した結果，Hot Article Awardを受賞することができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
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によるFe2+イオンの定量における共存イオンの影響を検討したのち，河川水や温泉水など実試料中の総鉄定量へと応用し，良好な結果を得た。液滴を用いる検出法については，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測定タイミング（空気ブランク，液滴）を自動判断できるプログラムを開発し，光度測定および動画撮影・測色法に応用した。この研究から派生して，物質の色調変化をRGB空間中の色単位ベクトルの方向変化（ベクトル間の内積値の変化）から簡便に検出する方法を考案し，フロー滴定における当量点判定に応用した。一方，当初予期していなかった二つの事情により，研究の進捗に遅れが生じた。一つは，計測と制御のために約20年に亘って使用してきたMeasurement Computing社製AD/DAコンバータ (2011年製造中止) 8台のうち最後まで残っていた1台も故障し，Contec社製の製品へと変更した結果，研究代表者が開発・発展させてきたExcel VBAプログラムが使用不能になったことである。VB.NETプログラムへの書き換えに着手したが，完成 (見た目も機能的にも洗練されたプログラムが開発できた) までの3か月余，実験を中断せざるを得なかった。もう一つは，新型コロナウイルス感染症拡大の影響により4月~5月中旬，8月~9月中旬，10月下旬~11月中旬の3度にわたって学生の入構制限がかけられたことである。この間，卒論生による研究協力 (実験補助) を欠く状態となり，原著論文作成に必要なデータの取得が年度末までずれこんだ。当初予定していた国際会議での研究成果の発表もできなかった。以上の事情により，研究の進捗状況は「やや遅れている」と判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
別項に記述した理由により研究の進捗状況がやや遅れることとなった。研究データの蓄積が遅延したため国際学術誌への原著論文公表まで至らなかったこと，国際会議ので成果発表も困難であったこと (予定していた国際会議自体が1年順延された) などにより，令和3年2月3日付で補助事業期間延長承認申請書を提出し，同3月19日付で日本学術振興会理事長より承認を得た。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に関しては，2020年度末までに原著論文執筆や国際会議発表に見合うデータが揃ったと判断できるので，2021年度は必要に応じてデータを追加しつつ，原著論文公表と国際会議での成果発表を実現する。すでに令和3年4月上旬に，2021年12月に順延された環太平洋国際化学会議に講演要旨を提出し，非公式ながらオーガナイザーからは「招待講演者」の栄誉をいただいた。本研究を進める過程で，高濃度試料の分析の際，光学セル窓への呈色物質の吸着によりベースラインが上昇する問題が明らかになり，これを回避する方策としてセル窓のない液滴検出法の研究も行った結果，動画撮影・測色法の導入など，当初は構想していなかった方向に研究を発展させることができた。そこでは，液滴とブランク (生成・成長・落下を繰り返す液滴間の空気) の信号を自動的に判別してサンプリングし，それぞれの画像データをリアルタイムで解析してRGB値を取得するプログラムを開発した。令和3年度はこの成果をさらに発展させ，三角波制御振幅変調ブロー分析法に応用する。液滴の生成・成長・落下周期と高速フーリエ変換のためのサンプリング周期と解析窓が対応するようプログラムを改良し，呈色反応へと応用する。その研究成果は適時国内学会で発表するとともに，原著論文として公表する。
|
| Causes of Carryover |
令和2年度の直接経費交付額800,000円に対し625,199円を使用し，単年度では174,801円の未使用額が生じた。これに前年度までの未使用額343,921円を加え，計518,722円の未使用額となった。予定していたGilson社製高性能ペリスタポンプに加え，液滴測定のための超小型ファイバ出力LED光源が必要になったため，物品費は予算の470,000円に対し，計566,059円を支出した。VB.NETプログラムの改良のため，プログラミングに明るい大学院生に研究協力依頼した結果，人件費50,140円が新たに発生した。以上の支出にも拘わらず単年度会計で未使用額が生じた理由は，第80回分析化学討論会 (2020年5月，札幌) が誌上開催になったこと，同12月の環太平洋国際化学会議 (ホノルル) が1年順延されたことにより，旅費 (後者では参加登録費も) の支出がなかったためである。次年度使用額については，主として，液滴動画撮影・表色検出の精度向上と三角波制御振幅変調フロー分析法の導入のために，物品費として高性能デジタルマイクロスコープ，精密な光軸調整を可能にするX-Yステージ，ハイスペックな制御・計測用コンピュータの購入等に充てたい。また，成果発表のための環太平洋国際化学会議や国内学会への参加登録費 (前者は約10万円。後者については1万円程度) にも使用する計画である。
|
Research Products
(4 results)
