2018 Fiscal Year Research-status Report
水中プラズマを用いた植物育成環境の新規的制御技術の開発
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18K13735
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
高橋 克幸 岩手大学, 理工学部, 助教 (00763153)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ヒドロキシラジカル / 植物生育物質 / 水中気泡内放電 / 液面放電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中気泡内発生したパルス放電によって生成される化学的活性種を用い植物の生長阻害物質の分解を試みた。気泡を生成するためのガスとしてアルゴンを用い、キュウリの生育阻害物質である2,4-ジクロロ安息香酸が含まれる水溶液に対して放電処理を施し、その分解を試みた。処理時間の経過とともに全有機炭素濃度が減少することがわかった。これは、放電により生成されたヒドロキシラジカルやオゾンが2,4-ジクロロ安息香酸と反応し、分解することが要因として考えられる。また、イオンクロマトグラフおよび高速液体クロマトグラフを用いて分解副生成物の定量を行ったところ、処理時間の経過とともに塩化物イオン、ギ酸イオン、シュウ酸イオン濃度が増加することがわかった。また、どの放電処理時間においてもギ酸イオン、シュウ酸イオン濃度は塩化物イオン濃度と比較し、低濃度であることがわかった。このことから，有機化合物の分解より優先して、2,4-ジクロロ安息香酸自体または分解によって生じる副生成物から塩素の脱離がおきていることが考えられる。
液面に沿って発生する放電の進展様相を調べる目的で、連続観測可能な高速フレーミングICCDカメラを用いて同一の放電路を観測し、放電進展速度を定量的に測定した。底面に接地電極を設置した円筒容器に溶液をいれ、液面上部に設置した線電極にパルス電圧を印加し放電を発生させた。容器内はアルゴンガスを注入し置換をおこなった。その結果、液面放電の進展速度は導電率に依らず0.2 mm/ns程度となることがわかった。放電の進展長は、導電率が高い場合に減少する。また、パルス電圧の波高値が同じ場合、負極を印加した場合の方が、速度および最大進展長は大きいことがわかった。発光スペクトルを測定したところ、ヒドロキシラジカルの励起種に相当する308 nmの波長の発光強度は、負極の方が大きいことがわかった。
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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
平成30年度は、当初の計画通り、植物生長阻害物質の分解特性の評価と、プラズマ進展とラジカル発生および処理効率との関連性の解明を行った。植物生長阻害物質の分解特性の評価においては、キュウリの生長阻害物質である2,4-ジクロロ安息香酸の分解を試みた。その結果、放電によって生成されたヒドロキシラジカルなどの化学的活性種による酸化反応により2,4-ジクロロ安息香酸が放電処理によって分解されることが明らかになった。また、その分解過程において、塩素の脱離が優先して生じること、分解副生成物として、ギ酸イオン、シュウ酸イオンが生成されることが明らかになった。これより、放電処理の章句物生長阻害物質の分解の有効性が示された。また、プラズマ進展とラジカル発生および処理効率との関連性の解明においては、液面で発生し進展するプラズマの様相をICCDカメラを用いた定量評価を行った。その結果、進展速度は導電率によらず0.2 mm/ns程度で進展することが明らかになった。また、発光スペクトルを測定したところ、ヒドロキシラジカルの励起種に相当する308 nmの波長の発光強度は、負極の方が大きくラジカルの生成効率は極性に依存することが解明した。これらのことより、平成30年度においては、おおむね当初の計画通り進捗し、植物環境制御技術の確立に向けた基礎的データが得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度においては、当初の計画通り、プラズマ進展とラジカル発生および処理効率との関連性の解明を主に行っていく。プラズマの進展においては引き続きICCDカメラや分光計測によりその特性を明らかにしていく。また、有機染料を化学プローブとして用い、溶液中へのラジカル供給効率を評価することによって、電気的パラメータならびにプラズマの進展との関連性を明らかにする。そして、植物生長阻害物質の分解特性との相関性を明らかにする。生長阻害物質の分解においては、水溶性のみならず揮発性を有する有機化合物も存在するため、その分解特性について明らかにする予定である。これらの結果を踏まえ、植物の生態への影響の検証へ向け、効率的かつ実用的な植物栽培システムの開発を行い、農産物の栽培試験を開始する。なお、平成30年度に得られた研究成果については、学会、研究会、国際会議等での口頭発表および査読付き学術論文への投稿を順次行う予定である。
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