2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of a liquid concentration sensor system with a correction of sample temperature using a Au-deposited square-shaped glass-rod SPR sensor system
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19K05547
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
満塩 勝 鹿児島大学, 理工学域工学系, 助教 (70372802)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
肥後 盛秀 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (10128077) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン共鳴(SPR) / 多機能センサー / 偏光 / 角型ガラス棒 / 温度補正 / 金薄膜 / ゴムシート / 温度補正 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SPR現象はP偏光のみで励起され、S偏光では起こらない。これを利用し、断面が正方形の角型のガラス棒と偏光を組み合わせて応答する面を制御できるセンサーシステムを構築することに成功した。2021年度は、一つの無修飾の面で屈折率を計測し、もう一つの修飾した面で温度に関する情報を収集できるセンサーシステムを完成させ、温度検知面に用いる素材についての研究を中心とした。
2020年度では、一つの面に無修飾、もう一つの面にシリコーンゴムシートを貼り付け、無修飾面における試料の屈折率に対する応答を、シリコーンゴム面の温度-屈折率特性に依存する応答で補正することにより、40度～30度の温度範囲において温度の影響を相殺し、SPR応答で濃度を正しく測定する事に成功したが、エタノール水溶液による評価時にシリコーンシートにエタノールが浸潤してシートの屈折率が変化し、温度補正が正しく機能しない場合が見られた。そこで、温度検知素材の探索として、シリコーンゴムシートのほかにウレタンゴムシート、フッ素ゴムシート、フロロシリコーンゴムシートなど様々な素材による検討を行ったが、応答特性としてはシリコーンゴムシートが最も良いことが分かった。
2021年度の課題として、シリコーンゴムシートの表面をコーティングし、試料の浸潤を防ぐことを目的とした。この課題について、シリコーンゴムシートに架橋剤（C-8A、信越シリコーン）とフッ素コーティング剤（XN200203E、野田スクリーン）による表面修飾を試みた。その結果、架橋剤ではある程度の浸潤を防いでいる兆候が見られたが、完全には防ぐことができなかった。これに対し、フッ素コーティング剤ではかなり良好な応答を得ることができた。2022年度はシリコーンゴムシートへのコーティング剤による表面修飾の条件やさらに良好な耐アルコール性能を示すコーティング剤の探索を行う計画である。
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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
2021年度は、シリコーンゴムシートを化学修飾することで、試料の浸潤を防ぎ、温度のみに応答する面を構築することが最大の目標であった。架橋剤はラジカル反応によりシートの表面を剛直化し、エタノールが浸潤する隙間を埋めることが目的であったが、同時にシートの温度に対する屈折率の変化量も低下させてしまい、温度感度の低下を招いた。これに対し、フッ素コーティング剤による修飾では、フッ素による撥液性を利用してエタノールの浸潤を防ぐことを目的とし、非常に良い結果が得られた。水接触角による観測では、蒸留水の接触角はほとんど変化しなかったが、エタノールに対する接触角は無修飾の15°に対してコーティング後は34°と大幅に変化し、その表面が確実に被覆されていることも確認できた。
本年度はエタノールの膜への浸潤という想定外の反応があったため、この解決に注力した形となっているが、2020年度の段階で2021年度の到達目標は達成できていたため、研究は順調に進展していると言える。2022年度はこの表面保護法の検証とセンサーシステム全体の完成度の向上に注力し、実際の現場を想定した実証実験を前倒しで着手出来るようにしたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
シリコーンゴムシートのフッ素コーティング剤による被覆方法とその応答特性の追試や、もっと良いコーティング剤の探索を行い、様々な試料に対して濃度範囲において安定して使用できるセンサーの完成を目指す。また、光学素子の固定用の器具などは3Dプリンターで自作し、センサーのアッセンブリー化を試み、持ち運べるセンサーの構築にも着手したい。
実際分析について、焼酎の蒸留過程や機械加工油の監視について使えないかと考えており、これらを想定した測定を始める。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響により、大学への入構の制限期間が生じて実験が滞り、予想よりも試薬類の消費が少なくなった。また、研究状況を発表するために二つの国内学会と一つの国際シンポジウムへの参加を見込んで旅費を計上していたが、リモート開催または中止となり、特に国際シンポジウムの渡航費として想定していた金額が大きく、次年度使用額が発生した。
2022年度は学会旅費をリモート開催を前提に再検討し、その分消耗品と設備使用の費用に充て、入構制限がかからない間に短期集中で必要なデータを収集するようにし、コロナによる影響を最小限に抑える予定である。
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