Efficient production of laser plasma using a porous material and its application to sensitive analysis of liquids

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15314
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: Matsumoto Ayumu 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (30781322)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: レーザー誘起ブレークダウン分光法 / レーザーアブレーション / 金属援用エッチング / 多孔質シリコン / 液体分析 / 蒸発乾固 / 微量分析 / プラズマ診断

Outline of Final Research Achievements

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has attracted attention as an on-site analytical technique at extreme environments. In this study, microanalysis of liquid samples was performed by using a porous silicon (Si) substrate on which laser energy can be efficiently converted to plasma production. By using the porous Si instead of a flat Si, LIBS signal of a dried droplet was significantly enhanced and the position-to-position signal fluctuation was reduced. In the analysis of strontium in a mircrodroplet, a linear calibration curve with a coefficient of determination of 0.998 and a limit of detection of 0.67 ppb was obtained. Characteristics of the plasma produced on the porous Si were investigated by analyzing the emission spectrum.

Free Research Field

レーザー分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で見出した手法は、液量やレーザーの照射エネルギーが制限される条件でも簡便な操作で液体中の成分を検出できる。このような特長から、福島原発の廃炉現場における汚染水の遠隔分析技術として期待できる。核燃料デブリを炉内から取り出す際に滞留水の成分を把握できれば、より安全に廃炉作業をより安全に実施できると考えられる。そのほか、めっき液の管理や環境分析など、幅広い分野で応用が期待される。近年、ナノ材料と光の相互作用に関する研究が盛んに行われている。しかし、本研究のようにプラズマ生成を伴う現象を取り扱った例は少ない。本成果は、ナノ材料とレーザーの相互作用に関する新たな知見を与えるものである。