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2012 Fiscal Year Research-status Report

非平衡大気圧プラズマを用いた懸濁態金属の原子発光メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 23560513
Research InstitutionMeijo University

Principal Investigator

伊藤 昌文  名城大学, 理工学部, 教授 (10232472)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 太田 貴之  名城大学, 理工学部, 准教授 (10379612)
Keywords大気圧プラズマ / 元素分析 / 発光分光法
Research Abstract

本研究では、非平衡大気圧プラズマ源を用いて,不溶性の金属微粒子を含む溶液(懸濁態試料)中の微量金属元素の発光メカニズムを解明することを目的とする.この技術によって,下水道排水のなどの試料の溶解などの前処理なしに簡易に精度よく管理する手法が確立できる.具体的には,どのような効率で金属微粒子が蒸発・原子化し発光するのか,またどのような条件でそれらの効率が促進されるかを系統的に調べ,それらのメカニズムを明らかにする.
発光メカニズムを解明するために,発光と電気特性の時間変化について着目した.本研究では,電圧9kVで周波数約60Hzのバイポーラ正弦波電圧を上下電極に印加し,プラズマを生成した.サンプルとして銅含有溶液を使用した.測定の結果,電極間の絶縁が破壊されプラズマ生成されると,電極間の電圧降下がおこり,電流は電源電圧と同期した振る舞いを行った.溶液中に含まれる銅原子の発光強度は,電流の増加とともに大きくなり,プラズマ中の電子密度が寄与することが示唆された.また,希ガスであるアルゴン原子,銅原子の発光は共に液体電極側に電流が流れている時(プラズマジェットの下流方向)に強い発光を観測した.この結果から,金属を原子化して発光させる際,多くの発光に関してイオンが寄与していることが示唆された.
レーザ誘起蛍光法の測定システムを構築し,サンプルとしてクローム含有溶液中のクローム原子の数密度の空間分布を測定した.その結果,2ミリのプラズマ生成空間から3ミリ離れたところでは,プラズマ空間の密度に比べて約35パーセント程度に減少することが明らかになった.これは,上述のようにイオンが原子化に寄与していることから,プラズマ空間から外れたために急激に溶液の原子化効率が減少したためであると考えられる

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

金属原子の発光強度と電気特性の関係を調査し,発光に寄与する粒子がイオンの可能性が高いことを明らかにしてきた.また,レーザ誘起蛍光法を用いて金属元素密度の空間分布を測定し,蒸発・原子化の位置を調査しており,発光メカニズムの解明に関して,概ね計画通りに進展している.

Strategy for Future Research Activity

試料から生成される金属原子の密度を,レーザ誘起蛍光法を用いて測定し,その空間分布のガス流量依存性や窒素ガス添加濃度依存性について詳細に明らかにする.それらの結果と電気特性,発光特性から懸濁態試料および固体試料の蒸発・原子化・発光および増強メカニズムの解明を行い,総括とする.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

レーザ誘起蛍光法や真空紫外吸収法に必要なミラーやレンズなどの光学部品、非平衡大気圧プラズマを生成するためのガス配管部品、原料ガス、光源電極などの消耗品費として使用する.また、成果を国内会議で発表するために旅費等として使用する.

  • Research Products

    (6 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Line-Profiles and Translational Temperatures of Pb Atoms in Multi-Micro Hollow Cathode Lamp Measured by Diode Laser Absorption Spectroscopy2012

    • Author(s)
      M. Inoue, T. Ohta, N. Takota, S. Tsuchitani, M. Ito, S. Takashima, K. Yamakawa, H. Kano, K. Takeda, and M. Hori
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 086301-1-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.086301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Properties of indium-zinc-oxide films synthesized by radio frequency magnetron sputtering based on gas phase monitoring with multi-micro hollow cathode lamp2012

    • Author(s)
      M. Inoue, T. Ohta, N. Takota, S. Tsuchitani, M. Ito, S. Takashima, K. Yamakawa, H. Kano, K. Takeda, and M. Hori
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 116202-1-5

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.116202

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Influence of N2 inclusion to Ar atmospheric pressure plasma in atomization2013

    • Author(s)
      J.S. Kularatne, H. Kano, M. Ito, T. Ohta, K. Takeda, H. Kondo, K. Ishikawa, M. Sekine and M. Hori
    • Organizer
      IC-Plants, The 6th International Conference on Plasma-nano Technology & Science
    • Place of Presentation
      下呂交流会館
    • Year and Date
      20130202-20130203
  • [Presentation] Application of atmospheric pressure plasma in element analysis of agricultural products2013

    • Author(s)
      J.S. Kularatne, H. Kano, M. Ito, T. Ohta, K. Takeda, H. Kondo, K. Ishikawa, M. Sekine and M. Hori
    • Organizer
      ISPlasma 5th international Symposium of advanced plasma science and its application for nitrides and nanomaterials
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      20130128-20130201
  • [Presentation] Development of monitoring equipment for metal elements in wastewater using AC excited atmospheric pressure plasma2012

    • Author(s)
      J.S. Kularatne, H. Kano, T. Ohta, M. Ito, K. Takeda, H. Kondo, K. Ishikawa, M. Sekine and M. Hori
    • Organizer
      第5回プラズマ技術産業応用センター(PLACIA)&プラズマが拓くものづくり研究会(PLAM)国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      第5回プラズマ技術産業応用センター
    • Year and Date
      20121024-20121024
  • [Presentation] Measuring metal elements in food products using Ar atmospheric pressure plasma2012

    • Author(s)
      Jagath Kularatne, Hiroyuki Kano, Masafumi Ito,Takayuki Ohta, Keigo Takeda, Hiroki Kondo, Kenji Ishikawa, Makoto Sekine and Masaru Hori
    • Organizer
      2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      20120911-20120914

URL: 

Published: 2014-07-24  

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