| 研究課題/領域番号 |
23K04830
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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| 研究機関 | 米子工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
礒山 美華 米子工業高等専門学校, 総合工学科, 助教 (80966515)
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| 研究分担者 |
金田 隆 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (20243909)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | μPAD / PADs / Griess反応 / オンサイト分析 / 簡易分析法 / 亜硝酸イオン / 硝酸イオン / ペーパー分析デバイス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現場で即時に分析可能なペーパー分析デバイスを開発する．
亜硝酸イオンはグリース反応により検出する．グリース反応とはスルファニルアミドとN-(1-ナフチル)エチレンジアミンを混合したグリース試薬を用いた呈色反応であり，酸性条件下で赤紫色を示す．硝酸イオンは還元した後，同様の反応で亜硝酸イオンと硝酸イオンの総量を測定して見積もる．
導入部の先で流路を分け２つの検出部を設け，亜硝酸イオンと硝酸イオンの同時計測を目指す．一方の検出部と導入部の間に還元剤を添加した反応部を設け，硝酸イオンを亜硝酸イオンへ変換する．グリース試薬を添加した検出部の呈色強度からそれぞれの濃度を算出することで分別定量を実現する．
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| 研究実績の概要 |
環境水中の亜硝酸イオンおよび硝酸イオンを現地で迅速に測定できる簡易計測法を目指して，紙を基板とした分析デバイスPADs (paper analytical devises)を作製した．亜硝酸イオンには発がん性，高濃度の亜硝酸イオン，硝酸イオンはメトヘモグロビン血症を引き起こすため，これらの環境への排出は厳しく規制されている．亜硝酸イオンは不安定であり，試料採取後の速やかな測定が望ましい．
開発したPADsはグリース反応を用いた比色反応によって亜硝酸イオンを検出するものである．硝酸イオンは亜鉛粉末を還元剤として亜硝酸イオンに変換することで検出した．ろ紙にワックスを塗布し，浸透させることで疎水部分をつくり，流路を作製した．PADsは試料導入部，亜鉛粉末が塗布された還元部，グリース試薬が塗布された検出部から構成されている．試料溶液が検出部に到達すると赤紫色が発現する仕組みとなっている．まずは，平面上に流路が拡がるPADsを作製して検出部の呈色を確認した．その結果，呈色を確認することができたが，グリース試薬が試料溶液に押し流されたことで濃淡が生じた．そこで，PADsを積層構造へ変更したことで均一に呈色させることができた．次に積層型PADsの層数，亜鉛，グリース試薬および試料の添加量を最適化し，検量線を作成した．試料が亜鉛層を通ずると，亜鉛を通さないときと比較して感度が低下した．また，硝酸イオンと亜硝酸イオンが溶液内に共存していると，検出される硝酸イオン量に影響を与えることが明らかになった．そこで，亜鉛を添加したPADsを用いた場合の硝酸イオン，亜硝酸イオンと添加しない場合の亜硝酸イオンの３つの検量線を作成し，補正しなければならないことを見出した．これらの検量線を使用することで，さまざまな濃度比の亜硝酸イオンと硝酸イオンを含む溶液でも，それぞれの濃度を決定できることを実証した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
令和5年度の計画としていたデバイスの設計，条件の最適化に関する検討は終了しており，計画通りに進んでいる。
硝酸イオン，亜硝酸イオンの濃度を３つの検量線を用いて補正することで算出可能であるが，亜硝酸イオンの還元効率を向上させ，さらに低濃度域の検出を実現するために検討を進める段階である。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和５年度には，実試料として汽水（中海），井戸水，池水を使用して硝酸イオン，亜硝酸イオンの測定を行った．
令和６年度も引き続き，汽水や井戸水等を用いて現場計測を行う。河川水や海水を追加し，干渉イオンの影響について確認する。
並行して硝酸イオンの還元効率の向上についても検討を進め，より高感度な検出を目指す。
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