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2017 年度 実施状況報告書

光ファイバーを利用した液体クロマトグラフィックセンサーの開発と現場分析への応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K21052
研究機関富山大学

研究代表者

岡崎 琢也  富山大学, 大学院理工学研究部(理学), 研究員 (60772556)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード光ファイバーセンサー / 長周期ファイバーグレーティング / 全反射減衰法 / 屈折率検出
研究実績の概要

本研究は,多成分分析を可能とする光ファイバークロマトグラフィックセンサーの開発を目的としている。本年度では,まず光ファイバーセンサーにフローセルと送液ポンプを取り付け,装置系を最適化した。光ファイバーセンサーは,コアをむき出しにした光ファイバーで光源,分光検出器を接続したもので構成されている。
陽イオン性色素のメチレンブルーをモデルとし,センサーによって応答を評価した。その結果,センサー表面へ電荷に起因した吸着が起こる色素に関して,明瞭な吸光度スペクトルが得られたものの,経時変化としては激しいテーリングが見られた。そこで,溶離液の水:アセトニトリル比を調整することで,センサー表面への色素の残存を防ぐことができた。センサーの感度は,注入量と流速,フローセルの内径によって異なった。流速の上昇と注入量の減少によって感度は減少するが,その割合がフローセル内径の減少によって緩和されることを見出した。以上までのように,これまで石英で構成されるセンサー表面の負電荷を利用することで陽イオン性色素の検出を行ってきた。そのため,電荷が中性な分子の検出には至らなかった。そこで,センサー表面をシランカップリング剤によって疎水性とし,中性分子の検出を試みた。その結果,オクチル基の修飾でアントラセンの明瞭な吸収スペクトルを観測できた。
屈折率検出に関しては,長周期ファイバーグレーティングセンサーを利用し,同様にフローセルの装置系を構築した。測定モデルをスクロースとして性能の評価を行った。その結果,色素と同様に注入量と流速,フローセルの内径によって応答は異なった。最適な条件を選択し,検量線を作製したところ良好な直線性が得られたが,感度は10%オーダーに留まった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

現時点で,溶離液中を流れる色素の分析を達成した。また長周期ファイバーグレーティングを用いて屈折率検出への応用にも成功した。一方で,シランカップリング剤による表面修飾によってアントラセンなどの電荷が中性の分子の検出に成功している。
これは,センサーの応用の幅を大きく広げる可能性を示している。シランカップリング剤には様々な官能基のものが市販されており,当初に予期しなかった詳細な検討を必要としている。

今後の研究の推進方策

それぞれ確立したフローシステムによる検出系に対して,カラムを導入することで分離された分析物の逐次的な検出を試みる。また,電気的に中性な分子の検出のためのシランカップリング剤の選択と修飾条件について最適化を進める。得られた測定系を利用して,環境試料への応用を試みる。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していなかった化学表面修飾の詳細な検討のために費用を必要としたため次年度使用額が生じた。使用額使用計画としては,試薬や消耗品の購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Simultaneous Multiselective Spectroelectrochemical Fiber-Optic Sensor: Sensing with an Optically Transparent Electrode2018

    • 著者名/発表者名
      T. Okazaki, Eri Shiokawa, T. Orii, T. Yamamoto, N. Hata, A. Taguchi, K. Sugawara, H. Kuramitz
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 90 ページ: 2440-2445

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b03957

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of mercury (II) ions in water by polyelectrolyte gold nanoparticles coated long period fiber grating sensor2018

    • 著者名/発表者名
      S. Y. Tan, S. C. Lee, T. Okazaki , H. Kuramitz, F. A. Rahman
    • 雑誌名

      Optics Communications

      巻: 419 ページ: 18-24

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2018.02.069

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fiber Optic Sensor for Real-Time Sensing of Silica Scale Formation in Geothermal Water2017

    • 著者名/発表者名
      T. Okazaki, T. Orii, A. Ueda, A. Ozawa and H. Kuramitz
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 3387-1-7

    • DOI

      10.1038/s41598-017-03530-1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fiber Optic Sensor with an Optically Transparent Electrode for Monitoring CaCO3 Scale Formation in Geothermal Water2017

    • 著者名/発表者名
      T. Okazaki, T. Yamamoto, A. Taguchi, A. Ueda, H. Kuramitz
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Letters

      巻: 1 ページ: 2000104-1-4

    • DOI

      10.1109/LSENS.2017.2739806

    • 査読あり
  • [学会発表] Fiber Optic Sensor for Real-Time Sensing of Silica Scale Formation in Geothermal Water2017

    • 著者名/発表者名
      T. Okazaki, T. Orii, A. Ueda, H. Kuramitz
    • 学会等名
      RSC Tokyo International Conference 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Fiber Optic Sensor Based on Electrochemical-Localized Surface Plasmon Resonance2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kuramitz, T. Orii, T. Okazaki, N. Hata, A. Taguchi, K. Sugawara
    • 学会等名
      RSC Tokyo International Conference 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気化学-光ファイバーセンサーから得られる酸化還元活性染料の応答特性と界面活性剤添加による効果2017

    • 著者名/発表者名
      山本 高一路,岡崎 琢也,織井 達也,波多 宣子,田口 茂,菅原 一晴,倉光 英樹
    • 学会等名
      日本分析化学会第77回分析化学討論会
  • [学会発表] 対流/蛍光分光電気化学法による薬物代謝酵素活性評価法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      加藤 千央,岡崎 琢也,山本 高一路,佐澤 和人,波多 宣子,倉光 英樹
    • 学会等名
      平成29年度北陸地区講演会と研究発表会
  • [学会発表] 酸化インジウムスズ被覆光ファイバーを用いた分光電気化学センサーの応用2017

    • 著者名/発表者名
      桑名 李沙,岡崎 琢也,山本 高一路,佐澤 和人,波多 宣子,田口 明,菅原 一晴,倉光 英樹
    • 学会等名
      平成29年度北陸地区講演会と研究発表会

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公開日: 2018-12-17  

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