| 研究課題/領域番号 |
19K03816
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| 研究機関 | 高知工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
長門 研吉 高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 教授 (80237536)
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| 研究分担者 |
栗田 弘史 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70512177)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 大気圧プラズマ / 反応活性種 / イオン / 質量分析 / 過酸化水素 |
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| 研究実績の概要 |
大気圧プラズマで生成する反応活性種を分析するために、プラズマで生成するイオンの質量分析とその組成解析を進めている。プラズマ中の負イオン質量スペクトルにはコロナ放電など他の放電によって生成する負イオンには見られない特徴的なイオンピークが存在していることが確認できた。このようなイオンの組成を明らかにし、反応活性種との関連を解明するために、プラズマで生成する重要な反応活性種である過酸化水素との関連性について実験的に調べた。
放電場に過酸化水素が存在するとどのような過酸化水素由来のイオンが生成するのかを質量分析法により解析した。純空気および実験室空気中のコロナ放電場に過酸化水素を導入して生成した負イオンを調べた結果、過酸化水素はそれ自体がイオン化することは少なく、放電で生成した様々な負イオン（O2-, O3-, NO2-, NO3-, HCO4- など）に過酸化水素が付加したイオンが生成されることがわかった。また、過酸化水素が放電場に存在すると負イオン質量スぺクトルにHCO4- が多く検出されることも確認された。大気圧プラズマ中の負イオンにはHCO4-が多く存在しており、この結果はプラズマ中において過酸化水素が生成していることを示すものである。さらに、プラズマ中の組成が不明なイオンの一部はHCO4-に過酸化水素が付加したイオンである可能性が高いことも確認できた。以上の結果から、大気圧プラズマの応用技術において重要な役割を果たしている過酸化水素は、イオンの質量分析によって診断できる可能性が示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
実験で使用するプラズマ発生装置については、形状や配線方法、電極間の絶縁方法に改良を加え、安定的に大気圧プラズマを生成できるものを製作することができた。
アルゴンやヘリウムを用いた標準的な大気圧プラズマで生成するイオンの質量スペクトル測定によるイオンピークの解析は終え、これによりプラズマ中で生成する特徴的なイオンピークを抽出することができた。プラズマ特有のイオンの詳細な同定と反応活性種との関連調査は、過酸化水素が関連していると推定されるイオンピークについては行うことができたが、それ以外のイオンについてはまだ完了していない。イオン組成の同定には裏付けとなる生成反応の確認が必要であるが、プラズマ特有のイオンにはこれまでに報告されていないイオン種が含まれている可能性があるため、その手掛かりについて既往の研究結果を調査しながら解析を継続している。
プラズマ発生条件の活性種生成過程に対する影響の解明については、プラズマに添加ガス（窒素、酸素）を加えた場合の影響について実験、評価を行った。また、水蒸気の影響評価についても実験を行った。さらに放電電圧による影響についても実験・分析を進めている。コロナ禍の影響で実験の補助を行う学生の活動に制約が生じたため、予定していた実験条件すべてについてはまだ行うことができていない。
気相プラズマ中の活性種由来イオンの測定との比較を行うための、プラズマ照射溶液中の活性種測定法については、電子スピン共鳴 (ESR)と化学プローブ法を用いた測定・分析手法が確立した。気相中の活性種分布との比較については一定の相関が確認できたものの、測定データ数がまだ十分とは言えない状況にある。
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| 今後の研究の推進方策 |
プラズマ特有のイオンについて過酸化水素との関連を引き続き詳しく調べるとともに、過酸化水素との関連性が認められないイオンについては、イオン組成の同定と過酸化水素以外の反応活性種との関連について解明を進める。それらの結果を用いて、反応に関与している中性の反応活性種の濃度をイオンの分析から推定する手法の開発を目指して研究を進める。
プラズマ発生条件の活性種生成過程に対する影響の解明については、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマの両方に対して、添加ガス（窒素、酸素、水蒸気）、放電電圧および放電波形の影響についての未実施の条件での測定・評価を行う。またこれまでの実験からイオンとそのもとになる反応活性種はプラズマジェットの内部や周辺において、ジェットの進行方向やそれと垂直な方向に対して割合が変化することが確認されている。プラズマの発生条件を変化させる実験において、イオンおよび反応活性種の空間濃度分布を把握するための測定を行う。
プラズマを照射した溶液中の活性種測定との比較においては、気相中の活性種の測定データを増やして、より詳細な比較を進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
補助事業期間再延長の申請が承認されたため。
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