| 研究課題/領域番号 |
20K15314
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
松本 歩 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (30781322)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 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 / レーザープラズマ / 多孔質シリコン / 金属援用エッチング / 金ナノ粒子 / 蒸発乾固 / 微量分析 |
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| 研究実績の概要 |
福島第一原子力発電所の廃炉現場における汚染水のその場分析技術として、レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)が期待されている。本研究では、レーザーのエネルギーを効率良くプラズマ生成に変換できる多孔質シリコン(Si)を利用し、照射エネルギーや液量が制限される条件下でも液体の成分を高感度に検出できる新規分析技術の開発を目指した。
金ナノ粒子の置換析出および金属援用エッチングにより、直線的な孔の底に金ナノ粒子を担持した多孔質Si基板を作製した。平滑Siおよび多孔質Si基板上に試料溶液を滴下し、蒸発乾固後にレーザーを照射してプラズマの発光スペクトルを測定した。その結果、多孔質Siを用いることで蒸発乾固物の信号強度が著しく増大することがわかった。また、多孔質Siの孔深さによって得られる信号強度が大きく変化した。多孔質Siの孔深さを最適化することでさらなる検出感度の向上が期待される。
平滑Siおよび多孔質Si基板上でレーザーの照射位置を掃引しながら、照射ごとに発光スペクトルを測定した。平滑Siでは主に蒸発乾固領域の周縁部で蒸発乾固物の信号が検出されたのに対し、多孔質Siでは蒸発乾固領域の全体に渡って蒸発乾固物の強い信号が得られた。この結果は、多孔質Siを用いることで液滴の蒸発過程における蒸発乾固物の偏りが抑制されたことを示唆している。照射位置を変化させても一定強度の信号が得られたことから、定量性の高い分析が実現すると考えられる。
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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
当初の予定通り、多孔質Siの孔深さやレーザーの照射位置に対する信号強度の変化を調べることができた。これにより、実験条件の最適化や定量分析に関する指針が得られたことから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、本手法による定量分析の精度を評価する。対象元素の濃度が異なる試料溶液を多孔質Si基板上に滴下し、蒸発乾固物のLIBS分析を行う。濃度に対して対象元素の信号強度をプロットし、得られた検量線をもとに決定係数および検出下限を算出する。発光線の自己吸収やデータのばらつきが生じる場合は、非共鳴線や内部標準の使用を検討する。
また、多孔質Si上で生成するプラズマの特性を明らかにする。平滑Siおよび多孔質Si基板を用いて発光スペクトルの時間分解測定を行い、発光線強度やプラズマ温度、電子密度の時間変化を調べる。加えて、レーザー照射からプラズマが生成するまでの時間やプラズマの空間分布を調べる。これらの結果をもとに、平滑Siおよび多孔質Si上で生成するプラズマの違いを明らかし、スペクトル検出条件の最適化を図る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナの影響により、学会がオンライン開催となったため。次年度以降、定量分析やプラズマ診断のための消耗品および成果発表などに使用する。
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