| 研究課題/領域番号 |
22K02990
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
中釜 達朗 日本大学, 生産工学部, 教授 (50244421)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| キーワード | 科学教育 / 実験システム / 原子発光 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，化学教育における実現象の観察と理論学修を直結し，より深い学びを実現するために，マイクロプラズマを照射する測定ユニットを備えた可搬型原子発光スペクトル測定システムを構築し，化学教育において実験を取り入れたアクティブラーニングを試行することを目的とする。
当該年度は教室内実験を志向した可搬型原子発光スペクトル測定システムを開発した。開発には，市販の小型コンピュータ数値制御(CNC)フライス盤の三次元的位置制御機能を利用した。本システムは①薄層クロマトグラフィー(TLC)プレート設置用ステージ，②マイクロプラズマ照射・採光ユニット，③プラズマガス供給・制御ユニット，④プラズマ生成用電源ユニットおよび⑤分光ユニットから構成した。①前後方向に，②は左右および上下方向にそれぞれ位置をCNC制御できる。⑤には新規購入した小型CCD分光器を含む発光測定用高分解能分光システムを使用した。モデル化合物として点眼薬の防腐剤などに使用されるクロロブタノール(trichloro-2-methyl-2-propanol)を用いた。TLCプレートにクロロブタノール溶液を直線上に複数スポットした後，マイクロプラズマを直線的に走査してスポットにおける原子発光を測定した。その結果，クロロブタノールの構成元素である塩素の原子発光を複数測定することに成功した。測定波長やプラズマガス流量やプラズマの照射距離，あるいはプラズマ生成時の印加電圧などを至適化したところ，塩素量としてサブマイクログラムレベルの検出が可能であることを確認した。点眼薬中のクロロブタノールの定量に応用したところ，ガスクロマトグラフィーと同等の精度と定量値を得た。
以上の成果は日本分析化学会関連の複数の学会や論文で報告，公開する予定である。
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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
当初の計画では令和４，５年度において可搬型原子発光測定システムの構築と性能評価を行うことになっている。当該年度において測定システムの構築が実現しており，塩素については当該年度に検出特性を評価している。令和５年度においては他の元素の検出特性を評価するとともに教室内実験に向けてのシステム改善を行うことにより，当初の計画を遂行できると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
当該年度に構築したシステムでは，プラズマガス供給源を考慮すれば可搬性に改善の余地がある。したがって，より少ないガス流量でマイクロプラズマ生成が可能なトーチの開発を行う。また，現在の装置では大気下でプラズマを照射しているため，プラズマガス消費量の増加とともに大気成分由来の原子発光も観測されている。したがって，ヘリウム雰囲気下でのプラズマ照射が可能な照射部の改善も行う。改善後，塩素以外のハロゲンや水素や重水素などの検出特性評価を実施する予定である。
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