| 研究課題/領域番号 |
22H01417
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
角田 直人 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (70345437)
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| 研究分担者 |
近藤 克哉 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (00295750)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 反応拡散分析制御 / 近赤外分光法 / 化学イメージング |
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| 研究実績の概要 |
マイクロ領域における化学反応時の全成分濃度と温度の同時イメージング法を確立し、拡散係数と反応生成率の空間分布を求めることが本研究の目的であり、2022年度は特に中和反応に関する近赤外吸収スペクトルの測定と拡散係数の算出法の開発を目標とした。具体的には以下の項目を実施した。
(i)スペクトル測定：酸、アルカリ、塩の近赤外吸収スペクトル測定を実施し、濃度ごとの特性や等吸収点について調査した。
(ii)波長選定と回帰モデル構築：測定したスペクトルをケモメトリクス分析し、部分的最小二乗回帰(PLS)回帰を基盤とした逐次投影アルゴリズム(SPA)や競合適応再重み付けサンプリング(CARS)、サポートベクターマシーン(SVM)などの方法を予測誤差が最小となるようなアルゴリズムを検討した。非共線性を抑制した濃度推定のための回帰モデルを構築できることを確認した。
(iii)分光画像取得と精度検証：上記の水溶液試料の濃度と温度を予測し、精度を求めた。ほとんどの成分に対して、濃度分解能0.1 Mと温度分解能0.2 Kを達成した。マイクロ流路内で酸と塩基の界面反応させ、全成分の濃度変化および温度変化が生じていることを確認した。
(iv)拡散係数分布の算出：濃度の空間分布と拡散方程式をベースにして、中和反応時の酸、塩基、塩の拡散係数分布を求めるためのアルゴリズムおよびプログラムを開発した。濃度分布の関数近似が有効であることが分かり、そのための最適関数とパラメータを同定した。
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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
(i)スペクトル測定、(ii)波長選定と回帰モデル構築、(iii)分光画像取得と精度検証、(iv)拡散係数分布の算出を概ね計画通りに実施することができた。各溶液に対するスペクトルの差を評価し、特徴を抽出した。モデル構築では、いくつかのアルゴリズムを比較検証して、中和反応に適した濃度予測モデルを提案し、次年度の研究のための基盤が作られたといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
代表的な酸、塩基、塩の近赤外吸収スペクトルと回帰モデルのデータベースを構築する。これにより多くの成分に対しての可視定量的な分析が可能になるため、本研究課題のみならず、今後の反応拡散研究に寄与する。課題として、正確な測定と前処理など、信頼性の高いスペクトルを取得する必要があり、そのためには多大な時間と労力が掛かることが挙げられる。今後は、プロトコルを確立し、効率的に研究を推進していく。
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