| 研究課題/領域番号 |
25350068
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
倉林 徹 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90195537)
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| 研究分担者 |
淀川 信一 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90282160)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 繊維種鑑別 / テラヘルツ分光分析 / セルロース結晶 / 凍結粉砕 / 多変量解析 |
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| 研究概要 |
本研究は，衣服等の原料となる再生繊維（レーヨン，キュプラ，モダール，テンセル），植物由来繊維（綿，ヘンプ，リネン，ラミー），動物繊維（山羊毛，牛毛，羊毛，キャメル）を分析対象とし，テラヘルツ分光法を用いて繊維に内在する水素結合，分子間結合，および結晶構造に対応した格子振動のエネルギー状態を検出し，新たな繊維種の識別手法見出そうとするものである。各種繊維種は，77Kにて凍結式粉砕機を用い粉砕し, 乾燥プロセスの後ふるいを用い所定サイズの粒子を抽出した。この試料粉末を秤量し，ポリエチレン微粉末と混合して圧粉することにより所定濃度のテラヘルツ分光分析用ペレットを形成した。
本研究で実施した技術構成は，①繊維試料の凍結粉砕条件の最適化，②テラヘルツ分光分析による試料濃度依存性測定とデータベースの構築，および③取得したスペクトル情報の多変量解析（主成分分析およびクラスター分析）を用いた数学的処理技法の検討である。
特に，セルロースを主体とする各種植物由来繊維と各種再生繊維の識別においては，同族の分子構成に由来し，中赤外分光分析では同一のスペクトルが得られるが，テラヘルツ分光分析を用いた場合は，各種植物由来繊維と各種再生繊維のセルロース結晶構造を識別でき，その結晶度合いの定量的分析によって各種繊維種が初めて識別できることを見出した。さらに平成26年度に予定しているスペクトル情報を定量化するための多変量解析について，本年度に導入した多変量解析ソフトを用い得られたスペクトル情報を試験的に用い解析し，スペクトル情報を定量化しセルロース系繊維の定量的識別に用いられる見通しを得た。このプロセスは各種動物繊維にも適用し同様の有効性を確認した。
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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
当初の計画に含まれていた合成繊維の識別法については，従来法による中赤外分光分析で分析が可能であることから，本研究の対象から外した。合成繊維以外の繊維種については，対象とした繊維種数，凍結粉砕の最適条件と試料の作製手順の確立，テラヘルツ分光分析によるスペクトルデータベースの構築等においておおむね順調に進展しているものと思われる。ただし，スペクトルデータベースの構築においては試料作製条件の探索に時間を要したため，当初の計画よりは遅れが見られたものの，次年度予定しているテラヘルツスペクトル情報の多変量解析を試験的に取り入れ，統計的修理に必要なパラメータを抽出し，多変量解析（主成分分析およびクラスター分析）の有効性を確認できたことについては当初の計画以上の進展であった。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度は繊維試料のテラヘルツ分光分析を定量的に行うための方法として，繊維試料の凍結粉砕によって均質化を行う際の最適条件を見出し，スペクトル情報の取得とデータベース化を行ったが，予備的な実験として，繊維に与える損傷を抑制した均質化プロセスとして，繊維のカッティングによって微細化した試料を用いると，室温状態でのプロセスながら，綿においてセルロースの結晶度の最も高いテラヘルツスペクトルが得られることが示唆された。この結果を受け，平成26年度は，繊維種を各種再生繊維，各種植物由来繊維，および各種動物繊維に限定し，繊維に与える損傷を抑制した繊維のカッティングプロセスの最適化を図る。この手法で作製したスペクトルをデータベースに加え，当初の予定であるスペクトル情報の多変量解析を実施する予定である。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初予定では、テラヘルツ分光分析で用いる検出器として、通常は常温で動作する焦電検知器(Deuterated triglycine sulfate; DTGS)を用い，必要に応じて液体ヘリウム冷却によるシリコンボロメータを用いて高感度検出を実現する，としていたがスペクトル情報の取得には焦電検知器で十分な感度が得られることがわかった。このため消耗品として予定していた液体ヘリウムが不要となり次年度使用額が生じた。
平成26年度は今後の推進方策で述べたように，損傷を抑制した均質化プロセスを新たに検討する予定であり，液体ヘリウムとして予定していた予算を均質化プロセスの開発に関わる消耗品として使用する。
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