2017 Fiscal Year Research-status Report
時間・空間分解分光法による吸収・散乱・蛍光特性の把握と木材評価への応用
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16K07805
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
稲垣 哲也 名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (70612878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土川 覚 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30227417)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 時間分解分光法 / 蛍光寿命測定 / 木材 / 近赤外分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度までに、光ファイバとモノクロメータを導入した時間分解分光光学系の設計・開発および様々な細胞配列を持つ樹種の測定が完了している。またこの装置を用いることで、光強度の時間プロフィルと分光情報を同時に測定できることを確認できている。
今年度は様々な条件の試料で得られた吸収係数と散乱係数を用いて、より厳密な解析を行った。これにより、木材の細胞壁構造が近赤外光の等価散乱係数に及ぼす影響を解明した。すなわち木材の顕微鏡写真から得られた細胞壁割合、中央値および密度によって等価散乱係数の分散の85％を説明できることを見出した。さらに、モンテカルロ法による光伝播シミュレーションから、木材中の光子は主に細胞壁内を伝わっていることが分かった。
今年度はさらに、本システムによる試料蛍光情報の取得を試みた。まず蛍光強度が大きい葉っぱおよびクロロフィル抽出液を試料とし、これらの蛍光特性を本システムによって測定した。励起光として50ps,403nmのレーザーを照射し、その反射光を時間分解システムによって測定した。その結果、①クロロフィル抽出液では、そのクロロフィル濃度によって蛍光強度が高くなること②葉っぱはその乾燥ストレスによって蛍光強度が大きくなるとともに蛍光寿命は長くなることを見出した。今後は同様の解析手法を用いて、木材中のあて材部位の検出を試みる。
これらの成果を国内学会（第６８回日本木材学会大会）で１度発表し、論文投稿を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２９年度計画であった「ロバストな検量線の作成」を完了した。これにより、木材の散乱係数を加味した木材密度予測モデルを構築することが出来た。さらに木材の組織構造が散乱係数に及ぼす影響を詳細に調べた。さらに、同システムによって試料の蛍光情報を取得することに成功した。まず蛍光強度が大きい葉っぱおよびクロロフィル抽出液を試料とし、励起光として50ps,403nmのレーザーを照射し、その反射光を時間分解システムによって測定した。その結果、①クロロフィル抽出液では、そのクロロフィル濃度によって蛍光強度が高くなること②葉っぱはその乾燥ストレスによって蛍光強度が大きくなるとともに蛍光寿命は長くなることを見出した。これらまでの成果を、第６８回日本木材学会大会（国内学会）において口頭発表を行った。また、これに関する論文１報が受理された（Journal of Near Infrared Spectroscopy）。これらのことから、研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、安価で小型な木材材質装置の試作を行う。本研究では波長領域700-1060nm を用いて一連の研究を行っているが、この波長領域は、①可視光と比較して散乱係数が小さい、また②近赤外光と比較して吸収係数が小さい（透過性能が高い）という測定上のメリットがあるほか、③光源にLED を使用可能で、検出器が比較的安価であるという装置製作面でのメリットもある。そこで、ここまでで得られている木材中の光の吸収・散乱・蛍光特性をもとに、安価で小型な木材材質装置の試作を行う。具体的には光ファイバなどを用いて試料にＬＥＤ光を照射し、照射点から数mm 離れた二点において光強度を検出できるような光学系（Three Fiber Diffuse Reflectance Spectroscopy）を設定し、小型で安価な空間分解分光装置を作成する。さらにLED の波長半値幅、試料温度やプローブから試料までの距離が予測精度に及ぼす影響をシミュレーションや実測値から考慮して、最適測定条件を見出す。
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| Causes of Carryover |
初年度は大学内の新規会計システムの導入により、新しいシステムを使用し始めたため、そのシステムに慣れておらず全額を使用することが出来なかった。使用しなかった2700円は消耗品（マウントポスト）として使用する。
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