Improvement of infrared detection sensitivity for dissolved chemical species in water using infrared optical waveguide sensor

利用红外光波导传感器提高水中溶解化学物质的红外检测灵敏度

基本信息

批准号：
20K05566
负责人：
堀田弘樹
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水溶液中の二酸化炭素に対する本センサーの検出感度を高めるために、これまで使用してきたフッ素系樹脂膜に変えてポリメタクリル酸系膜を用いた検討を行った。メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸ヘキシル膜を主剤とするポリマー膜を作製した。それぞれの検出限界（測定上限濃度）は、0.55 mmol/L（20 mmol/L）、0.49 mmol/L（20 mmol/L）、0.45 mmol/L（20 mmol/L）であった。炭素鎖の長さを変えたことによる検出感度の変化はほとんどなく、それぞれ同程度の検出限界を示した。膜の疎水性が検出にほとんど影響していないことが示された。そこで次に、ポリメタクリル酸ブチル膜に金属有機構造体であるZIF-8を入れ検出感度の向上を図った。ZIF-8は二酸化炭素を吸着する性質を持つことが知られているため、センサー膜内に取り込まれる二酸化炭素の量が多くなることが期待された。その結果、検出限界（測定上限濃度）0.097 mmol/L（0.5 mmol/L）検出感度の向上が見られたが、高い濃度において直線性を示さず、測定上限は非常に低くなった。多少の感度向上が見られたためZIF-8による二酸化炭素吸着の効果が出ているものと考えられる。一方、水溶液中に溶解した有機溶剤の検出について検討を行った。メタノール、エタノール、アセトニトリル、酢酸エチル、ジメチルスルホキシドについて測定を行った。これらの有機物が数%～30%程度の範囲において良好な直線性の高い検量線が得られ、定量法として十分な機能を持つことが示された。

为了提高该传感器对水溶液中二氧化碳的检测敏感性，我们使用多甲基丙烯酸膜而不是迄今为止使用的多甲基丙烯酸膜而不是基于氟的树脂膜进行了研究。用甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯和己基丙烯酸甲酯膜作为主要材料制备聚合物膜。每个检测极限（测量的上限浓度）为0.55 mmol/L（20 mmol/L），0.49 mmol/L（20 mmol/L）和0.45 mmol/L（20 mmol/L）。由于碳链长度的变化，检测灵敏度几乎没有变化，并且每个都显示出相似的检测极限。结果表明，膜的疏水性对检测几乎没有影响。接下来，将金属有机结构ZIF-8添加到甲基丙烯酸甲酯膜中，以提高检测灵敏度。由于已知ZIF-8具有吸附二氧化碳的特性，因此预计将二氧化碳的量掺入传感器膜中。结果，检测极限（测量的上限浓度）提高了0.097 mmol/L（0.5 mmol/L），但是在高浓度下未显示检测灵敏度，测量的上限非常低。由于灵敏度略有提高，因此人们认为已经实现了ZIF-8二氧化碳吸附的作用。同时，研究了溶于水溶液中的有机溶剂的检测。对甲醇，乙醇，乙腈，乙酸乙酯和二甲基亚氧化二甲基的测量进行了测量。这些有机物具有良好的线性校准曲线，范围为几％至30％，并且已被证明具有足够的功能作为定量方法。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

赤外光導波路による水中溶存二酸化炭素センサーの作製

利用红外光波导制作水下溶解二氧化碳传感器

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
谷嵐正之;孟広治;堀田弘樹;角田欣一;紀本岳志;田中　奏多，久保埜公二，柏木行康，谷　敬太，横井邦彦;久保埜公二，杉山　拓弥，田中　奏多，柏木行康，谷　敬太，横井邦彦;稲川有徳・上原伸夫;東海林　竜也;谷嵐正之，孟広治，堀田弘樹，角田欣一，紀本岳志
通讯作者：
谷嵐正之，孟広治，堀田弘樹，角田欣一，紀本岳志

赤外光導波路による溶存二酸化炭素センサーの開発研究

红外光波导溶解二氧化碳传感器的研发