非線形応答を利用した高次元情報型化学分析法の開発

利用非线性响应开发基于高维信息的化学分析方法

• 批准号: 11740410
• 负责人: 中田 聡
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nara University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11740410/
• 关键词: 非線形; 化学分析; 高次元情報; 化学センサ; 非導体ガスセンサ; 非平衡; センサ

本研究では、非線形応答を指標とした化学分析法について、基礎実験、現実系を指向した実験、及び理論的研究を次の通り行った。まず共存ガスの効果に関する研究として、現実系を指向した混合ガスに対する半導体ガスセンサの応答を行った。ガス分析法であるガスクロマトグラフィーでは、混合ガスをカラム内で分離後検出器で分析する、いわゆる独立検出型である。それに対して、味覚・嗅覚では混合によって生じる特性(例えば味や匂いの調合など)が各成分の濃度の応答以外に加わってくるため、味覚・嗅覚をまねた本実験系では、このようなガス混合の効果を評価することが可能である。実験結果としては、ガス混合によってa.応答性の高いガスのみ検出される場合、b.各々の応答の和が成り立つ場合、c.混合によって異なる応答が得られる場合、d.ベースラインがシフトして応答性の高いガスの曲線が現れる場合、d.応答が抑制される場合、e.応答が高められる場合、の5種類のパターンに分類されることがわかった。これらのガス混合の効果を、半導体ガスセンサの伝導度特性とセンサ表面での反応機構を考慮した計算機シミュレーションを行ったところ、センサ表面に吸着したイオン化酸素と試料ガスとの中間体の安定性によって、上記5種類のパターンを再現させることに成功した。以上のデータをセンサ応答にフィードバックすることにより、各成分の試料の濃度決定だけでなく混合系における応答の評価を行うことが可能となる。アルコールの酸化など、センサ応答によって生成物が生じる場合について、ガスクロマトグラフィーとセンサ応答との同時測定を行ったところ、センサのサイズが小さいため、現実験条件では生成物の検出は高濃度のみ可能であることがわかった。低濃度でも検出可能な実験系に改良したい。

在本研究中，我们进行了基础实验、面向实际系统的实验以及以非线性响应为指标的化学分析方法的理论研究。首先，作为对共存气体影响的研究，我们针对现实系统研究了半导体气体传感器对混合气体的响应。气相色谱法是一种气体分析方法，是一种所谓的独立检测类型，其中混合气体在色谱柱中分离，然后用检测器进行分析。另一方面，在味觉和嗅觉方面，由于混合而引起的特征（例如味觉和气味的结合）被加入到各组分浓度的响应中，因此在这个模拟感觉的实验系统中味道和气味，这样的气体可以评价混合的效果。实验结果如下：a.仅检测到高响应气体，b.各响应的总和成立，c.由于混合物而获得不同的响应，并且发现存在基线偏移。有五种类型的模式：（d）当出现高响应气体曲线时，（d）当响应被抑制时，以及（e）当响应增强时。考虑到半导体气体传感器的电导率特性和传感器表面的反应机制，对这些气体混合物的影响进行计算机模拟，结果表明，由于吸附在传感器表面的电离氧和样气，我们成功地再现了上述五种模式。通过将上述数据反馈回传感器响应，不仅可以确定样品中每种成分的浓度，还可以评估混合系统中的响应。在由于传感器响应（例如酒精氧化）而产生产物的情况下，同时测量气相色谱和传感器响应表明，由于传感器尺寸小，在当前实验条件下只能检测高浓度的产物。事实证明是的。我们希望改进实验系统，使其能够检测甚至低浓度。

项目成果

Satoshi Nakata et al.,: "Nonlinear dynamic responses of a semiconductor gas sensor-Evaluation of kinetic parameters and competition effect-"Sensors and Actuators B. (印刷中). (2001)

Satoshi Nakata 等人，：“半导体气体传感器的非线性动态响应 - 动力学参数和竞争效应的评估 -”Sensors and Actuators B.（出版中）。

S.Nakata et al.,: "Experimental demonstration and simulation of electrochemical non-linear responses to glucose and its interferents with an amperometric sensor"Analyst. 124. 1175-1179 (1999)

S.Nakata 等人：“对葡萄糖及其干扰物与安培传感器的电化学非线性响应的实验演示和模拟”分析师。

Satoshi Nakata et al., : "Spontaneous switching of camphor motion between two chambers"Physical Chemistry Chemical Physics. 2. 2395-2399 (2000)

Satoshi Nakata 等人，：“两个室之间樟脑运动的自发切换”物理化学化学物理。

Satoshi Nakata et al.: "Mechanism of nonlinear responses of a semiconductor gas sensor"Instrumentation Science & Technology. 28. 241-251 (2000)

Satoshi Nakata 等人：“半导体气体传感器的非线性响应机制”仪器科学

中田 他: "半導体ガスセンサにおけるガス種の非線形応答の評価"化学工学論文集. 25・4. 535-538 (1999)

Nakata 等人：“半导体气体传感器中气体种类的非线性响应的评估”化学工程杂志 25・4（1999 年）。