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。

在这项研究中，基本的实验，针对实际系统的实验，理论研究的使用如下如下，用于使用非线性响应作为指标的化学分析方法。首先，作为对共存气体影响的研究，进行了半导体气体传感器对引导对真实系统的混合气体的响应。在气相色谱法中，一种气体分析方法，将混合气体分离在色谱柱中，然后通过检测器进行分析，该检测器是所谓的独立检测类型。另一方面，通过在味道和气味中混合（例如，混合口味和气味）产生的特征是将每个组件浓度的响应添加到每个组件浓度的响应中，因此可以评估这种实验系统中这种气体混合的效果，以模仿味道和气味。实验结果表明，结果分为五种不同的模式：当仅通过气体混合检测高度响应的气体时，b。当每个响应的总和成立时，c。当混合获得不同的响应时，d。当基线移动以产生高响应性气体曲线时，d。当响应被抑制时，e。当响应得到增强时。当进行计算机模拟以考虑到半导体气体传感器的电导率特性以及传感器表面上的反应机理时，上述五个模式通过在传感器表面和样品气体表面的电离氧气之间的中间体的稳定性成功地复制了上述五个模式。通过将上述数据馈回传感器响应，不仅可以确定每个组件样品的浓度，还可以评估混合系统中的响应。当通过传感器响应（例如酒精氧化）产生产物时，进行了气相色谱和传感器响应的同时测量，发现由于传感器的大小很小，因此在当前的实验条件下只能检测到高浓度。我们想改善即使在低浓度下也可以检测到的实验系统。

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）。

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。

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.: "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）。