狭帯域半導体レーザーを用いた極微量同位体分析手法に関する研究

窄带半导体激光器痕量同位素分析方法研究

• 批准号: 03J52591
• 负责人: 富田 英生
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J52591/
• 关键词: 同位体比分析; 赤外吸収分光; キャビティーリングダウン分光; 二酸化炭素; 放射性同位体; C-14; 同位体比; 半導体レーザー

緒言レーザーキャビティーリングダウン(CRD)吸収分光法は、単純かつ高感度で、対象とする検出物質の絶対濃度が測定可能な分光法である。本研究では、狭帯域波長可変半導体レーザーによる高速走査型CRD吸収分光法を用いたコンパクトかつ簡便な同位体計測手法の確立と適用性評価を目的とし、二酸化炭素同位体分子種(^<12>CO_2、^<13>CO_2)を分光対象としたCRD吸収分光基礎実験を通じて^<13>C/^<12>C同位体比分析を試みた。CO_2同位体測定実験高フィネスファブリーペロー型光共振器(FPI)を構築し、波長1.6μm DFB半導体レーザーを入射した。共振器長をピエゾ素子により高速(〜10^<-4>m/s)で走査すると、光共振器内で光の蓄積・減衰が繰り返される。この様子をFPI透過光強度としてInGaAs/PINフォトダイオードで検出した。この透過光強度(リングダウン信号)の減衰速度は吸収物質の濃度と比例関係にあるため、この減衰速度より光共振器内に導入したCO_2ガスの吸収スペクトルを測定した。結果と今後の課題その結果、^<12>CO_2/^<13>CO_2に対応した吸収線が測定され、それらのピーク面積(濃度)より求めた^<12>CO_2/^<13>CO_2の同位体比は^<13>C/^<12>C=(0.97±0.42)%であり、天然存在比1.122%と不確かさの範囲内で一致することを確認した。また、高分解能吸収線データベースHITRANとの比較を通して本方式の測定限界濃度を算出した結果、0.1atm・296Kで測定を行う場合、二酸化炭素濃度が約1%(^<13>CO_2:100ppm)まで測定可能であることが分かった。現時点では精度が不十分ではあるが、データ取り込みの高速化を行い統計精度上げる等の改良を行うことで人間の呼気を用いた医療診断技術等への応用や大気循環トレーサーとしてのCO_2中の炭素同位体比リアルタイム計測が可能であると考えられる。

简介激光腔环（CRD）吸收光谱是一种简单的，高度敏感的光谱法，可以测量目标检测物质的绝对浓度。在这项研究中，我们尝试使用高速扫描CRD吸收光谱使用窄带可调的半导体激光器来建立和评估紧凑而简单的同位素测量方法的适用性，并分析了^<13> c/^<13> c/^<12> C/^<12> C/^<12> C/^<12> c同位素比例通过基本CRD吸收率<使用CRD吸收型conerecope^controspopy Isodeport（使用CRD吸收分化）（^） ^<13> CO_2）作为光谱法。 CO_2同位素测量实验构建了高技巧Fabry-Perot光学谐振器（FPI），并入射具有波长为1.6μm的DFB半导体激光器。当谐振器长度通过高速（〜10^<-4> m/s）的压电元件扫描时，光累积和衰减会在光学谐振器中重复。使用INGAAS/PIN光电二极管作为FPI传输光强度检测到这种情况。由于传输光强度的衰减速率（降压信号）与吸收材料的浓度成正比，因此从该衰减率中测量了引入光学谐振器的CO_2气体的吸收光谱。结果和未来的挑战是测量与 ^<12> co_2/ ^<13>相对应的吸收线，并测量 ^<12> co_2/ ^<13> co_2的同位素比为峰（浓度）（浓度）确定， ^<13> c/ ^<12> c =（0.97±0.42）和自然率，并确认为自然，是该率，是该率，是and and and and and and and and and and and and and and and and and and and and Accaunce captio。在不确定性范围内重合。此外，该方法的测量极限浓度是通过与高分辨率吸收线数据库Hitran进行比较来计算的，并且发现在0.1atm和296K进行测量时，二氧化碳浓度可以测量到约1％（^<13> co_2：100ppm）。尽管目前的准确性不足，但人们认为，通过提高数据获取速度并提高统计准确性，可以使用人呼吸应用于医学诊断技术，并将其应用于CO_2中CO_2中碳同位素比的实时测量。