Heプラズマを用いる水素燃料ガス中ホルムアルデヒドの高感度分析システムの開発

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当研究室では、これまでに、マイクロホローカソード放電Heプラズマ (MHCD-He Plasma) を励起源とする分析システムを開発し、水素燃料ガス中イオウを高感度に測定できることを明らかにしてきた。本研究では、Heプラズマとしてマイクロホローカソード放電と誘電体バリア放電を利用する水素燃料ガス中のホルムアルデヒドの高感度分析システムの開発について検討する。本年度は、両プラズマの光源としての特性を比較検討した。特に、誘電体バリア放電は通常の交流電源を用いて放電させることができることから、60 Hz (or 50 Hz) での高い繰り返し条件での発光測定が可能であり、測光頻度の増加による測定感度の向上が期待できる。外径と内径、電極間距離を変化させて誘電体バリア放電管を試作して、それぞれプラズマガス流量を変化させながら、発光強度と測光システム特性を検討した。典型的なキャピラリー型放電管（内径0.3 mm）と通常型放電管（内径4.0 mm）を比較すると、キャピラリー型放電管の方が感度的に優位であった。しかしながら、キャピラリー型放電管は熱耐性が低く、高い電圧を掛けすぎると溶断しやすいことも明らかになった。また、プラズマ測光面が小さくなり、光学系の調整も難しくなることも明らかになった。一方、マイクロホローカソード放電では、内径0.8 mmの放電管を用いて放電電圧 300 V、放電周波数 30 Hz、Heガス流量 50 mL/minの測定条件において最小検出量が0.45 nL となり、0.46 Lの水素ガスを分析試料として測定することで、当該水素ガス中ホルムアルデヒドが規制値 0.01 ppm 以下であるかどうかを判定することが可能である。来年度以降は、キャピラリー型放電管の冷却や光学系の安定化なども検討して、高感度かつ安定な測光システムの開発を目指す。