中赤外レーザーを用いた小型可搬型の同位体測定器の開発

今年度は、高精度かつ高確度で同位体計測が可能な吸収線を選定し、その吸収線を発振できる量子カスケードレーザー(QCL)の準備を行った。最初に、大気の吸収線データベース(HITRAN)を使って、OH基の伸縮振動による吸収帯(2.6um-3.3um)とOH基の変角振動による吸収帯(5.8um-7.7um)を対象として探索を行い、(1) 各同位体水の吸収線が重なり合わない、(2) 各同位体水の吸収線が2cm-1の範囲内に存在する、(3)吸収線強度が同程度であるという条件を満たす吸収線候補（８波長）を選定した。次に、研究グループが開発したスペクトルモデルを使って、選定した吸収線の温度依存性の解析を行った。光路長15mのセルに水蒸気量10000 ppmの空気ガスを30 Torr封入した場合を想定し、セル温度が298Kから300Kに変化した場合の吸収線の変化をシミュレーションした。その結果から温度変化に依存する計測誤差を評価し、推定誤差が最も小さい吸収線を最終候補とした。最終候補となった吸収線ではH2Oの温度依存性が高く、これが誤差を生じさせる原因となっている。しかし、その計測推定誤差は0.05‰/℃程度であり、従来法の計測誤差0.1‰と比較しても十分に小さい。また、各同位体種間の吸収線も離れているため、圧力変化に対する影響も限定的である。最後に、FTIR(島津社製 FTIR-8400S)を使った室内実験を行い、選定した吸収線候補に対する妨害物質の影響も調査した。光路長10cmのガスセルに水同位体ガスを封入して吸収スペクトルを取得し、室内空気のスペクトルと比較して大気中に含まれる妨害物質の影響を見積もった。その結果、大気成分の妨害も小さいことが確認できた。

今年度は、高精度かつ高確度で同位体計測が可能な吸収線を選定し、その吸収線を発振できる量子カスケードレーザー(QCL)の準備を行った。最初に、大気の吸収線データベース(HITRAN)を使って、OH基の伸縮振動による吸収帯(2.6um-3.3um)とOH基の変角振動による吸収帯(5.8um-7.7um)を対象として探索を行い、(1) 各同位体水の吸収線が重なり合わない、(2) 各同位体水の吸収線が2cm-1の範囲内に存在する、(3)吸収線強度が同程度であるという条件を満たす吸収線候補（８波長）を選定した。次に、研究グループが開発したスペクトルモデルを使って、選定した吸収線の温度依存性の解析を行った。光路長15mのセルに水蒸気量10000 ppmの空気ガスを30 Torr封入した場合を想定し、セル温度が298Kから300Kに変化した場合の吸収線の変化をシミュレーションした。その結果から温度変化に依存する計測誤差を評価し、推定誤差が最も小さい吸収線を最終候補とした。最終候補となった吸収線ではH2Oの温度依存性が高く、これが誤差を生じさせる原因となっている。しかし、その計測推定誤差は0.05‰/℃程度であり、従来法の計測誤差0.1‰と比較しても十分に小さい。また、各同位体種間の吸収線も離れているため、圧力変化に対する影響も限定的である。最後に、FTIR(島津社製 FTIR-8400S)を使った室内実験を行い、選定した吸収線候補に対する妨害物質の影響も調査した。光路長10cmのガスセルに水同位体ガスを封入して吸収スペクトルを取得し、室内空気のスペクトルと比較して大気中に含まれる妨害物質の影響を見積もった。その結果、大気成分の妨害も小さいことが確認できた。