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

使用中红外激光开发小型便携式同位素测量仪

• 批准号: 22K18732
• 负责人: 栗田 直幸
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18732/
• 关键词: 中赤外レーザー; 水蒸気同位体計測; 水蒸気安定同位体

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。

Our は, high precision か つ high accuracy of で with a body measuring が may な 収 absorption line を し selected, そ の 収 absorption line を 発 vibration で き る quantum カ ス ケ ー ド レ ー ザ ー line (QCL) の prepare を っ た. Initial に, big 気 の 収 absorption line デ ー タ ベ ー ス (HITRAN) を make っ て, OH の stretching vibration に よ る suction 収 帯 (2.6 um 3.3 um) と OH の - Angle vibration に よ る suction 収 帯 (7.7 to 5.8 um um) を like と seaborne し て explore を い, (1) Each line with a body of water suction 収 の が heavy な り close わ な い, (2) with a body of water suction line 収 が の の 2 cm - 1 van 囲 に exist within す が る, (3) 収 absorption line strength with degree で あ る と い を う conditions against た す 収 line standby (8) wavelength absorption を selected し た. に, study グ ル ー プ が open 発 し た ス ペ ク ト ル モ デ ル を make っ て, selected し た 収 absorption line の temperature dependency line analytical を の っ た. Optical path length 15 m の セ ル に water steam 気 amount 10000 PPM の empty 気 ガ ス を 30 Torr し sealed た を し scenarios, セ が ル temperature 298 k か ら 300 k に variations change し の 収 absorption line の た occasions - the を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た. そ の results か ら temperature variations change に dependent す る を measuring error evaluation 価 し presumption, small error が most も さ い 収 absorption line を eventually alternate と し た. Eventually alternate と な っ た 収 absorption line で は H2O の high temperature dependence が く, こ れ が error を raw じ さ せ る reason と な っ て い る. し か し, そ の は presumption measuring error of 0.05 ‰ / ℃ degree で あ り, 従 to の measuring error of 0.1 ‰ と compare し て も very small に さ い. Youdaoplaceholder0, interspecific <s:1> suction line <s:1> distance of each allop れて るため るため, pressure change に <s:1> limit of する influence である. Finally, に, FTIR(Shimadzu FTIP-8400S)を conducted a った indoor laboratory experiment を to に, selected the <s:1> た suction line as a candidate に to investigate the <s:1> impact <e:1> of the する hindering substances, and た. Optical path length 10 cm の ガ ス セ ル に isotopic water body ガ ス を し sealed て suction 収 ス ペ ク ト ル を obtain し, indoor air 気 の ス ペ ク ト ル と compare し て in big 気 に containing ま れ る sabotage material の influence を see product も っ た. Youdaoplaceholder0 そ result, atmospheric component <s:1> hindrances さ small さ とが confirm で た た た.