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。

Exordium レ ー ザ ー キ ャ ビ テ ィ ー リ ン グ ダ ウ ン (CRD) 収 absorption spectrometry は, 単 pure か つ Gao Gan で, like と seaborne す る 検 out material の unique concentration determination が seaborne may な spectrometry で あ る. This study で は, narrow wavelength 帯 domain - semiconductor レ ー ザ ー に よ る type high-speed walkthrough CRD 収 absorption spectrometry を with い た コ ン パ ク ト か つ simple な measuring technique with a body と の established suitability evaluation 価 を purpose と し, acidification molecules of carbon isotopic body (^ < 12 > CO_2, ^ < 13 > CO_2) を spectral polices like と し た CRD 収 absorption spectral matrix The basic experiment を through じて^<13>C/^<12>C allosteric ratio analysis を test みた. High CO_2 with a body measurement be 験 フ ィ ネ ス フ ァ ブ リ ー ペ ロ ー type optical resonator (FPI) を build し, wavelength of 1.6 microns DFB semiconductor レ ー ザ ー を incident し た. Resonator long を ピ エ ゾ element child に よ り high-speed (~ 10 ^ < - > 4 m/s) で walkthrough す る と, the accumulation of で の light in the optical resonator damping が Qiao り return さ れ る. The <s:1> sample をFPI emits <s:1> た た through the light intensity と て てInGaAs/PINフォトダ <s:1> <s:1> ドで検 ドで検 ドで検. こ の through light intensity (リ ン グ ダ ウ ン signals) の damping speed は 収 absorption substances と の concentration proportion masato に あ る た め, こ の damping speed よ り within the optical resonator に import し た CO_2 ガ ス の suction 収 ス ペ ク ト ル を determination し た. Results と の topics in future そ の results, ^ < 12 > CO_2 / ^ < 13 > CO_2 に 応 seaborne し た 収 absorption line が determination さ れ, そ れ ら の ピ ー ク area (concentration) よ り o め た ^ < 12 > CO_2 / ^ < 13 > CO_2 の with a body than は ^ < 13 > C / ^ < 12 > C = (0.97 + 0.42) % で あ り, days However, there is a 1.122%と uncertainty, さ さ <s:1> 囲 で consistency, する とを とを confirmation, た た. ま た, high decomposition can suck 収 line デ ー タ ベ ー ス HITRAN と の is を tong し て this way の determination limit concentration を calculate し た results, determination of 0.1 ATM, 296 k で を う occasion, two acidification が carbon concentration about 1% (^ < 13 > CO_2:100 parts per million (PPM) ま で determination may で あ る こ と が points か っ た. Now point で が は precision is not very で は あ る が, デ ー タ take り 込 み の high speed line を い statistical accuracy on げ る の improvement such as line を う こ と で human の shout 気 を with い た medical diagnostic technologies へ の 応 with や big 気 cycle ト レ ー サ ー と し て の CO_2 in の carbon isotopic body than リ ア ル タ イ ム measuring が may で あ る と exam え ら れ る.