レーザ分光法を用いた、海中現場における海水及び堆積物の化学組成分析手法の開発

本研究では、レーザ分光法を応用しターゲットに含まれる化学成分をその場で計測し定量分析する手法を開発した。昨年度までに、元素分析手法であるレーザ誘起破壊分光法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy : LIBS）の信号を、多変量解析手法であるPartial-Least Squares (PLS)回帰分析によって定量的に解析する手法を提案した。平成28年度は提案手法と従来手法を体系的に比較した。そして、提案手法を岩石の計測に応用し、博士研究を総括した。当初は複数の分光分析手法の複合利用を予定していたが、LIBSにより実海域での利用に現実的なレベルでの定量精度を求められる手法を開発し、レーザアブレーション現象の解明に資する体系だった研究を進めることに専念した。本研究で、信号からプラズマ温度を算出し、最適な温度によってデータベースをセグメント化することで、水中LIBSで見られる信号の揺らぎのPLSへの影響を改善することがわかった。従来の信号処理と温度セグメント化の結果から、PLSでの精度向上にはピーク情報を鮮明に抽出することが重要だとわかり、ブロードニングが起きないレベルでの高温が最適な温度帯であることを示した。提案した手法によって、データの取得から定量解析まで全て自動でリアルタイム化することが可能である。今までサンプリングでしか実現しえなかった岩石化学分析について、AUV（Autonomous underwater vehicle）への搭載による完全自動の定量化へとパラダイムシフトすることが十分期待できる。本研究は、動的な水中プラズマの科学的理解に貢献するだけでなく、深海岩石化学調査において飛躍的にデータ量が増え、資源量見積もりや科学調査に役立つ技術の開発につながる。

本研究では、レーザ分光法を応用しターゲットに含まれる化学成分をその場で計測し定量分析する手法を開発した。昨年度までに、元素分析手法であるレーザ誘起破壊分光法（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy : LIBS）の信号を、多変量解析手法であるPartial-Least Squares (PLS)回帰分析によって定量的に解析する手法を提案した。平成28年度は提案手法と従来手法を体系的に比較した。そして、提案手法を岩石の計測に応用し、博士研究を総括した。当初は複数の分光分析手法の複合利用を予定していたが、LIBSにより実海域での利用に現実的なレベルでの定量精度を求められる手法を開発し、レーザアブレーション現象の解明に資する体系だった研究を進めることに専念した。本研究で、信号からプラズマ温度を算出し、最適な温度によってデータベースをセグメント化することで、水中LIBSで見られる信号の揺らぎのPLSへの影響を改善することがわかった。従来の信号処理と温度セグメント化の結果から、PLSでの精度向上にはピーク情報を鮮明に抽出することが重要だとわかり、ブロードニングが起きないレベルでの高温が最適な温度帯であることを示した。提案した手法によって、データの取得から定量解析まで全て自動でリアルタイム化することが可能である。今までサンプリングでしか実現しえなかった岩石化学分析について、AUV（Autonomous underwater vehicle）への搭載による完全自動の定量化へとパラダイムシフトすることが十分期待できる。本研究は、動的な水中プラズマの科学的理解に貢献するだけでなく、深海岩石化学調査において飛躍的にデータ量が増え、資源量見積もりや科学調査に役立つ技術の開発につながる。