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

利用激光光谱法开发水下海水和沉积物化学成分分析方法

• 批准号: 14J08488
• 负责人: 高橋 朋子
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J08488/
• 关键词: 深海化学分析センサ開発; 深海化学分析センサの開発

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。

In this study, we developed a method for quantitative analysis of chemical components in the presence of ultraviolet light. A new method for quantitative analysis of signals by Partial-Least Squares (PLS) is proposed. Heisei 28 year proposal method and the system comparison The research method of rock measurement and doctoral research is summarized. At first, the complex utilization of multiple spectroscopic analysis methods was determined, and LIBS was used to determine the quantitative accuracy of the utilization of the sea area. In this study, the signal temperature is calculated, the optimal temperature is calculated, and the influence of PLS on the signal temperature is improved. The result of signal processing and temperature conversion is that the accuracy of PLS is higher, and the information of PLS is clearly extracted. It is possible to obtain quantitative analysis by means of proposal and method. Now, we are looking forward to fully automatic and quantitative analysis of rock chemistry and AUV (Autonomous Underwater Vehicle). This study contributes to the scientific understanding of dynamic underwater petrochemistry, increases the amount of data and resources, and develops the technology of scientific investigation.

项目成果

Quantitative Chemical Analysis of Submerged Solids using Calibration-Free Laser-Induced Breakdown Spectroscopy

使用免校准激光诱导击穿光谱法对水下固体进行定量化学分析

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Takahashi;B. Thornton;K. Ohki;and T. Sakka;髙橋 朋子;Tomoko Takahashi;Tomoko Takahashi;Tomoko Takahashi;高橋朋子;高橋朋子;T. Takahashi
• 通讯作者: T. Takahashi

レーザー分光分析による海底岩石のリアルタイム化学分析 - 元素定量分析手法の開発 -

利用激光光谱法对海底岩石进行实时化学分析 - 定量元素分析方法的开发 -

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Takahashi;B. Thornton;K. Ohki;and T. Sakka;髙橋 朋子
• 通讯作者: 髙橋 朋子

Development of methods for quantitative analysis of metal compositions of deep-sea rocks

深海岩石金属成分定量分析方法的开发

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Takahashi;B. Thornton;K. Ohki;and T. Sakka;髙橋 朋子;Tomoko Takahashi
• 通讯作者: Tomoko Takahashi

Temperature based segmentation for spectral data of laser-induced plasmas for quantitative compositional analysis of brass alloys submerged in water

• DOI: 10.1016/j.sab.2016.08.025
• 发表时间: 2016-10
• 期刊: Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy
• 作者: Tomoko Takahashi;B. Thornton;Takumi Sato;T. Ohki;K. Ohki;T. Sakka

Comparison of methods for quantitative analysis of submerged solids for application to deep-sea LIBS

深海 LIBS 中水下固体定量分析方法的比较

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Takahashi;B. Thornton;K. Ohki;and T. Sakka;髙橋 朋子;Tomoko Takahashi;Tomoko Takahashi;Tomoko Takahashi
• 通讯作者: Tomoko Takahashi