게시 및 게시 날짜 : 2015/07/09

바카라 족보 측정에 적합한 초고속, 고정밀 가스 감지 및 식별 방법을 개발했습니다

-다중 가스는 실시간으로 분석 할 수 있습니다-

포인트

  • 두 개의 광원 "hikocom"
  • 가스에 의한 광 흡수는 가장 넓은 파장 범위에서 측정 할 수 있으며 여러 가스가 공존하는 바카라 족보에 적합합니다
  • 바카라 족보 가스 분석, 내연 엔진 평가, 호흡 분석 등을 포함한 광범위한 응용 분야


요약

바카라 커뮤니티 [Nakabachi Ryoji 회장] (이하 "AIST")물리적 측정 표준 연구 부서[Research Division Director Nakamura Yasuhiro] 주파수 측정 연구 그룹 연구원 인 Akira Okubo와 Research Group 이사 인 Inaba Hajime은 바카라 족보 측정에 적합한 고속, 매우 정확한 가스 탐지 및 식별 방법을 개발했습니다

이 기술은 바카라 족보의 고유 한 고성능 "hikocom"두 단위를 사용했습니다Dualcom 분광기이것은 장치를 개발하여 달성되었습니다 지금까지 가스 분석푸리에 변환 적외선 분광법 (FT-IR)를 사용하는 방법이 있었지만 이보다 2 개의 주문이 더 높습니다해상도실현되었습니다 또한, 짧은 시간 안에 측정을 수행 할 수 있기 때문에, 바카라 족보 가스 분석, 내연 기관의 평가 및 여러 가스가 공존하는 상태에서 호흡 분석과 같은 바카라 족보, 에너지 및 의학 분야에 널리 적용될 것으로 예상됩니다

이 기술에 대한 자세한 내용은 곧 Academic Journal에서 확인할 수 있습니다Applied Physics Express에서 발표됩니다

"hikocom"을 사용한 가스 감지 및 식별
"hikocom"을 사용한 가스 탐지 및 식별


개발의 사회적 배경

바카라 족보 영향이 낮은 사회를 실현하기 위해서는 기술이 높은 감도와 해상도로 실시간으로 바카라 족보 측정을 수행해야합니다 가스 분석 방법 중 하나 인 분광 측정은 온실 가스 및 유해 가스와 같은 바카라 족보 가스를 측정하고 가스 분자가 고유 한 파장에서 빛을 흡수하는 특성을 사용하여 엔진과 같은 내연 기관을 평가하는 데 사용되었습니다 복잡한 구조의 다중 분자 또는 분자를 포함하는 가스를 실시간으로 분석하기 위해서는 고해상도 및 짧은 측정이 필요하지만, 현재 주로 사용되는 FT-IR과 동시에 달성 할 수는 없습니다

연구 기록

바카라 족보는 국가 길이의 표준 및 차세대 국제 시간 표준의 후보자 인 광학 클럭 개발에 기여하기 위해 레이저 주파수를 정확하게 측정하고 제어하기 위해 "Hikocom"을 연구하고 개발하고 있으며, 매우 작은 주파수 노이즈를 가진 세계 최고의 표준 인 "Hikocom"을 개발하고 있습니다 반면, 두 개의 "호쿠 콤"장치를 사용하는 이중 -COM 분광 장치 장치는 기존의 FT-IR을 초과하는 해상도 및 주파수 (파장) 정확도로 단기간에 가스 분자의 흡수를 측정 할 수 있으며 가스 유형의 고속도로, 고정밀 감지 및 식별을 허용 할 수 있습니다

따라서 바카라 족보의 고성능 "Hikocom"은 듀얼 COM 분광기에 적용되었으며, 가스를 고속으로 감지하고 식별하는 기술을 개발하기 위해 데이터 처리 방법이 개발되었습니다

이 연구 개발은 National Institute for Science and Technology (JST) 전략적 창조 연구 프로모션 프로젝트 (ERATO) "Minoshima Intellectual Optical Optical Synthesizer Project"(2014-2018) (2014-2018)에 의해 수행 될 것입니다이 단체의 기본 산업-아카데미아 공동 창조 연구 프로그램은 "국가 표준에 따라 추적 가능한 주파수 링크 및 Terahertz의 표준 기술을 기반으로하는 체계적 링크를 만들어냅니다 독립 행정 회사는 과학 연구를위한 일본 협회 (JSPS) 과학 연구를위한 일본 협회 (JSPS)의 과학 연구를위한 보조금 자금, "고급 광원 공급원을 결합한 초고-고해상도 적외선 분자 분광계 개발"(2011-2013), "안정적인 광학 공진기를 사용하여 광학 주파수 콤을 좁히는 것"(2011-2013)의 절대 선의 좁은 좁아짐 저열 노이즈 광학 공진기 "(2010-2012)

연구 컨텐츠

Aisokenken은 고유 한 고성능 "hikocom"두 가지를 사용하여 듀얼 콤 분광 장치를 개발했습니다 데이터 처리 방법을 고안함으로써 고해상도 및 정확도 외에도 이중 콤 분광계로서 가장 큰 측정 파장 대역을 달성했습니다 그림 1은 세 가지 유형의 가스로 구성된 샘플의 물, 아세틸렌 및 메탄, 파장이 10 ~ 19 μm (웨이브 번호5100 ~ 10000 cm-1) 슈퍼광대역 분광법 측정스펙트럼의 일부에 대한 전반적인 시야와 확대 된 모습입니다 샘플에서 3 가지 유형의 가스 분자에 의한 흡수는 동시에 측정 될 수 있음이 이해된다 이 밴드는 현재까지 모든 듀얼 콤 분광기 중 5900 ~ 7300cm-1, 해상도 00016 cm-1일반 FT-IR의 01 cm-1보다 훨씬 높습니다 또한 각 측정에 필요한 시간은 13/100 초입니다 이를 통해 메탄, 암모니아, 수소 불화 수소, 염화수소, 아세틸렌 및 물과 같은 다수의 가스 분자를 동시에 감지 할 수 있으며, 이는 FT-IR로 어려웠습니다

측정 된 스펙트럼의 일반 (a) 및 확대 (B-G)
그림 1 : 측정 된 스펙트럼의 전체 다이어그램 (A) 및 확대 된 다이어그램 (B-G)

그림 2는 이번에 개발 된 이중 -COM 분광법 시스템을 사용하여 측정 된 15 μM 파장 대역에서 아세틸렌 가스 분자의 흡수 스펙트럼을 보여줍니다분자 흡수 스펙트럼 데이터베이스 (Hitran)과의 비교입니다 개발 된 듀얼 컴 분광계의 측정 결과와 데이터베이스의 값은 매우 잘 일치 함을 알 수 있습니다 이 장치는 동위 원소 분석에도 사용될 수 있으며, 이는 FT-IR에서 어려웠습니다

이번에 개발 된 이중 -COM 분광법 장치는 사용 목적에 따라 파장 밴드, 감도, 측정 시간 등을 최적화 할 수 있으며 바카라 족보, 에너지 및 의학 분야의 광범위한 응용 분야에서 사용될 수 있으며, 예 : 바카라 족보 가스 분석, 내부 연소 엔진 평가 및 호흡 분석과 같은 광범위한 응용 분야에서 사용될 수 있습니다

측정 결과 및 데이터베이스 비교 그래프
그림 2 데이터베이스와 측정 결과 비교

미래 계획

장비를 소형화하는 것 외에도 데이터 수집 및 분석 프로그램을 개선하고 실험실뿐만 아니라 현장에서도 사용되기 위해 프로그램을 개발할 것입니다 또한, 미량의 바카라 족보 가스의 검출 및 혈장의 온도 측정을 포함하여 다양한 샘플에 대해 최적화 된 분광 측정이 수행됩니다



터미널 설명

◆ hikocom
이것은 모드 로킹 된 레이저라고 불리는 초-쇼트 라이트 펄스 레이저의 광대역 빗 같은 스펙트럼 출력으로 가볍습니다 또한 그 빛을 생성하는 장치를 나타냅니다 이 Ultrashort 광학 펄스 트레인 스펙트럼에서 얇은 스펙트럼 성분은 간격 주파수에서 동일합니다 (fRep)에 줄 지어 있습니다 이 모양은안락함(Comb)와 비슷하기 때문에 "hikocomb"이라고합니다 간격 주파수fRep주파수 표준과 동기화되면 광학 빗은 "광 주파수 참조"가됩니다[참조로 돌아 가기]
그림의 개략도 "Hikocom"
"Hikocom"의 회로도
◆ Dualcom Spectroscopy
약간 다른 간격 주파수를 갖는 2 개의 "광학 빗"이 방해되는 측정 방법이며, 샘사의 흡광도 스펙트럼은 FT-IR과 동일한 방식으로 얻은 간섭 신호를 변환하여 푸리에에 의해 얻어진다 FT-IR과 달리 기계식 이동 부품이 없으며 약간 다른 간격 주파수는 FT-IR의 이동식 미러와 동일한 역할을합니다 스펙트럼은 고주파 정확도가 높고 움직이는 부품이 없으므로 속도를 쉽게 만들 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
◆ 푸리에 변환 적외선 분광법 (FT-IR)
흡수 및 방출을 사용하여 샘플을 분석하는 측정 방법, 분자는 적외선의 파장 범위에 있습니다 샘플은 광범위한 파수로 빛과 조사되고, 간섭계를 사용하여 얻은 신호는 푸리에 변환되어 샘플의 분자 진동 스펙트럼을 얻는다 간섭계에는 이동식 미러가 장착되어 있으며 거울이 이동하는 거리가 길수록 해상도가 높아집니다 반대로, 이동 가능한 거리는 또한 해상도를 제한하는 요인입니다 이동성 미러의 변동은 또한 결과 스펙트럼의 주파수의 정확도를 제한한다[참조로 돌아 가기]
◆ 결의
분광계가 분리되고 구별 될 수있는 가장 작은 파장 (주파수) 차이 분광 장치에 의한 스펙트럼 데이터 출력의 파장 (주파수) 스케일의 최소값[참조로 돌아 가기]
◆ wave 번호
하나의 파도가 한 파장의 하나의 웨이브로 계산 될 때 빛의 cm 당 파의 수 빛의 파장에 반비례합니다 그것은 종종 분자의 흡수 스펙트럼의 수평 축의 단위로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]
◆ 광대역 분광법 측정
한 번에 측정 할 수있는 파장 (주파수) 범위는 분광 장치의 밴드라고하며, 광대역에 대한 분광 측정을 광대역 분광 측정이라고합니다 한 번에 많은 수의 흡수 라인을 관찰하거나 알려지지 않은 유형의 가스를 분석 할 때 사용됩니다[참조로 돌아 가기]
◆ 흡수 스펙트럼 데이터베이스 "Hitran"
hitran (HIGH-ResolutionTranSmission 분자 흡수 데이터베이스)는 대기에 의해 전자 레인지에서 분자의 자외선 영역으로의 광의 흡수 및 방출을 시뮬레이션하는 데 필요한 분광 파라미터를 요약 한 데이터베이스입니다 데이터베이스 매개 변수는 분자의 흡수 스펙트럼을 재현하는 데 사용될 수 있습니다 현재 47 개의 분자 (동위 원소 종 포함)가 이용 가능합니다 그것은 주로 미국 하버드 대학교의 스미스 소니아 천체 물리학 센터 (Smithsonian Center for Astrophysics)에 의해 개발되고 유지되며 누구나 이용할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]



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