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DETECTION OF OXYGEN MOLECULE, AND QUANTITATION DEVICE AND METHOD THEREOF

Patent code P110003734
File No. BE060P10
Posted date Jun 28, 2011
Application number P2006-140768
Publication number P2007-309849A
Patent number P4767755
Date of filing May 19, 2006
Date of publication of application Nov 29, 2007
Date of registration Jun 24, 2011
Inventor
  • (In Japanese)細野 秀雄
  • (In Japanese)梶原 浩一
  • (In Japanese)平野 正浩
  • (In Japanese)上岡 隼人
  • (In Japanese)三浦 泰祐
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title DETECTION OF OXYGEN MOLECULE, AND QUANTITATION DEVICE AND METHOD THEREOF
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein oxygen molecule determination utilizing light emission is limited to measurement in a laboratory, and is not used for a practical evaluation method.
SOLUTION: This detection and determination device of oxygen molecules wherein a wavelength-changeable semiconductor laser is used as an excitation light source, is characterized by being constituted of a holding part of a sample including oxygen molecules, a spectral part for measuring an emission spectrum from the excited sample, and a photodetection part. Sensitivity of the detection device of oxygen molecules can be heightened by using the semiconductor laser, and isotope oxygen molecules can be identified by using detection of oxygen molecules in a silica glass including the oxygen molecules having a concentration below 1019 cm-3 and over 1015 cm-3 or a phonon sideband of the emission spectrum.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


酸素分子は、該酸素分子の励起状態からの発光スペクトルを測定することによって定量で
きることが知られている。該発光を生じさせる方法には、酸素分子を間接的に励起する方
法と直接励起する方法とがある。



間接励起法は、試料に添加した有機色素などの光増感物質をまず励起し、そのエネルギー
を酸素分子へと移動させる方法であり、酸素分子を効率良く励起できることが知られてい
る(非特許文献1、2)。間接励起法としては、例えば、生体系や溶液系で光増感反応によ
って生成した一重項酸素を検出する方法(例えば、特許文献1,2)が知られている。間
接励起法は、汎用のランプやレーザーを光増感物質の励起に使用できるため簡便ではある
が、光増感物質の添加が難しく、汎用性に欠ける。



直接励起法では、酸素分子の光吸収線と一致する波長755~775nmの励起光が用いられる。
しかし、酸素分子は光吸収線の幅が狭く、励起発光効率が低いために、励起光として強力
な単色光を用いることが不可欠である。これまで、研究室レベルで、チタンサファイアレ
ーザー、クロムLiSAFレーザー、色素レーザー、光パラメトリック発振レーザーを励起光
源として使用し、低温希ガス固体(非特許文献3)、又はシリカガラス(非特許文献4)中に
溶解した酸素分子の発光スペクトルと発光寿命が調べられ、酸素分子と媒質との相互作用
による発光スペクトルと発光寿命の変化が測定されている。



【特許文献1】
特開平7-159325号公報
【特許文献2】
特開平9-159604号公報
【非特許文献1】
R. Schmidt et al., J. Am. Chem. Soc. 109, 6976(1987)
【非特許文献2】
R. D. Scurlock et al., J. Phys. Chem., 91, 4599(1987)
【非特許文献3】
G. Tyczkowski et al., Chem. Phys. 215,379(1997)
【非特許文献4】
L. Skuja et al., Phys. Rev. B, 58, 14296(1998)

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、酸素分子からの発光を利用して、試料中の酸素分子を検出及び定量する方法に
関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
波長可変半導体レーザー、その出力と発振波長を一定に保つための温度制御装置、レーザ
ー変調電源、励起光を周期的に遮断する光シャッタを備えた光源部、
溶解した酸素分子を含む試料の保持部、
酸素分子が直接励起された該試料からの発光を反射させて平行光とする反射鏡、平行光を
集光する集光レンズ、光チョッパ、赤外ローパス又はバンドパスフィルタを備えた発光ス
ペクトルを測定する分光部、
及び赤外光検出器、レーザー変調電源に接続したロックインアンプを備えた光検出部、
から構成される測定装置を用い、
該半導体レーザーの発振波長を、755nmから775nmの波長範囲で変化させながら、発光強度
が最大となる発振波長を求め、
該発振波長を励起光として、光チョッパが開放されている間は励起光を遮断するように半
導体レーザーを電流変調によってパルス駆動し、ON-OFFレーザー光を励起光として用い、
試料に含まれる酸素分子励起して発光させ、
発光を平行光として分光部の光チョッパによって変調させ、
赤外ローパス又はバンドパスフィルタを通過した酸素分子からの発光を光検出部の赤外光
検出器によって検出して発光強度を測定し、酸素分子濃度―発光強度の検量線と比較し、
検量線から酸素分子濃度を求めることを特徴とする試料中の酸素分子の定量方法。

【請求項2】
 
波長可変半導体レーザー、その出力と発振波長を一定に保つための温度制御装置、レーザ
ー変調電源を備えた光源部、
溶解した酸素分子を含む試料の保持部、
酸素分子が直接励起された該試料からの発光を反射させて平行光とする反射鏡を備えた発
光スペクトルを測定する分光部、
及び分光器を備えた光検出部、
から構成される測定装置を用い、
該半導体レーザーの発振波長を、755nmから775nmの波長範囲で変化させながら、発光強度
が最大となる発振波長を求め、
該発振波長を励起光として試料を発光させ、発光を平行光として分光部、及び光検出部に
導入して発光スペクトルを測定して、「a-X(0,0)遷移」による発光線のフォノンサイドバ
ンドである「a-X(0,1)遷移」による発光線の位置及び強度から酸素同位体の同定及び又は
定量を行うことを特徴とする試料中の同位体酸素分子の検出及び定量方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006140768thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO/SORST Exploring and developing applications for active functions utilizing nanostructure embedded in transparent oxides AREA
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