東京工科大学　工学部　電気電子工学科　ブログ

こんにちは、電気電子工学科の高木です。
４月に東京工科大学に着任してから、約４ヶ月が過ぎ、大学での仕事にも慣れてきました。

以前、企業で「赤外半導体レーザ（以下、赤外LD）」を使った生体計測の研究をしていました。今回、赤外LDを生体計測以外の応用に展開することになり、国内外に事業展開している大手電機メーカーと共同開発契約を締結し、研究を開始しました。

この電機メーカーが開発しているのは、人間が吐き出す呼気中の微量物質を、赤外半導体レーザで測定し、健康状態や運動状態を調べる装置です。呼気は、その90％以上が窒素、二酸化炭素などの大気ガスで構成されていますが、残り数％にアセトアルデヒド、アセトンなどの微量物質が含まれています。これを測定することで身体の状態を調べることができ、呼気診断と呼ばれています。飲酒運転を調べるのに、呼気中のアルコールの濃度を調べるのもその一つです。

呼気診断の測定方法は他のガスにも使えます。図は、赤外LDを使った微量ガス測定方法です。測定したいガスに赤外LDを照射し、入射前後の光強度を比較することで光の吸収量を求め、光を吸収した物質の濃度を求めます。測定に赤外LDを使うのは、（１）波長が赤外であること、（２）レーザーで伝搬距離が長いことからです。

(１）として、光の波長は短い方から紫外線、青色、黄色、赤色の可視光、赤外線となります。赤外線は人の目には見えませんが、可視光に比べて測定ガスでの吸収量が多く、測定感度が高くなります。

(２）では、レーザ光は、一般の光に比べ、広がることなく遠くまで伝搬します。レーザポインタの光が遠くまで届くのと同じです。測定ガスの両側に鏡を置き、測定ガス中を何度も往復させて吸収量を増やすことで、ppb（10億分の1）～ppm（100万分の1）の高感度測定が可能となります。

呼気以外の応用先として考えられるのは、大気中の微量ガス測定です。火山噴火で放出される二酸化硫黄（SO2）、自動車から排出される窒素化合物（NOx）、工場から排出されるアンモニア（HN3）などの測定も可能です。こうしたガスの濃度を測定することは、大気環境を知り、改善していく上でとても重要です。

東京工科大学と大手電機メーカーとの共同研究で、環境ガス測定を含めた赤外LDの応用展開を進めていきます。