1：実験の背景

農達除草剤中の有効成分はオキサグリホスフィンと呼ばれる化学物質であり、その中のオキサグリホスフィン、N-（ホスホニルメチル）は、グリミン酸イソプロピルアミン塩形態である。この形態のグリフォセートは扱いやすく、効力が強い。一般的な農達除草剤中のグリフォセート含量は約2%であるが、実際に使用する際には水で希釈する必要がある。

この実験では、光路長10 mmと5 mmの可変光路浸漬型プローブをそれぞれ用いて、これらの低濃度オキサグリホスフィンの吸光度を試験し、その検出限界を検討した。吸光度測定では、光路長と検出限界は負の相関を示しているため、10 mmの光路長はより正確で信頼性の高い結果を与えると予測している。5 mmの光路長プローブを用いて、より短い光路長でもオキサグリホスフィンが検出されるかどうか、および10 mmの光路長プローブと同様の結果が得られるかどうかを検証した。

2：スペクトルシステム構築

実験では、Avantes社の科学研究レベルの紫外/可視分光器AvaSpec-HEROを使用した（図1）。AvaSpec−HERO分光計は高感度コンパクト光学プラットフォーム（焦点距離＝100 mm、開口数＝0.13）と1024×58画素のバックライトCCD検出器に基づいており、高感度と解像度を持っている。AvaSpec-HEROは先進的なAS 7010基板を採用し、高性能ADコンバータを含み、高い信号対雑音比とダイナミックレンジを持ち、USB 3.0とイーサネットインターフェースは高速通信を実現することができる。本実験は紫外域で高い感度を必要とするため、この分光計を用いた。

図1実験システム：AvaSpec-HERO分光計、AvaLight-XE高出力パルスキセノンランプと可変光路浸漬型プローブ

光源はパルスキセノンランプAvaLight-XE-HPを採用し、極紫外領域で非常に優れ、Y型トリガ線を介して分光計に接続されている。分光計のTTL信号を受信して動作を開始し、光源が動作している間だけスペクトルを測定できるようにします。測定されるフラッシュ回数は、スペクトルの飽和を回避するためにAvaSoftソフトウェアで設定できます（スペクトルが過剰な光がスペクトル計に入ると飽和現象が発生します）。10 mm光路長実験ではフラッシュ回数を3回、5 mm光路長実験ではフラッシュ回数を2回に設定した。

図2：光路長10 mm時の可変光路浸漬型プローブ

実験システムの最後のコンポーネントは、Avantes社の可変光路浸漬型プローブである。Avantes社は科学研究および工業顧客に固定または可変光路長の浸漬型プローブ（図2）を提供し、光路長の変化は銅管部品の緩めと締め付けによって実現できる。長い光路長は低濃度サンプルの測定に適しており、短い光路長は高濃度サンプルの測定に適している。これは、より長い距離により多くの光がサンプルに入ることができ、光路長10 mmのプローブは5 mmの長さよりも低濃度のサンプルに適しているからです。

3：実験過程

図3のように、農達除草剤の希釈推奨配合比は：1.5オンス（3スプーン）農達除草剤と1ガロン水を混合し、この時農達除草剤サンプルの濃度は約1.2%であった。溶質重量が一定のままである場合、他の3つのサンプルはそれぞれ推奨濃度より25%、50%、75%多く希釈された。（この濃度は他の3つの濃度に基づいて決定され、これら3つのサンプルの濃度はそれぞれ推奨濃度希釈率より25%、50%、75%高かった。）

図3希釈後の農達除草剤サンプルの濃度と百分率

溶媒は脱イオン水であり、グリフォセート含量2%の農達溶液を希釈し、希釈後に4種類のサンプル濃度をそれぞれ1.2%、0.88%、0.59%、0.29%とした（図3）。4つの試料中のオキサグリホスフィンの百分率はそれぞれ0.024%、0.018%、0.012%、0.0058%であった（図3）。希釈後の4種類のサンプルを図4に示す。

図4：希釈された4種類の異なる濃度の農達除草剤溶液

4：実験データと結果

サンプルをテストする前に、分光計の積分時間を30 msに設定し、AvaLight-XE-HP光源のフラッシュ回数を3回に設定しました。私たちはまず10 mmの光路長を用いて4つのサンプルをテストし、吸光度モードを選択し、まず暗いノイズを保存して機器自身のノイズを除去し、溶媒（脱イオン水）を参考にした。10 mm光路長プローブを用いた吸光度測定結果を図5に示す。

図5：10 mm光路長プローブを用いた吸光度測定結果

純グリフォセートの吸光度ピークは265 nm前後であり、希釈後のグリフォセートの吸光度ピークは200 ~ 300 nmの任意の波長に位置することができる。私たちが実験で測定したピークは200 nm前後で、スペクトル形状も他の研究者のスペクトルデータと一致しています。したがって、10 mmの光路長のプローブを用いて、4種類の農達除草剤希釈溶液中のオキサグリホスフィンをよく測定できることが証明された。

2回目の実験では5 mm光路長プローブを使用し、分光計の積分時間を20 ms、AvaLight-XE-HP光源のフラッシュ回数を2回設定した。これは飽和を避けるためで、測定結果は図6の通りである。

図6：5 mm光路長プローブを用いた吸光度測定結果

5：結果の検討

5 mm光路プローブの測定スペクトルの一致性は10 mmプローブの測定スペクトルに及ばない。サンプル2（紫色、希釈度25%増）とサンプル4（黒色、希釈度75%増）のスペクトル形状は他の2つのサンプルとは異なる。また、サンプル2とサンプル4の吸光度スペクトル線はピークに達しても急速に低下せず、実際には低下しなかった。これらの結果は、5 mm光路プローブの測定結果が10 mm光路プローブの測定結果より信頼性が低いことを証明した。これは私たちの最初の仮定と一致しています：4つのサンプルはすべて十分に希釈されているので、10 mm光路プローブはより良い測定結果を得ることができます。下図（7、8、9、10）は、各サンプルの10 mm光路プローブと5 mm光路プローブの試験結果を比較したものである。10 mm光路プローブを用いた5 mm光路プローブの測定結果はより正確であることがわかる。図（11）は、本実験の全スペクトル結果のまとめである。

図7：5 mm/10 mm光路プローブを用いた適切な濃度溶液の測定

図8：5 mm/10 mm光路プローブを用いた希釈度25%増加溶液の測定

図9：5 mm/10 mm光路プローブを用いた希釈度50%増加溶液の測定

図10：5 mm/10 mm光路プローブを用いた希釈度75%増加溶液の測定

図11：5 mm/10 mm光路プローブを用いて測定したすべての結果

6：結論

予測されたように、10 mm光路の可変光路浸漬型プローブはオキサグリホスフィンの吸光度ピークをより良く識別することができる。5 mm光路プローブもオキサグリホスフィンの信号を検出することができるが、スペクトル形状は10 mm光路プローブのように均一ではない。この4種類の高度に希釈されたサンプルは、長い光路長で実験効果がより良いことを証明している。もし私たちの推測が正しければ、別の実験でサンプル濃度を大幅に増加すれば、5 mm光路プローブはより良い実験効果を提供することができます。

この実験は、可変光路浸漬型プローブが低濃度サンプルの吸光度測定に適用でき、広範囲の濃度範囲をカバーできることを証明した。この実験は、測定試料の濃度が異なる場合に、可変光路浸漬型プローブを用いて提供される異なる光路が良好な試験結果を得ることができることをよく証明している。