整理番号 sg160037 活動番号 a-009 -...

報告様式9

科学研究実践活動のまとめ

1. タイトル

ルミノール反応を用いた化学発光の研究

2. 背景・目的

ルミノール反応は最もよく知られた化学発光である。分子は、通常

はもっともエネルギーが低く安定な状態（基底状態）にある。しかし化学反

応によってエネルギーの高い状態（励起状態）へ変化する場合がある。励

起状態のままでずっと存在できるわけではなく、自然に基底状態へもどる。

その際に、余分なエネルギーを光として放出する。今回の化学発光では、

アルカリ溶液中で鉄などの金属が触媒となり、ルミノールがジアザキノン

中間体を形成することで、フタル酸ジアニオンの励起状態が生じる。さら

に反応が進むと、最終的に 2-アミノフタル酸ジアニオンが生成され、基底

状態に戻る。このエネルギー励起状態が基底状態に戻るときに発光が起

こる。

ルミノール反応に伴う、発光に関連する酸化剤と触媒の多

様性に着目し、本研究では、ルミノール反応における触媒の

濃度を変更することで、より強く長い時間化学発光できる最

適な反応条件を検討した。

3. 方法

①溶液の準備

≪ルミノール溶液の調整≫

・水酸化ナトリウム3.0gとルミノール0.1gをそれぞれ量り取り、蒸留水300mLに溶かす。

・3.0％過酸化水素水150mLに、上記の溶液を加える。

≪触媒溶液の調整≫

・ヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸カリウムを蒸留水に溶かし、濃度の異なる溶液を作成する。( 0.3％, 1％, 1.5％,

3％、6％ )

②発光時間の測定

・ルミノール溶液10mLを試験管にいれる。

・各試験官に異なる濃度で作成した触媒溶液を1mLずつ加え、暗室で発光を確認する。

・発光の様子を撮影するとともに、発光を始めてから、カメラに完全に映らなくなるまでを発光時間とし

てストップウォッチで測定し、最も強い光で発光した溶液の濃度と、最も長時間発光した溶液の濃度を調

べる。

整理番号 SG160037

活動番号 A-009

4. 結果

・ルミノール溶液に触媒溶液を加えると、青白い発光を確認できた。（図１）

・触媒溶液の濃度が高いほど強い光で長時間発光した。（表１、グラフ１）

・触媒溶液の濃度が最も低い0.3％のものの発光は10秒も保たず、完全に終了

したが、濃度が大きくなるほど、よりはっきりと発光を確認することができ、

発光時間も長いことが確認出来た。

表１：触媒溶液の濃度と発光時間

5. 考察

目視であるが、実験結果より触媒溶液の濃度が高いものほど強い光で長時間発光したことから、触媒の

濃度を高くすれば、より長く発光を観察できると考えられる。しかし、触媒溶液の濃度が3％を越えると、

発光時間の長さと溶液の関係にあまり変化が見られなかった。更に触媒溶液の濃度を上げていくと、触媒

がルミノール反応を急激に引き起こし、濃度3％の時の発光時間よりも短くなっていくと予想される。

6. 結論

ルミノール反応におけるヘキサシアノ鉄(Ⅲ)酸カリウムを触媒として用いる際には、濃度を 3％に保つ

のが最適だと考えられる。今後、さらに触媒溶液の濃度を上昇させ、発光時間と触媒濃度の関係を研究し

ていきたい。また、本実験では照度の測定に照度計を用いていないため、今後は触媒濃度とルミノール反

応の照度の関係について調べたい。また、鉄イオンを含む触媒として、ヒトの血液に含まれるヘム鉄と同

様なヘミンを触媒として使用し、ルミノール反応の色の変化などを観察していきたい。

7. 謝辞

高崎健康福祉大学の田中先生には、マイクロピペットの使い方を始め、実験操作の方法や基本的な技術

を教えていただきました。高校の齋藤先生からも、丁寧にアドバイスをもらい授業では教わらない高度な

知識や技術を身に付けることができました。まだまだ、この研究は調べなくてはならない事が沢山あるの

で、これからも続けていきたいです。ありがとうございました。

8. 参考文献等

ルミノール反応キリヤＱ＆Ａ http://www.kiriya-chem.co.jp/q&a/q22.html

9. 成果発表実績

平成30年度群馬県SSH・SGH・SPH等合同成果発表会ポスター発表

触媒濃度 (％) 0.3 1 1.5 3 6

発光時間 (s) 6 14 24 29 30

図１ルミノール発光の様子

10.大学等研究者（講師）の指導の状況

「研究テーマ・研究計画等の決定」

高崎健康福祉大学教授片山豪

高崎健康福祉大学准教授永井俊匡

「実験・データ処理等」、「分析・考察」

高崎健康福祉大学教授田中進

「発表・報告資料の作成」


報告様式9


1. タイトル

Kinectを用いた弓道支援システムの構築

2. 背景・目的

スポーツの支援システムとして、モーションキャプチャを用いた身体の動作解析が注目されている。一

般的なモーションキャプチャはマークや電極を関節部に取り付けセンシングを行うが、そのシステムの構

築には莫大な費用がかかり、高校の部活動で気軽に使えるものではない。そこで私たちは、家庭用ゲーム

機の「XBOX One」のデバイスである「Kinect」を用い、安価に支援システムの構築を目指す。一つ一つの

動作に正確性が求められる日本古来の競技である弓道を、今回の研究対象とする。

3. 方法

① 64-bitプロセッサ、USB3.0のポート、グラフィッ

クカードがDirectX 11をサポート、 Windows 10

の条件を満たすPCを用いる。

② MicrosoftのサイトからKinect for Windows SDK

2.0を PCにインストールする。（※1）

③ Xbox One Kinect センサーを Kinect センサー用

Windows PCアダプターに接続し、USBコネクター

をPCの USB3.0に接続する。（図1）

④ Scracth1.4を PCにインストールする。（※2）

⑤ Kinect2Scratch for Kinect v2 を PC にインスト

ールする。（※3）

⑥ スケルトンのサンプルプログラムをダウンロード

する。（※4）

⑦ プログラムを作成し、実行する。

4. 結果

弓道の所作のうち、「会」の場面をキャプチャした。

首と胴体の座標を中心線とし、肩の座標が垂直で無い

場合、床と並行ではない事を画面に表示し、正しい姿

勢を保つ支援システムを開発した。

また、「離れ」（矢を放つ時間）を画面上に表示し、

確認できるようにした。（図2）

5. 考察

弓道の動きはスピードが遅く、一つ一つの動作を正

確に行うという特性から、Kinectの様なカメラ撮影型

のモーションキャプチャでも十分に機能することが分

かった。サッカーやバスケットボールなど、スピード

の早いスポーツで、支援システムが作成できるか検証

をする余地がある。


活動番号 A-010

図 1

図 2

6. 結論

今回、Kinect を用い弓道の支援システムを構築したが、安価なものでも充分機能することが分かった。

この支援システムの効果を実証するために、これから弓道部のメンバーと支援システムを用いた場合と、

用いない場合との差を測定していきたいと考えている。そして、支援システムの有用性が確認出来たら、

弓道以外のスポーツの支援システムの開発に挑戦していきたい。

7. 謝辞

秀明大学の寺前先生には、ラズベリーパイを用いた Scratch のプログラミングの技術を教わり、IOT の

基礎が理解できました。私たちは弓道部ということもあり、それを弓道に活かせないかと思い、今回の研

究をスタートさせました。顧問の髙山先生、ALT のキャサリン先生から英語のプレゼンテーションを学び

ました。また、プログラミングでは高崎健康福祉大学の中村先生、高校の小暮先生。発表の指導を片山先

生からいただきました。沢山の先生から指導をいただいて、貴重な経験ができました。ありがとうござい

ました。

8. 参考文献等

（※1）https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=44561

（※2）https://scratch.mit.edu/scratch_1.4/

（※3）http://scratch.saorog.com/?page_id=2

（※4）https://scratch.mit.edu/projects/2870535/

※2～4

Scratchは MITメディア・ラボのライフロング・キンダーガーテン・グループによって開発されまし

た。https://scratch.mit.edu から自由に入手できます。

『体がコントローラー！？Scratchで作る体験型プログラム教室』モーションセンサーワークショップ

企画班（2012）

『弓道基本と上達法』福呂淳、加瀬洋光（2017）





秀明大学准教授寺前洋生




高崎健康福祉大学教授中村賢治



報告様式9


1. タイトル

構造による紙の性質変化の研究

2. 背景・目的

材質は一定にして構造だけで物体の強度を上げる方法として、ハニカム構造が有名である。平面充填で

考えると、六角形のハニカム構造は圧力の分散に富み柔軟性に優れる。三角形の構造は、圧力分散はハニ

カム構造に比べ少ないが、ハニカム構造よりも堅く強度に優れる。このように、構造によって物体の性質

が変化することに興味をもち、強度だけではなく他の特徴について研究を行っていく。

3. 方法

ピタゴラスによって証明されている、すべて同じ形状で平

面充填が可能な形状である、三角形、四角形、六角形の模型

を作成し、力を加え特徴を調べる。

4. 結果

①三角形、四角形、六角形のうち、セル一個の強度という点

で言えば、三角形が一番強い。

②六角形の場合、単一の六角形は変形しやすいが、平面充填

した状態だと変形しにくくなる。

5. 考察

ある一方から力が伝わった際には、その衝撃が他の面に分散して力が伝わる。六角形の場合、力が残り

の5方向に分散するのに対し、三角形の場合、力は残りの2方向にしか分散しない。力が分散すると言う

ことはそれぞれの面が受ける衝撃が小さくなるということであるため、三角形の構造よりも六角形の構造

の方が衝撃に強くなる。

6. 結論

角柱一個の場合三角形が最も衝撃に強いが、平面充填すると六角形の方が衝撃に強くなることが今回の

研究で分かった。しかし、この特異点はどこなのかは依然として謎である。

セルの数を、1個、2個、3個・・・と増やしていき六角形の強度が三角形を上回る数を今後の研究で明

らかにしていきたい。


活動番号 A-011

7. 謝辞

今回の研究を進めるにあたり、何もかもが新しいことで迷う場面も多々あった。高崎健康福祉大学の先

生方からいろいろアドバイスをもらい、進んではぶつかりの連続だったが何とかここまで来た。いろいろ

指導をしてくださった、高校の先生と大学の先生方へお礼申し上げます。

8. 参考文献等

・家でもできる理科実験①「ハニカム構造」

http://www.chugakujuken.com/koushi_blog/sawada/20160512.html

・ハニカム構造

http://cerana.blog.fc2.com/blog-entry-111.html





秀明大学准教授寺前洋生




高崎健康福祉大学教授阿部すみ子

高崎健康福祉大学助教中村賢治



報告様式9


1. タイトル

ドローンを用いた高校周辺の植生調査

2. 背景・目的

一般的な植生調査はコドラート法を用い、区画の標本調査を行う。森林での調査の例として、地面の四

隅に杭を打ち込み、四辺にスズランテープを張って区画を作成する。本研究ではドローンを用いて空撮で

の調査を行い、その有用性を証明する。

3. 方法

①トイドローンであるTelloを使い、ドローン操作の基本

的な技術を練習した。写真は、高校中庭にあるドイツトウ

ヒを撮影したものである。（図１）

②DroneBlocksというアプリを用い、Telloをプログラミン

グし自動運転する。（図2）

③自動運転により、ある決められたルートをドローンに飛

行させ目視で行うコドラート法をドローンによって自動撮

影を行う。


活動番号 A-012

図１ドイツトウヒ

図 2 DroneBlocks

4. 結果

トイドローンのTelloでは、高度10mまでしか飛ば

ず、高木の空撮は不可能である。そこで、DJI製 Mavic

を用い学校周辺の雑木林を撮影した。（図3）

5. 考察

Mavicを用いると写真の様に、上空から林を撮影することができ、高木の植生調査は可能である。また、

Mavic は GPS を内蔵し、プログラミングをすることで決められた場所を自動で撮影することができる。た

だし、航空法によるドローン規制により、必ずドローンを目視しなくてはならない。これでは、直接目で

観測する植生調査するのと変わらないように思うが、崖や川などが邪魔し、立ち入る事ができない場所で

もドローンさえ目視できれば植生調査を行えるというメリットがある。これからのフィールドワーク調査

は、ドローンを用いる事がスタンダードになっていく時代になると予想される。

6. 結論

この研究で、ドローンによる植生調査の有用性は確かめられた。私たちの研究は、ドローンの操作に多

くの時間をかけてしまい、本格的な植生調査は行っていない。これから、本格的にドローンを用いた植生

調査を実施し、さらなるドローンの可能性を探っていきたい。

7. 謝辞

ドローンの操作やプログラミングについて、高崎健康福祉大学の中村先生にはお世話になりました。ま

た、植生調査や植物の基本的な性質などを片山先生から教えてもらいました。高校の小暮先生と河合先生

からは、時に厳しく、時に優しく指導をいただき大変励みになりました。まだまだ、研究は続くので引き

続きご指導をよろしくお願いいたします。

8. 参考文献等

高橋隆雄（2018）『Scratchでトイドローンをプログラミングして飛ばそう！』秀和システム







図 3 学校周辺の雑木林

整理番号 sg160037 活動番号 a-009 -...

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