エアロゾル、ナノ微粒子に対する光分解電子イオン化飛行時間質量分析装置の開発

• Project/Area Number: 16510015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Environmental dynamic analysis
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 伊藤 寛 高エネ加速器研, 助手 (50300679)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神田 征夫 高エネルギー加速器研究機構, 共通基盤研究施設, 助教授 (20150005) ; 桝本 和義 高エネルギー加速器研究機構, 共通基盤研究施設, 助教授 (60124624) ; 沖 雄一 京都大学, 原子炉実験所, 助教授 (40204094)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: エアロゾル / 質量分析 / 加速器 / 環境科学

Research Abstract

加速器の運転に伴って二次的に発生する電離放射線により加速器室内にエアロゾルが生成し、機器の腐食、汚染の原因となることが知られている。加速器の保守管理を行ううえで、エアロゾルの発生機構、発生量、構成分子に関する情報が必要である。そこで、本研究では加速器室内雰囲気のオンライン分析するための手法を確立することにした。このようなエアロゾルの生成源、成長機構、構成分子を研究する手法を開発することは、大気環境中で生成するエアロゾルによる化学物質の伝搬機構を解明していくことにもつながるため、環境研究にとっても非常に重要である。更に、ナノ微粒子の生成や制御の研究にも役立つと言える。
本研究では分析装置の開発に主要な部分として、エアロゾル導入部、エアロゾル光分解電子衝突イオン化部、飛行時間型分子質量分析部に分け、それぞれ分担を決め基礎検討を進めるとともに、装置の設計・製作を行ってきた。また、生成したエアロゾルを回収し、レーザー照射して構成分子に分解し、イオン化する技術が最も重要であるが、基礎データが不足しており、分析装置に導く最適な条件を知ることが実験の最優先課題である。そこで、主要装置の納入を待つ間、現有の四重極型質量分析計を用いて、エアロゾルの生成、イオン化、検出感度のチェックを行うことから開始した。真空電着用の加熱セル内に希薄硫酸溶液を極微量含浸させたものを真空チェンバー内に固定し、加熱して発生する硫酸ミストの構成成分分析を連結した四重極型質量分析計で分析した。その結果、十分な感度でエアロゾル成分が検出できることが確認できた。次に、ディファレンシャルモビリティーナナライザー(DMA)であらかじめエアロゾルを0.01から0.02μmのサイズ毎に分離、捕集したものを同様の方法で分析することを始め、分析感度、イオン化効率などを向上・改善するための最適条件を検索した。また、同時に飛行時間分析装置の真空ライン部を組み立てた。