Dissociation/ionization process of organic molecules by cluster ion collisions and application to molecular structure analysis
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22K04931
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
盛谷 浩右 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (20391279)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | TOF-SIMS / 多変量解析 / 質量分析 / クラスターイオン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、クラスターを一次イオンとしするSIMS計測において、スペクトルのエネルギー（クラスター構成原子1個当たり）依存性の違いを手がかりとして、有機分子の解離イオン化反応について化学反応ダイナミクスの観点から明らかにする。そして、TOF-SIMSのエネルギー依存性データから元の分子構造を推定する考え方を構築する。また、それぞれのエネルギー依存性データを統計解析し、①の化学的解釈と比較して、解析結果と分子構造情報を対応づける。これにより、エネルギー依存SIMSデータの統計解析結果から元の分子構造を推定する新たなスキームを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究により、Arクラスタ（Arn+）を一次イオンとするTOF-SIMSにおいて、スペクトル中の二次イオンピーク強度がクラスタイオンの構成原子あたりのエネルギー（E/n）に依存することが示されてきた。また、このE/n依存性は二次イオンの分子構造によって異なることも示されてきた。
本年度は、一定の加速エネルギー（E）の下でクラスターサイズ（n）を精密に変化させながらSIMSスペクトルを自動測定するシステムを構築してきた。この研究では、E/nに依存する1,4-ニトロベンジルピリジニウムクロリド（NBP）のSIMSスペクトルを測定し、そのデータ解析の方法について検討した。NBPをSi上に凍結乾燥して作製した薄膜試料に、サイズを制御したArクラスターイオンを一次イオンとしてSIMS測定を行った。各マスピークのE/n依存曲線をプロットし、それぞれのE/n依存傾向の相関関係を定量的に評価するために、各ピークどうしの相関係数を計算し、ヒートマップとして表示した。その結果、分子イオンは、全ての解離イオンに対して負の相関性を持つことがわかった。これは、SIMSスペクトルパターンのE/n依存性データを用いて、マススペクトル中の分子イオンピークをスクリーニングできることを示している。また、主成分分析やk平均法などの手法を用いて同じデータを解析し結果を比較したところ、類似の構造をもつイオン同士の相関係数が高くなる傾向があることが示された。この結果から、それぞれのピークのE/n依存傾向は、分子構造によって異なることが示された。これらの結果はピーク強度のE/n依存性は、マスピークのクラスタリングや同定のための重要な指標となり得ることを示している。本年度はこれらの結果を1件の国内学会と2件の国際会議にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、解離反応がよく理解されている分子（ベンジルピリジニウム類）を試料として測定・解析を行い、解離イオン生成に至る分子内結合破断のメカニズムについて検討した。実験で測定されたE/n依存データを、計算により求められている解離エネルギーの値を元に化学的に解釈し、ヒートマップと比較し整合性を検討した。試料の膜厚やE/nの値より、分子解離がさらに進むため、より複雑な解離過程を検討するする必要があることがわかった。研究は概ね当初の予定通り進行しているが、装置の修理に要する部品が、戦争等の影響により納入時期が不透明になっていたため、その点で予算執行については当初の予定よりも遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討で、相関係数により一定のマスピークのスクリーニングは可能であることがわかったが、今後の課題として、試料の分子は同じでも、試料の状態（弾性特性、形状など）によって、より複雑なE/n依存の相関関係が表れることがわかった。そこで今後、E/n依存性をより細かく表す手法を検討する。そのために、まずE/n領域ごとの相関係数とそのE/nによる変化などを調べる。また、非線形相関解析や、主成分分析や、階層型クラスタリングなどの手法を援用し、さらに精緻な解析手法を検討していく予定である。また、これまでに構築した化学的解釈の適用性を確認する。また結合破断の閾値エネルギーや基準値、および実験条件（必要なE/n分解能、必要なデータ数、S/N比など）を明確化しながら数理統計解析手法を改善していく。また、装置の修理については、現在入荷が滞っている部品（高圧パルサー）を入手しだい修理し、再調整を立ち上げを行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
