2017 Fiscal Year Annual Research Report

熱脱離型エアロゾル質量分析計における大気微粒子の気化・イオン化過程の解明

Research Project

Project/Area Number	17H01862
Research Institution	Tokyo Metropolitan University
Principal Investigator	竹川暢之首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (00324369)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	三澤健太郎首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (10431991)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	環境分析 / エアロゾル / 質量分析計 / 熱脱離 / イオン化過程
Outline of Annual Research Achievements	エアロゾル粒子の熱脱離・イオン化過程を調べるための実験装置の製作を行った。本装置では、エアロダイナミックレンズで粒子ビームを生成し、3次元メッシュ構造体から成る粒子トラップ上に捕集する。粒子トラップを炭酸ガスレーザーで急速に加熱することで脱離ガスを生成する。脱離ガスのイオン化にはオープン構造とクロスビーム構造の電子イオン源を試行したが、データ解析でより不確実性が小さい後者を用いることとした。脱離ガスの空間広がりを測定するために、粒子トラップとイオン源の相対位置を変更できるような構造を試作した。このクロスビームイオン源に適合する高時間分解能の四重極型質量分析計 (QMS) を新たに導入した。当初計画では飛行時間質量分析計 (TOF) を予定していたが、限られたイオン信号を高速で取得する上では当該QMSの方が有利と判断した。導入したQMSを装置に組み込むためには各種調整が必要であり、その条件決定のために、従来用いてきた簡易型のQMSを用いて予備実験を行った。予備実験では、塩化アンモニウム (NH4Cl) とヨウ化アンモニウム (NH4I) を標準粒子として用いた。NH4Clはアンモニア (NH3) と塩化水素 (HCl) に分解し、NH4IはNH3とヨウ化水素 (HI) に分解するが、これらは分子量が大きく異なるため、イオン化効率の分子量依存性を調べるのに適している。分子量依存性については、単純な分子運動モデルから予想される関係とは一致しない結果が得られた。この分子量依存性を解釈するために、粒子トラップとイオン源との相対位置を変化させて測定した。その結果、相対位置が離れるほどいずれの化合物でも低分子であるNH3のイオン化効率が相対的に増加することが分かった。上記の実験結果の理論的な解釈を試みた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 実験および解析は、ほぼ当初計画通りに進行している。得られた成果について学会発表を行うとともに、学術誌への論文投稿も行った。海外の研究協力者との議論も予定通り進んでいることから、おおむね順調に進展していると判断した。
Strategy for Future Research Activity	新たに導入した高時間分解能のQMSを用いて、脱離ガス由来のイオン信号の高速測定を試みる。また、捕集部と検出部の相対的位置を変化させて角度分布も測定する。これにより、分子種や加熱温度の違いによる脱離ガスの速度分布や空間広がりの違いを系統的に調べる。また、脱離直後の分子同士の衝突を考慮したモデルを構築して理論的な解釈を行う。