2019 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, 理学研究科, 教授 (00324369)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	三澤健太郎首都大学東京, 理学研究科, 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	前年度に構築した脱離分子衝突モデルを精緻化し、様々なケースで計算を行った。熱脱離過程としては、加熱面に粒子が衝突する場合と、粒子を捕集した面を加熱する場合などが考えられる。本研究では、室内実験の条件に合わせて後者を仮定した。対象分子は効果が見やすいと期待されるヨウ化アンモニウムとした。発生源プロファイルについては不確実性が大きいが、粒径100 nmの粒子を1 μm四方に敷き詰めたものを100 nsで均一に脱離させる場合をベースとして感度計算を行った。分子間衝突を考慮しない場合、脱離ガスは分子種によらず等方的に広がっていた。一方、分子間衝突を考慮した計算では、ヨウ化水素に比べてアンモニアの方がより空間広がりが大きいことが分かった。この結果は、分子衝突が脱離ガス分布すなわちイオン化効率を決める上で重要な要素の一つであることを示唆している。発生源プロファイルを変化させた感度計算では、粒子数を多くして脱離時間を短くすると衝突の効果はより顕著になった。これは、局所的な分子数密度が高くなったためと考えられる。しかしながら、いずれの感度計算でも実験結果を定量的には説明できなかった。この不一致が生じる要因として、発生源における熱脱離速度の不確実性や、非弾性衝突の効果などが考えられる。実際、弾性衝突であっても衝突過程の前後でヨウ化水素分子の速度分布が大きい側に有意にシフトする様子が見られている。もし非弾性の効果を考慮した場合はさらにシフトする可能性があり、これによりモデル値が実験値に近づく傾向になる。これら一連の成果について論文を発表した。本研究では、室内実験および数値シミュレーションにより、熱脱離型エアロゾル質量分析計の脱離過程における分子衝突の重要性が初めて示された。ただし、現実の熱脱離過程には様々な要因が複合しているため、その定量的な理解にはさらなる研究が必要である。
Research Progress Status	令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和元年度が最終年度であるため、記入しない。