高感度・非破壊・表面吸着分子分析装置の開発で開拓するラジカル反応研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18153
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 日高 宏 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: イオントラップ / イオン軌道シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は，分子雲から原始惑星系円盤に至る天体の進化にともなって生じる，様々な有機分子の生成過程を解明するため，氷星間塵表面で生じるラジカル分子が関与する化学反応の実験研究を可能にする，高感度非破壊表面吸着分子分析装置の開発を行うことである．本分析技術の確立は，固体表面に吸着した微量分子が関与する様々な科学課題に対しても，実験による新たな研究可能領域の開拓に寄与するものである．
本装置の開発はCsイオンピックアップ法を基に，①反跳イオンの捕集効率の向上，②捕集イオンの質量分析後の異性体分離機構を導入するという方針で行う．初年度となる本年度は，まず，反跳イオンを捕集するレンズシステムの改良および，イオンが反跳する基板に対する，捕集レンズシステムの設置確度を調整できる真空槽の設計・製作を行った．これにより，現在使用している試作捕集レンズおよび設置角度が固定されている真空槽というセットアップと比較して，微量な反跳イオンをより少ない損失で質量分析エリアに導入することが可能になる．
さらに，異性体分離をするために導入予定であった，イオンファネルと移動管質量分析器の組み合わせによる分析システムの有効性の検討を行った．その結果，有限なリソースの中で幅広い種類の異性体の分離を行うには移動管法は適していない可能性があることが分かった．よって，異性体分離法の代替案として，イオントラップとレーザーを用いた冷イオン振動前期解離分光法を採用することとし，最適なイオントラップ形状決定のため，線径トラップ型イオントラップのイオン軌道シミュレーションを開始した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は初年度であるため，半年間という限られた時間の中で反跳イオン捕集効率の向上を目的とするレンズ設計の決定，角度調節可能な真空槽の設計製作，さらには，当初の計画で採用していた異性体分離法に対する不安要素を顕在化することができ，早い段階で異性体分離法の変更と変更後の開発装置のシミュレーション作業に取り掛かることができたため，研究計画の変更が必要となりながらも順調に進展していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

冷イオン振動前期解離分光法による異性体分離機構構築のため，イオン軌道シミュレーションを行い，最適なイオントラップ形状の決定・設計・製作を行う．その後，まずはイオントラップのみで動作テストを行ったのち，レーザーによるトラップ分子の解離実験を行う．それに合わせて，イオントラップによる異性体分離後の質量選別機構の設計・製作も行い，完成し次第，順次，Csイオンピックアップ装置への組み込みを行っていく．

Causes of Carryover

次年度への繰越金が約8万円ほど発生した．この額は少額であり，特に予算の執行上で問題が生じて意図せず発生したものではなく，変動する商品購入価格により発生した差額である．次年度予算と比較しても非常に少額であり，次年度に特に予算計画に変更が必要であるとは考えていない．