2015 Fiscal Year Annual Research Report
エアロゾルの大気中環境動態を解明するためのイオンビーム顕微動態分析法の開発
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26706025
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (60589117)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | イオンビーム誘起発光 / イオンマイクロビーム / エアロゾル / PIXE / IBIL |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気中の微小粒子状物質について、その環境動態解明につながる個別粒子表面の有機物・無機化合物分布の可視化は極めて重要な課題である。本研究では、その解析に必要な化学組成分析・イメージング技術を、大気取り出しイオンマイクロビームをプローブとした分析手法の開発により実現することを研究目的としている。本年度は、昨年度までに開発した光子計数レベルの高分解能型分光器を利用して、イオン誘起発光(IBIL)顕微分光による分析法の検討を行った。まず、IBILのイメージング範囲に適した数マイクロメートル程度の粒子状物質のうち、荷電粒子照射耐性の高い材料を標準物質として開発し、荷電粒子照射下においてイオン誘起発光のイメージングが適切に得られることを確認した。次いで、本装置を利用して微粒子関連材料の分析を行った。特に、有機物固着大気中微粒子（バイオエアロゾル)に関連する材料に着目し、NADHやリボフラビンさらにはPAHといった特定有機物を分析対象とした。各有機物標準試料がIBIL分析においてそれぞれ固有波長により検出可能であることを確認した。また、連続的な荷電粒子照射下では予想に反し、IBILは単純な減衰のみを示さず、化合物によっては新たなピークが発現することが確認できた。これはイオンビーム分析中に起こった化学変化をつぶさに観察していると考えられる。さらに、標準物質のみならず実大気中微粒子試料の分析を試行した。本分析応用においても、大気中微粒子試料からのIBILは波長ごとに変化する様子が確認された。IBIL分析では、従来のPIXE分析法で得られない変動を計測できていることから、PIXEでは捉えきれない化学変化を捉えた分析法となることが示唆された。本分析体系にPIXE分析法を複合的に利用することで、今後個別粒子分析レベルでの粒子の化学的性質の詳細解析を進めることが可能となると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定通り、現在までに、高分解能分光器をイオンビーム誘起発光の分析に応用することにより、時系列で粒子から得られる信号に起こる変化が抽出できている。また照射環境下でのIBIL計測の標準となるような蛍光材料や発光により荷電粒子照射量を計測する微粒子状標準物質を開発できている。しかしながら、他方で、本年度中に開発を完了する予定であった試料周辺のガス雰囲気を置換する試料ホルダならびにマイクロ分析チャンバについては、開発したものの、これを利用した分析について、大気及びその他の雰囲気の変更による差異を抽出することができなかった。この問題は、現在導入しているガス種類と大気中微粒子試料の関係に依存するものと考えられる。次年度の研究期間における追加作業として、複数のガス種導入ならびに試料ホルダの改良を行いながら、連続的なIBILスペクトルの計測に変化がみられるかを確認する。また、各雰囲気による影響が試料種に依存する可能性を念頭に、次年度に予定している実環境からの大気中微粒子の捕集場所を多様なものとするよう作業計画を変更する。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状の測定装置開発において、イオンビーム照射環境下では、イオンビームが外的要因となり、分析対象から得られる有機物由来のIBILが変動する様子が確認できた。本年度までに得られた結果について、連携研究者である環境科学系の研究者との議論を継続する。他方で、装置開発については量子ビーム分野の研究者と課題について議論し、改善方法を検討する。本年度想定どおりの結果が得られていないマイクロ分析チェンバを利用した大気中微粒子分析について、研究期間における作業を追加して対応する。具体的には、複数のガス種導入を可能にする。また試料ホルダの入射窓部分などの材料を変更し、入射窓におけるIBILの減衰の可能性などを考慮した改良を行う。これらの変更を行いながら標準物質を中心とした分析を試行することで、連続的なIBILスペクトルの計測に変化がみられるかを確認する。また、各雰囲気による影響が試料種に依存する可能性を念頭に、予定している実環境からの大気中微粒子の捕集場所についても作業計画の変更を行う。また外部発表や外部機関における大気中微粒子関連のプログラムについても積極的に参加し、本科研費課題の遂行に必要な情報の収集を図る。
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[Presentation] Fabrication and in situ evaluation of integrated micro-optical devices by a focused proton microbeam technique2015
Author(s)
W. Kada, R. Saruya, H. Kato, K. Miura, S. Kawabata, Y. Matsubara, P. Raj Kumar, A. Yokoyama, M. Koka, T. Satoh, Y. Ishii, T. Kamiya, H. Nishikawa, and O. Hanaizumi
Organizer
International Symposium on Innovative Material Technologies Utilizing Ion Beams, The 25th annual meeting of MRS-J
Place of Presentation
Industrial & trade center building, Yokohama, Japan
Year and Date
2015-12-08 – 2015-12-10
Invited
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[Presentation] Complex System of MicrometerSized Material Modification and In-Situ Elemental and Luminescence Analysis Using Proton Microbeam Probe2015
Author(s)
S. Kawabata, W. Kada, Y.Matsubara, K. Miura, T. Satoh, M. Koka, N. Yamada, T. Kamiya, and O. Hanaizumi,
Organizer
28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2015)
Place of Presentation
Toyama International Conference Center, Toyama, Japan
Year and Date
2015-11-10 – 2015-11-13
Int'l Joint Research
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[Presentation] Radiation tolerability evaluation of SiAlON scintillator using Ion Beam Induced Luminescence (IBIL) Analysis2015
Author(s)
R. K. Parajuli, S. Kawabata, Y. Matsubara, W. Kada, M. Sakai, K. Miura, T. Satoh, M. Koka, N. Yamada, T. Kamiya, and O. Hanaizumi
Organizer
2015 年(平成27 年) 第76 回応用物理学会秋季学術講演会
Place of Presentation
名古屋国際会議場、愛知
Year and Date
2015-09-13 – 2015-09-16
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[Presentation] Continuous observation of IBIL spectra obtained from microscopic targets2015
Author(s)
W. Kada, T. Satoh, S. Kawabata, A. Yokoyama, M. Koka, N. Yamada, K. Miura, O. Hanaizumi ,and T. Kamiya
Organizer
22nd International Conference on Ion Beam Analysis(IBA2015)
Place of Presentation
Milenij Grand Hotel 4 opatijska cvijeta, Opatija, Croatia
Year and Date
2015-06-14 – 2015-06-19
Int'l Joint Research
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