Development of micrometer-scaled ion beam analysis technique for the evaluation of environmental dynamics of individual aerosol particles

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26706025
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 加田 渉 群馬大学, 理工学研究科, 助教 (60589117)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: イオンビーム誘起発光 / イオンマイクロビーム / IBIL / PIXE / エアロゾル / イメージング

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・無機物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。本研究課題期間において、荷電粒子誘起発光(IBIL)顕微分光分析技術の高度化を行い、光子計数レベルの高分解能型分光器の開発により、波長分散型のIBIL の分析・イメージングが実現した。本分析装置を微粒子関連材料の分析に応用した。とりわけ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、さらには多環芳香族炭素(PAH)といった特定有機物を対象とした分析を実施した。各有機物について、標準試料を作成し、IBILの特徴量を取得した。各材料において固有波長や減衰特性にそれぞれ差異が生じることを確認した。また照射に従って異なる発光波長の有機物への変化が可視化できることが明らかとなった。同様のIBILスペクトルの変化は標準物質のみならず大気中微粒子試料からも確認できた。高分解能大気中微粒子の個別粒子レベルに起こる化学的性質変化の詳細解析が実現した。IBIL分析では、従来のPIXE分析法では捉え得ない化学形態を含めた試料中の構造変化を計測できていると考えられる。本分析系の実現により、大気中微粒子試料を含めた多様な対象の化学形態構造変化を可視化する技術としてIBILが活用可能と考えられる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of a high-speed wavelength-dispersive IBIL analysis and imaging system using a multi-channel photon-counting spectrometer (2017)
  • Author(s): Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Takahiro Satoh, Raj Kumar Parajuli, Naoto Yamada, Masashi Koka, Kenta Miura, Osamu Hanaizumi, Tomihiro Kamiya
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.03.05
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Observation of changes in ion beam induced luminescence spectra from organics during focused microbeam irradiation (2017)
  • Author(s): Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Takahiro Satoh, Makoto Sakai, Raj Kumar Parajuli, Naoto Yamada, Masashi Koka, Kenta Miura, Osamu Hanaizumi, Tomihiro Kamiya
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.01.025
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Micro-PIXE analysis and imaging of radio-photoluminescence glass bead microdosimeters (2017)
  • Author(s): S. Kawabata, W. Kada, Y. Matsubara, T. Satoh, M. Sakai, R.K. Parajuli, N. Yamada, M. Koka, K. Miura, O. Hanaizumi, T. Kamiya
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2017.04.017.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ion Beam Induced Luminescence (IBIL) Analysis of β-SiAlON:Eu Scintillator under Focused Micro-beam Irradiation (2016)
  • Author(s): R. K. Parajuli, W. Kada, S. Kawabata, Y. Matsubara, M. Sakai, K. Miura, T. Satoh, M. Koka, N. Yamada, T. Kamiya, and O. Hanaizumi
  • Journal Title: Sensor and Materials Volume: 28 Pages: 837-844
  • DOI: 10.18494/sam.2016.1242
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 鉱物内部の微視的な化学組成分布可視化のためのイオンマイクロビーム誘起 発光分析法の開発 (2016)
  • Author(s): 加田 渉, 川端駿介, Parajuli Raj Kumar, 江夏昌志, 山田尚人, 横山彰人, 佐藤隆博, 三浦健太, 神谷富裕, 花泉修
  • Journal Title: Geo-Pollution Science, Medical Geology and Urban Geology Volume: 12 Pages: 5-9
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 荷電粒子誘起発光分析を利用したミクロスケール粒子からの蛍光連続取得と大気中微粒子分析への応用 (2017)
  • Author(s): 加田渉, 川端 駿介, 佐藤 隆博, 江夏 昌志, 山田 尚人, 三浦 健太, 花泉修, 神谷 富裕
  • Organizer: 第10回大気バイオエアロゾルシンポジウム
  • Place of Presentation: 金沢大学サテライト・プラザ
  • Year and Date: 2017-02-19 – 2017-02-20
• [Presentation] 集束イオンビームを利用した光材料開発と その場分析技術の開発 (2016)
  • Author(s): 加田渉
  • Organizer: 荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会 第２２３回研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大学森戸記念館
  • Year and Date: 2016-12-02 – 2016-12-02
• [Presentation] 微粒子や鉱物微小領域評価のためのイオンマイクロビーム発光連続分析技術 (2016)
  • Author(s): 加田渉, 川端駿介, 佐藤隆博, 江夏昌志, 山田尚人, 三浦健太1 神谷富裕, 村尾智, 花泉修
  • Organizer: 第26回環境地質学シンポジウム
  • Place of Presentation: 日本大学文理学部
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-26
• [Presentation] 荷電粒子誘起発光多波長同時分析・イメージングを目的とした フォトンカウンティング型分光器の開発 (2016)
  • Author(s): 加田 渉, 川端 駿介, 佐藤 隆博, 江夏 昌志, 山田 尚人, 三浦 健太, 花泉修, 神谷 富裕
  • Organizer: 第32回PIXEシンポジウム
  • Place of Presentation: サン・リフレ函館（函館市勤労者総合福祉センター）
  • Year and Date: 2016-11-09 – 2016-11-11
• [Presentation] Development of combined focused ion beam microprobe analysis and imaging techniques for chemical composition characterization of microscopic targets (2016)
  • Author(s): Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Takahiro Satoh, Masashi Koka, Naoto Yamada, Makoto Sakai, Parajuli Raj Kumar, Kenta Miura, Osamu Hanaizumi, and Tomihiro Kamiya
  • Organizer: International Conference on Advanced Engineering and Its Education in 2016 (ICAEE16)
  • Place of Presentation: Kiryu Chamber of Commerce and Industry, Keivick Hall
  • Year and Date: 2016-10-13 – 2016-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of the changes in IBIL spectra from organics during focused microbeam irradiation (2016)
  • Author(s): Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Takahiro Satoh, Makoto Sakai, Parajuli Raj Kumar, Naoto Yamada, Masashi Koka, Kenta Miura, Osamu Hanaizumi, and Tomihiro Kamiya
  • Organizer: 15th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications (ICNMTA2016)
  • Place of Presentation: Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP-CAS) , Lanzhou, China
  • Year and Date: 2016-07-31 – 2016-08-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of high-speed wavelength-dispersive IBIL analysis and imaging system using multi-channel photon-counting spectrometer (2016)
  • Author(s): Wataru Kada, Shunsuke Kawabata, Takahiro Satoh, Parajuli Raj Kumar, Naoto Yamada, Masashi Koka, Kenta Miura, Osamu Hanaizumi, and Tomihiro Kamiya
  • Organizer: 12th European Conference on Accelerators in Applied Research and Technology (ECAART12)
  • Place of Presentation: University of Jyvaskyla
  • Year and Date: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Micro-PIXE analysis and imaging of Radio-photoluminescence glass beads dosimeter designed for micro-dosimetry (2016)
  • Author(s): Shunsuke Kawabata, Wataru Kada, Yoshinori Matsubra , Takahiro Satoh, Makoto Sakai, Parajuli Raj Kumar, Naoto Yamada, Masashi Koka, Kenta Miura, Osamu Hanaizumi, and Tomihiro Kamiya
  • Organizer: 12th European Conference on Accelerators in Applied Research and Technology (ECAART12)
  • Place of Presentation: University of Jyvaskyla
  • Year and Date: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 荷電粒子放射線計測方法および荷電粒子放射線計測装置 (2017)
  • Inventor(s): 加田渉,三浦健太,花泉修,山田鈴弥,須崎純一,田中基
  • Industrial Property Rights Holder: 加田渉,三浦健太,花泉修,山田鈴弥,須崎純一,田中基
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2017-036154
  • Filing Date: 2017-02-28
• [Patent(Industrial Property Rights)] 荷電粒子放射線計測方法および荷電粒子放射線計測装置 (2016)
  • Inventor(s): 加田渉,三浦健太,花泉修,神谷富裕,佐藤隆博,須崎純一,山田鈴弥
  • Industrial Property Rights Holder: 加田渉,三浦健太,花泉修,神谷富裕,佐藤隆博,須崎純一,山田鈴弥
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2016/074813
  • Filing Date: 2016-08-25
  • Overseas