• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

極低温模擬星間塵表面に存在する超微量分子の非破壊質量分析手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J21681
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分17010:宇宙惑星科学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

石橋 篤季  北海道大学, 理学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2022年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード星間塵表面反応 / 高感度分析法 / 星間化学物理 / 質量分析 / ラジカル反応 / アモルファス氷 / メタノール / OHラジカル / 微量分析 / 光化学反応 / ギ酸メチル / 紫外線誘起反応
研究開始時の研究の概要

星間分子雲を漂う氷星間塵上では真空低温な環境にもかかわらず様々な化学反応が起きており、これまで様々なシミュレーション実験が行われてきた。特に、有機物などの大きい分子の反応素過程を理解する上で、反応中間体であるラジカルの挙動は非常に重要である。しかし、ラジカルの存在量は微量であるため、従来の手法ではその検出は難しかった。そこで、本研究では氷星間塵を模した試料上に存在する微量な吸着種を非破壊で検出する装置の開発を行う。装置完成後、これまで報告のされてこなかったラジカルの氷表面での物理化学プロセスを明らかにする。

研究実績の概要

今年度は、昨年度の研究により星間空間における複雑有機分子(COMs)形成の鍵であることが判明した、H2O氷表面におけるCH3OHとOHラジカル反応についての研究を行った。
CH3OHは、星間塵上に豊富に存在する分子であり、星間空間において検出されている様々なCOMsを形成するための出発物質であることが推定されている。昨年度の研究で、我々は、H2O氷表面におけるCH3OHとOHラジカルの反応が、COMsを形成する上で鍵となる反応であることを明らかにした。この反応では、CH3OHからOHラジカルがH原子を引き抜くことにより、CH3OとCH2OHラジカルを生ずる可能性がある。そして、CH3OとCH2OHラジカルのそれぞれが、星間塵表面において異なる種類のCOMsを形成することとなる。そのため、この反応の寄与は、より良い分子進化理論モデルを構築するためには、非常に重要となる。しかし、この反応に関する詳細な情報(反応分岐比など)は、提供されていない。そこで、我々は、高感度分析が可能なCs+イオンピックアップ装置を用いて、10 Kの氷表面におけるCH3OHとOHの反応分岐比を、定量的に調査した。
結果、反応分岐比CH3O/CH2OH = 4.3±0.6を定量的に決定することに成功した。この値は、昨年度の研究において、CH3OHとOHの反応が星間塵上のCH3Oの存在度を増加させるという考察と、定性的に一致している。また、本研究で得られた値は、CH3OHとOH反応の気相計算から推測できる分岐比の値とは異なるため、H2O氷表面に特有である可能性が高いと推察される。なお、このような氷表面におけるラジカル反応の分岐比を直接検出することは、従来の手法では検出が難しかったが、新規に開発したCs+イオンピックアップ装置と、新たに確立した定量評価のための実験方法および解析手法によって初めて可能となった。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A systematic mechanistic survey on the reactions between OH radical and CH3OH on ice2023

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, A. P. Jayaweera, A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Faraday Discuss.

      巻: - ページ: 508-518

    • DOI

      10.1039/d3fd00033h

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Modelling the radical chemistry on ice surfaces: an integrated quantum chemical and experimental approach2022

    • 著者名/発表者名
      W. M. C. Sameera, B. Senevirathne, T. Nguyen, Y. Oba, A. Ishibashi, M. Tsuge, H. Hidaka, N. Watanabe
    • 雑誌名

      Front. Astron. Space Sci.

      巻: 9 ページ: 1-7

    • DOI

      10.3389/fspas.2022.890161

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient formation pathway of methyl formate: The role of OH radicals on ice dust2021

    • 著者名/発表者名
      Ishibashi Atsuki、Hidaka Hiroshi、Oba Yasuhiro、Kouchi Akira、Watanabe Naoki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 921 号: 1 ページ: L13-L13

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac3005

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast nuclear-spin conversion ofH2trapped and polarized in aCO2matrix2020

    • 著者名/発表者名
      Yamakawa Koichiro、Ishibashi Atsuki、Namiyoshi Toshinobu、Azuma Yuichi、Arakawa Ichiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.041401

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Anisotropic Analysis of Molecular Orientation in Amorphous N2O at 6 K by Infrared Multiple-Angle Incidence Resolution Spectrometry2020

    • 著者名/発表者名
      Hama T., Ishibashi A., Kouchi A., Watanabe N., Shioya N., Shimoaka T., Hasegawa T.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 18 ページ: 7857-7866

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01585

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Highly sensitive analysis for reaction of CH3OH and OH radical on ice: pathway for efficient CH3O-derived COMs formation2022

    • 著者名/発表者名
      A. Ishibashi, H. Hidaka, W.M.C. Sameera, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      Symposium on Next Generation Astrochemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of highly sensitive detection method for adsorbates on water ice: revealing the role of radicals in molecular formation2022

    • 著者名/発表者名
      A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      The 22nd International Vacuum Congress
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低温アモルファス氷表面で生じる OH による CH3OH の水素原子引き抜き反応:反応分岐比の実験的決定2022

    • 著者名/発表者名
      石橋篤季,日高宏,W.M.C. Sameera, 大場康弘,渡部直樹
    • 学会等名
      原子衝突学会第47回年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Development of apparatus for detecting trace adsorbates formed by chemical reaction on ice surface2021

    • 著者名/発表者名
      A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water-promoted formation of methyl formate from methanol via methoxymethanol on ice2021

    • 著者名/発表者名
      A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a high-sensitivity and non-destructive detection system for trace amounts of adsorbates on ice2021

    • 著者名/発表者名
      A. Ishibashi, H. Hidaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超高感度表面分析法による低温氷表面に吸着したメタノールからの効率的なギ酸メチル生成過程の解明2021

    • 著者名/発表者名
      石橋篤季,日高宏,大場康弘,香内晃,渡部直樹
    • 学会等名
      原子衝突学会第46回年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 氷表面におけるメタノールの光化学反応生成物の高感度分析2021

    • 著者名/発表者名
      石橋篤季,日高宏,大場康弘,香内晃,渡部直樹
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] アモルファス氷表面に吸着したメタノールからの光反応生成物の高感度分析2021

    • 著者名/発表者名
      石橋篤季
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 氷表面に吸着する微量ラジカルの質量分析2020

    • 著者名/発表者名
      石橋篤季
    • 学会等名
      原子衝突学会 第45回年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF AN ANALYSIS EQUIPMENT FOR DETECTING TRACE ADSORBATE MOLECULES ON AMORPHOUS SOLID WATER BY REACTIVE ION SCATTERING METHOD2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Hidaka
    • 学会等名
      43rd COSPAR Scientific Assembly 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 宇宙の氷微粒子における原始有機分子合成のレシピが明らかに ~宇宙における分子の進化解明に大きな前進~

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/2021/11/post-927.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi