液体分子線流を用いる溶液および界面の局所状態分析装置の開発

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03554016
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 近藤 保 東京大学, 理学部, 教授 (10011610)
• 研究分担者: 藤原 康雄 日本石油株式会社, 中央技術研究所, 所長 ; 貫名 義裕 日本電子株式会社, 分子機器技術部研究開発部, MSグループ担当課長 ; 野々瀬 真司 東京大学, 理学部, 助手 (70212131) ; 永田 敬 東京大学, 理学部, 助教授 (10164211)
• キーワード: 液体分子線 / 多光子イオン化 / 質量分析 / クーロン爆発 / 溶液構造

研究概要

液体内部あるいは表面にある分子の同定、及び状態分析をおこなう方法を開発した。レーザーイオン化法および質量分析法を、真空中の連続液体流(液体分子線流)と組み合わせた。この方法を、芳香族化合物のアルコール溶液あるいは水溶液に適用し、溶液中におけるそれら分子の構造、及び光イオン化の過程を調べた。
液体分子線は、20μm以下の小孔から直接真空中に液体を導入することによって形成した。液体分子線流存在下でも、真空度が10^<-6> Torrに保持できるようになった。試料として用いた芳香族化合物の吸収波長帯に、レーザーの波長を合わせ、多光子イオン化によって試料分子のみをイオン化した。このようにして生成してイオンを飛行時間型質量分析器によって検出、同定した。生成イオンをパルス電場によって加速することにより分解能300を達成した。典型的な系について得られた結果を以下に示す。
アニリン/エタノール溶液を用いた場合、アニリンの2光子イオン化によって生成したイオンが気相中に飛び出す過程はクーロン爆発によることがわかった。また、この溶液中ではアニリンがエタノール中で部分的に会合していることが示された。
また液体界面近付における分子の構造を調べるため、界面活性剤、塩化N-ドデシルピリジニウムの水溶液にレーザーを照射した。その結果、疎水基が液体表面から突き出し、親水基が液体内部にあってさらにその部分がイオン対に分かれていることが示唆された。
今後の課題として、分子量の大きな生体関連物質への応用、低速の電子線を用いて、溶液中に溶媒和電子あるいは負イオンを効率よく生成する放射線化学への応用、検出感度を高くすることによる分析化学への応用が考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Toshiki Sugai: "Direct Observation of a Dimagnetic Product in Gas-Phase Reactions of Muonium by Muon Spin Resonance." Chem. Phys. Lett.188. 100-105 (1992)
• [文献書誌] Yasushi Ozaki: "Spheroidal and Torsional Vibrations of Nearly Spherical Ar Clusters Calculated by Molecular Dynamics." Chem. Phys. Lett.188. 555-559 (1992)
• [文献書誌] Haruhiko Ito: "Emission Spectrum of the CN(B^2Σ^+-X^2Σ^+)Tail Band System. B^2Σ^+〜^4Π Perturbations in the v_B = 9,12,and 17 Levels." J. Chem. Phys.96. 4195-4204 (1992)
• [文献書誌] Masahiko Ichihashi: "Collision-Inducen Core-Ion Ejection from Cluster Ion Ar_<n-1>Xe^+-Molecular Dynamics Sumulation." Chem. Phys. Lett.189. 353-357 (1992)
• [文献書誌] Kazuhiro Kanda: "Pressure-Dependent Intensity Anomalies in the B^2Σ^+〜^4Π Perturbed Rotational Lines of the CN(B^2Σ^+-X^2Σ^+) 14-14 Band." Bull. Chem. Soc. Jpn.65. 481-488 (1992)
• [文献書誌] Tatsuya Tsukuda: "Anionic Polymerization in the Gas-Phase Clusters of 2-Chloroacrylonitrile." J. Phys. Chem.96. 5671-5673 (1992)
• [文献書誌] Atsushi Nakajima: "Polarized Laser Induced fluorescence of BaO(X^1Σ^+) Produced in the Crossed-Beam Reaction of Ba + SO_2." J. Phys. Chem.97. 991-996 (1992)
• [文献書誌] Tatsuya Tsukuda: "Intensity Enhancement in the Size Distributions of Acrylate Cluster Anions." Chem. Phys. Lett.197. 438-442 (1992)
• [文献書誌] Tsutomu Ikegami: "Structure and Dynamics of Argon Cluster Ions." ¨Physics and Chemistry of Finite Systems: From Clusters to Crydtals. Vol. I¨, eds. P. Jena.,S. N. Khanna and B. K. Rao (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht). I. 417-422 (1992)
• [文献書誌] Shinji Nonose: "Collision-Induced Reactions of Molecular Cluster Ions." ¨Physics and Chemistry of Finite Systems: From Clusters to Crydtals. Vol. I¨, eds. P. Jena.,S. N. Khanna and B. K. Rao (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht). II. 1125-1130 (1992)
• [文献書誌] Tasuya Tsukuda: "Intracluster Anionic Polymerization of (CH_2=CXCN) (X=H,D,CH_3,and Cl)in collision with High-Rydberg Rare Gas Atoms and Electrons." ¨Physics and Chemistry of Finite Systems: From Clusters to Crydtals. Vol. I¨, eds. P. Jena.,S. N. Khanna and B. K. Rao (Kluwer Academic Publishers, Dordrecht). II. 1147-1152 (1992)
• [文献書誌] Takashi Nagata: "Photoelecton Spectroscopy of (CO_2)nH_2O^-(2<__-n<__-8)Culusters." Chem. Phys. Lett.199. 205-210 (1992)
• [文献書誌] Fumitaka Mafune: "Formation and Ejection of Cluster Ions from a Liquid Beam of Aniline-Ethanol Solution by Laser Photoionization." Chem. Phys. Lett.199. 615-620 (1992)
• [文献書誌] Tatsuya Tsukuda: "Fotofragmentation of Anionic Reaction Intermediates Formed upon Electron Attachment to 2-Chloroacrylonitrili Clusters: Evidence for Polymer Degradation in the Cluster Regime." Chem. Phys. Lett.201. 351-356 (1993)
• [文献書誌] Takashi Nagata: "Photodissociation of Ar ^+Cluster ions: Kinetic Energy Distributions of Neutral__n Fragments." J. Chem. Phys.98. 290-300 (1993)
• [文献書誌] Fuminori Misaizu: "Formation of Protonated Ammonia Cluster Ions: Two-Color Two-Photon Ionization Study." J. Chem. Phys.98. 336-341 (1993)
• [文献書誌] Takashi Nagata: "A Rydberg-Atom-Ionization(RAI) Source for Negative Ion Mass Spectrometry." International Journal of Mass Spectrometryand Ion Processes.
• [文献書誌] Tsutomu Ikegami: "The Geometric and Electronic Structures of Ar_n^+(n=3〜27)." J. Chem. Phys.
• [文献書誌] Masahiko Ichihashi: "Collision-Induced Reaction ofAr_n^+ with Kr." Chem. Phys. Left.