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2017 年度 実施状況報告書

液体エアロゾルパルス生成法の開発とその電子スペクトル測定

研究課題

研究課題/領域番号 16K05520
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

下條 竜夫  兵庫県立大学, 物質理学研究科, 准教授 (20290900)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードエアロゾル / 光電子分光
研究実績の概要

エアロゾルは大気化学、環境化学などで話題になる数μmのマイクロ微粒子のことである。気候変動や大気汚染などの原因物質であり、また、製造業ではコンタミとして、デバイスの汚染・歩留まり低下を起こす。本研究では、真空中に溶液状のエアロゾルをパルス噴射する装置を製作し、分光測定、特に光電子スペクトルとX線吸収スペクトル(いわゆるXAFS)測定実験を真空下で行い、電子状態およびそのマイクロ構造を明らかにすることにある。
昨年度、主に超音波噴霧を利用したノズルの開発を行った。ある種の超音波振動により溶液は噴霧状になることが知られている。この噴霧の大きさは数μm程度である。真空チャンバー内に噴出後、数ms程度で気化する。この装置により、水、アルコール、有機溶媒を噴霧することが可能である。また、この装置を真空チャンバーに組み込むため、大口径のパルスバルブを購入した。また、このパルスバルブ用の駆動電源も併せて購入した。大口径(5mm程度)のバルブを用いることで、超音波噴霧法により生成したエアロゾルは、数十マイクロ秒開いたバルブを通り、その少量が真空チャンバーに噴出する。
現在、測定のための時間分解の画像測定装置一式を購入し、測定プログラムを開発中である。今後は①つくば市にあるPF(フォトンファクトリー)に本装置を持ち込み、試料をイオン化し、そこから同時生成するイオン対のフラグメントを測定する②SPring-8 BL17SU(理研ビームライン)に持ち込み、BL17SUにある世界最高性能の光電子分光装置SCIENTAにて実験を行う、の2つを予定している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

現在までの進捗状況
1)SPring-8のX線自由電子レーザー(SACLA)利用を申請し、軟X線光電子分光測定実験を行った。X線自由電子レーザーを用いた場合、エネルギーの高い光を高強度で利用できるため、微少量でも測定できるという長所がある。ヨードメタン、トリフロロメタン、窒素の測定実験を行った。結果については現在解析中である。
2)エアロゾル噴出部分の製作を行った。真空チャンバーは大口径のパルスバルブ、ノズル、液体窒素トラップ部からなる。以前は数十ミクロンの径のパルスバルブを用いていたが、すぐにノズルがつまってしまった。そこで、大口径(5mm程度)のバルブを用いた。超音波噴霧法により生成したエアロゾルは、大口径の数十マイクロ秒開いたバルブを通り、その少量のみがチャンバーに噴出する。その後、パイプノズルから噴出したエアロゾルに軟X線光を照射する。生成した光電子は垂直方向に置かれた光電子分光装置で検出される。
3)エアロゾルは真空中では外側から蒸発し、噴出直後とその後では粒径サイズなどに変化が生じる。そこで時間分解で測定を可能にする画像観測装置を開発した。約20 Hzで測定することで、50 ms程度の時間分解能で測定することが可能になった。

今後の研究の推進方策

1)本装置をつくば市にある高エネルギー研究所のPF(フォトンファクトリー)に本装置を持ち込み、試料をイオン化し、そこから同時生成するイオン対のフラグメントを測定する。具体的には、飛行時間型質量分析器と電子検出器を持ち込み、液滴および液滴に含まれた溶質の検出実験を行う。

2)本装置をSPring-8 BL17SU(理研ビームライン)に持ち込み、BL17SUにある世界最高性能の光電子分光装置SCIENTAにて実験を行う。実際の実験、溶液としてヘキサデカン、ドデカンを用いる予定である。特にヘキサデカンは高い融点(291.3K)を持ちながら、蒸気圧が低いため(0.000294 mm Hg)、真空実験に最適である。また、溶質として、これらの塩化物、臭化物、塩を現在検討中である。

次年度使用額が生じた理由

本年度にパルスノズルを付加したエアロゾル導入装置を自費製作する予定であったが、既存のエレクトロスプレー装置が教授退官により使用可能となったのでそれを再利用したため製作費が余った。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] The Measurement of Photoabsorption Spectra of Carbonic Acid by Photoelectron-Photoion -Photoion Coincidence Technique2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Gejo, Asahi Morita, Kenji Honma, and Yusuke Tamenori
    • 雑誌名

      SPring-8 Section A: Scientific Research Report

      巻: 5 No.2 ページ: 149 151

    • DOI

      10.18957/rr.5.2.149

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Resonant inelastic x-ray scattering and photoemission measurement of O2: Direct evidence for dependence of Rydberg-valence mixing on vibrational states in O 1s → Rydberg states2017

    • 著者名/発表者名
      T. Gejo, M. Oura, T. Tokushima, Y. Horikawa, H. Arai, V. Kimberg, and N. Kosugi
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 147 ページ: 44310

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray versus Auger emission following Xe 1s photoionization2017

    • 著者名/発表者名
      M. N. Piancastelli, K. Jankala, L. Journel, T. Gejo, Y. Kohmura, M. Huttula, M. Simon, and M. Oura
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 95 ページ: 061402

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] SPring-8における気相分子の硬X線電子分光実験2017

    • 著者名/発表者名
      下條竜夫、大浦 正樹、永谷 清信、玉作 賢治
    • 学会等名
      原子衝突学会
  • [学会発表] SPring-8における気相分子の硬X線電子分光実験2017

    • 著者名/発表者名
      下條竜夫、大浦 正樹、永谷 清信、玉作 賢治
    • 学会等名
      分子科学討論会

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公開日: 2018-12-17  

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