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本研究は、イオン液体をビーム化し、二次イオン質量分析（SIMS）に応用することを目指すものである。SIMSは、一次イオンビームを試料表面に照射し、それによって真空中に放出される二次イオンを質量分析することで試料表面の元素や分子を同定する表面分析法である。一次イオンビームとしては、酸素やセシウム等が用いられてきたが、分析対象が有機系材料の場合には、分子量の大きな二次イオンはほとんど検出できないという問題があった。しかし近年では、多原子からなるクラスターイオンを一次イオンビームとして用いることで、比較的大きな有機分子も検出できるようになっている。しかし、分子量の大きな分子を高感度かつ高面分解能で分析することは未だ困難であり、大きな問題となっている。
イオン液体は、蒸気圧がほとんど無いため真空中でも蒸発せずに液体として存在し、またそれ自体がイオン性の液体であるため、真空中にもかかわらずエレクトスプレーによってビーム化できる。なお、イオン液体には、プロトン性のものと非プロトン性のものが存在するが、本研究ではプロトン性イオン液体を用いることが特徴である。プロトン性イオン液体を一次イオンビームとして用いることで、有機分子にプロトンが付加する反応が促進され、プロトン付加反応によって二次イオン量を増大できる。
本研究では、まずプロトン性イオン液体について検討を行った。プロトン親和力等の観点から硝酸プロピルアンモニウムを有望と考え、実験によってその性能を実証した。次に、エレクトロスプレー部についても検討を行った。これまでは、細管型エミッターを使用してきたが、尖った針型エミッターでもビーム生成が可能であることを実証できた。具体的には、質量電荷比が5000を超えるクラスターイオンを含むビームの安定生成が確認でき、SIMS用イオンビームとして応用可能であることも示すことができた。
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