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2022 年度 実績報告書

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
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
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。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A systematic mechanistic survey on the reactions between OH radical and CH3OH on ices2023

    • 著者名/発表者名
      Sameera W.M.C.、Jayaweera Avon P.、Ishibashi Atsuki、Hidaka Hiroshi、Oba Yasuhiro、Watanabe Naoki
    • 雑誌名

      Faraday Discussions

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/D3FD00033H

    • 査読あり / 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
      Sameera W. M. C.、Senevirathne Bethmini、Nguyen Thanh、Oba Yasuhiro、Ishibashi Atsuki、Tsuge Masashi、Hidaka Hiroshi、Watanabe Naoki
    • 雑誌名

      Frontiers in Astronomy and Space Sciences

      巻: 9 ページ: 890161

    • DOI

      10.3389/fspas.2022.890161

    • 査読あり / 国際共著
  • [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
    • 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
    • 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

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公開日: 2023-12-25  

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