| 研究課題/領域番号 |
26220806
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
今坂 藤太郎 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 主幹教授 (30127980)
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| 研究分担者 |
貴田 祐一郎 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70553486)
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| 研究期間 (年度) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| キーワード | レーザー分光 / 分析化学 |
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| 研究実績の概要 |
応募者はレーザーイオン化質量分析法を開発し、数1000種類の成分を一斉に、かつサブフェムトグラムまで分析できることを報告している。しかし、爆発物、神経ガス、農薬等の化合物の幾つかは、このような光イオン化法を用いても分子イオンが観測されず、高感度分析が困難である。本研究課題では、過酸化アセトン等の爆発物、サリン等の神経ガスの合成副産物・代謝物、農薬等の分子イオンを検出し、かつ高感度に計測できる真空紫外～深紫外フェムト秒レーザーイオン化質量分析法の開発を目的とする。
当該年度は、研究期間全体に亘り、複数の研究項目を同時かつ円滑に遂行するためのチタンサファイアチャープパルス増幅器を導入した。また、当該研究課題の核となる光源、真空紫外－深紫外ラマンレーザーを開発するため、チタンサファイアチャープパルス増幅器の基本波(800 nm)と光パラメトリック増幅器の出射光(1200 nm)、そして、第3高調波(267 nm)の3色のフェムト秒レーザー光を水素ガス中に集光し、複数のラマンサイドバンドを発生させる研究を行った。とくに、基本波と第3高調波の高出力化を目的とした装置改良を重ね、高出力の紫外フェムト秒多色レーザー光を得る研究を行った。更に、次年度以降の真空紫外光の発生を念頭に置いた第4高調波(200 nm)発生光学系の構築、並びにその動作確認、パルス幅計測光学系の構築・計測を進めた。飛行時間型質量分析において真空紫外多色レーザー光を利用する際、一度空間的に波長分離して用いる必要がある。その波長分離器(真空装置)の設計・開発を進めた。また、得られた紫外超短パルスレーザー光を爆発物、神経ガス代謝物の高効率イオン化へ応用する研究を同時に進め、得られた結果を光源開発研究へフィードバックし、高効率イオン化に必要な光源開発に関する指針を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
チタンサファイアチャープパルス増幅器を導入し、動作確認を終えると共に、飛行時間型質量分析計のイオン化レーザー光源として必要な仕様を有していることを確認できた。また、波長800 nm, 1200 nm, 267 nmの3色のフェムト秒レーザー光を水素ガス中に集光し、紫外ラマンレーザー光を発生させる研究を行った。とくに、基本波と第3高調波の高出力化を目的とした装置改良を重ね、高出力の紫外フェムト秒多色レーザーの開発を行った。800 nmと267 nmの入射レーザー光の高出力化に成功し、後者に関しては2倍以上の高出力化が達成され、得られる紫外多色レーザー光の高エネルギー化に繋がった。第4高調波発生用の光学系構築・動作確認、パルス幅計測用の光学系構築・パルス幅計測を進めた結果、数10マイクロジュールの第4高調波を得ることができ、自己回折周波数分解光ゲート法に基づく計測系開発を終え、パルス幅を計測した。また、真空紫外フェムト秒レーザー光の波長分離器の設計においては設計を進める中で検討を要する種々の課題に遭遇したが、入念にそれらを踏まえた検討・再設計を重ね、次年度導入への目途を立てることができた。本研究で得られた深紫外多色フェムト秒レーザー光、200 nmのフェムト秒レーザー光を、爆発物、神経ガス代謝物、香料の高効率イオン化へ適用し、レーザー波長・エネルギーとイオン化効率との関係を始め、次年度以降の光源改良、試料導入法改良に向けた種々の課題やこれまで得られていなかった知見が新たに得られた。これらの成果を基に、次年度以降、更に研究を推し進める。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究においては、平成26年度までに得られた4色のフェムト秒レーザー光: 1200 nm, 800 nm, 267 nm, 200 nmを水素ガス中に集光し、真空紫外-紫外多色フェムト秒レーザー光を発生させると共に、それらの更なる高出力化を目指す研究を行う。また、得られる深紫外ラマンレーザー光の内、波長201～301 nmのレーザー光を用い、大気下で実験を行う。具体的には、レーザーの波長を変えて爆発物等の試料をイオン化し、質量分析する。ここで、これら多数の波長のフェムト秒レーザー光のパルス幅に関して、質量分析計内でのこれらの値を正確に評価するために、応募者が独自に開発した質量分析計を 2 光子応答素子とするフリンジ分解オートコリレーター、自己回折周波数分解光ゲート装置を用いる。更に、真空紫外多色フェムト秒レーザー光源用の波長分離器を開発して導入する。当該研究グループで設計を済ませた、真空紫外域で分散がない特殊な誘電体鏡を用いる装置を導入し、動作確認を行う。とくに、波長分離器をレーザー波長域に応じて複数種開発し、測定対象化合物に応じて容易に切り替えできる装置を開発する。最後に、真空紫外域における神経ガス関連物質の測定を行う。得られるレーザー光源・波長分離器を駆使し、真空紫外ラマンレーザー光(157～241 nm)で神経ガス合成副生物・代謝物を光イオン化し、検出する。2 光子エネルギーからイオン化エネルギーを差し引いた余剰エネルギーが、フラグメント化にどのように影響するかを研究する。
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