クラスターイオンからナノ粒子への成長過程の観測:ドリフトチューブ法の応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14048227
• Research Institution: Kochi National College of Technology
• Principal Investigator: 長門 研吉 高知工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (80237536)
• Keywords: クラスターイオン / 大気エアロゾル / ナノ粒子

Research Abstract

クラスターイオンからナノサイズ粒子を同時に観測可能なクラスター微分型移動度分析装置(C-DMA)に、大気圧中でのイオン-分子反応を解析するために開発したドリフトチューブ型イオン移動度/質量分析装置(DT-IMS/MS)を新たに組み合わせ、大気中におけるイオン核生成過程の全体を観測可能な新たな測定システムの構築を進めた。イオン核生成における分子イオン、クラスターイオンをDT-IMS/MSで観測し、クラスターイオンからナノサイズ微粒子をC-DMAで観測することにより、イオン核生成の全体を観測しようとする実験システムである。今年度は本実験システムのうちDT-IMS/MSを用いてSO_2/H_2O/Air混合ガスを放射線で電離させて発生したクラスターイオンの移動度スペクトルおよび質量スペクトルの測定を行い、イオン核生成の初期段階の観測を行った。
SO_2およびH_2O濃度が低い場合、移動度スペクトルのメインピークは1.89cm^2V^<1>S^<-1>に現れ、質量スペクトルでは質量スペクトルにはSO_2からのイオン-分子反応によって生成したSO_2^-、SO_3^-、SO_4^-、およびSO_2^-が検出された。また同時にHSO_4^-も検出され、SO_2を含んだ空気の電離によって硫酸が生成していることが確認できた。SO_2およびH_2O濃度を増やすと移動度スペクトルのイオンピークが全体的に移動度の小さい方にシフトし、生成したイオンのサイズが大きくなることがわかった。質量スペクトルをみると、SO_4^-(H_2O)NおよびHSO_4^-(H_2O)Nが主要なイオンとして現れた。HSO_4^-核イオンの増加は、水蒸気量の増加によりOHの生成量が増えてSO_2から硫酸への変換が促進されたためであると考えられる。