共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 クラスターイオンが引き起こす気相分子反応の詳細研究
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 理化学研究所仁科加速器研究センター
研究代表者／職名 専任研究員
研究代表者／氏名 中井陽一

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 渡部直樹 北大低温研

研究目的 クラスターイオンと他の分子との反応素過程の研究を主にイオントラップを用いて行う。イオントラップを使う利点は、反応時間を精密に決めることができること、反応開始時のクラスターイオンの種類を選別した上で反応を開始させ、反応生成物イオンは広い質量範囲で蓄積し観測できることにある。この課題は、原子分子科学の観点からも、クラスターイオンの反応性を実験的に解明していくという意味で重要であるが、これらの反応は地球の中高層大気中でのイオン化率の増加が起きた場合の大気の化学的性質の変化について、原子分子レベルから解明するためにも必要な知見である。
　　
研究内容・成果 低い密度の試料気体で満たされた四重極RFイオントラップにパルス状の電子を打ち込んで試料気体をイオン化し、そのイオンをトラップ内部に蓄積できることを確認した。また、そのようなイオンを用いて四重極RFイオントラップ内でのイオン反応の予備的実験やイオン操作のテストなどを行った。
数種類の希ガスの混合気体を試料気体として用い、上のようにパルス電子でイオン化し、トラップ内に蓄積する時間を変えて、蓄積時間と蓄積後にトラップ内にとどまっている各イオンの量を観測した。各イオンの蓄積量は時間とともに変化して、特に試料ガス中の気体のイオン化ポテンシャルに蓄積量の時間変化が依存しているような結果を得た。これは、イオン化ポテンシャルの大きな希ガスのイオンへイオン化ポテンシャルの小さな中性の希ガスから電子が移動する電荷移行反応が起きることによって、相対的にイオン化ポテンシャルの小さい希ガスのイオンが増加することが原因と考えることができる。これをさらに明確にするために、四重極RFイオントラップのリング電極に高周波電圧だけでなく定電圧を重ね合わせて印加することによって、初期にトラップ内部に蓄積するイオンの電荷質量比を選別し、それとトラップ内部を満たしている気体の電荷移行反応を測定することを試みた。その結果、電荷質量比の分解能にはまだ改善の余地があるものの、イオンの電荷質量比の選別に成功し、電荷移行反応によるイオン量の変化を明確に観測することができた。
また、トラップ近傍に設置したグラファイト板からパルスレーザーによって生成される炭素正イオンのトラップにも成功し、我々の四重極RFイオントラップを用いてクラスターイオン反応の実験を行うことが可能であることがわかった。
　　
成果となる論文・学会発表等 学会発表
渡部直樹、中井陽一、羽馬哲也、日高宏: 日本地球惑星科学連合大会2015年大会、2015年5月27日、千葉県千葉市