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

观察从团簇离子到纳米粒子的生长过程：漂移管法的应用

• 批准号: 14048227
• 负责人: 長門 研吉
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kochi National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14048227/
• 关键词: クラスターイオン; 大気エアロゾル; ナノ粒子

クラスターイオンと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を構築した。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。これまでに基本的な実験システムを完成させたので、SO_2/H_2O/Air混合ガスを用いてシステムの基本性能の確認を行った。イオン核生成の初期過程を観測するために、ドリフトチューブの電圧を変化させてイオンの反応時間を15-50msの間で変化させたところ、反応時間の増加とともにメインのイオンピークの移動度が小さくなると同時に、低移動度のイオンが増加する傾向が現れた。イオンの質量スペクトルの測定を行った結果、反応時間の増加に伴い水分子のクラスター化が進み、SO_4^-(H_2O)_nのnの分布がやや大きくなっていくことが確認できた。また主要なイオン種であるSO_4^-(H_2O)_nに対してHSO_4^-(H_2O)_nの割合が増加し、さらにHSO_4-H_2SO_4も大きく増加していくことから、反応時間とともにH_2SO_4の生成が進み、SO_4^-(H_2O)_nからHSO_4^-(H_2O)_nへのイオン種の変換が進んでいることがわかった。以上のように、反応時間とともにイオンクラスターのサイズが増加し、同時にSO_4^-(H_2O)_nからHSO_4^-(H_2O)_nへのイオン種の変換が進んで、その結果イオンの移動度が減少していくというイオン核生成の初期過程の解析に成功した。

为分析大气压下的离子-分子反应而开发的漂移管式离子淌度/质谱仪，与新装置（DT. -IMS/MS），我们构建了一个新的测量系统，可以观察大气中整个离子成核过程。这是一个实验系统，试图通过使用DT-IMS/MS观察离子成核过程中的分子离子和簇离子，以及使用C-DMA观察簇离子中的纳米颗粒来观察整个离子成核过程。到目前为止我们已经完成了基本的实验系统，我们使用SO_2/H_2O/Air混合气体确认了系统的基本性能。为了观察离子成核的初始过程，我们通过改变漂移管电压来改变离子反应时间，随着反应时间的增加，主离子峰的迁移率下降。是低迁移率离子增加的趋势。测定离子的质谱的结果确认，随着反应时间的增加，水分子的簇化进行，SO_4^-(H_2O)_n中的n的分布变得稍大。另外，HSO_4^-(H_2O)_n与主要离子种类SO_4^-(H_2O)_n的比例增加，HSO_4-H_2SO_4也显着增加，因此H_2SO_4的生成量随着反应时间的延长而增加。发现离子种类从SO_4^-(H_2O)_n向HSO_4^-(H_2O)_n的转化正在进行。如上所示，离子簇的尺寸随着反应时间的增加而增加，同时离子种类从SO_4^-(H_2O)_n向HSO_4^-(H_2O)_n的转化不断进行，导致离子减少我们成功地分析了离子成核的初始过程。