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

开发低温星际尘埃表面超痕量分子的无损质谱分析方法

• 批准号: 20J21681
• 负责人: 石橋 篤季
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21681/
• 关键词: 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; 微量分析; 光化学反応; ギ酸メチル; 紫外線誘起反応

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。

This year's and last year's research on the formation of complex organic molecules (COMs) in interplanetary space has been carried out to identify the formation of CH3OH and OH on the surface of H2O. CH3OH is a molecule that exists in space and is presumed to exist in space. Last year's research showed that CH3OH, OH and COMS were formed on the surface of H2O. CH3OH and CH2OH are the most likely to occur in the presence of H atoms. CH3 O and CH2 OH are the most important elements in the formation of COMs on the surface of interstellar dust. The theory of molecular evolution is very important. Detailed information on the subject is provided. High sensitivity analysis is possible to investigate the anti-CH3OH and anti-CH3OH dispersion ratio at 10 K. The results showed that the ratio of CH3O/CH2OH was 4.3±0.6. This is the first time that the existence of CH3OH and CH3O in space dust has increased since last year's research. The results of this study show that the probability of H2O surface specific is high. A new method of quantitative evaluation is proposed.

项目成果

DEVELOPMENT OF AN ANALYSIS EQUIPMENT FOR DETECTING TRACE ADSORBATE MOLECULES ON AMORPHOUS SOLID WATER BY REACTIVE ION SCATTERING METHOD

反应离子散射法检测非晶固体水中痕量吸附分子分析装置的研制

• 发表时间: 2020
• 作者: Abe Kaori;Matsubayashi Yuichiroh;Okazaki Naoaki;Inui Kentaro;Hiroshi Hidaka
• 通讯作者: Hiroshi Hidaka

Development of highly sensitive detection method for adsorbates on water ice: revealing the role of radicals in molecular formation

开发水冰吸附物的高灵敏度检测方法：揭示自由基在分子形成中的作用

• 发表时间: 2022
• 作者: A. Ishibashi;H. Hidaka;Y. Oba;A. Kouchi;N. Watanabe
• 通讯作者: N. Watanabe

Development of a high-sensitivity and non-destructive detection system for trace amounts of adsorbates on ice

冰上痕量吸附物高灵敏度无损检测系统的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: A. Ishibashi;H. Hidaka;Y. Oba;A. Kouchi;N. Watanabe
• 通讯作者: N. Watanabe

Fast nuclear-spin conversion ofH2trapped and polarized in aCO2matrix

CO2 基质中捕获和极化的 H2 的快速核自旋转换

• DOI: 10.1103/physrevb.102.041401
• 发表时间: 2020
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Yamakawa Koichiro;Ishibashi Atsuki;Namiyoshi Toshinobu;Azuma Yuichi;Arakawa Ichiro
• 通讯作者: Arakawa Ichiro

Development of apparatus for detecting trace adsorbates formed by chemical reaction on ice surface

冰表面化学反应形成的微量吸附物检测装置的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: A. Ishibashi;H. Hidaka;Y. Oba;A. Kouchi;N. Watanabe
• 通讯作者: N. Watanabe