パターン電極を用いる光イオン化スペクトロスコピー

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新しい化学計測法を提案しその有用性を示すことは科学技術の発展のために重要である。近年の微細化、微小化の傾向を考えると、ミクロな場での計測が特に必要となってきており、レーザーの利用は有望である。このような観点のもとに、本研究ではパターン電極上でレーザー多光子イオン化を行い、光電流を測定し、多環芳香族分子の計測を行った。広さ約1cm^2のアルミナ基板上に一対のくし型パターン電極を作製した。電極は幅0.2mm、長さ6mmのエレメントが9本ついたくし型をしており、その一対が0.2mmの間隔をもって交差した形になっている。この基板上に試料溶液をのせて355nmのパルスレーザーを照射し光電流の測定を試みた。電極間には100V程度の電位勾配をもたせておいた。光電流はアンプで検出増幅後、デジタルストレージスコープで積算することによりその波形を観測した。また電流強度はボックスカーで平均化して求めた。データはレコーダーで記録した。まず、アントラセンの炭化水素溶液をマイクロシリンジで基板上に10μLのせ、電流波形を観測した結果、ミリ秒域に渡って単調な減衰を示した。電流強度はレーザー強度の2乗に比例し、2光子イオン化が起こっていることがわかる。また電流は電子移動度の大きいイソオクタンで強く、高い検出感度が得られることがわかった。試料の量を5〜20μLの間で変えてみると、10μLで最も良好な結果が得られた。アントラセン濃度を変えて電流を測定し、検量線を作成した。その結果、検出下限は360fgであった。その他の多環芳香族分子についても同程度の値が得られた。また溶媒が揮発すると試料が固体状態で基板に残る。この状態でレーザーを照射するとマイクロ秒オーダーの鋭い波形が観測される。検出感度は溶液系には及ばないが、溶液、固体両方に適用できる有用な方法であることが示された。