表面吸着した分子およびクラスターのトンネル電子励起発光分光法の開発

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今年度はエレクトロスプレーと飛行時間型質量分析計を組み合わせた、巨大負イオンクラスターの光電子分光のための装置の設計、製作とその立ち上げを行った。ヨウ化カリウム、塩化カリウム水溶液などの電界質溶液をエレクトロスプレーイオン源に導入し、ヨウ化物イオン、塩化物イオンの巨大水和クラスターの生成を試みた。水溶液をそのまま導入した場合、これらのイオンは〜1000個以上の水分子に取り囲まれた状態で真空中に導入されているようであったが、クラスターが非常に巨大で我々が作成した飛行時間型質量分析計はこれらのクラスター負イオンを水1分子を分離する質量分解能で検出することができなかった。次に我々は、このエレクトロスプレーイオン源の構造を一部改良し、イオンを取り囲んだ溶媒分子を加熱蒸発させる機構を考案した。その結果、ヨウ化カリウム水溶液において、ヨウ化物イオン1個に水分子が0-30個程度まで溶媒和したクラスター負イオン(I^-・(H_2O)_<0-30>)の生成に成功し、かつこれらを水1分子単位まで分離して質量分析することに成功した。次に、このヨウ化物イオンの水和クラスターを対象として、イオントラップを用いたイオン検出効率の向上をめざした。エレクトロスプレーは連続的にイオンを生成させるイオン源であるが、これをパルス動作する飛行時間型質量分析計と効率よくマッチングさせるために、このイオン源と飛行時間型質量分析計の間にイオントラップを配置した。このイオントラップにイオン源からの連続イオンビームをある一定時間捕捉し、その後質量分析計へと導入した。様々な実験条件を最適化することにより、最終的にはイオントラップを使用している場合、使用しない場合に比べてイオンの検出効率が約1000倍へと向上することが確認された。