オンライン型エアロゾル質量分析計の開発・評価

 オンライン型エアロゾル質量分析計は、エアロダイナミックレンズという要素技術により真空中に粒子を直接導入し、粒子成分を熱脱離またはレーザー脱離によりガス化・イオン化することで分析を行う装置です。オンライン型エアロゾル質量分析計は、世界のエアロゾル研究に幅広く活用されています。

(オンライン型エアロゾル質量分析計の概念図)
 私たちの研究室では、これまでオンライン型エアロゾル質量分析計の開発・評価を行ってきました (Takegawa et al., 2012; Sun and Takegawa, 2019等)。オンライン型エアロゾル質量分析計は世界に広く普及している一方で、その定量の根幹に関わる熱脱離過程やイオン化過程については理論的には十分に理解されていません。我々は、粒子からの脱離ガスの空間分布が分子種に応じて大きく異なることを室内実験により見出し、その要因として脱離点近傍での分子間衝突が重要であることを提唱しました (Uchida, Ide, and Takegawa, 2019; Ide, Uchida, and Takegawa, 2019)。

(粒子からの脱離ガスの空間広がりを表す概念図)
 さらに、グラファイトを用いた新しい粒子捕集構造体を考案し、CO2レーザーと組み合わせることで高温 (~1200 K) の熱脱離を可能にしました。これにより、従来困難であった難揮発性の硫酸塩エアロゾル (K2SO4, Na2SO4, MgSO4) の検出が可能となりました (Kobayashi, Ide, and Takegawa, in press)。この装置を実大気観測に応用することで、例えば都市大気と海洋大気の境界領域で生成するエアロゾルのオンライン測定が可能になると考えられます。  以上の論文発表は科学研究費補助金の研究成果 (16H05620, 17H01862, 20H04310) によるものです。

(難揮発性エアロゾル質量分析計の概念図 Kobayashi, Ide, and Takegawa, in press)

Takegawa, N.*, T. Miyakawa, T. Nakamura, Y. Sameshima, M. Takei, Y. Kondo, and N. Hirayama (2012), Evaluation of a new particle trap in a laser desorption mass spectrometer for online measurement of aerosol composition, Aerosol Sci. Technol., 46, 428-443.

Sun, C., and N. Takegawa*, Calibration of a particle mass spectrometer using polydispersed aerosol particles, Aerosol Sci. Technol., 53, 1-7, 2019.

Ide, Y., K. Uchida, and N. Takegawa*, Ionization efficiency of evolved gas molecules from aerosol particles in a thermal desorption aerosol mass spectrometer: Numerical simulations, Aerosol Sci. Technol., 53, 843-852, 2019.

Uchida, K., Y. Ide, and N. Takegawa*, Ionization efficiency of evolved gas molecules from aerosol particles in a thermal desorption aerosol mass spectrometer: Laboratory experiments, Aerosol Sci. Technol., 53, 86-93, 2019.

Kobayashi, Y., Y. Ide, and N. Takegawa*, Development of a novel particle mass spectrometer for online measurements of refractory sulfate aerosols, Aerosol Sci. Technol., in press.