クラスターのイオン移動度分析
原子・分子の小集合体であるナノ粒子・クラスターやそのイオンは，基本となる構造や反応性から，触媒や磁性材料としての応用まで幅広く研究が行われている。その結果，クラスターイオンの性質は構成原子数（サイズ）が1 個変わるだけで劇的に変化することが見いだされてきた。このサイズによる変化は，一般にはイオンを質量分析法で分離して研究することができる。しかし，単一サイズのクラスターイオンには複数の構造異性体が含まれている可能性があり，サイズのみを選別しても，異性体の混合物の情報しか得られないという問題が生じる。
気相イオンの異性体を分離する手法にイオン移動度（モビリティー）分析法がある1）。この手法では真空中に設置したドリフトセル（気体が導入され，静電場が印加されたセル）にイオンをパルス状に入射する。イオンは気体と衝突しつつ，電場で加速され一定速度となる。このとき，イオンの嵩張り具合で速度が異なるため，セルを通過するのに要する時間（到達時間）が異なり異性体が分離される。
筆者らは，イオン移動度分析法を質量分析法と組み合わせて，酸化金属クラスターイオンのサイズ毎の構造変化の様子を研究した。（FeO）n＋の到達時間分布を観測した結果，n＝6－8 では二次元シート構造と三次元立体構造が共存することを見いだした2）。さらに現在，分離された異性体イオンの反応性の研究も進めており3），クラスターイオンの構造と反応性との相関を明らかにしたいと考えている。
（FeO）6－8＋の到達時間分布。青，赤の分布はそれぞれ二，三次元構造に対応する。
1） G. A. Eiceman, Z. Karpas, H. H. Hill, Jr., Ion Mobility Spectrometry, CRC Press, 2014.
2） K. Ohshimo et al. J. Phys. Chem. A 2014, 118, 3899.
3） 美齊津, 小安, エアロゾル研究, 2013, 28, 113.
大下慶次郎・美齊津文典 東北大学大学院理学研究科化学専攻