液体イオン化タンデム質量分析法による水クラスターの液体表面及び気相中におけるサイズ分布の解析

抄録

水は種々の特異性をもつことが知られており，液体中にもクラスターが存在することが推定されているが，その大きさやサイズ分布は確認されていない．液体イオン化質量分析法は液体表面及び気相中のクラスターを区別して測定できるので，室温（23～25℃），大気圧下での水のクラスター(H₂O)_nの測定，解析を行った．液体表面には，水の分子数nが30前後までのクラスターが連続的に存在し，その水分子数の平均値（N）は15～17であった．気相中にもクラスターが存在するが，液体表面よりは小さくなり，液面から遠ざかるほどクラスターは分解して小さくなる．これはArガスが逆方向に流れているので，単位空間中の水の絶対量が減るためである．試料流量を増加すると，イオン量は若干減るが相対的に大きなクラスターが少し増える．また，第2質量分析計（Q3）でさらに大きなクラスター（N＝27）が観測された．クラスターは水素結合により生成するので，大気圧下では水はクラスターとして蒸発し，水量が多くなれば湯気や霧のような水分子の集合体になり，減れば分解すると考えられる．このクラスターの存在が水の特異性の主な原因の一つといえよう．