Aerosol VUV Photoelectron Spectroscopy氣膠真空紫外光電子光譜儀
在諸多氣膠的基礎物理化學特性中，價電子(valence electronic shell) 能級結構最能直接反映出特定化學組成之氣膠微粒與其他物質發生反應(如氧化還原反應)時的特性。而紫外光光電子光譜則是能夠探測物質價電子能級結構之強大工具。雖然光電子光譜技術在探測氣態及固態物質的發展上已臻成熟，然而光電子光譜在探測液態物質及氣膠在技術上卻具高度挑戰性 !! 然而, 在眾多光譜技術中，光電子光譜是能夠探測氣膠或PM2.5細懸浮微粒之電子能級結構及其可能對應的化學特性最強而有力的工具。而在電子能級結構中，價電子(valence electronic shell)能級結構又較核心電子(core electronic shell)能級結構更能直接反映出特定化學組成之PM2.5細懸浮微粒與其他物質發生反應(如氧化還原反應)時的特性
本實驗室自行開發建置了一套高解析度之氣膠VUV光電子光譜儀，能夠探測氣膠的價電子能級甚至振動能級結構，及其隨週遭之化學環境的變化都能夠解析出來，為探測奈米級氣膠的量子能級結構提供強而有力的實驗工具。由於一物質的價電子能級結構是決定該物質如何與其他物質發生化學反應最直接的量測，因此透過氣膠紫外光光電子光譜儀將可提供有關特定PM2.5氣膠之價電子能級特性及其可能如何與環境中之週邊化學物質或體內其他生物分子反應的寶貴資訊。
大氣中的氣膠，很大部分是以微細水溶液滴的形態存在。另一方面，許多生物分子在行使其生物功能時，也是處於水溶液的環境，因此探測物質在液態或水溶液狀態下的特性是許多科學家致力追求的目標。此尖端新穎之氣膠光譜技術透過將物質引入奈米級水溶液滴的狀態，提供了一絕佳的微觀水溶液環境進行光電子光譜偵測，並藉以釐清一些重要體系在水溶液環境下的價電子能級結構、溶劑效應甚至溶液酸鹼性對其造成的影響。
氣膠真空紫外光光電子光譜儀可以分成三大部分: 包括: (I) 氣膠束源腔體，(II) 微分抽氣腔體，以及 (III) 光電子能譜主腔體。各實驗腔體區域則由不同大小的噴嘴(skimmers)所連接。聚焦後的氣膠粒子束將引入到微分抽氣腔體區使腔體壓力更進一步降低以使主腔體的壓力能夠達到光電子光譜之高真空需求。一旦氣膠粒子束進入光電子能譜主腔體後，將透過照射特定光能之游離光源致使氣膠粒子發生游離。游離出的光電子則被引入到高解析度之半球形電子能量分析儀中進行光電子動能分布之分析，以得到特定氣膠粒子之光電子能譜藉此了解該氣膠之價電子能級結構。
1. 可調式氣動聚焦系統 Adjustable aerodynamics lens system:
本實驗室客製化設計之可調式氣動聚焦進樣系統 (adjustable aerodynamic lens (AADL) system)。此AADL系統有以下的幾個目的: (1)樣品採集 (2)粒徑大小的選擇 (3)粒子準直並聚焦。而AADL的主要零件包括: (1)入口噴嘴 (2)粒子透鏡組 (3)粒子加速噴嘴。此AADL 系統已取得中華民國專利 (專利證號104126305)。
2. 游離光源:
由於我們希望了解氣膠懸浮微粒的化學特性，而價電子能級結構直接關係到一物質的化學活性，因此我們選擇利用由國家同步輻射研究中心所提供的真空紫外光 (U9, BL21B2) 作為游離光源。由同步輻射所提供之VUV光源具有高光通量以及光能可調之優點，因此為量測氣膠光電子能譜的優越游離光源。
- VUV Synchrotron radiation(1016~1017 photons/sec/mm2/mrad2 in the range of 5-30 eV, with a 0.1 % bandwidth)
3. 半球型電子能量分析儀 (VG Scienta, R3000):
一旦氣膠粒子束進入光電子能譜主腔體後，將透過照射特定光能之游離光源致使氣膠粒子發生游離。游離後所產生的光電子則被引入到高解析度之半球形電子能量分析儀 (hemispherical electron energy analyzer) 中進行光電子動能分布之分析，以得到特定氣膠粒子之光電子能譜，並從而了解該氣膠之價電子能級結構。