ISSN 1884−1627

機器センターたより No.2
自然科学研究機構

分子科学研究所

機器センター

巻頭言

巻頭言
機器センター長

薬師久彌「機器センターたより」第二号をお届けしまを更新し性能向上を図りました。このほか、電す。新機器センターも発足後2年余りが経ち、子構造研究部門の西グループが管理していた波共同利用施設としての体制が整いつつありま

長可変ピコ秒レーザーシステムを平成21年4月

す。化学試料棟に新設された機器センターの事から、機器センターに移管して、所外・所内に務室は諸般の事情によりわずか一年で南実験棟公開しています。この外、化学設備ネットワー

一階へ移転することになりました。現在は２部

クの予約課金システムを全面的に更新しまし屋ですが、実験棟の耐震工事が完了後は３部屋た。将来は機器センターの三つの機器予約シスに拡張する予定です。平成21年4月より分子制

テムを化学設備ネットワークの予約システムに御レーザー開発研究センターから上田正技術職一元化することを計画しています。

員が機器センターへ配置転換となりました。

平成21年度7月より実験棟耐震工事に伴う上田さんはレーザー関係の分光装置を担当し実験室の移動が始まりました。実験棟１階のます。これで、機器センターの技術職員は9名

SQUIDと超伝導磁石付希釈冷凍機を極低温セ（明大寺6名、山手3名）になりました。

ンター棟へ移設しました。これにともない、フ平成20年度は中村宏樹所長のご配慮で機器セ

ァラデー法による磁化率測定装置を廃棄しましンターにはいくつかの新しい装置が入りました。希釈冷凍機については大阪大学大学院理学た。共通に使用できる機器はできるだけ機器セ研究科の中澤康浩教授が比熱測定装置を取り付ンターに設置するという将来計画委員会の答申

ける準備をしています。極低温・強磁場下の比に則ったもので、長期的な視野に立って研究所

熱測定装置が完成したあかつきは所外・所内にの予算を計画的に運用する事ができます。今後公開する予定です。そのほか、平成21年5月にもこの方針が堅持されることを望みます。これ

明大寺地区の液体ヘリウム液化機が動かなくならの装置については新装置及び更新の紹介欄でりました。膨張タービンという断熱膨張を行う

詳しい説明がなされます。山手地区には生体試

液化機の心臓部が破損して修理不能、代替品の料用超高感度示差走査型カロリメータと等温滴

入手不能という事態になりました。購入後20年

定型カロリメータが設置されましたが、平成21を経ていますので、急遽平成22年度の概算要求

年度は所内に公開し、平成22年度より所外にもに乗せると同時にその他の方策も探っていま公開する予定です。明大寺地区には蛍光X分析

す。現在は山手地区の液体ヘリウムを明大寺地

装置が設置され、平成21年度より所外・所内に区へ、明大寺地区で回収したヘリウムガスを山公開しています。このほかミクロ単結晶X線回手地区へトラックで運搬するという方法で凌い折計の試料冷却装置を更新し、窒素ガスでもヘでいます。

リウムガスでも冷却できるようにしました。

平成20年度の利用状況は全国29機関から前期

ESRにはデュアルモード共振器を導入して禁制27件、後期36件、計63件の施設利用を受け付け遷移の測定を可能にしました。また、パルス

ました。機器センターは今後とも設備の充実を

ESRのコンピュータとエキシマーレーザーも更図る所存です。積極的なご利用をお願いしま

新しました。さらに、化学設備ネットワークにす。また、皆様方のご意見・ご要望を「交流ついた平成21年度補正予算でパルスESRの一部欄」にお寄せください。

機器センターたより

1

年次報告

目次

分子科学研究所■巻頭言

機器センターたより・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

第２号

機器センター長

薬師久彌■目次
１．所有機器一覧
２．組織表
３．機器利用方法
４．平成 20 年度施設利用採択課題一覧
５．採択者の実施状況
６．新装置及び更新の紹介【新装置】
極微小結晶用単結晶 X 線回折装置／ CCD3
蛍光 X 線分析装置

・ ・・・・・・・・・・・・・・・

岡野芳則

・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

山中孝弥

示差走査カロリメトリー

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

中野路子

等温滴定カロリメトリー

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

中野路子

波長可変ピコ秒レーザーシステム

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

上田

正・・・・・・・・・・・・・・

上田

正

【更新】
エキシマー励起色素レーザー ／ Compex Pro 110
７．交流
山手地区

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

中野路子

明大寺地区

磁気・物性

藤原基靖

明大寺地区

分光

低温関係

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

水川哲徳【地域貢献】一般公開における見学者との交流

・ ・・・・・・・・・・・・・・

山中孝弥【地域貢献】中学生職場体験学習に対応して・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

上田

上田

正

正

８．研究紹介愛媛大学

理工学研究科分子科学研究所
９．編集後記2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

物質分子科学研究領域

電子物性研究部門

���・・・

教授

宇野英満

准教授

中村敏和

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

機器センターたより

山中孝弥

１．所有機器一覧

所有機器一覧
◆ 所外公開装置 ：『化学系研究設備有効活用ネットワーク』に登録しています。
◆ 所外公開装置▼ 所内専用装置：所外の方で使用されたい方はお問い合わせください。

装置名／機種設置場所

担当者

１．電子スピン共鳴装置◆ Bruker EMX Plus

極低温棟 002

藤原◆ Bruker E500

極低温棟 001

藤原▼ Bruker E680

極低温棟 001

藤原◆ Quantum Design MPMS-7

極低温棟 006

藤原◆ Quantum Design MPMS-XL7

極低温棟 006

藤原◆ CCD型／Rigaku MERCURY CCD-1

南実験棟 SB02

藤原◆ CCD型／Rigaku MERCURY CCD-2

南実験棟 SB02

藤原◆ イメージングプレート型／Rigaku R-AXIS IV

南実験棟 SB02

藤原◆ ミクロ単結晶／Rigaku 4176F07（CCD３）

南実験棟 SB04

岡野▼ κ-四軸型／Enraf-Nonius CAD4

南実験棟 SB10藤原◆ MAC Science MXP3VA

南実験棟 SB10

藤原◆ Rigaku RINT-UltimaIII

山手3号館1階 X線回折測定室

藤原

極低温棟 007

藤原◆ TA Instruments TGA2950/ DSC2920/ SDT2960

極低温棟 010

藤原▼ 示差走査カロリメトリー/MicroCal VP-DSC

山手4号館 101

中野

▼ 等温滴定カロリメトリー/MicroCal iTC200

山手4号館 101

中野

山手4号館 403

牧田

山手4号館 404

牧田

◆ JEOL JNM-LA500

山手4号館 408

中野▼ JEOL JNM-LA400

山手4号館 408

中野

◆ エキシマー励起色素レーザー/Compex Pro 110

レーザー棟 103

上田

◆ Nd:YAG励起OPOレーザー/GCR-250/ScanmateOPPO

レーザー棟 102

上田

◆ フッ素系エキシマーレーザー/LAMBDA PHYSIK Compex110F

レーザー棟 207上田

◆ 波長可変ピコ秒レーザーシステム

実験棟 B19上田

２．SQUID型磁化測定装置

３．単結晶X線回折装置

４．粉末X線回折装置

５．走査電子顕微鏡◆ 超高分解能電界放射型／Hitachi S-900
６．熱分析装置

７．マトリックス支援イオン化-飛行時間型質量分析計◆ Applied Biosystems

Voyager DE-STR

８．元素分析計
▼ ヤナコMT-6 ＊所内依頼分析のみ
９．核磁気共鳴装置

10．レーザー

機器センターたより

3１．所有機器一覧
11．分光光度計◆ 高感度蛍光分光光度計 ／SPEX Fluorolog2

化学試料棟 103

上田

◆ 円二色性分散計 ／JASCO J-720WI

山手4号館 406

牧田

◆ 可視紫外分光光度計 ／Hitachi U-3500

レーザー棟 207上田

レーザー棟 201上田

レーザー棟 203山中

極低温棟 105藤原

12.小型機器
その他▼ 蛍光Ｘ線分析装置／JEOL

JSX-3400RII▼ 15T超伝導磁石付希釈冷凍機／Oxford
低温冷媒の供給設備
ヘリウム液化システム（150リットル/時間）

極低温棟 104

液体ヘリウム自動供給装置

極低温棟 105

２台

液体ヘリウム貯槽（3000リットル）

極低温棟 105

ヘリウム回収ライン

明大寺地区

各実験室

液液体窒素自動供給装置

化学試料棟

渡り廊下

全自動ヘリウム液化機（40リットル/時間）

山手地区

液体ヘリウム貯槽（5000リットル）

山手地区

ヘリウムガス貯蔵量

山手地区

液体窒素貯槽(２基)

山手４号館、山手２号館

液体窒素自動供給装置(３台)

山手４号館２台、山手２号館１台

4

機器センターたより

２．組織表構成スタッフ
機器センター長（併任）
薬師久弥

電子物性研究部門教授

明大寺

研究棟 216

班長

山中孝弥

レーザー、分光光度計等

明大寺

南実験棟 111

班長

高山敬史

寒剤 明大寺

明大寺

極低温棟 103

主任

水川哲徳

寒剤等

山

4 号館 204

岡野芳則

微結晶用 X 線回折装置、化学系研究設備有効活用ネットワーク

明大寺

南実験棟 111

牧田誠二

元素分析、質量分析等

山

4 号館 401

藤原基靖

ESR、SQUID 等

明大寺

極低温棟 102

中野路子

NMR

山

4 号館 401

齊藤

碧

電子顕微鏡

明大寺

南実験棟 111

上田正

レーザー、分光光度計等

明大寺

南実験棟 111

化学系研究設備有効活用ネットワーク

明大寺

南実験棟 111

明大寺

南実験棟 111

技術職員

事務支援員

太田明代
中川信代

手

手

手

機器センターたより

5

○○○○○
３．機器センター

施設利用方法

機器利用方法【 機器の利用資格 】
以下に所属する研究者が、当センターの機器を利用することができます。
◎ 国立・公立大学法人◎ 私立大学法人◎ 国・公立研究所（独立行政法人を含む）等（ 但し、大学院博士課程後期に在学中の者を含む ）◎ 所長が上記研究者と同等の研究能力を有すると認められた者【 機器利用の流れ 】
当センターの機器を利用する場合の手順を図１に示します。

図１

6

機器センターたより

機器利用の流れ３．機器センター

施設利用方法○○○○○以下に、図１の説明を添えます。
１、当センター技術職員へ問い合わせ⑴当センターを初めて利用される研究者の方は、利用申請書類提出の前に、センター技術職員宛に電話あるいはメールで利用希望機器、実験内容、利用希望日時等をお問い合わせ下さい。
≪問い合わせ先≫
メールアドレス： ic-pub@ims.ac.jp

電話番号：0564-55-7470

上記メールアドレスは、当センター技術職員全員に送られます。お問い合わせ内容に応じて、担当技術職員等から返信致します。お電話の場合は、当センター事務職員が、内容をお伺いした上で、担当技術職員にお取次致します。
⑵当センターを利用されたことのある研究者の方は、次の申請書類の提出から手続きを進めて下さい。
２、申請書類の提出
施設利用申請書を所属機関（部局）の長を通じて１部提出して下さい。申請書類は、
http://www.ims.ac.jp/use/joint_syosiki.html の F 施設利用・機器センター（様式8-1）からダウンロードして下さい。Ｘ線回折装置を利用する場合は、申込書と併せて放射線業務従事承認書（様式第4号）を提出して下さい（同アドレスからダウンロードできます）。
なお、利用申請は半期毎で随時受け付けておりますが、事務手続き上、申請が受理されてから採択通知が発送されるまでの間は利用できません（図２参照）。予めご承知おき下さい。
申請書提出日
1 日～ 15 日
16 日～末日

採択期間
採択審査中は⇒機器の利用ができません。
図２

機器利用開始日⇒

翌月 1 日から
翌月 16 日から機器利用終了日
申請書提出日に関わらず、前期は 9 月 30 日まで
後期は 3 月 31 日まで

申請書提出から機器利用終了日まで≪ 申請書類の送付先 ≫〒444-8585

岡崎市明大寺町字西郷中３８番地
自然科学研究機構

岡崎統合事務センター

総務部国際研究協力課

共同利用係（ 0564-55-7133 ）３、採択通知提出して頂いた申請書類に不備がなければ、採択通知が送付されます。
なお、研究期間が半期を超える分については，次年度以降も新規公募手続に従って改めて申請書の提出が必要となります。
４、機器の予約
採択通知を受け取られましたら、来所計画を立て、それぞれの機器の予約システムにアクセスし機器センターたより

7

３．機器センター

施設利用方法て予約を行って下さい。予約システムのアドレスは以下の通りです。
予約システムhttp://chem-eqnet.ims.ac.jp
E-mail to :michiko@ims.ac.jp
http://mars.ims.ac.jp/mars/main.asp?lang=jp

単結晶 X 線回折装置⇒
NMR⇒
その他の機器（MARS） ⇒初めての機器の利用で当センター職員のサポートを必要とする場合は、担当職員と日程調整を行う必要があります。利用機器名を明記の上、所外公開装置担当者（E-mail:ic-pub@ims.ac.jp）まで
お問い合わせ下さい。
５、宿泊手続き宿泊を伴う場合は、共同利用研究者宿泊施設を利用できます。宿泊施設の利用を希望される時は「ロッジ予約システム」 で予約を行って下さい。
なお、宿泊施設 http://www.occ.orion.ac.jp/lodge/ から利用登録を行って頂く必要があります。
その際、"関係研究室"は[機器センター(分)] ・[機器センター施設利用「施設利用申込書」申請者]を選択し、ロッジの予約へ進んで下さい。
≪ お問い合わせ先 ≫国際研究協力課共同利用係ロッジ担当 （0564-55-7138）
６、必要書類の提出（来所前）
下記書類（表１）のうち、必要なものを期日までに提出してください。事務処理の円滑化のため、早期提出をお願いします。また、日程等変更が生じた場合は速やかにお知らせ下さい。
≪ 提出先 ≫
機器センター施設事務室

TEL：（0564）55-7470

FAX：（0564）55-7448

E-mail : ic-office@ims.ac.jp
提出書類
施設利用実施計画書
出張命令簿の写し※１
銀行振込口座登録依頼書
大学院生派遣書
学部学生派遣書
放射線管理区域立入申請書（学部学生）
山手地区カードキー貸与
申請書提出が必要な方
旅費請求される方の代表者
旅費請求される教職員の方
初めて旅費請求される方旅費請求される大学院生の方学部学生の方（来所ごと）
放射線を利用される学部学生の方( 来所ごと )時間外 ( 平日の 8:30 － 17:00 以外 ) に
山手地区を利用される方
http://ic.ims.ac.jp/tebiki/cardkey.html 参照※１所属機関にて出張命令の手続きが困難な方は施設事務室までお問い合わせ下さい。

表１

8

機器センターたより

提出書類一覧

提出期限
来所の２週間前
来所の２週間前
来所の３週間前
来所の２週間前
来所の２週間前
来所の２週間前
来所の１週間前

３．機器センター

施設利用方法７、来所・機器利用
来所の際は、以下の点に留意して下さい。
⑴来所当日、守衛所で身分証明書を提示後，ネームプレートの交付を受け着用して下さい。
⑵機器の利用は、原則的に申込者本人に使用して頂きますが、機器の使用目的を熟知していない
方には装置担当者が助言致します。
⑶ロッジを予約された方は宿泊当日11：00 ～ 15：30までの間に、国際研究協力課共同利用係に来訪し、ロッジの鍵の受け取りと宿泊料金の支払いを済ませて下さい。
⑷山手地区カードキーを申請された方は9：00 ～ 16：00までの間に、機器センター施設事務室
で交付手続きを行って下さい。
⑸施設利用終了後は、使用ノート等に必要事項を記入の上、必ず装置担当者に測定が終了した旨を報告して下さい。
８、施設利用実施報告書の提出
施設利用実施報告書を機器センター長へ提出して下さい。
提出期限は施設利用年度（前期あるいは後期）が終了してから １ヶ月以内です。
書式は次のURLからダウンロードできます。
Word ⇒ http://ic.ims.ac.jp/tebiki/shisetsu_download/report.doc
PDF ⇒ http://ic.ims.ac.jp/tebiki/shisetsu_download/report.pdf【 お問い合わせ先 】◎ 機器センター事務担当デスク ⇒ 南実験棟１階 S111室◎ 事務的なお問い合わせ⇒ ic-office@ims.ac.jp, TEL: (0564)55-7470◎ 技術的なお問い合わせ⇒ ic-pub@ims.ac.jp◎「施設利用の手引き」⇒ 機器センターホームページ ( http://ic.ims.ac.jp/index.html )機器センターたより

9

３．機器センター

施設利用方法液体窒素利用方法
液体窒素利用者のためのマニュアルは、
機器センターホームページ http://ic.ims.ac.jp/kiki/N2_user_manual2008.pdf にあります。当マニュ
アルには、分子研における液体窒素汲み出しの手順だけでなく、液体窒素を取扱う上での注意点や液体窒素用容器の種類と使用方法についても詳細に書かれておりますので、是非ご参照下さい。
以下では、要点を抜粋し簡単に記しておきます。
【 特に危険を伴う注意点 】
・凍傷を防ぐ：保護メガネ、革手袋を使用すること。
・酸欠を防ぐ：窒素ガス濃度が高くなると酸素濃度が下がることになるため、実験室内の換気を行うこと。
・爆発を防ぐ：温度上昇によるガス化（体積急増）によって爆発の危険があるため、容器を密閉しないこと。
【 液体窒素容器について 】
・容器は、開放型容器と密閉型容器（自圧式容器）がある。特に密閉型容器の方は、取り扱いに注意が必要で高圧ガス保安法の規制を受ける。必ずマニュアルに沿った使用を行うこと。
・容器を新規購入する場合は、予め機器センターに申し出ること。
・容器は登録しなければ使用できない。また、規格に適合しない容器は登録できない場合がある。
登録した容器には，ベッセルバーコードが発行され、汲み出しは、バーコードリーダーによって行う。
【 液体窒素汲み出しの前に 】
・初めて液体窒素を利用する研究者は、当センターの寒剤担当者にその旨を伝える。
・毎年年度初めに行う「液体窒素利用者講習会」を必ず受講する。受講できなかった研究者は、事前に寒剤担当者から直接指導（液体窒素利用者講習）を受ける。受講終了者には、ユーザーバー
コードが発行され、汲み出し時において、ベッセルバーコードと共に必要となる。
【 液体窒素汲み出し手順 】
先に示したURL http://ic.ims.ac.jp/kiki/N2_user_
manual2008.pdf の 3.‐2) 「液体窒素汲み出し手順」に従う。概略は以下の通り。
＜ 汲み出し場所 ＞
化学試料棟２階入り口の渡り廊下に、液体窒素自動供給装置（写真１）が設置されている。

10

機器センターたより

写真１．液体窒素自動供給装置

３．機器センター

施設利用方法＜ 手順 ＞ （写真２～４参照）
１、容器を測りＡ（100 ℓ 未満）又はＢ（100 ℓ 以上）の上に載せ、フレキシブルチューブＣを挿入（※革手袋Ｄを使用のこと）。
２、登録済みのベッセルバーコードとユーザーバーコードをバーコードリーダーＥで読み取り、操
作画面（START）にタッチすれば、自動供給される。満量充填でも必要量充填でも可能。
３、充填終了時、電子ブザーが鳴る（容器を測りから外すと電子ブザーが止まる）。

C➡

➡

写真４．緊急停止弁

F ➡

D
➡

B

➡

A

E

写真３．操作画面

写真２．液体窒素自動供給装置

なお、液体窒素自動供給装置のステータスモニターは下記URLで見ることができる。
http://ln2moni.ims.ac.jp※ 異常時は、緊急閉止弁Ｆを締め、直ちに機器センター寒剤担当者に連絡すること。
≪ 連絡先 ≫
機器センター

内線 7471 または、4553,

携帯 090-4082-6162【 その他 】
・汲み出しの時間は、原則 平日午前９時～午後５時までである。
・無登録の所外研究者（液体窒素利用者講習会 未受講者）が液体窒素の汲み出しを行う場合は、「液体窒素利用者講習会」受講終了者立会いのもとで行うこと。
・参考：液体窒素供給価格

平成20年4月現在

63 円／ℓ 。

液体ヘリウム利用方法
現在、ヘリウム液化機が故障中のため、通常時とは異なる暫定的な利用方法となっております。
皆様方には、大変ご不便をお掛けし申し訳ございません。ヘリウム液化機が正常な状態になりました
ら、より使いやすいシステムでご利用頂けるよう、只今検討中です。従いまして、利用方法につきましては、次号以降に紹介させて頂きます。
（上田正機器センターたより

記）

11

４

．平成20年度

平成20年度

施設利用

施設利用採択課題一覧

【前期】
申請
番号

所

属

職

名

提案代表者

1

豊橋技術科学大学
物質工学系

助教

2

愛媛大学
総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ教授

3

名古屋工業大学
大学院工学研究科

助教

小野

克彦

4

名古屋工業大学
ｾﾗﾐｯｸｽ基盤研究ｾﾝﾀｰ

准教授

安達

信泰

5

静岡大学
電子工学研究所

客員
教授

荻田

正巳

6

愛媛大学
理工学研究科

教授

御崎

洋二

7

兵庫県立大学
大学院工学研究科

准教授

北村

千寿

8

名古屋大学
理学研究科

特任
助教

高見

剛

9

名古屋工業大学
大学院工学研究科

准教授

山本

勝宏

10

広島大学
大学院理学研究科

准教授

速水

真也

11

名古屋工業大学
大学院工学研究科

准教授

小野

晋吾

12

島根大学
総合理工学部

助教

池上

崇久

13

福井大学
工学部電気・電子工学科

教授

福井

一俊

14

徳島大学大学院
ｿｼｵﾃｸﾉｻｲｴﾝｽ研究部

助教

岡

博之

15

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

大学
院生

平郡

論

16

北海道大学
大学院工学研究科

助教

柏本

史郎

17

大阪府立大学
理学系研究科

准教授

細越

裕子

18

生理学研究所
計算科学研究センター

助教

片岡

正典

教授

飯田

雅康

助教

高橋

一志

准教授

丸山

19
20
21

12

奈良女子大学
人間文化研究科
東京大学
物性研究所
秋田工業高等専門学校
物質工学科

機器センターたより

研究課題

Rh 錯体とオリゴヌクレ
藤澤 郁英 オ チ ド と の 立 体 特 異 的な認識機構の解明
ポルフィリンオリゴ
宇野 英満
マーの合成と構造利用研究設備SQUID 型磁化測定装置 イメージングプレート型／
Rigaku R-AXIS IV

ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
MERCURY CCD-3
単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY CCD
新規なキャリア輸送材
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
料の合成と電子デバイ
MERCURY CCD-3
スへの応用
粉末Ｘ線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
希 土 類 薄 膜 磁 石 の 垂 直 SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
磁気異方性
電子スピン共鳴装置 ESR
液 体 金 属、 強 磁 性 体 金属・ 半 導 体 の 電 流 磁 気
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
効果に関する厚さとナノ構造の研究単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
TTP( テトラチアペンタ
CCDレン ) 系有機伝導体の結
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
晶構造解明
MERCURY CCD-3
単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
有機分子の X 線結晶構 CCD
造解析
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
MERCURY CCD-3
コバルト酸化物の磁性
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Designに関する研究高分子 - クレイナノコン
ポ ジ ッ ト の ナ ノ 空 間 に 走査型熱解析計 TA Instruments
拘 束 さ れ た 高 分 子 の 運 TGA2950/ DSC2920/ SDT2960
動特性と構造解析長 鎖 ア ル キ ル 鎖 を 有 す 電子スピン共鳴装置 ESRるコバルト ( Ⅱ ) 錯体の 走査型熱解析計 TA Instruments
新規磁気挙動の解明
TGA2950/ DSC2920/ SDT2960
フッ化物を用いた光学
高感度蛍光分光光度計 SPEX Fluorolog2
素子開発に関する研究
ランタン型ルテニウム
SQUID 型磁化測定装置( Ⅱ )( Ⅲ ) 二核錯体と電子スピン共鳴装置 ESR
コロラジン錯体の磁気
電子スピン共鳴装置 Bruker EMX Plus
物性Ⅲ - Ⅴ窒化物半導体の中電子スピン共鳴装置 ESR
性欠陥の探索 ( Ⅱ )新規フェノアジンカチ
電子スピン共鳴装置 ESR
オンニジカル誘導体の
可視紫外分光光度計 Hitachi U-3500
光および磁気物性の評
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
価SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
ナノカーボン化合物のSQUID 型磁化測定装置 Rigaku R-AXIS IV
構造と磁気特性粉末 X 線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
1/1 近 似 結 晶 Zn-MSc(M=Fe 族元素 ) にお SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
ける 3d 遍歴電子磁性
電子スピン共鳴による有 機 磁 性 体 の 磁 気 相 互 電子スピン共鳴装置 ESR作用に関する研究
飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR、
核酸化学修飾法の開発
円二色性分散計 JASCO J-720WI
核磁気共鳴装置 JEOL JNM-LA500
金属錯体分子性ガラス
粉末 X 線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIIIの構造と性質準 安 定 結 晶・ 微 小 結 晶の迅速結晶構造解析
酸化チタン微粒子のナ
耕一 ノ 構 造 制 御 に 関 す る 検
討ミクロ単結晶 X 線回折装置
MERCURY CCD-3

Rigaku4176F07/

粉末 X 線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
電子スピン共鳴装置 Bruker EMX Plus

４．平成20年度

22

秋田工業高等専門学校
物質工学科

准教授

丸山

耕一

23

東京理科大学
理学部第二部化学科

講師

秋津

貴城

24

静岡県立大学
環境科学研究所

教授

坂口

眞人

25

神戸大学
分子ﾌｫﾄｻｲｴﾝｽ研究ｾﾝﾀｰ

准教授

笠原

俊二

26

基礎生物学研究所
分子細胞生物学研究部門

研究員

花田

孝雄

27

名古屋大学
工学研究科

大学
院生

織田

将成

職

提案代表者

施設利用

SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
フェライト薄膜の磁気走査型熱解析計 TA Instruments
特性に関する検討
TGA2950/ DSC2920/ SDT2960
クラスター遷移金属錯体を含む有機―無機複SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
合材料の交流磁化率測定セルロース固体表面に存 在 す る ブ ロ ッ ク 共 重 電子スピン共鳴装置 ESR
合鎖の分子運動性
パルスレーザーと超音
速 ジ ェ ッ ト を 用 い た ナ Nd:YAG 励起 OPO レーザー／ GCR-250/
フ タ レ ン 分 子 の レ ー ScanmateOPPO
ザー分光
Atg3 のアミノ末端の構
円二色性分散計 JASCO J-720WI
造変化
ｻｲﾄ選択元素置換によるRE 系溶融バルク超伝導 SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
体の臨界電流特性向上

【後期】
申請
番号
1
2
3
4
5

所

属

東京理科大学
理学部第二部化学科
名古屋大学
理学研究科
愛媛大学
総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ
兵庫県立大学
大学院物質理学研究科
基礎生物学研究所
分子細胞生物学研究部門

名

講師

秋津

貴城

特任助
教

高見

剛

教授

宇野

英満

大学院
生

平郡

論

研究員

花田

孝雄

6

名古屋工業大学
ｾﾗﾐｯｸｽ基盤研究ｾﾝﾀｰ

准教授

安達

信泰

7

名城大学
理工学部

准教授

丸山

隆浩

8

名古屋工業大学
大学院工学研究科

准教授

山本

勝宏

9

京都大学
大学院理学研究科

大学院
生

田中

泰央

10

名古屋大学
工学研究科

大学院
生

織田

将成

11

静岡県立大学
環境科学研究所

教授

坂口

眞人

12

名古屋工業大学
大学院工学研究科

助教

13

関西学院大学
大学院理工学研究科

博士
研究員

14

関西大学
化学生命工学部

准教授

15

東京大学
物性研究所

助教

16

生理学研究所
計算科学研究センター

助教

研究課題
遷移金属錯体を含む高分子膜状の有機―無機複合材料の磁性測定
層状遷移金属化合物の磁性に関する研究
高共役π電子系化合物の合成と構造ナノカーボン化合物の構造と物性
Atg3 のアミノ末端の構造変化
薄膜磁性体の面内及び垂直磁気異方性に関する研究
アーク放電法により作製したカーボンナノ
チューブの可視紫外領域の透過率測定
重合誘起相分離による相分離ナノ構造解析
環拡張ポルフィリン金属錯体の磁気特性の解明ｻｲﾄ選択元素置換によるRE 系溶融バルク超伝導体の臨界電流特性向上
スピンラベル化アゾポ
リマーの可視光照射効
果とその分子運動性相関について利用研究設備SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
MERCURY CCD-3
Rigaku 4176F07/MERCURY CCD-3、SQUID
型磁化測定装置、Bruker EMX Plus
円二色性分散計

JASCO J-720WISQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
電子スピン共鳴装置 ESR
可視紫外分光光度計

Hitachi U-3500

走査型熱解析計 TA Instruments
TGA2950/ DSC2920/ SDT2960
電子スピン共鳴装置

ESR

SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design

電子スピン共鳴装置

ESR

SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
新規なキャリア輸送材
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
克彦 料 の 合 成 と 電 子 デ バ イ
MERCURY CCD-3
スへの応用
粉末Ｘ線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
高次倍音振動の測定に
よ る 高 振 動 励 起 状 態 に エキシマー励起色素レーザー LPX105i Nd:YAG 励
土肥 敦之
お け る 分 子 間 相 互 作 用 起 OPO レーザー GCR-250/ScanmateOPPO
に関する研究リチウムイオン二次電
荒地 良典
SQUID 型磁化測定装置
池材料の磁気的性質
複 合 機 能 性 鉄（ Ⅲ ） ス
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
高橋 一志 ピ ン ク ロ ス オ ー バ ー 錯
MERCURY CCD-3体の結晶構造解析
飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR、
片岡 正典 核酸化学修飾法の開発
高分解能核磁気共鳴装置 JNM-LA500
円二色性分散計 JASCO J-720WI
小野

機器センターたより

13４．平成20年度

施設利用

17

愛媛大学
理工学研究科教授

18

徳島大学大学院
ｿｼｵﾃｸﾉｻｲｴﾝｽ研究部

助教

19

静岡大学
機器分析ｾﾝﾀｰ

准教授

20

名古屋大学
大学院理学研究科

准教授

21

北海道大学
大学院工学研究科

助教

22

兵庫県立大学
大学院工学研究科

准教授

23

大阪大谷大学
薬学部

教授

24

神戸大学
分子ﾌｫﾄｻｲｴﾝｽ研究ｾﾝﾀｰ

准教授

25

東京工業大学大学院
有機・高分子物質専攻

助教

26

福井大学
工学部電気・電子工学科

教授

27

大阪府立大学
理学系研究科准教授

28
29

名古屋工業大学
工学研究科
秋田工業高等専門学校
物質工学科

准教授
准教授

30

秋田工業高等専門学校
物質工学科

准教授

31

大阪大学
大学院工学研究科

講師

32

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

助教

33

東邦大学
医学部化学研究室

講師

34

室蘭工業大学
教育研究等支援機構

助教

35

静岡大学
機器分析ｾﾝﾀｰ

准教授

36

信州大学
理学部

准教授

SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design、
拡張型 TTF ドナーおよ
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
びそれらを用いた分子
御崎 洋二
MERCURY CCD-3、性導体の構造と物性に単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
関する研究
CCD
フェノチアジンカチオ
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
ンラジカルオリゴマー
岡 博之
可視紫外分光光度計 Hitachi U-3500の光および磁気物性の
電子スピン共鳴装置 Bruker EMX Plus
評価
螺旋骨格をもつ新規金
近藤 満
円二色性分散計 JASCO J-720WI
属錯体の合成と性質ス タ フ ィ ロ コ ッ カ ル・
ヌクレアーゼ変異体を飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR
槇 亙介
用いた蛋白質フォール
ディング機構の研究
準結晶の構造完全性と
柏本 史郎
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
磁気秩序ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄ型Ｘ線回折装置 R-AXIS-4、有機分子の X 線結晶構
北村 千寿
単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
造解析
CCD
希釈した磁性体を有す
谷本 能文 る 半 導 体 の ス ピ ン ダ イ 電子スピン共鳴装置 Bruker EMX Plus/ESR
ナミックスの研究
パルスレーザーと超音
速 ジ ェ ッ ト を 用 い た ベ Nd:YAG 励起 OPO レーザー GCR-250/
笠原 俊二
ン ゼ ン 及 び ナ フ タ レ ン ScanmateOPPO
分子のレーザー分光
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
新 規 な 有 機 半 導 体 分 子 MERCURY CCD-3、芦沢 実の X 線構造解析
単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
CCD
III － V 窒化物半導体の福井 一俊
電子スピン共鳴装置 ESR
中性欠陥の探索（III）
電子スピン共鳴による細越 裕子 有 機 磁 性 体 の 磁 気 相 互 電子スピン共鳴装置 E500
作用に関する研究
フッ化物を用いた光学小野 晋吾
高感度分光光度計 /SPEX Fluorolog2
素子開発に関する研究
希 薄 磁 性 半 導 体 の 微 細 粉末 X 線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
丸山 耕一
組織制御に関する研究
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design MPMS-7
磁歪性酸化物微細磁性
粉末 X 線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
丸山 耕一 体 の 磁 気 特 性 に 関 す る
電子スピン共鳴装置 Bruker
研究
ヘム蛋白質マトリクス
中でのコロール鉄錯体
松尾 貴史
電子スピン共鳴装置 E500の反応性および物性評
価
キラル一次元ロジウム
満身 稔 （Ⅰ）－セミキノネート SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
錯体の磁気特性の解明
テトラピロール類鉄SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
大胡 惠樹 （Ⅲ）錯体の磁気的性質
電子スピン共鳴装置 E500、EMX
に関する研究円二色性スペクトルによる置換ポリアセチレ
馬渡 康輝
円二色性分散計 JASCO J-720WI
ンの溶液中における構
造変化の解析
酸化還元活性を有する
近藤 満 新 規 四 核 錯 体 の 合 成 と 飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR
性質
新 規 酸 化 還 元 応 答 性 ホ 単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
太田 哲
ストの開発
CCD

【機器の表記について】＊単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY CCD ： CCD-1 または CCD- ２＊ SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design ： MPMS-7 または MPMS-XL7

14

機器センターたより

５．採択者の実施状況

平成20年度

採択者の実施状況
所属

秋田工業高等専門学校 物質工学科
愛媛大学 総合科学研究支援ｾﾝﾀｰ
愛媛大学大学院 理工学研究科
大阪大学大学院 工学研究科応用科学専攻
大阪大谷大学 薬学部
大阪府立大学大学院 理学系研究科
関西学院大学大学院 理工学研究科
関西大学 化学生命工学部
基礎生物学研究所
京都大学 理学研究科
計算科学研究センター
神戸大学 分子ﾌｫﾄｻｲｴﾝｽ研究ｾﾝﾀｰ
静岡県立大学 環境科学研究所
静岡大学 機器分析ｾﾝﾀｰ
静岡大学 電子工学研究所
島根大学 総合理工学部
信州大学大学院 理学部
東京工業大学大学院 有機・高分子物質専攻
東京大学 物性研究所
東京理科大学 理学部第二部化学科
東邦大学 医学部化学研究室
徳島大学大学院 ｿｼｵﾃｸﾉｻｲｴﾝｽ研究部
名古屋大学 工学研究科
名古屋大学 大学院理学研究科
名古屋工業大学 ｾﾗﾐｯｸｽ基盤工学研究ｾﾝﾀｰ
名古屋工業大学 大学院工学研究科
名古屋工業大学 大学院工学研究科
名古屋工業大学 大学院工学研究科
名古屋大学 理学研究科
奈良女子大学 人間文化研究科
兵庫県立大学大学院 物質理学研究科
兵庫県立大学大学院 工学研究科
兵庫県立大学 大学院物質理学研究科
広島大学大学院 理学研究科化学専攻
広島大学大学院 理学研究科化学専攻
福井大学 工学部電気・電子工学科
北海道大学大学院 工学研究科
室蘭工業大学 教育研究等支援機構
名城大学 理工学部
総計

氏

名

丸山 耕一
宇野 英満
御崎 洋二
松尾 貴史
谷本 能文
細越 裕子
土肥 敦之
荒地 良典
花田 孝雄
馬場 正昭
片岡 正典
笠原 俊二
坂口 眞人
近藤 満
荻田 正巳
池上 崇久
太田 哲
芦沢 実
高橋 一志
秋津 貴城
大胡 惠樹
岡 博之
織田 将成
槇 亙介
安達 信泰
山本 勝宏
小野 克彦
小野 晋吾
高見 剛
飯田 雅康
満身 稔
北村 千寿
平郡 論
井上 克也
速水 真也
福井 一俊
柏本 史郎
馬渡 康輝
丸山 隆浩

利用件数
12
27
36
4
5
10
17
2
1
9
77
31
23
2
2
3
4
8
47
4
3
12
14
2
4
16
15
50
7
1
1
12
44
3
11
9
3
3
5
539

機器センターたより

15

６．新装置及び更新の紹介

極微小結晶用単結晶X線回折装置（CCD-3）の紹介
機器センター

岡野芳則

はじめに
この装置は X 線のビーム径を 0.1mm に絞った単結晶 X 線回折装置で 0.1 mm 以下の微小な結晶の構造解析を行う装置です。
単結晶作成は往々にしてその結晶サイズと質が相反するものですが、この装置は質の良い大きな結晶が得られない場合に威力を発揮する装置です。CCD-1, CCD-2 でうまく構造解析出来ない場合等、こちらの装置をお試しください。
この装置には光学系に人工多層膜の confocal

図１

装置全景（設置場所：南実験棟B04）

mirror と呼ばれる光学素子を装備しており、このミラーで X 線を集光する事により、従来のローター型 18kW クラスの装置の 7 ～ 10 倍程度の高輝度 X 線ビームが得られます。
低温測定用には吹付け型の試料冷却装置を備えており、室温から 24K までの温度範囲で測定が可能です。
装置スペック
図２

X 線回折装置メーカー・型式

RigakuX 線発生装置
ターゲット

型式

RA-micro7

回転対陰極型 , Mo

定格出力50kV, 16mA (0.8kW)

実効焦点サイズ光学系

φ 0.075mm（円形）φ 0.1 mm

ゴニオメータAFC-8 型

検出器

Mercury CCD

制御 PC

IBM 互換機吹付け型試料冷却装置
メーカー・型式
日本サーマルエンジニアリング製
冷却方式

冷凍機冷却式

冷却ガス

He / N2 切替え式

（He：ボンベより

confocal mirror

コリメータ

OS

4176F07

線源～検出部

使用温度領域

N2：PSA より供給）[N2] 室温～ 100K
[He] 100K ～ 24K ( 実測 )1/4 χサークル

Windows2000

XR-HR10K

最低温到達時間
He 消費量

[N2]

240 分

[He]

150 分

15 ℓ / 分（ボンベ 1 本 /8 時間）

Software
測定：CrystalClear v1.3.6
解析：CrystalStruecture v3.8.2

X 線回折装置
2007 年 4 月、旧・小林グループの所有していた、リガク製・極微小結晶用単結晶 X 線回16

機器センターたより

６．新装置及び更新の紹介
折装置（図 1,2）が小林教授の退官に伴い機器集光されます。（図 5）

センターに移管されました。この装置はリガク

これを 2 次元的に集光させて 1 点に X 線がが人工多層膜の X 線集光ミラーを備えた X 線

集まるようにする為に、2 枚のミラーを直角に回折装置として開発した試作 1 号機か 2 号機と配置した素子を作ります。これが confocal mir-

言われています。また検出器として Mercury

ror と呼ばれる素子です。（図 6）点光源から出CCD が搭載されています。

た X 線はミラーで 2 回反射されて楕円のもう一つの焦点に集光され、ここに測定する単結晶

光学系を配置する事になります。

X 線は単結晶、つまり周期的に並んだ原子によ

図はかなりデフォルメして描画していますがりブラッグ反射を起こしますが、同様に、重元素

実際の素子では入射角は 1°前後、多層膜の積層と軽元素を交互に積層した人工多層膜によってもこのブラッグ反射を起こすことができます。
（図 3）
この多層膜は蒸着によって軽元素と重元素の層を交互に 1 層ずつ積層する事により作成されたもので、この層の間隔とX線の入射角がブラッグの式
図３

単結晶と多層膜によるX線の反射

2d • sin θ = n λを満たす条件で反射光が得られます。重元素にはタングステン (W)、軽元素には硅素 (Si) などが使われます。
この多層膜で X 線を集光する事を考えます。
まず図 4 の様な楕円があった時、楕円が鏡面になっているとすると楕円の焦点 C1 から発せられた光はもう一つの焦点 C2 に集光されます。

図４

この焦点 C1 に X 線源を置き、楕円面のミラー

楕円の幾何と多層膜を多層膜で構成する事を考えると、例えば a 点
では入射角が大きい為多層膜の層間隔 d1 は薄く、b 点では入射角が浅い為層間隔 d2 が厚くする必要がある事が分かると思います。
実際の多層膜のミラーは楕円面全てをカバーする訳ではなく、楕円の一部を切り取った形状

図５

集光ミラー1枚による集光（1次元）の基板上に膜厚を距離によって変化させながら重元素と軽元素を交互積層して図 5 の様な素子を作ります。
単結晶による回折は 3 次元的で回折は点として現れますが多層膜による反射は 1 次元的で、幅を持ったミラー 1 枚ではライン状に X 線が

図６

コンフォーカルミラー

機器センターたより

17

６．新装置及び更新の紹介
数は数十～数百層、層間隔は 5nm 程度、素子のので適度に柔軟性があります。ここに結晶をワ

長さ方向の大きさは 5cm 程度のオーダーです。

セリンで固定します。ゴニオヘッドを交換すれConfocal mirror はモノクロメーターの機能もば通常よく用いられるガラスキャピラリーを使合わせ持っておりますので、ミラーを備えた装置用する事も出来ます。

では黒鉛単結晶モノクロメーターは使用しません。
ミラーから見込んだ X 線の焦点サイズが有効な X 線として利用され、それ以外に広がった部分はムダになりますのでミラーを備えたシステム用の X 線源としては、対陰極上の小さい面積に電子ビームを集中させる事が肝要となります。RA-micro7 では対陰極上で 750 x
75 μ m、ミラーから見込んだ実効面積でφ 75
μ m の円形の焦点を実現し、定格出力の数値としては 0.8kW と小出力ですが対陰極の単位
面積あたりの電力は 18kW/mm2 となる為ロー
ター型のターゲットを使用しています。
実際の装置の写真を図 7 に示します。mirror

図８と示した部品の中に confocal mirror が入ってい制御／解析用 PC

サンプルループ

ます。X 線により空気中の窒素と酸素が化合しCCD-1, CCD-2 と同じく、装置の制御／解析て窒素酸化物が生じ、これによってミラーが傷は IBM 互換 PC に Windows をインストールしむのを防ぐ目的でミラーを納めた部品からコリたシステムで、測定用ソフトに CrystalClear、

メーターに向かって不活性ガスをフローしてい解析用ソフトに CrystalStructure を使用してます。光路が長い為 X 線の減衰を小さくする目

います。PC は 3 台あり、用途は (1) Mercury

的で不活性ガスには He ガスを使用しています。

CCD から回折イメージの取り込み (2) 装置全体の制御用 (3) 解析用となっています。（図9）互いに EtherNet のクロスケーブルで接続されていますが分子研ネットワークには接続しておりません。データの取り出しには USB メ
モリー、USB-HDD などが便利かと思います。

図７

装置背面から見た光学系

サンプルのマウント
サンプルは図 8 の様なサンプルループ(Hampton Research 社 製 CrystalCap Coppper+ Mounted CryoLoop) にマウントします。サンプルループの先端はナイロンの糸を捩ったも

18

機器センターたより

図９PC

６．新装置及び更新の紹介
吹付け型試料冷却装置

ベから供給され消費量は 15ℓ / 分、1 本のガス

移管当初、この装置にはリガク製の He 吹

ボンベで 8 時間保つ計算になります。ボンベはき付け型試料冷却装置が備わっていましたが3 本接続されており、稼働中に交換できるよう2009 年 3 月より日本サーマルエンジニアリンになっています。余談ですがガスの消費は各ボ

グ製の装置を導入しました。リガクの装置は到ンベから均等に消費される事は少なく、わずか

達温度 42K 程度で、全温度領域で He ガスをな二次圧の違いにより 1 本のガスボンベが優先使用し、室温～ 100K の窒素ガス使用タイプの的に消費されるような挙動を示します。通常は装置でカバーできる温度領域でも He ガスを使先に減らしたいボンベの圧力を意図的に少し高用するためランニングコストの問題がありましく設定しておきます。

た。日本サーマルの装置は使用する温度領域に窒素運転は無料ですがヘリウム運転の場合はヘよって冷却ガスを He か窒素ガスかに切り替え

リウムガス代の実費を請求させて頂いております。

て使える為 100K 以上の温度領域で気軽に低温測定を利用出来るようになりました。
冷凍機でガスを冷却するタイプの装置の場合、ガスを冷凍機の能力いっぱいで冷却した後、ヒーターでガスを加熱して目的の温度のガスを得ています。吹き出しガスの温度を温度計でモニターしながらヒーターの出力をコントロールします
が冷凍機の能力のコントロールはしません。
（ですので吹き出しガス温度を室温程度にコントロールしている状態では最低温まで冷やした

図10

コールドヘッド

ガスをヒーターで加熱して室温にする為、最も電力を消費していることになります。
）更新前のリガクの装置で窒素ガスを流すと冷凍機が 30K程度まで冷えていますので中で窒素ガスが固化し流路を塞いでしまいます。日本サーマルの装置では窒素モード運転時、冷凍機の能力を下げて運転する事でガスの固化を防いでいます。
到達温度は窒素ガスモードで 100K、He モー
ドで 24K（実測）です。最低温到達時間は He モー
ドで 150 分、窒素ガスモードでは冷凍機の能力を下げている為 240 分かかります。
運転中のモード切り替えはヘリウムから窒素

図11

冷却装置とHeボンベ

利用予約2009 年 10 月 1 日より、この設備は「化学系研究設備有効活用ネットワーク」の登録設備となりました。設備の予約はこのネットワークのには切り替えできますが、窒素からヘリウムに

予約システムからお願いします。

切り替える場合には一旦冷凍機を室温に戻す必（http://chem-eqnet.ims.ac.jp/）

要があります。
窒素ガスは PSA という装置を使い大気中か
ら窒素を分離して使用します。ヘリウムはボン

機器センターたより

19

○○○○○
６．新装置及び更新の紹介

蛍光X線分析装置の新規導入
機器センター

山中孝弥

原子の構造を描いたボーアモデルでは、原子核の周囲に内側から順にＫ殻、Ｌ殻、Ｍ殻等々と名付けられた電子殻があって円形の軌道となっている。これらの軌道にはそれぞれに決まった個数の電子が存在しており、エネルギー状態は外側に行くほど高くなり、内側の軌道を内殻、外側の軌道を外殻といっている。Ｘ
線のエネルギーを電子ボルト単位で表すと数 keV ～数十 keV であり、これは内殻電子と原子核との結合エネルギーに相当する。したがって、Ｘ線は内殻電子を導入された蛍光Ｘ線分析装置

JEOL SX-3400RⅡ

はじき飛ばして光電効果を起こさせるエネル

用され、F からＵまでの元素のスペクトルを分ギーを有している。内殻電子がはじき出された解能高く測定できている。

後の空孔には、内殻のほうのエネルギー状態がこれに対してＥＤＸは半導体検出器を用いて低いため外殻から電子が落ちてくる。このとき、Ｘ線のエネルギーの大きさを識別する。一般的

外殻のエネルギーと内殻のエネルギーの差に当な半導体検出器では通常 Na 以上の原子番号のたるエネルギーがＸ線として放射される。この元素が分析可能である。ＥＤＸはＷＤＸよりも原理を用いて物質にＸ線を照射した時に発生す

分解能が劣るが小型・軽量であり、片手で持てる蛍光Ｘ線を検出し、元素分析を行う手法が蛍るハンドヘルド型の装置も市販されている。ま

光Ｘ線分析であり、Ｘ線を用いる化学分析の中た、蛍光Ｘ線分析法は、環境試料中の重金属、で最も幅広い用途に使われている。軌道のエネ

エレクトロニクス関連、各種材料、犯罪捜査等

ルギーは原子によって固有であるので、軌道との分析に欠かせない手法である。

軌道とのエネルギー差も固有である。そのため、今回、機器センターに導入された装置は、エ

蛍光Ｘ線は元素に特有の波長を持ち、特性Ｘ線

ネルギー分散形蛍光Ｘ線分析装置である。特徴とも呼ばれている。

として、液体窒素タイプのエネルギー分散形

発生した蛍光Ｘ線は分光器と検出器でスペク

で、RoHS 規制物質のスクリーニングが可能でトルを取得して元素分析を行なうが、分光方式

あり、重元素にも感度が高い Si(Li) 半導体検出には波長分散型（ＷＤＸ）とエネルギー分散型器と、RoHS 規制成分の検出に最適化したＸ線（ＥＤＸ）がある。ＷＤＸは光分析において回フィルタの採用で、微量元素を高感度で検出で折格子を使うようにＸ線を波長の大きさごとにきる。また、一般の分析にも対応可能で、金属、分光するものであるが、人工の回折格子では実岩石・土壌、食品、メッキ厚測定など汎用の蛍現できない細かい溝が必要なため、代わりに分光Ｘ線分析装置としても使用できる。専用の測光結晶を用いる。現在、ほとんどの機種で LiF

定メニューにより、ワンクリックで Cd、Pb、（200）、PET、Ge、TAP(TIAP) の ４ 結 晶 が 使

Hg、Br、Cr のスクリーニングを開始し、試料

20

機器センターたより

６．新装置及び更新の紹介【新装置】○○○○○
形状や材質を自動的に補正したスクリーニン

用されてきた。ところが、酸性雨などの影響もグ結果を表示することが可能である。さらに、あって鉛を含んだ製品の廃棄物から鉛が溶出す

RoHS スクリーニング結果から、カスタマイズ

る可能性がある、という指摘がされ始め、そし可能なテンプレートを用いて簡単に報告書を作て RoHS の採択によって全面的に使用が禁止さ成できる特徴がある。

れるに至った。分子研でも装置開発室の電子部

さて、上述の R o H S とは、Restriction ofHazardous Substances（危険物質に関する制限）

品ストックルームにおけるはんだも無鉛はんだに切り替えられた。

の頭文字から RoHS と呼ばれている。日本語にそこで、蛍光Ｘ線の測定例として、RoHS 司

訳すと、「電気・電子機器に含まれる特定有害令に準じた製品で、現在ストックルームにある物質の使用制限に関する欧州議会及び理事会指鉛フリーハンダと、それ以前にストックされて令」となるが、一般には、RoHS 指令あるいはいた有鉛ハンダをそれぞれ測定した。

RoHS 基準と呼ばれることが多い。日本での読その結果を表１に示す。2006 年 7 月 1 日以降、みとしては「ローズ」が主であるが、「ロース」、

鉛の RoHS 規制値は 1,000ppm 以下となってい「ロス」「ロハス」とも読まれる。この RoHS は、、る。RoHS 規制以前に販売されたハンダからは

電気・電子機器に含まれる危険物質を規定し、表１に示すように、規制値の 500 倍以上の鉛成物質の使用を禁止する旨の指令のことである。

分が検出された。一方、RoHS 規制以後に販売

電気・電子製品の生産から処分までのすべてのされたものは規制値の１／３程度であった。ま段階で、環境や人の健康に及ぼす危険を最小化た、カドミウムの規制値は 100ppm 以下となっすることが、RoHS の主な目的である。RoHSているが、RoHS 規制以前に販売されたハンダは 2003 年 1 月に EU（ヨーロッパ連合）加盟

では規制値を上回っていた。RoHS 規制以後に

国 15 ヵ国で採決された指針であり、2006 年 7

販売されたものについても想定していた値より月以降に同圏内で発売される製品については特規制値に近いものであった。

定物質の使用が全面的に禁止されることになっ同様な測定を、キャプタイヤケーブルのシーている。RoHS によって指定された禁止物質は

ス及び絶縁体についても行った。測定に用いた6 種類で、鉛、水銀、カドミウム、六価クロム、

キャプタイヤケーブルは、装置開発室の回路部

ポリ臭化ビフェニール（PBB）、ポリ臭化ジフェ

品ストックルームにある 2009 年製 VCTF 2m2

ニルエーテル（PBDE）となっている。これら

3 芯及び同様な規格の 1997 年製のものである。

の原料物質はおおむね電子機器によく用いられキャプタイヤケーブルは、導体、その外側で導てきた。特に鉛などは、その安定性や加工の柔体を被覆・保護し電気を遮断する絶縁体、ケー

軟性といった特性から、プリント基板や電子部

ブルの最も外側の被覆で、絶縁体を更に保護す品類を接続する材料（鉛ハンダ）として多く採るシースという部分から構成されている。シー

測定に用いたハンダ
左側がRoHS規制以前に販売されたもの、右側がRoHS規制後に販売され、装置開発室の回路部品ストック
ルームに備えられているもの

機器センターたより

21

６．新装置及び更新の紹介【新装置】
スの測定結果を表２に示す。1997 年製のもの

1/100 程度であった。赤色、黒色、白色の各絶では、RoHS 規制値の 10 倍以上の鉛成分が検縁体部分についてもシースと同様な結果が得ら

出 さ れ た。2009 年 製 の も の で は、 規 制 値 のれた。

表１．ハンダの測定結果
RoHS規制以前に販売されたもの

RoHS規制以後に販売されたもの

表２．キャプタイヤケーブルの測定結果
1997年製

22

機器センターたより

2009年製

６．新装置及び更新の紹介【新装置】○○○○○

示差走査型カロリメータ（VP-DSC）、
等温滴定型カロリメータ（iTC200）のご紹介
機器センター（NMR、カロリメータ
平成 21 年 3 月に機器センターに新しい装置が

担当）

中野

路子

示差走査型カロリメータ

導入されました。MicroCal 社製の示差走査型カ

温度を一定速度で上昇（下降）させたときにロリメータ（VP-DSC）と等温滴定型カロリメー

試料が転移または変性した際の熱変化を測定しタ（iTC200）です。2 台とも初年度は所内利用のます。転移中点温度 (Tm)、エンタルピー変化 (みの試用期間とし、平成 22 年 4 月より施設利用

Δ H)、熱容量変化 ( Δ Cp) のパラメータを得る装置として公開する予定です。所内・所外多くことができます。サンプルの熱安定性の評価や、の研究者の方にご利用いただけるよう、利用環

構造変化のメカニズムの解析に用いられます。

境も整えていきたいと思います。

主な仕様は以下の表のとおりです。生体分子にまず、装置の概要からご紹介します。カロリメ

最も適した仕様となっていますが、有機溶媒もトリーとは化学プロセスにともなう熱変化を直接使用できますので有機化合物などにもご利用い的に観測する検出法です。すべての化学変化にただけます。セル（Tantalum 製）の特徴として、は熱の出入りが生じるため、分子内・分子間問pH10 以上の強アルカリ溶液やフッ素、シュウ酸

わず様々な反応の熱力学解析を行うことができ、には弱い性質をもっていますので、それ以外のそこから構造や機能に関する情報を得ることが溶媒で実験を行ってください。

できます。今回導入された 2 台はともに熱変化を直接観測するカロリメータで、その仕組みは図１のようになっています。

Temperature -10 ∼ 130℃
range
Cell volume

500µl

Scan rate

upscan mode: 0 ∼ 90℃ /hrdownscan mode: 0 ∼ -60℃ /hrがあり、サンプルセル内で起こる熱量の変化をセ

Accessory
Computer

ThermoVac
OS:WindowsXP

ルフィードバックシステムによって両セル間の温Software

VPViewer 2000 VP-DSC
ver.1.04.0027
ORIGIN ver.7.10(analysis)

図1.カロリメータのコア部（MicroCal社のカタログより）

サンプルセルとレファレンスセルの２つのセル

度差Δ T1 がゼロになるようにセル表面のヒータ
消費電力を調整し、その変化量を観測します。示
差走査型では温度変化に伴う状態変化の熱変化

図 2 は標準サンプルの測定例です。RNaseA

を、等温滴定型では 2 つ溶液の混合によって生じというタンパク質が温度上昇によって変性する

る熱変化を測定することが出来ます。それぞれの際の熱変化を観測したデータで、変性中点 (Tm)

仕様・特徴について以下に詳細にご紹介します。

を挟んで吸熱ピークとして観測されます。2 状態

機器センターたより

23

○○○○○
６．新装置及び更新の紹介【新装置】
転移のモデルでカーブフィッティングを行った結等温滴定型カロリメータ

果を赤いラインで示しています。解析には専用

一定温度で標的分子溶液（sample cell）にリのフィッティングルーチンを含んだ科学計算ソフ

ガンド溶液を滴下した際に生じる熱変化を測定

トウェア "ORIGIN" を用いることによって、高速します。結合定数 (K)、結合比 (M)、エンタルピ

かつ簡単に解析できるようになっています。ベーー変化 ( Δ H)、エントロピー変化 ( Δ S) といっ

スラインの作成やコントロールデータの差引き、た相互作用の熱力学パラメータを得ることがでフィッテイングカーブの計算などが半自動的にできます。上記パラメータから相互作用の駆動メカ

きるようになっており、熱力学パラメータを容易

ニズムを解析することができます。装置の主な仕に算出することができます。

様は以下の表のとおりです。セル
（HASTELLOY製）は強酸性溶液に弱い性質をもっていますので、測定には pH3 以上の溶媒を用いてください。

Buffer: 50mM KAc, pH5.5

RNaseA: 0.06mM

Starting Temperature: 10℃

Final Temperature: 85℃

Scan rate: 60℃ /hr

Pre scan Thermostat: 3minPost scan Thermostat: 0minFiltering Period: 8secFeedback Mode/Gain: NoneNumber of scan

: 15

図2．標準サンプルの測定例（RNaseAの昇温変性）

Temperature
2 ∼ 80℃
range
Responce
10s
time
Cell volume 200µl
40µl
Titration
Smallest injection size: 0.1µl
syringeStirring Rate: 300-1500rpm
Computer
OS:WindowsXP
iTC200 ver.1.24.0.2
Software
ORIGIN ver.7.10(analysis)
図 3 は標準サンプルの測定例です。上段グラ
フはセルの EDTA 溶液にシリンジの CaCl2 溶液を 19 回滴下した際の熱変化を示しており、吸熱反応が起こっていることが分かります。下段は各滴定によって発生した熱量（上段グラフのピーク面積）をモル比に対してプロットしたものです。さらに 1:1 結合のモデルを使用してカーブフィッティングを行い、各種熱力学パラメータを算出しました。DSC と同様、解析は
ORIGIN に組み込まれた専用のフィッティング
ルーチンを用いて簡便に行うことができます。

24

機器センターたより

６．新装置及び更新の紹介【新装置】現 在、 分 子 研 内 の 方 は 機 器 予 約 シ ス テ ム（MARS）から装置の予約ができます。予約は 1
日単位です。興味のある方は機器センターのホームページ（http://ic.ims.ac.jp/kiki.html）から
マニュアルもダウンロードできるようになっていますので、ぜひご覧ください。測定を希望される方はお気軽にお問い合わせください。

＜参考＞・MicroCal社のホームページ
http://www.microcalorimetry.com/
・DKSHジャパンのカタログ“VP マイクロカロリメトリーシステム”

Cell Temperature: 25℃

Syringe Concentration: 5mM CaCl2

Cell Concentration: 0.4mM EDTA

Buffer: 10mM MES(pH5.6)

Reference Power: 5 μ Cal/sec

Stirring Speed: 1000rpm

Initial Delay: 60sec

Total Injections

: 19

st

Volume 1 Injection: 0.4 μ l

Duration 1st Injection: 0.8sec

Volume: 2μl

Duration: 4secInjection Spacing: 150sec

Filter Period: 5secFeedback Mode/Gain: High図3．標準サンプルの測定例（EDTAとCaCl2の結合実験）

機器センターたより

25

○○○○○
６．新装置及び更新の紹介【新装置】波長可変ピコ秒レーザーシステムの紹介
レーザー・分光光度計担当

上田正【 はじめに 】

研の大型研究設備であり、共同研究に供してい本年度４月より、波長可変ピコ秒レーザーシる。

ステムが、新しく機器センターの共同利用装置

450 cm × 150 cm の超大型除振台に、２台のに加わった。筆者は、分子科学研究所にお世話

パラメトリック発振 / 増幅装置：ＯＰＡ ( Opticalになってから昨年度まで、分子制御レーザー開Parametoric Amplifire ) 装置を含む、６台のレ発研究センターに所属し、超短パルスレーザー

ーザー装置を組み合わせた非常に大掛かりなレシステムの構築、及び保守・管理業務を行ってーザーシステムである。その２台のＯＰＡ装置にきたこともあり、今回本システムも担当すること

よって、紫外域から赤外域までの広波長範囲でとなった。

２色の高出力なピコ秒のレーザー光が得られる

本システムは、平成 10 年度に導入された分子

連続波長可変装置となっている。

【 装置の概要 】

Superfluorescence 400 ) を励起し、残りのもう本システムはすべて固体レーザーで構成さ一方（約 0.62 mJ）で赤外光用ＯＰＡ ( TOPAS

れ、システムの安定化が図られている。システ

800 ) を励起し、チューナブルな紫外光、及び赤

ム全体の写真１と図１にブロック図を示す。Ｃ外光を発生させている。

Ｗ半導体レーザーを励起光源としたモードロッ
ク Ti:Sapphire レーザーの出力光をシード光として、ポンプ光には Q-Switch Nd:YLF レーザーを用い、チタンサファイア再生増幅器からピコ秒
赤外光 790 nm（パルスエネルギー 1.8 mJ、繰り返し周波数 1 kHz、パルス幅約 2 ps）のレー
ザー光を得る。この再生増幅器の出力を２つに分け、一方（約 1.18 mJ）で２倍波 395 nm を発振させ紫外光用ＯＰＡ ( TOPAS 400: Travelling‐ wave Optical Parametric Amplifier of

写真１．波長可変ピコ秒レーザーシステム

図１．本システムのブロック図

26

機器センターたより

６．新装置及び更新の紹介【新装置】○○○○○得られる波長を表１に示す。TOPAS 800 からシグナル光、アイドラ光が得られ、外付けのBBO Crystal（写真２）を取り替えることでそれぞれの２倍波発生や、ポンプ光（790 nm）とシグナル光、或いはアイドラ光との和周波発
生、シグナル光、アイドラ光それぞれの４倍波
発生、さらにはシグナル光とアイドラ光との差周波発生によって、波長 295 nm ～ 10500 nm のレーザー光を得ることができる。また、TOPAS
400 からも同様にシグナル光、アイドラ光、それぞれの２倍波発生を得ることができる。図２に、TOPAS 400 と TOPAS 800 のパワースペクトルを示す。希望する波長は、図３に示すパソコン
画面にその値を入力することで、簡単に出力することができる。今後は、自動波長スキャンができるよう LabVIEW によるソフト開発を進める予定である。また、現在オプティカルディレイステ
ージを設置しており、UV と IR のタイミング制御、及び時間分解測定も自動制御できるよう進めているところである。

表１．得られる波長

写真２．外付けＢＢＯ結晶

図２．パワースペクトル

図３．波長入力画面

機器センターたより

27

６．新装置及び更新の紹介【新装置】【 時間分解能の測定 】
本システムのレーザー評価として、時間分解能の測定を行った。その方法は、設置したオプ
ティカルディレイステージを利用した自己相関法によるレーザーのパルス幅測定である。図１に示すように、今回は TOPAS 400 のシグナル
光 600 nm を２つに分け、一方をオプティカルディレイステージに通し再び BBO 結晶上でオーバーラップさせ、到達時間が合致する時に発生する和周波光 ( 300 nm ) をピンフォトで観測した。
その結果を図４に示す。時間分解能は、およそ 2
ps であることがわかる。

【 おわりに 】
現在の設置場所は、実験棟地下１階の B19 室であるが、実験棟改修に伴い来年度移設しなけ
ればならない。改修工事が終了する次々年度以降は、実験棟地下１階の B08 室となる。移設後には、レーザーシステムをクリーンブース内に設置するなどの環境整備も行うと同時に、すべてパソコンによる自動制御が可能となるようシステ
ムアップに努めていきたい。
最後に、本システムは、一つのレーザーシス
テムで、波長を広範囲に渡って任意に選択することができるため、超高速分光光源として物理
化学分光実験の適用範囲が広い。例えば、液体中に存在する中性およびイオンクラスターの光解離、再配向および余剰エネルギーの散逸過程のダイナミックスの研究や、分子線装置と結合させて気相中の化学反応過程を観測する実験も可能であると聞いている。多くの施設利用を期待し
ている。

28

機器センターたより

図４．パルス幅の測定

６．新装置及び更新の紹介【新装置】○○○○○エキシマー励起色素レーザーの更新
レーザー・分光光度計担当

上田正【 はじめに 】
機器センターのナノ秒波長可変レーザー装置

導入されたモレクトロン社の窒素レーザー励起のうち、エキシマーレーザー励起色素レーザー

色素レーザーから始まっているようだ。そしのエキシマーレーザーのみ、平成 20 年度予算て、昭和 55 年度から、レーザーや分光光度計、で更新された。先に紹介した分光装置も古いが、NMR が更新されはじめた。エキシマーレーザ

レーザー装置も古い装置が多く、今回のエキシーについては、上述の窒素レーザー励起色素レマーレーザーついても 1994 年に導入され、15ーザーの後継機器として、昭和 58 年度にラム年が経過して今回の更新となった。そこで、機ダフィジック社の EMG50MSC が導入されたよ器センター所蔵機器におけるナノ秒波長可変レうである。それ以来、利用者の増加に伴って数ーザーの歴史を振り返りながら、以下で本装置

年毎に同社の後継機が追加購入され、最も多いを紹介する。

時で合計５台のエキシマーレーザーが旧機器センターで稼動していたと聞いている。保管され【 ナノ秒波長可変レーザーの歴史 】ているエキシマーレーザーの古いカタログやサ

旧機器センターの機器リストによると、ナノ秒波長可変レーザーの歴史は、昭和 52 年度にービスレポートから、当時のエキシマーレーザ
ーの性能等を表１にまとめてみた。

表１．過去に保有していたエキシマーレーザーの概要

表２．色素レーザーの概要

機器センターたより

29

６．新装置及び更新の紹介【更新】○○○○○フッ素系は LPX110i が１台で他は XeCl であ交換を行った内容の作業報告書がいくつも残っり、表２に示す色素レーザーと共に使用されてている。そのような過酷な条件の下で利用されいたようである。当時の使用ノートや保管資料てきたこともあって、1995 年度には Compex

から、エキシマーレーザー励起色素レーザー単（型式）と呼ばれるエキシマーレーザー、及び一システムを４～６つの研究グループが、１ヶScanmate（型式）と呼ばれる色素レーザーに

月に１度開催されたマシンタイム打ち合わせ会

それぞれ２台ずつの更新があった。それらは現でスケジュール調整を行って共同利用されてお在、エキシマー励起色素レーザーとして、分子り、当時の稼働率の高さが伺い知れる。

制御レーザー開発研究センターの共同利用機器

中でも 1980 年代後半は、多くの研究者が高として利用されている。2007 年度創設の新機

い発振繰り返し速度で利用されていたようで、器センターの方では、エキシマー励起色素レー

消耗部品等の劣化も早く、メンテナンス業務もザーのシステムとして、LPX105i と LPD3002

大変だったと聞いた。例えば、パルス波形 写を組み合わせたシステムを所蔵することとなっ真１で示すような異常発振がおよそ半年毎に起た。表１、２のとおり 1991 年度の購入で更にこり、その修理として、電極・ガスフィルタ

古く、いずれも導入後 17 年が経過していた。

ー・電気部品（主として高圧コンデンサー）の

写真１

エキシマーレーザー光パルスの異常波形【 新規エキシマーレーザーの性能 】
今回、LPX105i の更新として導入されたもの

るなど、操作手順に若干変更があるので注意がは、コヒレント社の型式 COMPex Pro 110 で必要である。また、トリガ設定の方法に新機能ある。その性能概要を表３に示す。発振繰返しが導入され、例えばトリガパルス入力後のショが 100 Hz（20 Hz を超える場合は水冷式）まット数を設定できるなどがある。本レーザーシで対応できるようになったが、本体寸法は逆にステムを写真２に示す。LPX105i のビーム形小さくなり、ビーム均一性及びパルス安定性も状は横長長方形であったが、COMPex Pro 110向上した。制御用ソフトウェアは、Windows

は縦長長方形であるため、ミラー３枚を介してベースとなったため、レーザーの電源を落とす

横長ビームに変換し、色素レーザー LPD3002

際には、先にソフトウェアをシャットダウンすへ導入している。

30

機器センターたより

６．新装置及び更新の紹介【更新】

表３

写真２

COMPex Pro 110の性能

COMPex Pro 110

設置状況【 おわりに 】
近年のレーザー技術の進歩は著しい。波長可組み合わせによる波長可変レーザーが使われ変レーザーにおいても、扱い易さや安定性の面ることも少なくない。ガスボンベの交換や色素から固体レーザーが主流となってきているよう交換が必要なため知識と手間がかかるレーザーである。しかしながらナノ秒の時間領域においではあるが、技術職員の業務として最良の状態ては、高出力が得られることや発振波長などのでレーザー発振できるよう努めていきたい。

理由で、現在でもエキシマー＆色素レーザーの機器センターたより

31

７．交流

NMR（Lambda500）のプローブ
機器センター（NMR、カロリメータ

担当）

中野

路子

２．H5XFG2（１H 観測 X 核照射フィールドグ

NMR をより有効に活用していただくために、Lambda500 用に保有している 4 種類のプ

ラジエント付）ローブを紹介します。プローブは NMR の最もインバースと呼ばれるタイプのプローブで、重要な部位であり、プローブの性能によって得1

られるシグナルの強度や線形が変わってきまに配置されているため、1H の観測に適していす。それぞれのプローブの特徴を理解し、知り

ま す。Lambda500 で 唯 一 フ ィ ー ル ド グ ラ ジ

たい情報をより効率的に得られるプローブを選

エント (FG) 機能が使用できるプローブです。

択する手助けになればと思います。

Lambda500 の分光計にはオプションとして FG

H 観測用のコイルが最もサンプルに近い位置

ユニットがついていますが、現在の新機種では
1

19

１．TH5AT（X 核観測 H/ F 照射オートチュ

デフォルト装備となっているくらい一般的かつーニング付）

有用な機能です。とくに異種核相関測定の際に不要信号の除去に多大な効果を発揮します。1H

現在、常時装備しているプローブです。X 核というのは 15N ～ 31Pまでの周波数に対応し観測の異種核相関測定 HMQC や HMBC 測定ています。 C を含め、多核の測定に適したプの際にはこちらのプローブをご利用ください。

ローブです。オートチューニング機能が付いてただしオートチューニング機能はついていませいるので、ワンクリックで自動的にチューニン

んので、手動で行う必要があります。

13

グが行えるため、多核測定が簡便にできます。
照射は 1H、19F が選択できます。1H の観測に３．C5FH（X 核観測 1H･19F 同時照射）はインバースと呼ばれる１H 観測のタイプのプ

13

C 観測用のプローブで、1H、19F の同時照

ローブの方が感度・分解能ともによいのですが、射が可能なのが特徴です。ただし観測は 13C の

1

H は感度がよいためこのプローブで測定してみです。C に H と F の両方が結合しているサ問題になるようなことはありません（図１）。

ンプルのスペクトルの簡略化に役立ちます。

最近はこのタイプのプローブにフィールド
４．T10L（X 核観測 1H/19F 照射）

グラジエント（FG）がついたプローブが主流

TH5AT では測定できない低周波核の測定のになっています。

ためのプローブです。観測核は 103R ～ 15N です。

プローブ名
サンプル管φ
観測核
照射核
測定温度
FG
Auto tune

32

機器センターたより

TH5AT
5mm
15

31

X 核（ N ～ P）
51 ～ 202MHz1

H5XFG2

C5FH

5mm

5mm

1

50T10L
10mm

13C

R ～ 15N
15-51MHz

H/19F 同時照射

1

H

103

H または 19F

X核

1-100 ～ 150℃

-100 ～ 150℃

-100 ～ 150℃

-50 ～ 120℃

×

○

×

×

○

×

×

×

H

７．交流
感度を上げるために径が 10mm になっており、ように注意し、プローブを乱暴に扱わなければその分分解能は低下します。10mm のサンプル

壊す可能性はほとんどありません。プローブを管を使用しますので、通常の倍以上の液量が必交換するメリットがあると思われた場合には、要です。

交換してご使用いただければと思います。もちろん必要な場合はこちらでサポートいたしま

プローブの交換は大変そう・・と思っている方がいらっしゃるかもしれません。ですが、プす。その他測定の希望などありましたら、お気
軽にご相談ください。

ローブの向きと接続するケーブルを間違えない(a) 1H1D/TH5AT
scans:8(c) 1H1D/H5XFG3scans:8(b) 13C1D/TH5AT
scans:512(d) 13C1D/H5XFG3scans:512

図１．TH5AT プローブと H5XFG3 プローブの比較
サンプルは strychnine を用い、すべて室温で測定を行った。

機器センターたより

33

○○○○○
７．交流

圧力下での磁化測定
機器センター
１．はじめに藤原

基靖にテフロンセルに封入し，ピストンにより直接加圧する．

磁化（磁化率）は，物質の磁気的特性を知る

なお材質や加工の工夫によりピストンシリン

上で基本的な物理量のひとつであり，近年でダー型でも 3GPa の高圧に達するものもある．

は簡便で高精度の測定が可能な SQUID 磁束計（Quantam Design 社 MPMS）が広く利用され

３．圧力較正ている．
圧力下では，原子間距離が変化して電子間相

クランプ式ピストンシリンダーは，室温でプ互作用も大きく変化するため，絶縁体から金属レス機を用いて圧力をかけ，上部ボルトを締めに転移したり，超伝導や磁気秩序が現れる等のて圧力を保持するが，低温では，熱収縮や圧力現象が観測される．このような圧力効果から物媒体の固化により圧力欠損が生じる．ここでは，質に対する新たな知見が得られたり，新現象・Pb の超伝導転移温度 Tc から，低温での圧力物質発見に繋がる可能性を秘めている．

を見積もる．

下記，H20 年度末に導入したピストンシリン
ダー型圧力セルについて紹介する．

図 3 にタイプ I の圧力セルを用いて測定した
Pb の磁化の温度依存性を示す．
d Tc / d P = － 0.384 ± 0.007 (K/GPa)[6] より，

２．圧力セル図 4 が得られる．低温 / 室温の効率は，約 80%であり，0.14GPa 以下（室温）では，低温で圧圧力セルには，ピストンシリンダー型，マルチアンビル型，ダイヤモンドアンビル型などの方式がある．[1][2]

力媒体の熱収縮により，圧力が抜けている．
なお圧力セルの組立ては，空気が混入やピストン等の引っかかりがないよう，注意して行う

ピストンシリンダー型は，到達圧力は低いが，ことが必要である．パーツをオイルに馴染ませサンプルスペースが大きく，静水性の高い圧力

空気の混入がないように，また深さゲージでパを発生できるという特徴を持つ．[3]ーツが所定の位置にあることを確認しながら，

図 1，2 に概要図を示す．材質は，シリンダ

組立てると失敗が少ない．

ー本体・ピストンバックアップに CuBe，ピ
ストンに ZnO2，圧力媒体としてダフニオイル

４．測定上の注意

7373 を使用している．最大印加圧力は 1.2 GPa（室温）である．

配置の非対称性，マノメーターやテフロンセ

タ イ プ I で は， 低 圧 で O- リ ン グ（CuBe プ

ル，圧力セルに含まれる不純物等により，プロラグ），高圧で Cu リングが圧力媒体を封じる．

ファイルに歪みが生じる場合，バックグラウン

石英ロッドはスペーサーとして入れてある ( 図

ド処理が必要となる．

1)．なおサンプルは，必要に応じてテフロンセ
ルに圧力媒体とともに封入する．[4][5]タイプ II では，サンプルを圧力媒体ととも

34

機器センターたより

７．交流（参考文献）[1] 箕村茂 , 実験物理学講座 18・超高圧 , 共立
出版 , (1988)[2] 毛利信男 , 新しい高圧力の科学 , 講談社 ,(2003)[3] エレクトロラボ
http://www.h4.dion.ne.jp/~el.com/piston.html[4] Y. Uwatokoet al., Rev. High Pressure Sci.
Technol., 7, 1508 (1998).
[5] Y. Uwatoko, Rev. High Pressure Sci.
Technol., 11, 181 (2001).
[6] T. F. Smith et al., Phys. Rev., 159, 353(1967).
[7] K. Murata et al., Rev. Sci. Instrum., 68, 2490
(1997).

図３ ．磁化の温度依存性（Pb）（タイプI）

図１．静水圧用セル（タイプⅠ）

図４ ．室温と低温の圧力相図（タイプI）（ref:[7]）図２．静水圧用セル（タイプⅡ）

図５．圧力の温度依存性[7]下から0.12，0.53，0.81，1.05GPaを印加した時の温度依存性。図中の矢印は固化温度を示す.

機器センターたより

35

７．交流

可視紫外分光光度計の紹介
レーザー・分光光度計担当

上田正【 はじめに 】
本誌前号では、高感度蛍光分光光度計を紹介

れでも紫外域において、スリットを狭くした高分した。本号ではもう一台の分光装置である可視解能測定時では、仕様値の範囲内ではあるがベ紫外分光光度計について紹介する。

ースライン平坦度が悪くなっている。また、波長本装置は、日立ハイテクノロジーズ社製 U-3500

駆動部からもしばしば異音が発生する場合があで、平成８年度より導入され既に13年が経過しり、光学素子と共に駆動部品の交換が望まれる。

ている。高感度蛍光分光光度計と同じく古い装データ処理用のコンピューターについては、平成

置であるが、汎用的な装置で扱いやすく、現在で19年１月に Windows 95 から Windows Xp パソも共同利用に供している。比較的メンテナンスフ

コンへ更新と同時に、ソフトウェア（ 名称：UVリーの装置でもあるが、老朽化は避けられず所々

Solutions ）も最新のものが導入され、操作性にオプティクスの汚れやくもりが見られ、クリーニ

ついては、一段と良くなっている。

ング可能なものに関しては、適宜行っている。そ試料室← 可視紫外分光光度計【 特徴・仕様 】
装置の構成は、分光光度計本体部（光源、２つの分光器、試料室、検知器及び機構系）とデータ処理部（パソコン）に大別できる。分光光度計本
体部は、機構制御として波長走査、光源切換、グレーティング切換、検知器切換、そして検知器出力のＡ/Ｄ変換、検知器（紫外・可視域用）の高圧
印加電圧用Ｄ/Ａ変換、赤外波長域ではスリット制御、及び、ＰＣ部との通信制御を行っている。
データ処理部では、測定条件・記録条件などの設定、及び測定したデータの信号処理、例えばデータの平滑化、微分、積分、拡大、縮小やハードディスク・フロッピーディスクへの保存を行う。

36

機器センターたより

図１．可視紫外分光光度計

光学系

７．交流
特徴としては、２つの分光器をシリーズに結合

ターナ形の分光器となっており超低迷光で高いした、いわゆるダブルモノクロメータであり、第吸光度まで測定が可能である。光学系を図１に

１番目はプリズムによるリトロー形の分光器、第示す。

２番目は２枚のグレーティングを使ったツエルニ
・測定有効波長範囲
・分光器
・検知器
・試料室
・スリット幅表示
・波長正確さ・波長設定繰返し精度
・光源

・測光方式
・測定モード・ベースライン平坦度・大きさ（本体）

主な仕様は、以下のとおりである。

200 － 3200 nm
プリズム・回折格子形ダブルモノクロメータ
光電子倍増管 PMT：R- 928（ 紫外・可視域用 ）冷却形 PbS（ 近赤外用 ）室内寸法： 幅120 × 奥行300 × 深さ140 mm
光束間距離（対照側と試料側との光束間距離）：100 mm
紫外・可視域： 0.01 ～ 8.0 nm ( 0.01 nm ステップ切換 )近赤外域： 0.1 ～ 20.0 nm（ 0.1 nm ステップ切換 ）紫外・可視域：±0.2 nm
近赤外域：±1.0 nm
自動波長校正機能内蔵
紫外・可視域：±0.1 nm
近赤外域：±0.5 nm
紫外域：重水素ランプ (D2) ランプ
168 ～ 500 nm の連続スペクトル
可視・近赤外域： 50 W ヨウ素タングステンランプ (WI) ランプ
300 ～ 3000 nm の連続スペクトル
ダブルビーム直接比率測光方式
吸光度（Abs）、 透過率（%T）、 反射率（%R）、
リファレンス側エネルギー、 サンプル側エネルギー＜±0.002 Abs以内（ 240 ～ 850 nm、スリット幅 6 nm ）＜±0.004 Abs以内（ 850 ～ 2200 nm、スリット自動制御 ）＜±0.008 Abs以内（ 2200 ～ 2600 nm、スリット自動制御 ）
幅600 × 奥行850 × 高さ850 mm【 測定例 】
本装置を使って、身近なものをサンプルに用いた測定例を示す。
サンプルとして、ＵＶカット仕様のメガネレン

め、350 nm以下で殆ど透過していない。非常に良好なＵＶカットフィルターの性能をもっている
ことがわかる。

ズを用いた。紫外線は、日焼けや皮膚ガンの原因となることはよく知られており、目に対しても角膜の炎症や白内障の原因になると言われている。
そのため最近では、ＵＶカットレンズを使用したメガネが多く出回っているが、実際にどれくらい
紫外線をカットできているか、本装置を用いて測定してみた。
結果を図２に示す。２つの曲線は、異なるメー
カーのレンズの透過率である。いずれも、紫外域である波長430 nm付近から透過率が減少し始

図２．ＵＶカットレンズ透過率特性【 おわりに 】
本装置利用方法については、所定の施設利用申請手続きの上、予約システム「MARS」（ http://mars.ims.ac.jp/mars/main.asp?lang=jp ）から装置の利用予約をして頂く。施設利用申請
手続き、及び予約方法については、機器センター

かれているのでご参照頂きたい。
また、本誌にも「機器利用方法」のページで概要を紹介している。
なお、本装置の設置場所は、レーザーセンター
棟 207室である。気軽にご利用頂きたい。

ホームページ（http://ic.ims.ac.jp/）に詳しく書

機器センターたより

37

７．交流

山手地区低温施設の紹介
分子科学研究所
１

技術課

低温技術班

水川

哲徳

はじめに

山手地区の低温施設は平成 16 年 3 月に設置さを供給している。山手地区の寒剤供給量の推移れた。ここでは山手地区内の 3 研究所（分子研、を図 1 に示す。

基生研、生理研）に液体窒素及び液体ヘリウム

図１２

液体ヘリウムの供給

４

高圧ガス保安法への対応

山手地区における液体ヘリウムの供給は予め低

山手地区低温施設のいくつかは高圧ガス設備に温技術班のスタッフが満タンに汲み置きしてお該当し、法に基づく管理が義務づけられている。

いたベッセルをユーザーが持って行く方式であ

図 2 のピンクのエリアが高圧ガス保安法の適用る。ユーザーは持ち出し時と返却時にグループを受ける部分である。これらについては、高圧

コードと容器コードを付属のバーコードリーダ

ガスに関する有資格者で適切に管理をしている。

ーで読ませるだけである。ユーザーにとってはとても簡便な方式である。
５

明大寺地区への液体ヘリウム供給

2009 年 5 月明大寺地区の液化機のタービンが３

液体窒素の供給

故障し、修理不可能な状況となった。そこで、液体窒素はユーザーによるセルフサービス方式

6 月 22 日から明大寺地区へも液体ヘリウムをになっている。容器をロードセルにセットしグ供給している。

ループコードと容器コードを付属のバーコード

写真１のようなベッセルで液を運び、写真２、リーダーに読ませスタートボタンを押すだけの３のカードルでヘリウムガスを受け取るわけでこれも簡便な方式である。

ある。

38

機器センターたより

７．交流

写真２

写真１

写真３

図２

機器センターたより

39

７．交流

【地域貢献】一般公開における見学者との交流
機器センター山中孝弥

10月17日（土）に分子科学研究所一般公開が開カーの浮上原理などを説明した。また、液体窒催された。今回の一般公開は実験棟の耐震改修

素によって、ゴムボールを凍らせて破壊する実工事と重なったこともあって、明大寺地区での験を通して、普段目にすることができない極低公開場所はＵＶＳＯＲだけとなったため、我々

温の世界を来場者に体験してもらった。展示の機器センターの展示場所は、他の明大寺地区の準備及び当日の説明などは機器センター技術職

研究グループと合わせて岡崎コンファレンスセ

員全員が分担して対応した。当日は、新型インンター大会議室となった。機器センターでは、フルエンザの感染拡大が心配される中にもかか「浮かべて走らせよう～高温超電導体の体験

わらず、多くの来場者があり、特に機器セン～」（次ページのポスター参照）をテーマに、ターの展示には、小さな子供さんからお年寄り

液体窒素で冷却した高温超電導体(イットリウ

まで、幅広い年齢層の方々に極低温の世界を体

ム・バリウム・銅の酸化物）がマイスナー効果

験して頂いた。その様子を写真にて紹介する。

によって浮上し、その磁石がピン止め効果により、コマのように回転させることができることを紹介した。さらにその応用として、磁気浮上させた鉄道模型を走行させ、リニアモーター

写真左）一般公開前日、全員で機材を搬入し、準備を行った後、記念撮影を行った。
写真左下）冷却した高温超電導体の上で浮上、回転する磁石に見入る見学者。的を射た鋭い質問も多くあった。
写真下)ゴムボールを液体窒素で冷却し、破壊する実験を行った。大きな音と共に粉々になるボールを見て来場者の多くが驚いた様子だった。

40

機器センターたより

７．交流

機器センターたより

41

７．交流

【地域貢献】職場体験学習の受入れ
機器センター【 はじめに 】③

上田正

広報室から、中学生の職場体験学習の受入れ

コミュニケーション能力、社会的スキルを身に付け、人間関係の大切さを体得す

依頼があった。岡崎市内の中学２年生１名と豊る場

川市内の中学２年生１名を同時に受入れるとい④

学校と社会をつなぐ場

う内容であったが、今回初めて引き受けること⑤

職業生活や社会生活に必要な知識、技術・になった。研究所での職場体験をどのような内技能を学ぶ場容にすべきかを考えるに際し、まず文部科学省⑥

教員の新たな資質・能力の形成の場のホームページからその定義や意義等について⑦

親子の会話を促進する場調べてみた。それによると、⑧

事業所、地域の理解と活性化を図る場

職場体験とは、と記述されていた。職場・仕事は様々であるが、「生徒が事業所などの職場で働くことを通じ１日の限られた時間の中で「職場や仕事の実際て、職場や仕事の実際について体験したり、働について体験・・・」を実施することは難しく、く人々と接したりする学習活動」

研究所においてもそうである。そこで今回は、と書かれていた。必要性については、実際的な知識や技術・技能に“触れる”ことで「職場体験には、生徒が直接働く人と接する

分子科学研究所を体験して頂くことにした。職ことにより、また、実際的な知識や技術・技能場体験を経験された方々の意見を参考にしながに触れることを通して、学ぶことの意義や働くら、難しい内容は極力避け、学校で学習した範ことの意義を理解し、生きることの尊さを実感

囲の実験から始めることで研究所という独特のさせることが求められています。また、生徒が雰囲気に溶け込みやすいよう、その内容を策定

主体的に進路を選択決定する態度や意志、意欲した。

など培うことのできる教育活動として、重要な意味を持っています。」とあった。その意義は、①

勤労観、職業観の育成の場②

新たな自分を発見する場

写真１

42

機器センターたより

概要説明【 内容 】
まずは、簡単に概要説明を行った（写真１）。
最初にこちらから、「大学とか研究所ってどん

写真２

光学基礎実験

７．交流

写真３

高分解能透過電子顕微鏡の見学

写真４

分光実験

なところか知ってる？」と問いかけてみたが、ため、共同利用装置を使った分光実験を行った。

イメージすらあまり無いようであった。液晶プ

レーザーのような危険な装置ではなく、汎用的ロジェクターを使用して、「研究所 って何？」で扱い易い可視紫外分光光度計（日立ハイテク「大学共同利用機関 って何？」から説明をし、ノロジーズ社製 U-3500）を用いた（写真４）。

分子科学研究所、そして当センターについて簡実験の前に、波長や分光、そしてこの装置につ単な紹介を行った。

いて簡単に説明したが、やはり難しい様子で次に、実際の研究・実験の現場を体験してもあった。そこで、デモンストレーションとして、らいたいところであるが、世界最先端の実験装

UV カット仕様の古いメガネレンズをサンプル置を使った実験はすぐに出来ないことはもちろに用いて測定を行ったところ、自分の掛けていんのこと、装置によっては実験室に入ることするメガネも測定してみたいとの発言があった。

ら出来ないことを説明した。その上で、光学基試料室にセットする時にレンズに傷が付くかも

礎実験として卓上で出来、学校で学習済みの内しれないと注意したが、２人も進んで測定をし、容を含んだ簡単な光の屈折の実験を行っても自分のメガネの UV 特性に見入っていた。身らった（写真２）。ただ、単に実験してもらう

近なものをサンプルに用いたことで、実験に興のではなく、「なぜだろう？」と思うこと、自味を持ってもらえたようである。今回用意した分で色々調べてみること、そして実験のやり方

サンプルも、化粧品や夏の海でも大活躍、肌をを工夫して実験すること、実験のやり方によっ保護するＵＶカットクリーム等でお馴染みのもては違う結果が出てしまうこと、また他の人ののである。サンプルセットからパソコン操作ま

結果や意見を聞き自分の実験結果を検証するこ

ですべて行ってもらった。得られた実験結果のとなど、実際の研究の現場と同様なステップを

一部を図１に示す。幾つか測定していくと、一踏み、考えを持って行ってもらった。それによっ方の生徒さんが、230 nm 付近～ 280 nm 付近て、教科書では得られないことも発見できたよで不自然に盛り上がっていることに「なぜだろうである。その後、最先端の大型実験設備としう？」と気付いた。まずは自分で調べるべきとて、高分解能透過電子顕微鏡（写真３）や大規

ころではあるが、時間の都合もあり私の方から模なレーザーシステム等々の見学を行いながら説明を行った。同時に、実験を行って色んなこ

所内を回り、午前のスケジュールを終えた。

とに気付き、また疑問に思うことがとても大事

午後からは、実際の実験装置に触れてもらうであること、そしてそこには新しい発見がある

機器センターたより

43

７．交流
かもしれないことも伝えた。

図１

分光実験結果【 おわりに 】
台風１８号が心配されたが、職場体験１日目
は無事、予定通り終えることができた。今回来所した中学生の２名は、理科と数学が大好きで、将来、研究者になる夢をもってこの職場体験に臨んだようである。そんな彼らにとって、この職場体験が今後の進路の方向性を決めるとても重要な時間であったと受け止めている。中学２年生に話をするには難しい言葉が多く、適切に説明出来たか、また内容的に十分であったか不安は残るが、彼らが引き続き研究者への道を歩んで頂けたら幸いである。

44

機器センターたより

８．研究紹介

ジエタノアセン縮合ジポルフィリン類の合成とそのフラーレン類との錯形成挙動

愛媛大学理工学研究科

１．はじめに

宇野

英満

定の体積を持つ空間を作ることができる。さら私の研究室では、以前よりビシクロ [2.2.2] オに、骨格を形成する BCOD 環は適度に剛直でクタジエン環（BCOD 環）の縮環したπ電子

あり、ポルフィリン環は剛直な平面ではなく、系を合成し、熱による逆 Diels-Alder 反応を利適度にたわむことが出来ることから、非常に似用してこの前駆体のπ電子系の拡張や融合によた分子の微小な差を区別できるのではないかとり新規π電子系化合物を合成する手法を開発し

期待した。

てきた。

[1]

この方法は、前駆体以外には化学物質を用いないことから非常に純粋な生成物が精製操作なしに得られる利点がある。この反応

２．ジポルフィリン類 1-3 の結晶構造解析とフラーレン類との錯形成をデバイス上で行なうことにより、塗布法によジポルフィリン類の X 線結晶構造解析を行る有機低分子 FET デバイスの作成にも成功しなった。単結晶を作成する際に取り込まれる溶[2]

この研究途上で、前駆体化合物が、嵩媒によって、BCOD 環の面角度が異なること

高い BCOD 環と平面のπ電子系からなることから、BCOD 環にはある程度の柔軟性があるから、このπ電子系部位で囲まれた空孔を持つことがわかった。これらジポルフィリンはフラ

た。

[3]

そこで、このπ電子で囲ーレンと包摂錯体を形成する。トルエン中でのまれた空孔によるフラーレン類の分子認識を検1b と C70 及び C60 との錯形成を UV より評価し討するプロジェクトを開始した（図 1）。π電

たところ、1b/C70 の錯形成定数は 1b/C60 の約

ことがわかった。

2 程度であるが、3/C70 の定数は 3/C60 の約６倍の値を示し、選択的に C70 を取り込むことがわかった。[4]
３．ジポルフィリン類と C70 の包摂錯体の X 線
結晶構造解析
ジポルフィリン類 1-3 と C70 の包摂錯体を作成
し、X 線結晶構造解析を行なった。いずれの錯体においても、ポルフィリン環が C70 の球面に沿ってドーム状に歪んでいた。また、ポルフィ
リン平面とフラーレン間距離が 2.72 ～ 2.81Åとなり、典型的なπ - π相互作用である 3.0 ～3.5Åよりも短くなっていた。これらのことよ
Figure １

り、ポルフィリンとフラーレン環に強い相互作用が存在することがわかる。また C70 はジポル

子系としてポルフィリンを選び、二つのポルフ

フィリンと包摂錯体を形成する際に、C70 の長ィリン環の間にベンゼン環やナフタセン環など軸がポルフィリン中心方向を向いた end-on 配の様々なスペーサーを組み込むことで、ある一向と、短軸がポルフィリン中心方向を向いた

機器センターたより

45

８．研究紹介

Figure ２.

1a/C70のOrtep図

Figure ３． 1b/C70のOrtep図

side-on 配向のいずれかの配向をとりうる。ジ

C70 の CH- π相互作用によるものと考えられる。

エタノアントラセン融合ジポルフィリン 1a とジエタノアントラキノン融合ジポルフィリ

C70 の包摂錯体では、C70 の長軸がジエタノアン

ン 2 と C70 の包摂錯体では C70 の長軸は 1a のトラセン架橋方向を向いており、side-on 配向

時よりも傾いた配置で錯体を形成していた（図であることが分かった（図 2）。ジメトキシジ4）。これは架橋部分が少しねじれていることと、

エタノアントラセン融合ジポルフィリン 1b とC70 がディスオーダーしていることから、空孔C70 の包摂錯体では、C70 の長軸は外を向いておがこれまでのジポルフィリンに比べ自由度が大り、ポルフィリン面に対して平行になっていた。

きいことに由来していると考えられる。

この場合も side-on 配向であることが分かった（図 3）。この配向の違いは、メトキシ基水素と46

機器センターたより

８．研究紹介

Figure ４．2/C70のOrtep図

Figure ５．3/C70のOrtep図

2/C70 における C70 のディスオーダーは，主C70 のディスオーダーは主な構造の長軸をな構造の長軸を 20.5°傾け，長軸周りに 37.6°回

9.85 度傾け長軸周りに 21.2 度回転したものと転させると，別の構造が現れる結果となった（図10.55 度傾け長軸周りに 5.9 度回転した構造で5）。

あった（図 7）。

ジエタノナフタセン融合ジポルフィリン 3 とC70 の包摂錯体では空孔が大きくなり、C70 の長軸はさらに傾いており、C70 はディスオーダー
していた（図 6）。

４．ジポルフィリン類と C60 の包摂錯体
C60 においても、ジエタノアントラキノン融合ジポルフィリン 2 とは共結晶が容易に得らFigure ６．2/C70におけるC70のディスオーダー

機器センターたより

47

８．研究紹介

Fugure ７．3/C70におけるC70のディスオーダーれた。こちらもポルフィリン環が C60 の球面に沿ってドーム状に歪んでおり、ポルフィリン平
均平面とフラーレン間距離は 2.460Åであった（図 8）。また、C60 は 2 の分子軸方向に回転した形のディスオーダーをしていることが分った（図 9）。ジエタノナフタセン融合ジポルフィリ
ン 3 と C60 の包摂錯体の作成にも成功したが、溶媒分子のディスオーダーのため R 値は満足のいくものではなかった（図 10）。
５．溶液中でのジポルフィリン類と C70 の錯形成溶液中で包摂錯体中の C70 はどのような配向をとっているかを確かめるため、ジメトキシジ
エタノアントラセン融合ジポルフィリンと C70の 13C NMR を 重 THF 中 で 測 定 し た。C70 の5 つの幅広いシグナルから、溶液中でも包摂錯体を形成していることが分かった（図 11）。また、短軸付近の炭素原子が長軸付近の炭素原子に比べて、より高磁場シフトしていることから、
C70 は溶液中でも side-on 配向を取っていることが分かり、単結晶 X 線構造解析の結果と一致した。

Figure ８．2/C60のOrtep図

Figure ９．2/C60におけるC60のディスオーダー

48

機器センターたより

８．研究紹介ます。また、本研究は、分子化学研究所機器分
析センターの X 線 CCD 解析装置なくしては遂行できないものでした。この場を借りて深く感
謝いたします。
８．文献[[[[ 最近の例： H. Uoyama, T. Takiue,

K. Tominaga, N. Ono, and H. Uno, J.
Porphyrins Phthalocyanines, 2009, 13,
Figure 10．3/C60のOrtep図122-135.
[[[[ Masumoto, Y. Yamashita, S. Go, T.

６．今後の展望
現在、ジエタノペンタセン縮合ジポルフィリ

Kikuchi, H. Yamada, T. Okujima, N. Ono,

ン 4 の合成をおこなっている。これとともに分and H. Uno, Jpn. J. Appl. Phys., 2009,

子研の計算機を利用して、種々のジポルフィリ

051505/1-051505/5..

ン / フラーレン錯体の理論計算による電子状態[[[[ H. Uno, A. Masumoto, and N. Ono, J. Am.

とフラーレンの配向の関係を検討している。

Chem. Soc., 2003, 125, 12082-12083.
[[[[ S. Bhattacharya, K. Tominaga T. Kimura,
H. Uno, and N. Komatsu, Chem. Phys.

７．謝辞
本研究は科学研究費の一部を使用してなされ

Lett. 2007, 433, 395-402; S. Bhattacharya,

たものです。共同研究者の滋賀大学小松直樹准

M. Hashimoto, A. Fujimoto, T. Kimura, H.

教授、Burdwan 大学の Bhattacharya 博士、研Uno, and N. Komatsu, Spectrochim. Acta,

究に携わった富永和孝、藤本明子、橋本昌一おPart A, 2008, 70A, 416-424.

よび古川美奈の学生諸氏の貢献に深く感謝致し

Figure 11．1b/C70の重THF中での1H-NMRスペクトル

機器センターたより

49

８．研究紹介

機能性材料のスピンダイナミクス研究
物質分子科学研究領域
１．はじめに

古川

貢

・中村

敏和

をプローブとして，時間分解 ESR 法によりス

我々のグループでは，有機導体・分子性固体

ピンダイナミクスを調べることで，光電変換メなどの機能性材料を磁気共鳴の観点から物性・カニズムの解明することを目的としている．時

機能性を明らかにすることを目的として研究を

間分解 ESR は，光照射前後の ESR シグナルを行っている．本稿では，特に色素増感型太陽電時間分解的に測定する方法であり，元来，孤立池の光電変換機能のスピンダイナミクス研究に

分子系の励起状態を調べる手法として確立され関して紹介したい．

てきた測定方法である．機能性材料のようなス

化石燃料の枯渇が叫ばれて久しくなるが，代ピン集団系では，緩和時間が早くなってしまう

替エネルギー問題は科学者が解決しなければな

ために適用されてこなかったが，高速で緩和す

らない大きな社会問題のひとつである．その解

る時間分解 ESR 信号が検出できれば光誘起機

決方法のひとつとして，太陽電池は大きな注

能性の解明研究に強力な測定手法となりうる．

目を集めている．中でも色素増感型太陽電池
は，希薄・軽量のみならずフレキシブル，カラフルという特徴を兼ね備えた次世代太陽光エネルギーとして着目されている．色素増感型太陽電池は，色素分子，TiO2 電極，透明電極，電解質溶液から構成されており，色素分子が光を吸収し，色素分子から TiO2 電極へと電子移動することで光電変換が行われるといわれている．
（図 1）Gretzel らの発表 [1] 以降，従来のシリコン太陽電池と比べて光電変換機能
が大きくならないことが唯一の問題点といえる．これを解決するために国内外の多くの研究者により効率的な色素分子や電極の開発研究 [2]が行われている．光電変換効率を根本的に解決するためには，詳細な光電変換メカニズムを解明することが不可欠である．微視的な観点から

図1. 色素増感型太陽電池の概見れば，電子移動を介して電荷分離状態を形成する系とみなせる．その際に，必ず孤立電子ス

２．時間分解 ESR 装置

ピンが形成されるはずである．その電子スピ

前節でも述べたように，光照射直後からのンダイナミクスは電子状態を反映するもので電子スピンダイナミクスを調べるために，時あり，詳細な研究により色素増感型太陽電池

間 分 解 ESR 測 定 を 行 っ た． 図 2 に 時 間 分 解の電荷生成輸送機構解明に迫ることが出来る．

ESR システムの外観および概要図を示す．基[3]

本 と な る ESR 装 置 は 機 器 セ ン タ ー 所 有 のはほとんどない．本稿の研究では，電子スピン

Bruker Elexsys E680 分 光 器 で あ る． 一 般 に

このような観点からの太陽電池系の研究例

50

機器センターたより

８．研究紹介⒜⒝

図２．時間分解ESRシステムの(a)外観と(b)概要図．

ESR 装置では定常状態のスペクトルを得てい池として報告例があり，できる限り高い光電変る．それに対して，本システムでは光照射前換機能を持つものが望ましい．そこで，我々は後の時々刻々変化する過渡的な ESR シグナル

Eosin-Y( 図 3) を色素分子として選択した．まを transient recorder に て 取 得 し て い る． こ

ずは色素分子単体のスピンダイナミクスを明られを可能にするには，レーザー照射と検出器

かにしておく必要ある．その後，光電変換機とを完全に同期させる必要がある．本システ

能を調べるために Eosin-Y を吸着させた TiO2

ムでは，pulse generator (Stanford Research

ナノ粒子について調べた．Eosin-Y は SIGMA-

DG535) に よ り 同 期 を と り 時 間 分 解 測 定 を 可

Aldrich より購入したものを再結晶して使用

能 と し て い る． 光 源 と し て 機 器 セ ン タ ー 所

した．TiO2 ナノ粒子は TEYCA より購入した

有 の パ ル ス Nd:YAG レ ー ザ ー (Continuum

Anatase 型ナノ粒子 ( φ 6 nm) を使用した．上Minilite-II) を使用した．本システムでは，高記の 2 種の試料において吸収スペクトル測定

速で緩和する電子スピンを観測するために，し，両者において吸収波長帯が大きく変らない

広帯域の前置増幅器 ( 20 Hz - 6.5 MHz) を導ことを確認している．

入し 60ns 程度の時間分解能を実現している．
３．測定試料
色素増感型太陽電池の時間分解 ESR 測定は例がない．まず研究を始めるに当たり，色素分子の選択には注意を払った．無機物質の場
合，遷移金属などのイオンそのものが持つスピン－軌道相互作用が大きくなるために，装置測定限界を超える速い緩和時間が予想される．したがって一つ目の条件として軽元素からなる純有機物である方が望ましい．また励起光源に関しても使用するパルスレーザーの発振波長の制図３．Eosin-Yの分子構造

約により，532nm に吸収帯がある色素である必要がある．加えて，すでに色素増感型太陽電機器センターたより

51

８．研究紹介
果を図 4 に示した．用いたスピンハミルトニ
アンパラメータは以下のとおりである．S = 1，

４．実験結果まず Esoin-Y 単体のスピンダイナミクスを明g = (2.01, 2,01, 2.01)，D = 0.068 cm-1，E = 0.02

らかにするために，Eosin-Y 単体での時間分解

cm-1．シミュレーションスペクトルは，実測をESR スペクトル (20 K) を測定した．その結果よく再現しており，励起三重項状態に由来するを図 4 に示した．縦軸にトリガーパルス後の時と帰結できる．これらの結果は，基底一重項状

間 t，横軸に磁場 B0，紙面垂直方向にシグナル

態から，光励起することにより励起三重項を経

強度 I を示している．t < 200 ns の領域では何て緩和することを実験的に示している．ここで，のシグナルも観測されていない．Eosin-Y は基

ゼロ磁場分裂定数 D に注目する．このパラメー

底状態では一重項であり，レーザー照射前の上タの起源は，スピン間の磁気双極子―双極子相記の時間領域ではシグナルは観測されない．お互作用である．この値を基にして点双極子近似

よそ 200 ns でレーザー照射するように設定さの元で，スピン間距離を見積もるとおよそ 3.4

れており，実際に t > 200 ns でシグナルが観Å程度となる．分子サイズを考慮すると，分子測されている．およそ 1500 ns で最大ピークを

内で 2 つのスピンが充分に近接していることを迎えた後に，緩和していくことが観測されてい示している．これらの結果は Eosin-Y 単体におる．磁場挿引スペクトルは図 4 のようになり典

ける過去の報告 [4] と矛盾がない．

型的な励起三重項に由来するスペクトルパター

Eosin-Y を吸着させた TiO2 ナノ粒子の時間分ンを示している．励起三重項に対応するスペク

解 ESR スペクトルを図 5 に示す．TiO2 ナノ粒

トルは，以下のスピンハミルトニアンであらわ子のみの測定も行ったが，全く ESR シグナルされる．

が観測されないことを確認しており，得られたシグナルは Eosin-Y を吸着したことに由来す

H = S ⋅ g ⋅ B0 + S ⋅ D ⋅ S

る．t < 200 ns 以下の時間領域でシグナルが観（１），測されていないことから，光励起状態に関する
ここで，S，g，B0，D はスピン演算子，g テン

シグナルである．このスペクトルは Eosin-Y 単ソル，磁場ベクトル，ゼロ磁場分裂相互作用

体で得られたシグナルパターンとは全く異なっテンソルを示す．上記のスピンハミルトニアンており，Eosin-Y 単体とスピンダイナミクスがによりスペクトルシミュレーションを行った結大きく異なることを示唆している．この系のシ⒜4Time /µs

3

400.0

⒝

Absorption

100.0

2
1
0
0.25 0.30 0.35 0.40
Magnetic Field / T

Emission-200.0-500.0Obs.
Sim.

0.25 0.30 0.35 0.40
Magnetic Field/ T

図４．(a) 20KにおけるEosin-Yの時間分解ESRスペクトル．横軸は磁場，縦軸は時間，紙面垂直方向がシグ
ナル強度を示す．(b) 20 K，t = 1.0 µsにおける時間分解ESRスペクトル．

52

機器センターたより

８．研究紹介
グナルの観測される磁場領域が極端に狭いのが荷分離状態が形成されていることを示唆してい大きな特徴である．磁場領域の広さは先に示しる．もうひとつの特徴は，シグナルが非常に弱た D 値の大きさに比例しており，磁気双極子

いことにある．電荷分離状態のシグナル強度は，―双極子相互作用の大きさに反比例する．仮光電変換効率に由来する．したがって，この実に得られたシグナルが，Eosin-Y と同様の励起

験結果では，光電変換効率はそれほど高くない

三重項状態に由来するとみなし，スペクトルシ

ことを意味している．光励起状態から基底状態

ミュレーションを行った結果を図 5 に示す．スへと緩和する直接緩和プロセスが支配的である

ピンハミルトニアンパラメータは以下のとおりことを示唆しており，これが光電変換効率を上である．S = 1，g = (2.010, 2,018, 2.020)，D =がらない要因であることを実験的に証明するこ

0.0030 cm-1，E = 0.0004 cm-1．D 値を点双極子とができた．

近似の元でスピン間距離に換算するとおよそ
４．まとめ

9.6 Åと分子サイズよりも長くなっていることがわかる．つまりこの系では，Eosin-Y が光を時間分解 ESR 装置を利用することで，スピ吸収し光励起状態を形成した後に，Eosin-Y か

ンダイナミクスという観点で色素増感太陽電池

ら TiO2 へと電子移動を起こし，電荷分離状態の光電変換機能のメカニズムの解明を試みた．

を形成していると考えられる．

先にも示したとおり，スピンダイナミクスに着交換相互作用は非常に弱いことが予想され，目した実験例はほとんど無く，機能性物質にお励起三重項としての取扱うことは粗い近似ではける電荷分離状態の観測に成功した数少ない成ある．しかしながら，電荷分離状態を捕捉した

功例である．しかし電荷分離状態へ到達するま

事実には変わりなく，これは正に光電変換プロ

でのメカニズムの十分な理解までには至ってい

セスを実験的に捉えたとみなせる．また時間分ない．これからの課題を克服するためには，時解測 ESR 測定の時間分解能（− 60 ns）の範囲

間分解能の向上が必要である．孤立分子系で内では，光励起直後から電荷分離状態を形成しは，スピン間相互作用が抑えられるので比較的ているように見え，光励起状態から電荷分離状

緩和時間が長くなる．しかしながら機能性部分

態へのプロセスに励起三重項状態は関与していを評価するためには，スピン間相互作用が重要ないことが示唆される．つまり，電荷分離状態

であり，そのスピンダイナミクスを解明するこの形成は，充分に速い緩和メカニズムにより電とが本質である．機能に関するスピンダイナミ⒜

4-180.0Time / µs

3-90.00

Sim.
Obs.

0

2

Absorption
Emission

90.00

1
0
0.33

⒝

180.0
0.34 0.35 0.36
Magnetic Field / T

270.0

0.33 0.34 0.35 0.36
Magnetic Field / T

図５．(a) 20KにおけるEosin-Yを吸着させたTiO2ナノ粒子の時間分解ESRスペクトル．横軸は磁場，縦軸は
時間，紙面垂直方向がシグナル強度を示す．(b) 20 K，t = 1.0 µsにおける時間分解ESRスペクトル．

機器センターたより

53

８．研究紹介
クスを追随するには，最低でも 1ns 程度の時間

５．謝辞

分解能があることがもとめられる．現在の測定

本研究の時間分解 ESR 装置は，分子研 機器

システムの時間分解能（60 ns）は，①前置増センター 藤原基靖 博士，上田正 博士をはじめ

幅器の帯域（20 Hz - 6.5 MHz）により，高速とする機器センタースタッフの多大な協力の上

な信号は増幅できていないこと，② transient

で測定を行うことができた．機器センターのこ

recorder の時定数が 4 ns であることという 2の場を借りて感謝の意を表したい．

つの制約に起因している．これらの制約を取り払い，より高速なスピンダイナミクスを捕捉できるようになれば，多くの機能性物質をスピン
ダイナミクスという観点からの解明が実現できるようになることが期待できる．
─────────────────────[1]

B. O'Regan and M. Gratzel, Nature, 353, 737-740 (1991).

[2]

M. K. Nazeeruddin, A. Kay, I. Rodicio, R. Humphrybaker, E. Muller, P. Liska, N. Vlachopoulos,
and M. Gratzel, J. Am. Chem. Soc., 115, 6382-6390(1993)； M. K.Nazeeruddin, F. De Angelis, S.
Fantacci, A. Selloni, G. Viscardi, P. Liska, S. Ito, B. Takeru, and M. Gratzel, , J. Am. Chem. Soc.,
127, 16835 (2005).

[3]

K. Akiyama, S. Hashimoto, S. Tojo, T. Ikoma, S. Tero-Kubota, T. Majima, Angew. Chem. Int. Ed.,44, 3591-3594 (2005).

[4]

D. H. Harryvan, W. H. Lubberhuizen, E. Von Faassen, Y. K. Levine, and G. Kothe, Chem. Phys.
Lett., 257, 190-196 (1996).

54

機器センターたより

機器センターたより

55

９．編集後記

編集後記
機器センターたより第２号発刊にあたり、ご執筆頂きました先生方に感謝申しあげます。ありがとうございました。
さて、本年は分子科学研究所実験棟の耐震改修工事が始まりました。昭和50年、創設と同時に建設された建物と聞いております。西暦では1975年、既に34年が経過しております。過去を振り返る時の定番ですが、1975年にあった出来事を調べてみました。３月10日に山陽新幹線が岡山から博多まで延長。５月７日にはエリザベス女王夫妻が来日しました。その最中に旧国鉄の労働組合である国労及び動労による72時間のストライキがありました。ちょうど筆者は高校生で、通っていた高校が旧国鉄沿線ということもあって、教頭先生から「いかなる交通手段を使ってでも登校しなさい」という校内放送が流れたのを覚えています。スポーツでは、５月16日に日本女子登山隊が女性初のエベレスト登頂に成功。また、７月５日に全英オープン女子ダブルス決勝で、沢松和子、アン・キヨムラ（アメリカ
日系三世）組が優勝を成し遂げています。
機器センターたよりを創刊した2008年はノーベル化学賞と物理学賞を日本人科学者が受賞しました。第２号を発刊する2009年、政治において二大政党制が根付こうとしています。スポーツでは、昨年に引き続き、マリナーズ・イチローが偉業を達成しました。機器センターたよりが、発刊の歴史を積み重ねて、昨今の出来事と共に回顧してもらえる時が迎えられるように引き続き努力いたす所存です。読者の皆様から忌憚のないご意見を頂戴できれば幸いです。
（山中孝弥

全国共同利用への道しるべ

機器センターたより

第２号

発行日

平成 21 年 12 月１日（年１回発行）

発

大学共同利用機関法人行

自然科学研究機構〒 444 − 8585
愛知県岡崎明大寺町字西郷中 38
編

56

機器センターたより集

薬師

久弥 （センター長）

山中

孝弥 （本号編集担当）

高山敬史 （寒剤部門担当）

牧田誠二 （山手地区担当）

藤原

基靖 （磁気・物性部門担当）

上田正 （分光部門担当）記）

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