ISSN 1884−1627

機器センターたより No.3
自然科学研究機構

分子科学研究所

機器センター

目次

分子科学研究所

機器センターたより

第３号

■目 次
機器センター長
薬師久彌・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
１．巻頭言
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
２．所蔵機器一覧
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
３．組織表
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
４．機器利用方法・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
５．平成 21 年度施設利用採択課題一覧
・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
６．採択者の実施状況
７．新装置及び更新の紹介

１
２
４
５
13
16

【新装置】
齊藤

１．顕微ラマン分光装置
２．600MHz碧・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 17

中野路子

核磁気共鳴装置

・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 20

藤原基靖

３．高感度パルス電子スピン共鳴装置

・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 21

【更新】
上田

４．高感度蛍光分光光度計

正・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 23

【その他】
牧田誠二

５．元素分析（ヤナコ CHN コーダー MT-6）用電子天秤
６．ＡＣ抵抗ブリッジ

藤原基靖

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 26
上田

７．パルスＮｄ：ＹＡＧレーザー

・ ・・・・・・・・ 26

正・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 27

上田

８．ピコ秒レーザー用オシロスコープ

正・・・・・・・・・・・・・・・・・ 27

岡野芳則

９．Ｘ線フレームグラバー制御用パソコン

・・・・・・・・・・・・・・・ 28

８．交流
１．山手地区牧田誠二

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 29

２．明大寺地区

磁気・物性

３．明大寺地区

分光・蛍光Ｘ線

４．明大寺地区

低温関係

藤原基靖

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 31

上田
高山敬史

正

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 33

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 35
岡野芳則

５．大学連携研究設備ネットワーク

・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 37

６．
「極低温・強磁場下の比熱測定装置」
大阪大学理学研究科

教授 中澤 康浩

・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・

40

７．
「機器センターへの要望、今後のあり方」
京都大学大学院理学研究科

准教授 馬場正昭

・ ・・・・・・・・・・・・・・・ 45

９．研究紹介１．
「ナフタレンおよび重水素化ナフタレンの高分解能レーザー分光」
神戸大学 理学部 分子フォトサイエンス研究センター

准教授 笠原俊二

・ ・・・・ 47

２．
「レーザーセラミックスのマイクロドメイン構造制御」
分子制御レーザー開発研究センター 先端レーザー開発研究部門

研究員 秋山順・ ・・・ 52

・・・・・・・・・・・・・・・・ 56
10．平成 21 年度 施設利用者 研究発表論文一覧
山中孝弥
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 59
11．編集後記

１．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」第三号をお届けしま

度依存性を様々の偏光条件で測定する事が出来す。新機器センターも発足後3年余りが経ちまます。予算の関係でラマンマッピングの付属装した。機器センターは南実験棟一階の２部屋に置は揃える事ができませんでしたが、アップグ

事務室を移して施設利用の窓口としての業務をレード可能な仕様になっていますので、将来の行うとともに、大学連携研究設備ネットワーク

検討事項になるかと思います。これらの装置は事業の業務を行っています。次期センター長へ

平成22年10月より所内で公開し、平成23年4月の申し送り事項になるかもしれませんが、実験より所外・所内に公開の予定です。この他、高棟の耐震工事が完了後は技術職員の居室として感度蛍光高度分光計を更新して、大幅な性能向

もう１部屋確保するとともに共同利用者用控室

上を図りました。また、第3号より、小さな機を充実させる必要性を感じています。

器の更新についてもできるだけ紹介するように

平成20年度に引き続き、平成21年度も機器センターにはいくつかの新しい装置の導入と更しました。「新装置および更新の紹介」欄をご覧ください。

新が行われました。最大の事項は昨年度老朽に

本号では「交流」欄にはじめて所外利用者

より修復不能に陥ったヘリウム液化機の更新のの方の寄稿をいただきました。大阪大学の中澤

予算内示を受けた事です。購入後20年を経て運康浩先生には低温強磁場下の比熱測定装置の製転不能になったヘリウム液化機の更新は機器セ

作について書いていただきました。また京都大ンター最大の懸案事項でしたので胸をなでお学の馬場正昭先生より機器センターに対する貴ろしています。平成22年2月4日と6月1日に第1

重なご意見をいただきました。機器センターの回および第2回の「ヘリウム液化機」仕様策定

運営に可能な限り反映させたいと思います。ま委員会を開催して仕様書を策定しました。7月

た、今回は所外・所内の分光関係の先生方に研17日に入札公告を行い、8月20日に開札が行わ

究紹介をお願いしました。

れ、小池酸素工業が落札しました。実際に機器

平成21年度の利用状況は全国34機関から前センターへ新しい液化機が導入されるのは、平期18件、後期34件、計52件の施設利用を受け付

成23年11月の予定です。この他、平成21年度はけました。機器センターは今後とも設備の充実

大学連携ネットワーク事業に補正予算がつき、を図る所存です。積極的なご利用をお願いしま

分子研では、溶液および固体プローブを有す

す。また、皆様方のご意見・ご要望を「交流」

る日本電子社の生体分子計測用高磁場低エネ

欄にお寄せください。

ルギー核磁気共鳴装置（600 MHz）とブルッ
カー社の高感度パルス電子スピン共鳴装置（Q
バンド用付属装置）を購入して、機器センターが管理する事になりました。NMRは山手5号館
へESRは明大寺地区の極低温棟へ設置されました。また、研究所の予算でレニショー社の温度可変顕微ラマン分光装置を明大寺地区に設置しました。主に単結晶などの固体試料を対象としており、液体ヘリウム温度から500 Kまでの温1

機器センターたより

２．所有機器一覧

所蔵機器一覧
◆ 所外公開装置 ：『大学連携研究設備ネットワーク』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。
▼ 平成23年4月より所外公開予定

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▼ 高感度パルス電子スピン共鳴装置

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

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▼ JEOL JNM-ECA600

山手5号館1階

中野

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

機器センターたより

2２．所有機器一覧
10．レーザー◆ 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 B05上田◆ 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

◆ ラマン分光分析装置／日本分光 NR-1800型

実験棟502

山中▼ 顕微ラマン分光装置／RENISHAW

実験棟502齊藤

レーザー棟 201上田

レーザー棟203齊藤

極低温棟 105藤原

11．分光光度計

INVIA REFLEX532

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）
液体ヘリウム自動供給装置

２台

極低温棟 104
停止中

極低温棟 105

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

3

機器センターたより

３．組織表構成スタッフ
機器センター長（併任）

薬師久彌

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 明大寺地区

明大寺

極低温棟 103

主任

水川哲徳

寒剤 山手地区

山

4 号館 204

主任

岡野芳則

微結晶用 X 線回折装置、大学連携研究設備ネットワーク

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上田

レーザー、分光光度計等

明大寺

南実験棟 111

藤原基靖

ESR、SQUID、X 線回折装置等

明大寺

極低温棟 102

中野路子

NMR、生体試料用カロリメータ

山

4 号館 401齊藤

電子顕微鏡、分光光度計等

明大寺

南実験棟 111

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

正

碧

太田明代

中川信代

( 旧・化学系研究設備有効活用ネットワーク）

大学連携研究設備ネットワーク( 旧・化学系研究設備有効活用ネットワーク）

手

手

手

機器センターたより

4

○○○○○
４．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（高等専門学校を含む）◎ 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

5

機器センターたより

機器利用の流れ４．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（表１参照）。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。
表１⇒

機器利用開始日

機器利用終了日

翌月 1 日から

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

翌月 16 日から

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。

機器センターたより

6

４．機器センター

施設利用方法

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
粉末Ｘ線回折装置 MAC Science MXP3VAMARS 予約システム⇒
http://mars.ims.ac.jp/mars/main.asp?lang=jp
走査電子顕微鏡 Hitachi S-900
その他の機器
大学連携研究設備ネットワーク予約システム⇒
http://chem-eqnet.ims.ac.jp
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２）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

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

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２

7

機器センターたより

提出書類一覧

４．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 】◎ 機器センター施設事務室⇒

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, TEL （: 0564）55-7470◎「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

8

４．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しようと研究者は、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。

9

機器センターたより

写真１．液体窒素自動供給装置

４．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21年後期

1 ℓ当たり 明大寺地区 65円、山手地区 80円。

機器センターたより

10４．機器センター

施設利用方法

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、液体ヘリウムの汲み出しが出来ません。そのため、暫定的な利用方法として、予め液体ヘリウムを汲み入れたベッセルを何台か用意させて頂き、ベッセルの持ち出し、及び返却で液体ヘリウムをご利用頂くシステムをとっております。皆様方には、大変ご不便をお掛けし申し訳ございません。
以下では、現在の暫定的な利用方法を中心に記しておきます。その他、利用規定や液体ヘリウム
取り扱い上の注意等につきましては、機器センターホームページ内の液体ヘリウム利用者のためのマニュアル http://ic.ims.ac.jp/kiki/He_user_manual2008.pdf に詳しく書かれておりますので、ご参
照頂ければ幸いです。
【 液体ヘリウム利用の前に 】
・液体ヘリウム使用者は、『液体ヘリウム利用者講習会』を受講し，液体ヘリウム利用者として登録すること。（必要があれば『液体ヘリウム利用者講習会』は随時行う）
・実験室のヘリウム回収配管を利用する場合、早めに機器センターの寒剤担当者に連絡すること。
【 ベッセルの持ち出し手順 】＜ 設置部屋：極低温棟１階 105 室 ＞
１．所定の場所（写真１）にあるベッセルを手前から順に持ち出す。
２．備え付けの「ベッセル持ち出し・返却入力用
パソコン」（写真２）の画面の「持出」にタッチする。
３．スキャナで、ユーザーコードを読み取る。
（次画面でユーザーコードが表示される）

写真１．ベッセル持ち出し場所（極低温棟１階105室）

４．スキャナで、容器コードを読み取る。
（次画面で容器コードが表示される）
５．
「確認」にタッチする。
６．ベッセルを持ち出す。

スキャナ（持出：次画面）（返却：次画面）

写真２．ベッセル持ち出し／返却入力用パソコン

11

機器センターたより

４．機器センター

施設利用方法【 ベッセルの返却手順 】
１．ヘリウム容器をロードセル中央（写真３）に載せる。
２．パソコン（写真２）の「返却」にタッチする。
３．スキャナで、容器コードを読み取る。
（次画面で容器コードが表示される）
ロードセル

４．
「計量」にタッチする。
（重量が計測され表示される）
５．
「確認」にタッチする。
６．容器を所定（写真４：He 供給室の奥）の場所へ置いておく。
７．返却完了。

写真３．ロードセル

写真４．返却場所※ 異常時は、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 】
・供給可能時間は、平日午前９時～午後５時までである。
・研究室で所有するベッセルも上記方法で利用可能である。
・使用期間の長期化は、貸し出し容器の不足が発生し液体ヘリウムの供給に支障が出るため、容器はなるべく早めに返却すること。
・液体ヘリウムは、必ず５ℓ 以上残した状態で返却すること。
・ヘリウムの回収ロスが直接供給価格に反映されるため、蒸発ガスの回収 100％を心がけること｡
・回収ガスに、なるべく空気を混入させないよう十分注意すること。
・参考：液体ヘリウム供給価格

平成 21 年後期

1 ℓ当たり 228 円。
（上田正

機器センターたより記）

12

５．平成21年度施設利用採択課題一覧

平成21年度施設利用採択課題一覧
【前期】
申請
番号

所

属

職

名

1

東京理科大学
理学部第二部化学科

講師

2

名古屋大学
理学研究科

特任
助教

3

静岡県立大学
環境科学研究所教授

4名古屋工業大学
大学院工学研究科

准教授

5

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

大学
院生

6

名古屋工業大学
大学院工学研究科

助教

7
8

愛媛大学
総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ
名古屋工業大学
ｾﾗﾐｯｸｽ基盤研究ｾﾝﾀｰ

教授
准教授

9

生理学研究所
計算科学研究センター

助教

10

東京工業大学大学院
有機・高分子物質専攻助教

11

大阪大谷大学
薬学部

教授

12

北海道大学
大学院工学研究科

助教

13

名古屋大学
大学院理学研究科

准教授

14

愛媛大学
大学院理工学研究科

教授

15

広島大学
大学院理学研究科

教授

16

兵庫県立大学
大学院工学研究科

准教授

17

大阪大学
工学研究科
攻

助教

18

京都大学
大学院理学研究科

13

応用化学専

機器センターたより

大学
院生

提案代表者

研究課題

有機―無機複合材料とし て の 多 核・ ク ラ ス タ
秋津 貴城
ー金属錯体の交流磁化率測定
フラストレーション系
低次元酸化物および超高見 剛伝導体の磁性に関する研究
無溶媒固相反応を応用
坂口 眞人 し た 木 質 セ ル ロ ー ス の高機能化について重合誘起相分離による
山本 勝宏 構 造 形 成 過 程 に 関 す る
研究

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

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

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,
X 線回折と物性
電子スピン共鳴装置 E500
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/
小野 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
新 規 π 電 子 系 化 合 物 の ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
宇野 英満
合成と構造
MERCURY CCD-3
希 土 類 薄 膜 磁 石 の 磁 気 SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design,
安達 信泰
特性に関する研究
電子スピン共鳴装置 ESR
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
円二色性分散計 JASCO J-720WI,
核磁気共鳴装置 JEOL JNM-LA500
新 規 な チ オ フ ェ ン 骨 格 ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
芦沢 実
を 有 す る 系 有 機 半 導 体 MERCURY CCD-3,の結晶構造解析
単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
ESR 法によるスピロピ
谷本 能文 ラ ン 誘 導 体 の 固 体 光 反 電子スピン共鳴装置 Bruker EMX Plus、E500
応の研究
非周期系スピングラス
柏本 史郎 に お け る ス ロ ー ダ イ ナ SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
ミクス
スタフィロコッカル・ヌ
クレアーゼ変異体を用
槇 亙介
飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR
いた蛋白質フォールディング機構の研究（２）
高 度 拡 張 型 ド ナ ー を 用 単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY,
い た 新 規 分 子 性 導 体 の ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
御崎 洋二
構 造 と 物 性 に 関 す る 研 MERCURY CCD-3,
究
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
キラル結晶構造を持つ
分子磁性体のスピン状
井上 克也
電子スピン共鳴装置 E500
態観測および内部磁場の見積もり
有機分子の X 線結晶構 ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄ型Ｘ線回折装置 R-AXIS-4,
北村 千寿
造解析
単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
非天然金属中心を有す
るヘム及びノンヘム人
小野田 晃
電子スピン共鳴装置 E500
工鉄含有タンパク質の電子状態解析
多環芳香族炭化水素
エキシマー励起色素レーザー /Compex Pro 110/
小若 泰之 （PAH）の構造と無輻射
LPD3002遷移
平郡諭

５．平成21年度施設利用採択課題一覧

【後期】
申請
番号

所

1

東京理科大学
理学部第二部化学科

講師

2

名古屋大学
理学研究科

特任
助教

3

千葉大学大学院
薬学研究院

教授

4

愛媛大学
総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ教授

5

愛知教育大学

准教授

6

岐阜大学
工学部

教授

7

兵庫県立大学
大学院工学研究科

准教授

北村

千寿

8

静岡県立大学
環境科学研究所教授

坂口

無溶固相反応を応用し眞人 たバクテリアセルロー
スの高機能化について

9

愛媛大学
総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ

助教

白旗

崇

新規電子供与体を用いた機能性有機結晶の構造と物性に関する研究10

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

希土類磁性薄膜の磁気特性に関する研究11

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

大学
院生

平郡

諭

ナノカーボン化合物の
構造と物性

12

名古屋工業大学
大学院工学研究科

准教授

山本

13

大阪大学院
工学研究科
攻

助教

14

東京工業大学大学院
有機・高分子物質専攻

助教

芦沢

15

京都大学
大学院 理学研究科

大学
院生

小若

16

奈良先端科学技術大学
大学院 物質創成科学研
究科

准教授

松尾

17

名古屋工業大学
大学院工学研究科

助教

小野

18

北海道大学
大学院工学研究科

助教

柏本

19

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

助教

20

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

助教

21

関西学院大学
大学院理工学研究科

博士
研究員

22

秋田工業高等専門学校
物質工学科

准教授

23

秋田工業高等専門学校
物質工学科

准教授

属

応用化学専

職

名

提案代表者

研究課題

金属錯体を構成要素と貴城 する有機無機複合材料の磁性測定
熱電体遷移金属酸化物
高見 剛および超伝導体の磁性
電子共鳴スペクトル法
によるヘムタンパク質
根矢 三郎
活性中心の分子ひずみ解析
新規π電子系化合物の
宇野 英満
合成と構造
硫酸転移酸素の生物学
中野 博文 的機能解明を目的とした糖鎖合成
Co-YIG ナノ粒子、Co/
嶋 睦宏
Pt ナノ粒子の磁性
秋津

有機分子の X 線結晶構
造解析

重合反応誘起相分離に勝宏 よる構造形成過程に関する研究
非天然金属中心を有す
るヘム及びノンヘンム
小野田 晃
人工鉄含有タンパク質の電子状態解析実

新規な有機半導体分子の結晶構造解析

多環芳香族炭化水素
泰之 （PAH) の構造と無輻射遷移
光応答性タンパク質の貴史 電子移動反応機構に関する研究
新規なキャリア輸送材
克彦 料の合成と電子デバイ
スへの応用

スピングラス準結晶の
熱残留磁化
一次元ロジウム（Ⅰ）－
満身 稔 セミキノナト錯体の磁気特性の解明ハロゲン架橋一次元複
満身 稔 核白金錯体の構造相転移の解明
高次倍音振動の観測に
土肥 敦之 よる高振動励起状態の振動構造に関する研究
フェライト微粒子のナ
丸山 耕一 ノ構造制御に関する検討
希土類－遷移金属磁歪丸山 耕一 薄膜の磁気特性に関する検討
史郎

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
電子スピン共鳴装置 E500
ミクロ単結晶 X 線回折装置
MERCURY CCD-3

Rigaku4176F07/

核磁気共鳴装置 JEOL JNM-LA500
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞﾌﾟﾚｰﾄ型Ｘ線回折装置 R-AXIS-4、単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
CCD
電子スピン共鳴装置

Bruker

E500/ EMX Plus

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
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
電子スピン共鳴装置 Bruker E500/ EMX Plus
Rigaku 4176F07/MERCURY CCD-3、SQUID
型磁化測定装置、電子スピン共鳴装置 Bruker EMX
Plus
走査型熱解析計 TA Instruments
TGA2950/ DSC2920/ SDT2960
電子スピン共鳴装置

Bruker

E500/ EMX Plus

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
エキシマー励起色素レーザー /Compex Pro 110/
LPD3002
電子スピン共鳴装置

Bruker

E500/ EMX PlusSQUID 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,
粉末Ｘ線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
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
エキシマー励起色素レーザー /Compex Pro 110/
LPD3002, Nd:YAG 励起 OPO レーザー GCR250/ScanmateOPPO
粉末 X 線回折装置 Rigaku RINT-UltimaIII,
電子スピン共鳴装置 Bruker EMX PlusSQUID 型磁化測定装置 Quantum Design,
走査型熱解析計 TA Instruments
TGA2950/ DSC2920/ SDT2960

機器センターたより

14

５．平成21年度施設利用採択課題一覧
申請
番号

所

24

法政大学
生命科学部

教授

緒方

啓典

25

生理学研究所
計算科学研究センター

助教

片岡

正典 核酸化学修飾法の開発

26

生理学研究所
分子神経生理部門

客員
教授

27

兵庫県立大学
大学院物質理学研究科

助教

28

愛知県産業技術研究所
工学技術部 材料技術室

技師

29

北海道大学
電子科学研究所

教授

30
31
32

属

関西大学
化学生命工学部
東北大学
多元物質科学研究所
福井大学
工学部電気・電子工学科

職

名

准教授
助教
教授

33

島根大学
総合理工学部

助教

34

東邦大学
医学部 化学研究室

准教授

提案代表者

Jan
Sedzik

研究課題

利用研究設備新規ナノマテルアルの物性研究

電子スピン共鳴装置 Bruker E500/ EMX Plus,
飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR
飛行時間型質量分析装置 Voyager DE-STR、
高分解能核磁気共鳴装置 JNM-LA500
円二色性分散計 JASCO J-720WI
ミクロ単結晶 X 線回折装置 Rigaku 4176F07/
MERCURY CCD-3

Crystals of myelin
membrane proteins
ハニカムシート構造を
満身 稔 持つ混合原子価鉄三核錯体の構造解析グレージングへの応用を目指した重合開始剤
藤原 梨斉
フリーの紫外線硬化型樹脂の開発
有機導電結晶およびイ
太田 信廣 オン電導・物質の磁気特性と光照射効果
リチウムイオン二次電
荒地 良典
池材料の磁気的性質
EPR 分光法による金属
松岡 秀人
クラスターの構造研究
III － V 窒化物半導体の福井 一俊
中性欠陥の探索（Ⅳ）
ランタン型ルテニウム
池上 崇久 （Ⅱ，Ⅲ）錯体の磁気的性質
テトラピロール類鉄大胡 惠樹 （Ⅲ）錯体の磁気的性質に関する研究ミクロ単結晶 X 線回折装置
MERCURY CCD-3

Rigaku4176F07/

単結晶 X 線回折装置 CCD 型／ Rigaku MERCURY
CCD
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
SQUID 型磁化測定装置 Quantum Design
電子スピン共鳴装置

Bruker

E500/ EMX Plus

電子スピン共鳴装置

Bruker

E500/ EMX Plus

電子スピン共鳴装置

BrukerE500

電子スピン共鳴装置

Bruker

E500/ EMX Plus

【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

15

機器センターたより

６．採択者の実施状況

平成21年度

採択者の実施状況

所

名

氏

名

東京理科大学 理学部第二部化学科

講師

秋津

貴城

2

東京工業大学大学院 有機・高分子物質専攻

助教

芦沢

実

2

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

4

関西大学 化学生命工学部

准教授

荒地

良典

2

島根大学 総合理工学部

助教

池上

崇久

1

広島大学 大学院理学研究科

教授

井上

克也

13

東邦大学

准教授

大胡

惠樹

2

北海道大学 電子科学研究所

教授

太田

信廣

1

法政大学 生命科学部

教授

緒方

啓典

1

名古屋工業大学 大学院工学研究科

助教

小野

克彦

10

大阪大学

助教

小野田

晃

1

北海道大学 大学院工学研究科

助教

柏本

史郎

4

生理学研究所 計算科学研究センター

助教

片岡

正典

1

兵庫県立大学 大学院工学研究科

准教授

北村

千寿

9

静岡県立大学 環境科学研究所

教授

坂口

眞人

14

岐阜大学 工学部

教授

嶋

睦宏

3

京都大学 大学院理学研究科

大学院生

小若

泰之

52

生理学研究所 分子神経生理部門

客員教授

Jan Sedzik

3

愛媛大学 総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ

助教

白旗

崇

4

兵庫県立大学 大学院物質理学研究科

大学院生

平郡

諭

25

名古屋大学 理学研究科

特任助教

高見

剛

5

大阪大谷大学 薬学部

教授

谷本

能文

12

愛知教育大学 教育学部

准教授

中野

博文

1

千葉大学大学院 薬学研究院

教授

根矢

三郎

1

福井大学 工学部電気・電子工学科

教授

福井

一俊

1

材料技術室

技師

藤原

梨斉

1

物質創成科学研科

准教授

松尾

貴史

2

東北大学 多元物質科学研究所

助教

松岡

秀人

1

兵庫県立大学 大学院物質理学研究科

助教

満身

稔

3

愛媛大学 大学院理工学研究科

教授

御崎

洋二

6

名古屋工業大学 大学院工学研究科

准教授

山本

勝宏

1

愛媛大学 総合化学研究支援ｾﾝﾀｰ

教授

宇野

英満

4

秋田工業高等専門学校 物質工学科

准教授

丸山

耕一

3

医学部

属

職

化学研究室

工学研究科

応用化学専攻愛知県産業技術研究所

工学技術部

奈良先端科学技術大学

大学院

総

計

利用回数

195

機器センターたより

16

７．新装置及び更新の紹介

顕微レーザーラマン分光装置の紹介
機器センター（電子顕微鏡・分光光度計等担当）【はじめに】
平成22年3月に、機器センターに新しく顕微レーザーラマン分光装置が導入された。ラマン齊藤

碧●装置、光学系
RENISHAW
inVia Reflex ラマンマイクロスコープ

分光法は、物質にレーザーのような単色光を照射し、散乱される光を分光器に通して観測する分析方法である。得られるスペクトルは、分極率の変化を起こすものに起因して入射光が受けるエネルギー変化をとらえたものであり、これが物質固有の振動に相当するエネルギーに対応しているため、物質の分子構造解析や不純物の図１：装置の外観同定を行うことができる。また、その結果から歪みの程度や、カーボンナノチューブの直径など多くの情報が得られる。
ここでは、今回導入された装置の概要と、それを用いて行った測定例を紹介する。

【装置の概要】図２：光学系概略図

図1に装置の外観を示す。ラマン装置は大きく分けて顕微鏡部分、ラマン装置本体部分、●仕様
表1: 装置の仕様

CCD検出器とレーザー発振器（図1の裏側）から構成されている。また、ラマン装置本体部分
は、ミラー、フィルタ、スリット、分光器など

波長
レーザー

位置調整

から構成されている。この構成と光学系の概略

出力調整

図を図2に示す。本装置は488 nm、532 nm、分光器

633 nm及び785 nmの計4本のレーザーを同時に搭載しているが、これら励起レーザーの切り替

分光器

なっている。さらに、顕微鏡でのサンプル観察

検出器とスペクトル測定モードの切り替えも自動で可
されており、大変使いやすくなっている。装置の主な仕様を表1にまとめたので参考にしていただきたい。

17

機器センターたより

顕微鏡

1cm-1

検出器
チャンネル数

578 × 386

顕微鏡

Leica 製
CCD カメラと接眼レンズ
自動ステージ
面方向 : φ 1 µm
（対物レンズ× 100）深さ方向 : 2 µm
（対物レンズ× 100）

試料観察能となっているなど、通常の測定作業が簡素化

16 段切替シングル
モノクロメータ
f=250 mm100-4000 cm-1
（785 nm のみ :100-3200 cm-1）
CCD 検出器

測定波数範囲えと光学構成変更、及び光学系のアライメントの最適化はマウスをクリックするだけで可能と最高波数分解能488 nm, 532 nm,
633 nm, 785 nm
自動調整

ステージ
空間分解能

７．新装置及び更新の紹介【ラマン分光の特徴】
ラマン分光では、固体、液体、気体などサンプ

ボンでは、1580 cm -1

付近のラマンバンドは高波数側にシフトし、1360 cm -1付近には新ルの形態を問わず、水溶液をはじめ、強酸、強たにラマンバンドが現れていること、さらにラ塩基の溶液でも測定が可能である。測定には特マンバンドの幅は広くなっているといった情報

別な材質のセルを必要とせず、石英セル以外にが得られる。一方、ダイヤモンドは1332 cm -1

ガラスセルやプラスチック容器も使用できる。

にシャープなバンドを示し、sp 2混成軌道をとサンプルは基本的には前処理の必要がなく、非るカーボンに由来するバンドと、sp 3混成軌道

破壊、非接触で分析ができるが、有機物などのをとるカーボンに由来するバンドは、別のバン

場合はレーザーの照射によって焦げる場合があドを示すことが確認できる。

るので注意が必要である。ラマン分光法は同じ
振動分光法である赤外分光法と比較されることが多く、上に挙げたような点が赤外分光法に対するラマン分光法の特徴となっている。また、赤外分光法では苦手とされる、無極性分子やカーボン系の黒色のサンプルの分析もラマン分光法は得意としている。ただし、ラマン分光法
が赤外分光法に優っているわけではなく、両者はお互いの弱点を補い合う関係にあり、複合的

図３：Siのラマンスペクトル(Excitation: 532 nm, Grating 1800 l/mm, Exposure time:
10 sec,  Accumulations: 1, Laser power: 0.66 mW.)に解析することによってより詳細な分子振動に関する情報を得ることが可能となるのである。
ここで、ラマン分光法の短所には、蛍光などの強い発光があるサンプルに対しては適用できないことが挙げられる。蛍光やりん光によるバックグラウンドがラマン散乱光を隠してしまい、測定が不可能になるためである。

【測定例】

図４：Naphthaleneのラマンスペクトル(Excitation: 488 nm, Grating 2400 l/mm, Exposure time:
10 sec,  Accumulations: 1, Laser power: 0.66 mW.)

図3に標準サンプルであるSiのラマンスペク
トルを示す。Siは赤外分方法では検出不可能な
無極性分子であるが、ラマン分光法は威力を発揮することが分かる。図4には有機物サンプルの例として広波数範囲を測定したナフタレンのスペクトルを示す。また、図5にはカーボン系
サンプルのラマンスペクトルを示すが、ここから化学結合や結晶構造の情報が直接得られることがわかる。例えばsp 2混成軌道をとる炭素からなるHOPGは1581 cm-1に単一のラマンバンドを有しているが、構造に乱れがある非晶質カー

図５：カーボン系サンプルのラマンスペクトル(Excitation: 532 nm, Grating 1800 l/mm, Exposure time:
10 sec (SWNH & a-carbon), 120 sec (HOPG & diamond),
Accumulations: 1,Laser power: 1.15 mW (SWNH), 1.97mW (a-carbon), 10.1 mW (HOPG), 0.86 mW (diamond).)

機器センターたより

18

７．新装置及び更新の紹介【低温測定例】

図7には様々な温度で測定した(TTM-TTP)I3

本装置では、顕微鏡部分に図6に示したオッ結晶のラマンスペクトルを示す。高温では一つ

クスフォード・インストゥルメンツ社のクライであった1500 cm -1付近のバンドが、温度の低オスタットを取り付けることで、液体ヘリウム下に伴って2つに分裂していく様子がとらえら温度までサンプルの冷却が可能となっており、れている。

低温でのラマンスペクトルも測定することができる。本クライオスタットには、バキューム
ローディング型の液体ヘリウム連続フロー方式が採用されており、広い温度範囲で利用可能となっている。また、クライオスタットを一度室
温まで暖めてから真空ケースを取り外すことで、サンプル交換も簡単に行うことができる。
クライオスタットの主な仕様は表2のとおりである。

図７：(TTM-TTP)I3結晶のラマンスペクトル(Excitation: 785 nm, Grating 1200 l/mm, Exposure time:
180 sec,  Accumulations: 1, Laser power: 54.7 µW.)

【おわりに】
近年、レーザーラマン分光法は最先端研究で重要な分析手法の一つとなっている。材料科学
分野では、半導体のストレス解析や微小異物分
析、有機EL材料や有機薄膜太陽電池材料の分析に用いられており、他にも高分子や医薬品関係、鉱物・宝石学や法科学に応用されている。
このように応用範囲は多岐にわたっていることから、様々な分野の研究者からの利用を期待している。
現在、本装置の利用は分子科学研究所内のみとなっているが、平成23年度より施設利用の装図６：クライオスタット

表２：クライオスタットの仕様
サンプルスペース
温度範囲
温度安定性
サンプルホルダ
ドリフト
サンプルホルダ振動
ワーキング
ディスタンスHe 消費量19

機器センターたより

置として公開する予定である。さきに述べたよ
うにラマン分光法は赤外分光法と相補的な関係にある。赤外分光法を含む他の分析方法の長

直径 20 mm
×厚さ 5.0 mm
3.2-500 K

所、短所と比較したうえで、それらとの併用も± 0.1 K

だきたい。

± 1 µm ( 参考値 )± 0.1 µm
5 mm ( 参考値 )450cc/hr @4.2 K

考慮されながら、本装置を研究に役立てていた

７．新装置及び更新の紹介

600MHz NMR

核磁気共鳴装置の紹介
機器センター（NMR、カロリメータ

担当）

中野

路子

平成22年3月に機器センターに3台目となる新だけでなく固体測定もできることです。4 mm

しいNMR装置が導入されました。JEOL社製の

CPMAS probeで はCPMAS測 定 は も ち ろ ん、

600MHz NMR装置（ECA600）です。この装置はチューナブルプローブですので一般的な核種は

平成23年4月より施設利用装置として外部にもほとんど測定ができます。サンプルは4mmのジ公開する予定です。公開する期間は毎月１週間

ルコニアまたは窒化珪素の試料管に均一につめのみになりますが、多くの方の研究にご活用いて測定します。溶液と異なり試料管は大変高価

ただければと思います。

ですので初回利用の場合はお貸ししますが、引機器センターでこれまでに所有しているのは、

き続きご利用になる場合は各自で用意していた400MHz NMR（Lambda400）と500MHz NMR

だきますようお願いいたします。固体測定に関（Lambda500）の2台 で、10年 以 上 前 の 装 置 にしては、物質分子科学研究領域･分子機能研究部

も関わらず所内に多くのユーザーがいます。

門の西村勝之准教授にサポートしていただいて1

13

Lambda400は H、 Cの室温測定、かつ所内ユー

おりますので、初めて利用する場合は共同研究

ザーに限定しており、基本的には短時間でのにお申し込みください。

ルーチン測定に主を置いています。Lambda500

溶液測定でもメリットがあります。
まずは、磁はフィールドグラジエントユニットや低温VT、場が大きいことと分光器の性能が15年前より格4種類のプローブなどのオプションを備えてお段によくなっているために、測定の感度・分解り、さまざまな核種、温度の溶液測定に対応でき能がよいことです。
また、今回導入された溶液プるようになっています。
今回導入されたECA600

ローブ（5 mm HCN triple resonance FG probe）

は他の装置とどのような違いがあり、どのようは、他の2台にはないタイプのプローブで、生体な測定に向いているのかをご紹介したいと思い

1 -13 -15分子に有効な H C Nの3次元NMR測定が可能ます。
装置の概要は以下のようになります。

です。1H観測の2次元NMR測定、1H1次元測定

ECA600は 山 手5号 館 の1階 予 備 測 定 室 に 設はもちろん可能です。また、パルスプログラムが置されました。空調は年間を通して23℃に設定

豊富にラインナップされていますので、適切なもしております。この装置の1つ目の特徴は溶液のを選択することによって複雑な測定が可能です。フィールドグラジエントユニットを装備していますので、
グラジエントシムを使用した簡便な分解能調整が可能なほか、拡散係数の違いを利用してスペクトルを分離するDOSY測定にも対応しています。
また、長時間冷却ユニットがありますので、-20℃以上ですが室温以下で時間制
限なく測定が可能です。この装置のデメリット
としてはLA400とLA500で標準装備している多核測定用のプローブはありませんので、13C-1Dをマグネット 14.1T
溶液
固体
5mm HCN triple 4 m m C P M A S
プローブ
resonance probe
probe
1
15
H
N ～ 31P
観測核
13 15
1
照射核
C, N
H
温度範囲
-20 ～ +100℃
rt ～ +80℃
感度（SN） 1000(1H:0.1% EB)
280(13C:HMB)
オ ペ レ ー OS：WindowsXP Professional
ション
Software：Delta4.3.6

はじめとする多核観測の測定には不向きです。
予約は大学連携研究設備ネットワークにて受け付けます。予約の単位は1日単位ですので、1次元測定でもご利用いただけますが、長時間の2次元測定が優先されます。装置に関するお問い
合わせは装置担当者ic-pub@ims.ac.jpまでお願
いいたします。

機器センターたより

20

７．新装置及び更新の紹介

高感度パルス電子スピン共鳴装置
機器センター（磁気・物性担当）
１．はじめに

藤原

基靖

発振周波数：34 GHz

電子スピン共鳴（ESR＝Electron Spin Resonance）

出力：最大80 mW（ガン発振器）とは、静磁場中に置かれた不対電子（電子スピ3）Q-band用誘電体標準キャビティン）を持つ磁性物質が、マイクロ波を吸収し共鳴共振モード：TE011

がおきる現象を示す。ESR測定では、固体･液体

キャビティ長：5 mm･気体の状態によらず試料を破壊することなく、

光透過率：90%以上（200 nm ～ 5 μm）

電子スピンの状態をミクロスコピックに調べる

最大サンプル径：φ1.6 mm

ことが可能である。電子スピンの存在や構造な

Q値：200

どの静的な情報だけでなく、化学反応や光反応でのラジカル生成・消滅などの動的な過程を調べるのにも使用されており、化学、物理学、生物学、
医薬など様々な分野で応用されている。
本 セ ン タ ー で は、最 も 一 般 的 なX-band( ～9.5GHz帯)の 連 続 波(cw) ESR測 定 装 置 の 他 に、
pulsed X-band、cw Q-band (35GHz帯)、cwおよびpulsed W-band (95GHz帯) ESR装置を保有している。これら一連のESR装置の中で最も高感度で、高度なアドバンスドESR測定が可能な“高感度パルス電子スピン共鳴装置”が導入されたので紹介したい。
２．装置概要高 感 度 パ ル ス 電 子 ス ピ ン 共 鳴 装 置 は、

図１．Q-band FT ESR装置とパルスENDOR用共振器

３．特徴

Q-band(35GHz帯)のマイクロ波を使用し、連続

3－1．高感度、高分解能測定

波（CW）だけでなくパルス波を扱うことが出来

磁気共鳴測定では、電磁波エネルギーの二乗にる。この装置では、従来までの単純なESR測定の比例して感度（信号の強さ）が大きくなる。また

みならず、電子スピンと核スピンとの二重共鳴波長が短いために、電磁波エネルギーを蓄えて(ENDOR)や2つの異なる電子スピンとの二重共おく共振器が小さくなり、試料の占める相対的鳴(ELDOR)測定といった、アドバンスドESR測な体積が増える。これらからX-bandに比べて、定も可能である。装置の仕様を以下に示す。

Q-bandの方が高感度で測定できる。

Q-band FT ESR装置

ESR測定でゼーマン効果による共鳴吸収は、（パルスENDOR、パルスELDOR装置付）

高周波ほど高磁場で起こるため、分裂幅が広が

1）
電磁石及び電源り高分解能で測定できる。

電磁石直径：10インチ（25センチ）
最大磁場：1.48 T2）Q-bandマイクロ波ブリッジ

21

機器センターたより

3－2．パルス測定
CW測定では、スピンの時間平均を観測しているが、パルス測定では、スピンダイナミックス

７．新装置及び更新の紹介
を直接観測できる。さらにスペクトルの多次元

い る こ と で パ ル スELDOR（Electron-electron化も可能になるので、CW-ESRでは分からない

Double Resonance）測定が可能である。一方の

詳細な知見を得ることも出来る。

電子スピンを励起させたときの影響を、もう一（測定例）

方の電子スピンを観測することで、ラジカル間・スピン－スピン緩和時間T2の距離を、相互作用の強さという形で求めるこ

一般的に、パルスを与えた後の自由誘導減衰とが出来る。従来のCWとスピンラベル法の組（FID）や電子スピンエコー（ESE）を観測する。

み合わせでは、比較的短距離の観測しか行えな

例えば、π/2パルスとπパルスとの間隔τを変

いが、パルスでは80Å程度までの長距離の観測化させながらスピンエコー強度を観測することが可能である。タンパクなどの生体系物質の距

でスピン－スピン緩和時間T2を求められる。

離情報測定などに有用である。

図４．4パルスENDORシーケンス

図2．T2測定シーケンス

・パルスENDORENDOR(Electron Nuclear Double Resonance)
測定とは、ESRとNMRの2種の磁気共鳴を組み合わせた二重共鳴法で、磁気的相互作用を行う核種の同定や超微細結合定数を決定できる。
さらにパルス測定法を使用することで、核スピンや電子
スピンの緩和時間などのダイナミクスを直接測定することができ、電子スピンをプローブとして核スピンの情報を詳細に得ることが可能になる。

図５．ESRで観測される相互作用の範囲（上）パルスESRによる観測範囲（下）（※1）

４．その他
詳細（仕様、使用法など）、大学連携研究設備ネットワークのホームページをご覧下さい。
図３．Mims-ENDORシーケンス（上）Davies-ENDORシーケンス（下）http://chem-eqnet.ims.ac.jp※参考・パルスELDOR

1．原英之、分光研究Vol54, P245

2種の電子スピンが非常に弱く相互作用してい

2．ブルカー・バイオスピンHPる系に対し、2種類のマイクロ波パルスを用

http://www.bruker-biospin.com/epr.html

機器センターたより

22

７．新装置及び更新の紹介

高感度蛍光分光光度計（SPEX Fluorolog 3-21）
機器センター（レーザー・分光光度計担当）【はじめに】

上田

正の切換機構が本装置独自のものであることから、

本装置は、汎用の蛍光分光光度計とは違いフそのまま使用することとした。
その他のモジューォトンカウンティング検出による高感度タイルについては、更新前と機能的には同様で、本誌プである。また、近赤外の領域まで測定できる前々号で紹介しているので割愛させて頂く。

検出器も備えていることも大きな特徴の一つであり、全国的にも設置台数が少なく貴重な装本装置の主な仕様を以下に記す。

置である。
しかしながら、購入から15年近く経過し、分光器の光学系の劣化と供に安定性の問題

・検出方式：フォトンカウンティング検出

やS/Nの悪化が著しい状態にあった。制御及び・励起光分光器：ダブルモノクロ分光器

データ収集用のコンピューターも当初のまま

・信号対雑音比率：4000：1

で、起動にも時間を要し、測定途中においても不・検出波長範囲：250 nm 〜 1500 nm

安定な状態で止まってしまうことさえあった。

※近赤外領域での測定も可能

OSがDOSであったことも問題であり、非常に扱・波長精度：±0.5 nm、い難い装置となっていた。そんな状況の中、平成・光電子増倍管：浜松ホトニクス社製

21年度の予算で更新を行うことができた。

紫外可視用R928（電子冷却）
近赤外用R5509-73（液体窒素冷却）【装置の概要】・光源：450W Xeランプ

米国のSPEX社製モジュール方式の蛍光分光

・スキャンスピード：最大150nm/sec測定装置である。本装置の写真と光学系のポン・リファレンス検出器付きT型試料室

チ絵を示す。装置構成は、
光源部、励起側分光器、試料室、
観測側分光器、光検出部、制御部となっており更新前と同じであるが、今回、光検出部を除くすべての更新を行った。光検出部については、
その心臓部である赤外光検出用の光電子増倍管（Photomultiplier Tube：以下PMT）を平成20年度に既に交換していることや、紫外可視用PMTと高感度蛍光分光光度計（上：内部光学配置、
左：外観写真）23

機器センターたより

７．新装置及び更新の紹介
今回の更新で、高感度に加え高速スキャンにが紫外可視用PMTで観測した結果、下段が近赤よって測定時間が短縮でき、時間とともに劣化

外用PMTで観測した結果である。導入当時と性したり光照射により変化する試料についてもよ

能比較するため、今回の更新後についても、同様

り信頼性の高いデータを得る事ができるようにな測定条件で実験を行ってみた。結果を図２になった。
また、制御やデータ収集用のコンピュー示す。上段が紫外可視用PMT、下段が近赤外用

ターについては、Windows Xp上でデータ解析・

PMTの結果である。なお、水道水を使用したたグラフ作成に定評のある「Origin」ベースの新しめ、バックグランドが大きくなっている。蛍光波

いソフトウェア「FluorEssence」によって、３Ｄ

長は365 nm ～ 450 nm、励起側・蛍光側のスリ表示と扱いやすい操作体系を実現している。

ットは5 nm、励起光と蛍光の角度は90度設定と

【測定例】

した。
ラマンの信号振幅を比較すると、今回の更新

１、水のラマンスペクトル測定
本装置のような蛍光分光装置において、水ので可視用（VIS）PMTでは３倍以上、赤外（IR）

ラマンスペクトル測定は、性能評価の一つの目

PMTについては１桁以上、感度が良くなってい安となる。図１に、平成11年導入当時の水（水道ることが一目瞭然である。

VIS-PMT

Intensity水）のラマンスペクトルの測定結果を示す。上段

600000

VIS-PMT㻱㼤㻌㻟㻡㻜㼚㼙
㻵㼚㼏㻌㻜㻚㻡㼚㼙㻵㼚㼠㻌㻜㻚㻡㼟㼑㼏㻴㼂㻌㻥㻜㻜㼂

500000400000300000㻠㻡㻜㻘㻜㻜㻜㻌㼏㼜㼟㻌௨ୖ

200000100000

380

400

420

440

Wavelength (nm)IR-PMT

Intensity

150000IR-PMT㻱㼤㻌㻟㻡㻜㼚㼙
㻵㼚㼏㻌㻜㻚㻡㼚㼙㻵㼚㼠㻌㻟㼟㼑㼏
㻴㼂㻌㻝㻡㻜㻜㼂

140000130000㻞㻡㻘㻜㻜㻜㻌㼏㼜㼟㻌௨ୖ

120000110000100000
380

400

420

440

Wavelength (nm)図１．導入当時（平成11年）の水のラマンスペクトル

図２．今回の更新後の水のラマンスペクトル

機器センターたより

24

７．新装置及び更新の紹介【新装置】○○○○○
参考までに、蒸留水でのラマンスペクトル測成、データ管理等も手軽に行うことができる。勿定結果を図３に示しておく。なお、水のラマン光論、スキャン範囲などの設定条件を入力すれば、のS/N比は、後は自動測定となる。なお、今回の測定時間は、Increment:2 nm で１時間強の短時間であった。

で定義されており、ラマン光シグナルが現われない波長450 nmをバックグランド値としている。
グラフから、Intensity(counts/s)となり、仕様値4000を十分満足している。
Water Raman signal: 397 nm= 512,690 counts/s

500000400000

Right Angle View
Em 365-450 nm, Slits 5nm
Ex 350nm, Slits 5nm
Inc 1.0nm, Int 0.5sec
HV 950V

300000200000Background signal= 4,010 counts/s

100000

0
380

400

420

440

Wavelength(nm)図３．蒸留水のラマンスペクトル２、励起／蛍光スペクトル測定（３Ｄマトリックススキャン）
本装置は、近赤外領域の測定にも対応できる

図４．Nd:YAG 励起/蛍光スペクトル【おわりに】という特徴を持っている。そこで、レーザー媒

フォトンカウンティング検出による高感度測質として最もよく使われているYAG:Yttrium

定方式は他の機種には無く、本シリーズ（SPEX

Aluminum Garnetにネオジウムをドープした製Fluorolog）のみである。本装置では、励起側に

Nd:YAGの 結 晶（Y3-xNdxAl5O12）を 用 い て、３Ｄ

ダブルグレーティング分光器を採用しており低マトリックススキャンを行った。この媒質は、ネ迷光を実現、超微弱蛍光及び蛍光励起スペクト

オジウムイオンが0.73μmと0.8μm付近の光を吸ルや、赤外領域の観測にも威力を発揮できる。今収して、基底状態から高いエネルギー準位に 遷

回の更新で、感度向上とともに最新のソフトウ

移 し、そ の 後 速 い 無 放 射 遷 移 を 経 て1.06μm

エアの導入によって、非常に扱いやすいシステ

でレーザー発振が起こることでよく知られていムとなった。

る。励起波長を700 nm ～ 900 nm、蛍光波長を利用予約方法については、所定の施設利用申1000 nm ～ 1100 nmとして測定した結果を図

請手続きの上、「大学連携研究設備ネットワー

４に示す。
３Ｄ表示によって、励起波長に対するク」予約システム、

蛍光波長のピーク（1064 nm）
がよく見て取れる。

（http://chem-eqnet.ims.ac.jp/index.html）

また、「Origin」
によって、データ解析やグラフ作

をご利用頂きたい。

25

機器センターたより

７．新装置及び更新の紹介

元素分析（ヤナコCHNコー
ダーMT-6）用電子天秤
機器センター（元素分析・質量分析等担当） 牧田

誠二

有機微量元素分析装置では試料をμgの単希釈冷凍機用
AC抵抗ブリッジ

機器センター（磁気・物性担当） 藤原

基靖

【概要】

位まで量りとり定量分析を行うため、天秤の性希釈冷凍機における低温測定では、ノイズや能の占める割合は大きい。長年使用していたミ

自己発熱の影響が無視できない。370 型AC 抵

クロ天秤が老朽化したため本年度、ウルトラミ

抗ブリッジは、精密かつ高精度で低ノイズ、低駆※1クロ天秤 （METTLER TOLEDO社製 型番：
XP2U）への更新を行った。これによって分析結

3708型 プ リ ア ン プ ／ ス キ ャ ナ（8 チ ャ ン ネル）、IEEE-488/RS-232Cインターフェース、閉果の精度向上が期待される。
※1 ミクロ天秤・・・・・・最小表示

動パワーのAC 抵抗測定が可能です。

ループ温度制御などの機能により、既存の冷凍

1μg

   ウルトラミクロ天秤・・最小表示

0.1μg

装置やほとんどの市販冷凍器に組み込んで使用することが可能です。

【XP2Uの主な仕様】
・ひょう量

2.1g

【仕様】

・最小表示

0.0001mg

メーカー：

LakeShore

・繰り返し性

0.0002mg

型番：

370型（3708型プリアンプ／

・直線性

0.001mg・偏置誤差

0.0025mg-5スキャナ付）
入力CH数：

8チャンネル・感度誤差1.5×10抵抗測定：

2mΩ～2MΩ

・感度

温度ドリフト0.0001% /℃

温度測定：<20mK～420K

・感度

長期安定性

0.0001% /a

駆動周波数： 13.7Hz
駆動電流：

3.16pA～31.6mA

PC-IF：

GPIB、RS-232C

その他機能： PID温度制御、アナログ出力、
オートレンジ

参考・“XP2Uウルトラミクロ天びん”，METTLERTOLEDOホームページ【参考】http://japan.mt.com/jp/ja/home.html

東陽テクニカ製品情報
http://www.toyo.co.jp/lakeshore/controller/
370.html

機器センターたより

26

７．新装置及び更新の紹介

パルスＮｄ：ＹＡＧレーザー
機器センター（レーザー・分光光度計担当） 上田【使用目的】

正結晶によって355 nmを発生させている。その機器センターの所有するESR、SQUID、X線な

355 nmのビーム径を約1/3に縮小させ、BBO

どの装置を利用して頂いている共同利用研究者

結 晶 に よ るOPOに よ っ て、可 視 光（650 nm ～から、レーザーを導入した実験を行いたいとの要

450 nm）を発振させ、OPA：Optical Parametric望があった。
特にパルスESRについては、
レーザー

Amplification（光パラメトリック増幅）を加えの波長を任意に変えて実験を行いたいとの要望ることで十分な出力光を得ることに成功した。

から、波長可変レーザーを構築しているところでさらにその出力光を光ファイバーに導入し、り、その励起光源としてパルスNd:YAGレーザー

ESRまで容易に誘導できるようにしている。現を導入した。
その他の共同利用装置については、状では、BBO結晶の角度を手動で回転させる

擬似CW光として実験出来るよう検討中である。

ことで、簡単に波長を連続的に変えることができる。写真では、オレンジ色（5 mJ @598 nm）の【性能紹介】

レーザー光が発振しているのがわかる。今後は、

１、主な仕様実際にESRにレーザー光を導入して実験を行え

Spectra-Physics社製 Nd:YAG LASER: INDI

るよう整備を進めていく。

・出力 200 mJ@532 nm

INDI

・パルス幅 < 8 nm
・繰返し周波数 10 Hz
・寸法：733 x 152 x 179 mm（本体）
647 x 334 x 554 mm（電源）２、導入紹介
本装置（INDI）を 励 起 光 源 と し てOPO：
Optical Parametric Oscillator（ 光 パ ラ メ ト
リック発振）を構築した写真を示す。本装置からは、２倍波の532 nmが出力され、外置きのKDP

写真. Nd:YAG 355nm励起波長可変レーザー

ピコ秒レーザー用オシロスコープ
機器センター（レーザー・分光光度計担当） 上田【更新目的】

・ 周波数帯域：1 GHz

波長可変ピコ秒レーザーシステムにおいて、・ 最高サンプル・レート：5 GS/s

レーザー調整や超高速分子分光実験の信号モニ

・ 最大レコード長：16Mポイント

タ用に高速デジタルオシロスコープは必要不可

・ 立ち上がり時間：300 ps

欠である。本レーザーシステムは、導入から12・ チャンネル数：4

年以上経過しており、同様に備え付けの高速オ・ オシロスコープ・タイプ：

シロスコープも古く動作が不安定となっていた。メーカーの保守サービス期間も終了していたため、今回、後継機種を導入した。

最高で毎秒100,000波形取込・ 寸法：
447（幅）x 285（高）x 288 mm（奥）・ その他：Windowsが搭載、【主な仕様】
テクトロニクス社製 TDS5104B

27

機器センターたより

正

LANによるデータ転送が可能

７．新装置及び更新の紹介【新装置】○○○○○

単結晶X線回折装置（CCD-1, 2, 3）のフレームグラバー更新
機器センター（微結晶用Ｘ線、設備ネットワーク担当）
単結晶X線回折装置のフレームグラバーを岡野

芳則

が止まっていたという事も起きていたので、これWindows XP搭載のPCに更新した。

らフレームグラバーの更新を行う事にした。

装置構成

更新内容

機器センターではリガク社製の単結晶X線回

フレームグラバー PCにはCCD検出器との通折装置を3台所有している。3台ともCCD型検信を行うPCIカードが装着されている。今まで出器を備えた装置で「CCD-1」「CCD-2」「CCD-3」

使用していたカードには Windows XP 用のドと呼び習わしている。1台のX線回折装置は2台ライバが供給されていない為、このカードも更のPCでコントロールされている。CCD型検出

新する必要がある。また、CCD-3ではCCD-コン

器からX線回折画像イメージを取り込んで内部

トロール用のPCもWindows 2000搭載の旧式機処理用にデータ変換を行うPC（フレームグラだった為、この際に新しいPCに更新した。

バーと呼ばれる）と装置全体をコントロールす都合、以下のような更新となった。

るPC（CCD-コントロールと呼ばれる）である。
動作としては (1) CCD-コントロールがゴニオ

・CCD-Mercury用PCIカード（3枚）

メーターをコントロールして結晶を回転させX・フレームグラバー用PC（3台）

線発生装置のシャッターを開閉し、(2) CCD検出

DELL Optiplex 870MT器の画像データをフレームグラバーが取り込み、

CPU: Core2Duo 3.00 GHz(3) 処理した画像データをCCD-コントロールにMemory: 2 GB、HDD: SATA

送る、という流れになる。
（CCD-コントロールと

OS: Windows XP SP3

フレームグラバーはLAN接続されている。
）
測定

320 GB

・CCD-コントロール用PC（1台）
上記とほぼ同じ、HDDのみ500GB。

データの解析処理はCCD-コントロール上で行う
為、利用者はフレームグラバーを明示的に操作する事はない。利用者から見た場合、フレームグラ
バーは「裏で動いている」PCということになる。

結果
更 新 後3 ヶ 月 近 く 経 過 し た が、利 用 者 か ら
フ リ ー ズ し た と の 報 告 は あ が っ て お ら ず、・

更新理由

目的の性能を果たしていると思われる。

このフレームグラバーであるが、利用者から時々フリーズして測定が止まってしまうとの報告があった。リガクでもこの現象を把握しており、原因としてはフレームグラバーで動作して い るOSがWindows98で あ り、こ の よ う な 処
理に向かないOSである為、根本的にはこれをWindows XPなどに交換しないと改善されない、との事であった。
機器センター利用者は外部から来所される方も多く、終夜測定を仕掛けて翌朝来てみたら測定

図1：右側が更新したフレームグラバー用PC

機器センターたより

28

８．交流

NIST08 Mass Spectral Libraryの紹介
機器センター（元素分析、質量分析等
EIマススペクトルは汎用性が高く、ある種

担当）

牧田

誠二

② Compareタブの標準条件において測定されるので再現性もサンプルスペクトルとライブラリーとの照合良い。これは同一の装置のみでは無く、異なるしたスペクトルを様々な形式で表示装置の間でも成立する。この性質を利用して測③ Other Searchタブ

定試料のマススペクトルをライブラリー（EI

Formula, CAS registry number, Molecular

マススペクトルを集め電子化されたデータラ

weight, Sequential method, Any peaks, ID

イブラリー）にある数十万種のマススペクトル

number, NIST number等での検索と照合することが可能であり、これをライブラ④ Namesタブ

リーサーチと呼ぶ。ライブラリーとして最も良NIST Incremental name検索

く確立されているものではNIST（約22万種）⑤ MSMSタブ

およびWiley（約40万種）で、それらに集録されESI, APCIによるMS/MS Libraryているスペクトルの参照が可能となっている。・【マススペクトル解釈ツール（MS Interpreter）】

機器センターでは、最新バージョン（2008ver）の① フラグメント解析【NIST08 Mass Spectral Library】を所有してお

化学構造式とマススペクトルを関連付けて、り、このソフトウェアの紹介とそれに伴う以下

分子の論理フラグメントとして作成されたスのサービスを提供する。

ペクトルのピークがマークされる。
（次頁 図2）

1. NIST08 Mass Spectral Library主要機能② 同位体強度比較【ライブラリー】

同位体強度を観測されたスペクトルと比較

・192,108件の化合物
・220,460件のスペクトル【部分構造識別（Substructure Information）】
部分構造の有無の確率をリスト表示（図3）・21,847化合物に224,038件のリテンション
インデックス  ・14,802件のMS/MSスペクトル【ソフトウェア】
・NIST08ライブラリーサーチ
・MSスペクトルから部分構造の推測
・名称、
ピーク値、CAS番号、分子式、分子量からの検索
・プライベートライブラリーの構築
2. 使用例【ライブラリーサーチ】① Lib.Searchタブ
ライブラリーサーチメイン画面、様々な検索結果を表示（次頁 図1）29

機器センターたより

図３.

Substructure Report８．交流
利用の際は所定のファイル形式に変換した質量3. 使用方法
機器センターでは所内利用者に対し質量分析

分析測定データとChemDrawやChemSketchなの依頼分析を行っている。未知試料の測定結果

どで構造式が明記されている電子ファイルにてにおいて【NIST08 Mass Spectral Library】の利使用が可能となっている。尚、詳細については機用を希望する際は質量分析依頼書にその旨を記

器センター HP[1]を参照して下さい。

載していただくことで対応している。また、当ソ
フトウェアでは各研究室にある質量分析計で測参考定したデータに対しても一部使用することがで[1] 機器センター HP

きる。

http://ic.ims.ac.jp/imsonly/request/NISTHP/
nist.html

図１.

Lib.Searchタブ

図２.

フラグメント解析

機器センターたより

30

○○○○○
８．交流

サンプル準備室のご案内
機器センター（磁気・物性担当）
分子研来所後にサンプル調整や準備が必要な藤原基靖【グローブボックス】

場合、明大寺地区・極低温棟201号室の準備室が（IUCHI）「極低温棟201」

お使いいただけます。真空ラインやドラフト、天

・サイズ：

びんなど、
各種設備が設置してあります。なおそ・真空引き：不可の他の部屋に設置してある設備も可能な場合が・置換：PSA式窒素ガス発生装置、各種ボンベあります。
使用方法・注意事項は、各部屋の担当者までお問い合わせ下さい。
また、
下記以外に希望の設備がありましたら、
お問い合わせ下さい。
可能な限り対応いたします。
【真空ライン】（自作）「極低温棟201」・真空度：（RP）～ 3 Pa、（DP）～ 10(-4) Pa・サンプル：TS15/25×2本、φ6mm管×2本
・置換：ヘリウム、窒素など【定温恒温乾燥器】（EYELA NDO-400）「極低温棟201」
・温度調整：室温+10℃～ 250℃
・温調精度：±1℃
・庫内サイズ：450W×450D×400H【ドラフトチャンバー】（Yamato KFC2180）「極低温棟201」※廃液処理は各自で行って下さい。

31

機器センターたより

８．交流【超音波洗浄機】【実体顕微鏡】（アズワン・US-1R）「極低温棟201」（島津・SMZ）「極低温棟006」

・槽内寸法：152×139×100mm

・接眼レンズ：10X、20X

・機能：ヒーター、タイマー、プログラム

・対物レンズ：0.8X ～ 4X
・照明：リング、透過・作動距離：77.5mm
・その他：作業台（292×305mm）【天びん】（島津・UW620H）「極低温棟201」
・ひょう量：620g
・最小表示：0.001mg（ライカ・S8 APO）
「南実験棟SB06」
・接眼レンズ：10X、16X、20X
・対物レンズ：1X ～ 8X
・照明：リング、スポット、透過、偏光・作動距離：75mm（メトラートレド・XS-105DU）「極低温棟006」
・ひょう量：41 g / 120 g
・最小表示：0.01 mg / 0.1 mg
・安定時間：1.5秒

機器センターたより

32

８．交流

小型貸出機器の紹介
機器センター（レーザー・分光光度計等担当）【はじめに】

上田正

定日を設定される方は利用開始日から２週間以

これまで本誌では、分光・蛍光Ｘ線装置の紹内の日を記入して頂き、｢継続使用を希望｣として介を順に行ってきた。平成２２年度４月現在、

頂ければ新たな予約が入るまで継続してご利用

明大寺地区における分光装置として、高感度蛍頂けるようにしている。但し、新たな予約が入っ光分光光度計（SPEX Fluorolig 3-21）、可視紫外
分光光度計（Hitachi U-3500）、そして新装置の顕微レーザーラマン分光装置（Renishaw in Via
Reflex）がある。顕微ラマン分光装置、高感度蛍光分光光度計については、それぞれ本号の新装置、更新機器のページで紹介している。可視紫外分光光度計についても前号で紹介し、蛍光Ｘ線
分析装置（JEOL JSX-3400RⅡ）も同号で紹介済
みであるのでご参照頂けば幸いである。そこで
今回は、小型貸出機器の紹介をさせて頂きたい。
【小型貸出機器の紹介】
各種実験に利用できる汎用性の高いものを、
小型貸出機器として現在121台を保有している。
例えば、電源・ボックスカー・発振器・エレク
トロメーターなどがあり、光スペクトラムアナ
ライザー・オシロスコープ・分光器などの高価なものも備えている。現在は、所内専用とさせて頂いているが、所外の方でも施設利用等の実験の際に利用して頂くことは可能である。
利用の手続きについては、小型貸出機器の利用・予約システム
http://haruka.ims.ac.jp/kogata/yoyaku/
kogatayoyaku.htm
から、クリック操作で簡単に行えるようになっている（図１参照）。画面の内容に従って進んで頂
ければ、機器の予約や利用の手続き、検索閲覧が
できる。
なお、
既に利用、
あるいは予約されている機器の場合であっても、同様に手続きをして頂
ければ、ご利用頂けるよう、当センターで出来る
限り日程調整をさせて頂く。貸出期間について
は、原則２週間とさせて頂いているため、返却予

33

機器センターたより

図１．利用・予約・返却方法の手順

８．交流
機器名
ロックイン増幅器
ボックスカー積分器
広帯域前置増幅器
高速電流増幅器
スペクトル解析装置
ユニバーサルカウンター
スペクトラムアナライザー
関数信号発信器
ファンクションジェネレーター
ファンクションシンセサイザー
Synthesized Sweeper
任意波形発生器
パルスジェネレーター
デジタルディレイジェネレーター
デジタルマルチメーター
エレクトロメーター
ミニマルチメーター
高感度デジタルボルトメーター
デジタル温度計
シングルモノクロメーター
水銀ランプ
キセノンランプ
重水素ランプ
ライトチョッパー
分光光度計波長較正用ランプセット
標準ハロゲンランプ
波長較正用水銀ランプ
デジタルフォトメーター
パルスウェーブメーター
光スペクトラムアナライザー
ストレ - ジオシロスコープ
デジタルオシロスコープ
オシロスコ - プ用ポラロイドカメラ
サンプリングユニット
オシロスコープ用高圧プローブ
アンプユニット
時間軸ユニット
直流定電圧／定電流電源
２出力直流定電圧電源
直流安定化電源
定電圧電流電源
高圧安定化電源2 ペンＸ－Ｙ－ｔ記録計
Ｘ－Ｙ－ｔ記録計
データロガー
時間軸較正器シングル チャンネル アナライザー
パルスカウンター
増幅器
タイミングフィルター増幅器
C.F. ディスクリミネーター
フラックスゲート型磁力計
NMR ガウスメータ

表１． 小型貸出機器

台数
6
23
4
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
6
6
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
7
2
1
1
2
1
5
1
1
1
13
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1

た時点で、出来る限り速やかに返却して頂きたい。返却の際も、同ページから返却手続きを行う
ことができる。
本予約システムをご利用頂くほかに、お電話やメール、或いは直接声を掛けてご連
絡頂いても結構である。なお、小型貸出機器は、
レーザーセンター棟201室の所定の場所に保管しており、利用の際の機器の持ち出し、及び返却は、利用者自身にお願いしている。
参考までに、
小型貸出機器のリスト（機器名別）
を表1に示す。詳細は、
http://haruka.ims.ac.jp/kogata/silist/
kogataclsw.html

をご参照頂きたい。

【おわりに】
汎用性のある小型貸出機器は、流動性の高い
分子科学研究所にはなくてはならないものと思っている。また無駄な投資を防ぐ意味でも共通性のある機器を備えておくことは必要であろう。
今後も、機器の必要性や利用率、性能等を調査・検討しながら更新・新規購入等、適宜行い、更なる利便性の向上に努めていきたいと考えている。

機器名別リスト機器センターたより

34

８．交流

明大寺地区低温施設の現況報告
機器センター（寒剤明大寺地区担当）
１

はじめに

高山 敬史

ている。今回は、明大寺地区の低温施設の現状報

分子研では、明大寺地区および山手地区にお告を中心に紹介を行う。明大寺地区では、平成

いて液体窒素・液体ヘリウムの供給を行ってい

21年度の寒剤供給量は、それぞれ液体ヘリウムる。平成21年5月、明大寺地区のヘリウム液化機

38,970ℓ、液体窒素19,758ℓに及ぶ。年度別の寒が故障してから現在に至るまで、山手地区のバ剤供給量を以下に示す。

ックアップを得て液体ヘリウムの供給が行われ

2．3

次に、明大寺地区の高圧ガス製造施設の概要

高圧ガス製造施設の管理

寒剤は高圧ガス保安法の対象となる物質であを報告する。

るため、高圧ガス製造施設としての保安の管理
２

寒剤の供給

も重要な業務となる。

寒剤の供給業務は主に以下に掲げる項目があ
３

る。
2．1

液体ヘリウムの供給

液体ヘリウムの供給
3．1

山手地区からの供給

高分解能核磁気共鳴装置・電子スピン共鳴装現在、明大寺地区のヘリウム液化機が故障し置・各種物性機器など、
超電導マグネットを有しているため、液体ヘリウムは山手地区にあるヘ

た実験機器の運転には必要不可欠な冷媒である。

リウム液化機TCF20により完全なバックアッ

2．2

液体窒素の供給

プを受けて、暫定的な供給方法で賄っている。

主にサンプルの冷却用に用いるが、液体窒素

共通に使用できる容器は50 ℓ×2台、100 ℓ×

トラップによる不純物の除去、あるいは低温実

16台がありこれらを使用して、ヘリウムユーザ

験装置内部への輻射熱を抑える断熱を目的としーへの貸し出しを行っている。ヘリウム容器のた用途に用いられるなど使用用途は幅広い。

持ち出し期間が長くなると、使用できる容器に35

機器センターたより８．交流
余裕がないため液体ヘリウムの供給に支障が出

3．2

ヘリウムガスの回収てしまう。
更に、液体ヘリウムを完全に空になる回収されたヘリウムガスは、12本組カードルまで使用すると、ヘリウム容器は室温まで温ま4基に充填されて山手地区に輸送される。昨年度ってしまうため、この場合、容器はすぐには使えからのヘリウムガス運搬実績等を以下に示す。

なくなるので注意が必要である。

3．3 液体ヘリウムの持ち出し自動化システム

5

高圧ガス製造施設の管理

ヘリウム容器の持ち出しは、『液体ヘリウム供

液体ヘリウム製造装置、ヘリウムガス回収装給自動システム』によりパソコン制御で行うた置、液体窒素貯槽は何れも高圧ガス保安法に則め完全に全自動で管理されている。システムにり有資格者が管理をしている。

付随するタッチパネルとスキャナで必要な情報の読み込みを行うだけで、初心者でも簡単に取り扱うことができるのが特徴。

6

ヘリウム液化機の更新
明大寺地区のヘリウム液化装置の更新が決まった。液化機・液化用圧縮機・液体ヘリウム貯槽・
４

液体窒素の供給
4．1

セルフサービス方式

ユーザー自身が液体窒素を汲み出すシステムとなっている。
4．2

供給の予約は特に必要なし

勤務時間内であれば好きな時間に汲み出すことができる。
4．3

液体窒素の汲み出しは完全自動化

分子研ではすでに25年ほど前から自動化に対バッファタンク・ガスバッグ・回収用圧縮機・
中圧ガスドライヤーおよび周辺装置が、平成23
年11月末には新しくなる予定である。新装置の主な特徴は、今までの機器と比較して省エネ型になっている。具体的には、ほぼ同じ液化率に対して、液化用圧縮機の電動機が旧型410KWに対し、新型では160KWの能力で実現できる等、今の時代に相応しい環境エコロジーを意識したものとなっている。

応している。 両地区共通のバーコードによる管理情報の読み取り方式を採用。 操作画面にタッチするだけの簡単操作で初心者でも取り扱うことができるのが特徴。

機器センターたより

36

８．交流

大学連携研究設備ネットワークについて
機器センター（微結晶Ｘ線、設備ネットワーク担当）
１．はじめに大学連携研究設備ネットワークは全国の大学が所有する研究設備を提供しあい、これを相互

岡野芳則

品の交換／オプション部品の追加／制御コ
ンピュータ系の更新などを全国的な協調の元に行う。（設備の復活再生）に利用する事によって大学の研究活動をより推◦更に、古い機種の復活再生だけでは研究の進する為のプロジェクトである。本稿では、この進歩に対応出来ない為、最先端の設備に対プロジェクトの概要について紹介する。

して重点的に整備を行う。（最先端設備の
整備）

２．背景
1980年代から90年代前半にかけて政府は巨額の予算を投入して大学・研究機関の研究設備の◦平成22年度からは共同研究の採択も行い、設備利用の為の旅費や利用料金などに当ててもらう。

整備を行ってきた。しかし国公立大学が独立行◦相互利用を円滑に行う為にインターネット

政法人化した後、設備の更新予算などが得られを利用した予約課金システムを構築し、登にくい状況となった為、これらの設備の保守、更録機器のマシンタイムを利用者がWebブ

新、機器の新規購入が極めて困難な状況となっラウザ上から確保できる様にする。

てきた。日本の基礎科学の研究教育基盤の崩壊◦各種業務を円滑にする為に全国を12の地域が危惧される中、この危機に対処する為に、化学に分け、それぞれの地域を代表する拠点校

系としては唯一の全国共同利用機関である分子を設定する。

研が中心となり、化学系の教育研究組織を持つ設備の利用者側からみた場合、自分の研究に

全国の機関（72国立大学 + 分子研）が協同し「化利用できる設備が全国の大学から選択できる

学系研究設備有効活用ネットワークの構築」と

為、より高度な測定が可能となる事が期待できいうプロジェクトが立ち上げられた。

る。また、設備の提供側からみた場合、利用料徴

プロジェクトは平成19年度からスタートし、集による設備の維持費確保やプロジェクト予算

3年を経てプロジェクトの見直しがされ (1) 対による設備の整備が期待でき、また利用者が全象を化学系のみに限らず、物理・生物・医学な国に広がる事により利用頻度の低い設備の有効どの方面にも広げていく (2) 国立大学以外の私活用が期待できる。

立・公立大、民間にも参加対象を広げる、の2点を入れ、プロジェクト名称は「大学連携研究設備
ネットワークの構築」と変更された。

４．利用料金の処理設備の利用予約、課金処理などは全てwebを使ったシステム上で行われる。利用記録は毎月

３．プロジェクト概要
本プロジェクトの活動は以下の項目が柱となっている。

大学事務に報告され、四半期ごとに料金の相殺処理が行われる。相殺処理とは他大学設備を使ったその大学の支払額と設備提供による収入を◦設備の相互利用を行い、その利用料金を徴

差引し、その差額分のみを拠点大学との間でや集する事で設備の維持費を確保する。

り取りするものである。学内の各研究室からの◦プロジェクトで確保した予算により、老朽

料金徴集は利用記録を元に研究室費の振替など化・型遅れとなった設備に対して修理／部によって行われる。学内設備を学内利用者が使37

機器センターたより８．交流
用した分については、利用記録は大学事務に報われ、その後設備管理者が課金処理を行う。

告されるが実際の処理をどのようにするかは各大学にまかされている。

７．予約課金システムに備わっている機能
マシンタイム５．公立・私立大、民間の参加について◦予約時間の単位は1日単位から最小5分単位

平成22年度より参加可能となった公立・私立

まで、設備ごとに個別に設定できる。X線

大、民間については国立大学と扱いが若干異ななど長時間測定するものは1日、NMRなどっている。これらの機関については以下のようすぐに測定が終わるものは5分単位など、設な規定がある。

備にあわせた運用が可能。

◦私立大等所有の設備はシステムに登録でき◦設備管理者がメンテナンス用等にマシンタイムを確保できる。

ない（設備提供できない）。又、復活再生や最先端設備の予算措置はない。

料金◦設備提供大学は私立大等の機関に対して設◦学外料金、学内料金、部局内料金など、利用備を提供する事が可能であるが、これは義者所属に応じて別々の料金が設定可能で、務ではない。
（個々の機関に対して利用を許適応する料金はシステムで自動判定され可する／しないは各大学の判断となる。）よる。

って私立大等の利用者は利用前に利用が可◦オプションで寒剤料金を設定したり、質量分析装置の低分解能／高分解能測定のよう能か確認する必要がある。

な測定の種類によって別料金を設定でき◦料金のやり取りは設備提供大学と私立大等る。

の利用機関の間で、1対1で処理を行ってもらう。
（相殺処理等は行わない）

予約◦相互利用（マシンタイム確保）、依頼測定の2

６．予約課金システムを使った利用の流れ

種類の予約を扱える。

予約課金システムには当ネットワークホーム◦研究室全体で使える予算を設定しておき、

ページ（図1）からログインする。利用者、設備管利用者（研究室メンバー）が設定額以上に利理者ともに、このシステムにログインして各種用できない様になっている。
（金額が不足し作業を行う。利用の流れは (1) 利用者が予約をた段階で予約が入らなくなる）

入れる (2) 設備管理者が予約の承認をする (3)
実際の測定が行われる。(4) 利用に対する課金処理を行う、となる。

◦利用者が普段よく使う設備を登録しておく事ができる。
その他

設備の利用形態には「相互利用」と「依頼測定」◦学内専用設備。この設定にしておくと他大がある。相互利用とは利用者自らが操作して測学利用者から設備の存在が見えず、また予定を行う形態で予約時にマシンタイムを確保す

約も入れられない。他大学に解放していなる。
「依頼測定」はサンプルを送付して設備管理

い設備も本システムで運用ができる。

者に測定を行ってもらうものである。どちらも◦自動課金処理機能。通常は設備管理者が予

利用者が予約課金システムから予約を入れると約を1件ずつ課金処理するが、料金が1種類

設備管理者にメールで通知が入り、予約を受けしかなければ利用期間を「利用者の予約通付けるなら承認処理、受け付けないなら却下処り」としてシステムに自動的に課金処理を理を行う。予約が承認されれば実際の測定が行行わせる事ができる。

機器センターたより

38

８．交流
○○○○○

図1 ネットワークホームページ(http://chem-eqnet.ims.ac.jp/index.html)

８．各種実績数値（2010年11月現在）
参加機関：78機関（国立大 72：公的研究機関 ２：
私立大 １：民間 １）
登録研究室数：1,480
登録利用者数：6,634名
登録設備数：337台（他大学に公開：258台、学内専用：79台）
累積利用件数：49,008件（相互利用：48,048、依頼測定：960）
復活再生予算措置

H20年度

19台、

H21年度

25台、

H22年度

１台

最先端設備予算措置

H21年度

36台

共同研究採択H22年度

25件

９．終わりに学内専用設備の運用も可能となっているので当システムを多くの人に使っていただければ幸
いである。

39

機器センターたより

８．交流

Oxford社Kelvinox300希釈冷凍装置を用いた熱容量測定システム
大阪大学 大学院理学研究科 化学専攻
機器センター（磁気・物性担当）
１．はじめに

中澤

康浩，福岡
藤原

脩平
基靖

平成21年度は，しばらく使っていなかった希機器センター長の薬師久弥先生から，分子釈冷凍装置の性能チェックから始めました．冷研の実験棟1Fにある大型の希釈冷凍機装置を

凍機は100 mK前後のある程度の低温までは比使って極低温実験をしてみないかという話を頂較的に簡単に冷えるのですが，温度の安定が悪き，平成21年から物質分子科学研究部門の客員

くガスの凝縮に必要な時間も不確定で，どこに教員として，大阪と岡崎を行き来しながら装置原因があるのかあれこれ原因をさぐりましたのセットアップと実験をしております．薬師先が，かなり以前に修理していた真空配管にリー

生からお話があった平成20年の秋ごろ，酸化ル

クが生じてしまっていることがわかりました．

テニウムチップを温度計に用いて極低温・17.5

実験棟の改修工事に伴い，装置を実験棟1FからTまでの強磁場下で測定できるコンパクトな熱

極低温棟004室に移動する必要もあり，そのタイ

容量測定装置を東北大金研で野尻グループと共ミングにあわせて再修理を行いました．この種同開発をおこなっておりました[1]．さらに少量の冷凍機ではよくあることですが，リークがとの試料を用いて分子性化合物の熱容量測定装置

まってみると，冷凍機の性能は非常に安定してを作成するとともに，汎用型の微細加工したマ

おり，順調に稼動してみれば取り扱いもそれ程イクロチップ熱測定装置を分子研の冷凍機に組

大変ではないことがわかりました．最初みたとみ込めれば共同利用などにも有効に使えるのではないかと考え開発に着手しました．

図1(ｂ) 制御パネル

図１（a）希釈冷凍装置全体（極低温棟 004）

図1 (c) 希釈冷凍装置トップフランジ

機器センターたより

40

８．交流
きにはたこ足のようになっていて，果たして自分らだけで組み上げられるのか不安を感じた真
空配管も，実はそれ程大変なものでなく気をつけなければいけないところは数点であることがわかりました．
２．希釈冷凍装置Kelvinox300
順番が逆になってしまいましたが，ここで，あらためて装置について説明いたします．冷凍装置 は 英 国Oxford Instruments社 のKelvinox300というタイプの希釈冷凍装置です．希釈冷凍装
置とは，3Heと4Heの混合液体が1 K以下の低温領域での相分離する特徴を利用し, ２つの相の間を3He原子を移動させることで冷却能力を生みだし，最低温度で10 mK台の超低温まで温度をさげ物質の基底状態に近いところで実験を行うことができる装置です．図 1 にその全体写真

図２．装置の構造と原理図と制御システム、配管の概観を写真で示します．

で吸熱がおこり大きな冷却パワーが生じます

液体ヘリウムにつかった断熱槽（IVC Inner[2] ．この装置の場合，100 mKでの冷却能力はVacuum Can）中に，上部から順に1Kプレート，

300 µWとなるように設計されており，そのパ分留器(Still), 冷却プレート（Cold Plate）,

熱交

ワーによって混合器の最低到達温度は21 mKに換器，混合器（Mixing Chamber）という構造になります．冷凍機本体は最高16 Tまでかけられなっており，
段階的に温度が下がります．

る超伝導磁石に組み込まれています．磁場を上

図 2 はその原理と構造を示しています．細い下させるときの誘起電流によって混合器の温度

凝縮ライン（コンデンサーライン）から導入さが上昇するのを防ぐため，混合器からは，スリッ

3

4

れた He- Heの混合ガスは，1Kプレート部にあトをいれた銅製のロッドをおろしその先端につる1Kポット内で凝縮して液体となります．そのけた試料プレート部が丁度磁場中心になるよう

後，分留器（Still）を経て，チューブインチューになっています．測定したい試料があれば，このブの構造をもつ熱交換器に入り，最終的に混合

試料プレートに貼り付けて測定することになり器の中に相分離した液体としてたまります．相ます．一回の冷凍には液体ヘリウム100 Lと液体

4

分離した液体は，混合器内の下側は Heがメイ

窒素30 Lくらいが必要ですが，一度低温に下がンでそこに6% 程度の3Heが混ざった相，上側はれば，液体ヘリウムは４，５日に一度，約40 L程3

純粋な Heだけの相となります．下側の相から3

Heをポンプで減圧して取り去ると上の相から3

Heが2成分間の組成のバランスを保つように
3

度を追加するくらいですみます．
３．緩和法による極低温熱測定システム

境界を越えて移動してきます．両相の中で He

冷凍機の内部では24本のリード線が，室温か原子がもっているエントロピーが異なり，大きら低温までおりているので，自分の測定したい

なエントロピーをもつ上側の相から，低いエン

実験にあわせて配線は変えることができます．

3

我々は，試料ロッドの先端に図 3 に示した写真

トロピーの下側の相に He移動するため相境界41

機器センターたより８．交流の式から熱容量を求める方法であるため，熱緩和法，あるいはより簡単に緩和法といわれています．熱測定というと断熱法による大きな複雑な装置をイメージしますが，分子性化合物のような薄片状の単結晶試料の測定をするためには，この緩和法が一番適した方法です．また，この方法には，磁場などの外場をかけても測定ができる利点があり，分子性伝導体，超伝導，分子磁石，金属錯体などを対象に広く進められてい図３．緩和型熱容量測定セル

ます．最近，多くの研究者が基礎物性のデータをとるために使用している，カンタムデザインのような構造をもつ緩和法による熱容量測定ユ社のPPMS（Physical Properties Measurement

ニットを組み込みました．緩和法は100 µg程度

System）の比熱測定オプションにも取り入れらの少量の単結晶や多結晶を用いて熱測定の絶対れており[5],  大阪大学でも有機伝導体や有機磁値まで含めて求めることができる熱測定手法で性体などを対象に，3He温度, 15 Tまでの実験

す [3-4]．バルク状の試料であれば、必ずしも結は自作の装置で定常的に行っております．

晶でなくても粉末を固めたペレットなどでも測

我々は，分子研の希釈冷凍機にあわせて新た定ができます．測定セルは、熱浴部とそこに弱くなセルの設計を行い100 mK 以下のより低温領

熱的にリンクされた試料ステージから成りま

域で効率よく測定できるようにしました．極低す．
試料ステージには，小型の温度計とヒーター

温でも熱伝導が良く，しかも100 mK以下の低温がついており，図 4 に示したようなヒーターにでも原子核スピンの寄与による熱容量が出てこ一定電流を通電することで、試料温度を熱浴かない材料として，銀を選び，純銀のセルを金属加ら一定の温度∆T だけ高い定常状態をつくるこ

工し，ハンダ付けをしてセルの主要部を作成しとができます．定常状態からヒーター通電をやています（図 3 の写真参照）．また，低温領域まめ試料温度を熱浴温度に等しくなるように緩和で比較的効率よく冷却しながら一方で，熱容量させると、指数関数的な温度の緩和がおこっての温度依存性の測定を精度良く比較的高温まできます．
緩和の時定数をτ とすると、試料ステー

連続的に測定したいので，試料ロッドから肉薄

ジの熱容量は，熱浴と試料ステージの間の熱伝のステンレス管を用いて熱の伝わりを遮断し，導度をk を用いてC p =k -1τ と記述できます．こ

リード線に用いている銅線と銀箔の熱伝導で低温まで冷やすようにしました．試料センサーにはKOA社の酸化ルテニウムのチップ温度計
を 用 い て い ま す．KOA社 の 室 温1 kΩの セ ン
サーは，低温領域での温度特性が良く知られた
variable range hoppingという伝導機構を示す
式にあいます．50 mK程度まで温度が下がっても100 kΩ程度までの抵抗の上昇に抑えられる
ため，機器センター所有の LakeShore社の370

図４．緩和法熱容量測定の温度変化曲線（左）と熱系の概念図（右）ブリッジなど低励起電流の精密交流ブリッジで十分測定可能になります．

機器センターたより

42

８．交流
図 5 に，この希釈冷凍機を用いて測定した分子

した誘電現象，開殻構造をもつ原子上や分子軌性伝導体の熱容量の一例を示します．

道に非局在化した分子スピンの自由度，さらに固体中での格子振動の自由度が存在しており，▪0Ｔ
C PT -1/JK2mol -1◦1Ｔ

それらが相互作用しながら多様な相を発現します．室温から温度を下げていくと，たとえ相互作
用が弱くても，熱力学的には，秩序化した状態をつくっていくことになります．相転移の機構を明らかにし，各相の間の相関係を理解することは，物性研究の醍醐味の一つです．相互作用は小さくても，乱れの少ないきれいな試料では極低温で大きなエントロピーをもつ相転移となった
り，また，比較的大きな相互作用が拮抗してい図５．κ-BETS2FeCl4の0Tk , 1T磁場下での熱容量の温度依存性

るところに生じる微妙な差異による相転移や，物質は以前，分子科学研究所におられた小林

体効果によって生じる新しい自由度が相変化を速男先生が合成された有機磁性超伝導体のκ引き起こす可能性もあります．さらに，分子クラ3+-BETS2FeCl4で す[6]．ア ニ オ ン 層 のFe が 反 強量子スピンのフラストレーション系のように多スター内での磁性や伝導，分子結晶界面での電磁Fe 性の磁気秩序を示しますが，その秩序構

子状態や単分子デバイスなどが現実のものと造の中で，BETS分子層が超伝導になります．

なってくると，極低温での精密な電子エントロ

磁性と超伝導が共存する物質として非常に注ピーの計測が新しい現象の開拓につながること目されています．アニオン層にあるFeイオンのが多々出てくるように思われます．低い温度領秩序化による相転移が0.5 KのC pT での大きな域まで物質を冷やしての熱的な測定を行うことピークとして見えています．実験に用いた試料は，このような新しい現象の開拓のためにも重

3+

-1

3+

は45 µgの単結晶で，Fe の様な大きなスピン要な実験になります．

をもつ物質であれば，ほんの少量での測定も可

筆者の1人である中澤は以前，分子研の分子集能です．
超伝導転移による熱容量の異常は，この団研究系に在籍しておりました．極低温棟の004

磁性転移にくらべると遥かにエントロピーが小室は，そのころは一世代前の古い希釈冷凍機がさく今のところ見えていませんが，現在，より高おいてあり，それを実験に使用していました．そ

感度な測定を進めて何とか観測したいと思っての後，分子研を出て二つの大学に在籍しました

います．このデータでは0.16 Kからのデータをが，液体ヘリウムなどの寒剤の使用はどの大学出していますが，70 mK程度から10 Kくらいも様々な独自の工夫をして能率よく使う努力をの間を連続的に測定できるように現在改良を加しています．客員教員の機会を頂き，もう一度分

えているところです．

子研で実験をしてみると，ここでの実験のしやすさを改めて感じます．極低温棟にいると，窒４．分子性化合物と熱測定

素，ヘリウムなどの寒剤はすぐにも取りにいく

分子性の化合物では，個々の分子がもつ振動ことができます．土，日，祝日でも緊急の場合にや回転運動の自由度に関連した様々な相転移，は使うこともできるのは驚きです．ちょっとし相変化が起こります．また，これらの化合物でた加工でも装置開発室にお願いすることができは，分子内の電荷の偏りによる分極構造に起因ます．夜間でも，あまり気兼ねすることなく実験

43

機器センターたより８．交流を継続することができます．是非，この環境を維持して頂ければと思います．
低温での測定に興味のある皆様は，是非，機器センターにご連絡ください．
謝辞
希釈冷凍装置で実験については、機器セン
ター長の薬師先生に多大なる尽力を頂きました。御礼申し上げます。また、寒剤等の使用でご協力いただいております、高山敬史さん、急な出張手続き等にもいつも対応して頂いている電子物性研究部門の阿部仁美さんに感謝いたします．

文献[1] 中澤康浩、山下智史
ポート[2] 第5版

大阪大学化学熱学レ

No.27 (2006) p.54-p.55
実験化学講座7 電気物性，磁気物性

p.361-p.365.
[3] 熱量測定・熱分析ハンドブック
和法熱容量測定2.2.16 緩

p.74-p.76.

[4] Y. Nakazawa: in Comprehensive Handbook
of Calorimetry&Thermal Analysis, ed. M.
Sorai (John Wiley & Sons, 2004)  p.72-p.75.
[5] 日本カンタムデザイン社HP
  http://www.qd-japan.com/[6] T. Otsuka, A. Kobayashi, Y. Miyamoto, J.
Kikuchi, S. Nakamura, N. Wada, E. Fujiwara,
H. Fujiwara and H. Kobayashi, J. Solid State
Chem. 159 (2001) 407.

機器センターたより

44

８．交流

機器センターへの要望
京都大学大学院理学研究科

馬場正昭

学術基礎研究を続けていくことが難しくなっ援された予算で整備及び維持されている真空チている昨今において、分子科学研究所の施設利ェンバーやデータ処理装置を利用させて頂き、用制度、とりわけ機器センターの共同利用機器

たいへん有難く思っておりますが、このようなを使用できることは、たいへん有難いことと感観測系においても、汎用レーザー装置と合わせ謝致しております。特に私がこれまで続けてきて機器センターの予算で構築され、利用者が試た高分解能レーザー分光は日本では非常に厳し料を持ってくれば、誰でもデータを出せるようい状況であるにもかかわらず、協力研究や施設な状態に整備されることを望んでいます。

利用で機器センタースタッフの皆様に支えて頂さらに、研究領域研究者との協力研究を行う

き、ここ数年大きな成果を上げることが出来ま

中で技術的な問題に立ち向かう時があります。

したことを改めて御礼申し上げますと共に、そそんな時に、分光計測に詳しい機器センター技の利用で気づいた点などを述べさせて頂きたい

術職員に相談を申し上げたところ、快くレーザと思います。

ーの調整や計測装置の取り扱い、データ処理ソ

機器センターの分光装置は、各種分光光度計

フトの開発などを引き受けて下さいました。もと汎用レーザー装置に大別され、機器ごとに決

ちろん、これは機器センター技術職員の通常業められた担当者のもとで行き届いた保守管理を務ではありませんでしたが、職員の方々のボラ実施して頂いております。中でも汎用型レーザ

ンティア的な尽力で非常に助かりました。そこ

ー装置は、一部更新された機種があるものの、そで、機器センター技術職員が日常の保守管理業のほとんどが導入後15年を経過しております。

務で培った技術やノウハウを機器センター以外

経年劣化で消耗部品の交換が必要になっても部の場所でも生かされる仕組みを考えて頂けな品の入手ルートが既に断たれているものが多いでしょうか。このことは機器センターだけのく、交換部品の製作や他の部品の改造流用等の問題でもありませんので、研究施設の垣根を超機器センター担当技術職員の並々ならぬ努力にえる点において、全国の技術職員の先進的な組より、性能を維持できています。これは正しく大織である技術課がその底力を発揮して、研究施学連携設備ネットワークの設立理念であり、機設間、研究領域と研究施設間の連携強化による器センターでは名実ともに実行されているわけ

相互技術支援をお願いできればと思っておりまです。
しかしながら、そのように組織によって維す。

持されている汎用レーザー装置であっても、観

特に、測定ソフトウェアの著作権保護につい

測系の整備は機器センター技術職員個人の興味ては早急に対策を講じる必要があります。これと努力に頼っているのが現状です。我々、レーザまで施設利用及び協力研究をサポートして頂いー分光、とりわけジェット分光を行うものにとた中で、データの積算や処理を行う有能なソフって、レーザー装置など光源だけで実験を行う

トウェアが開発されています。これらは利益をことはできません。たとえ１ヵ月に１回の利用得るために開発したものではないので特許や実であっても、
その都度、観測用真空チェンバーな

用新案申請等には値しないかもしれませんが、どを持ち込むことは多くの困難と遭遇します。

多くの企業や大学は知的財産として組織的に保

これまでの利用では、機器センターの技術職員護を行っています。分子研においても、これらのの方が、科学研究補助金や所長奨励研究費で支技術職員の努力の結晶が簡単に流出してしまう

45

機器センターたより

８．交流
ことが無いように保護していかなければならな
いと思います。
先ごろ南アフリカで行われたサッカーワールドカップにおいて、岡田ジャパンは予想外の活躍を見せました。試合前の練習試合４連敗で、「岡田監督で大丈夫なのか」「３連敗確実」とあれだけあった岡田バッシングはどこに行ったのでしょうか。
「勝てば官軍」の由来を再認識された方もたくさんいたのではないでしょうか。分子科学研究所は、予算の流れがどのように変わろ
うとも基礎科学の官軍であることを信じています。今後も分子科学研究所が協力研究や機器センターの施設利用制度で、大学共同利用機関法
人としての使命を継続して発揮されることを願って止みません。

機器センターたより

46

９．研究紹介

ナフタレンおよび重水素化ナフタレンの高分解能レーザー分光
神戸大学分子フォトサイエンス研究センター 笠原
１．はじめに俊二のダイナミクスや分子構造を正確に理解するこ

分子の励起状態を詳細に調べることにより、とは非常に重要である。分子の励起状態では、分子の構造や変化を知ることができる。特に、励状態間相互作用により内部転換(IC)、項間交差

起分子では単に蛍光を発して輻射過程により緩(ISC)、分子内振動再分配(IVR)などが起こること和するだけでなく、多くの無輻射的な励起ダイが知られている。(図１) ナフタレンについてこナミクスが顕著に見られ、これらの現象は励起

れらの励起状態ダイナミクスを解明するため数状態が他の電子状態や振電準位と相互作用して多くの研究が行われてきた。ナフタレンのS1状いることを示すものである。このような相互作

態での蛍光量子収率は約0.3と報告されており、用を詳細に理解するために、レーザー光の単色

主な無輻射遷移はISCと考えられていた。[1] し性の良さを活用した超高分解能レーザー分光法

かし、近年回転線のZeeman効果の観測が行わを用いて、励起状態を電子・振動・回転準位まれ、ISCは非常に小さいことが示された。[2] こで分離した観測を行っている。回転線まで分離

れらの結果を説明するためには、より詳細な研して観測した超高分解能スペクトルを解析する

究が必要である。本研究では、パルスレーザーと、スペクトル線の規則性から励起状態のエネを用いてナフタレンと重水素化ナフタレンのルギー準位構造を高い精度で決定できるとと

S1←S0遷移とS2←S0遷移の高分解能蛍光励起ス

もに、スペクトル線の位置・強度・線幅の変化

ペクトルと振電バンドの蛍光寿命の観測を行っから相互作用に関する情報も得られる。そこでた。さらに励起状態ダイナミクスを解明するの我々は、可視領域ならびに紫外領域における高に大変興味深いと考えられる振電バンドにつ

出力・高安定なレーザー光源、および、気体分子

いては、回転線まで分離した超高分解能蛍光励のドップラーフリー超高分解能レーザー分光装

起スペクトルとそのZeeman効果の観測を行っ

置を用いてスペクトルを観測するとともに、レた。回転線の解析とZeeman効果から励起状態

ーザー光の絶対波数を高い精度で決定して、従ダイナミクスに関する情報を得た。

来の分解能と精度をはるかに凌ぐ超高分解能ス
ペクトルを測定し、多原子分子の励起状態ダイ
ナミクスを解明することを目的とした研究を展開している。
ここでは、ナフタレンの励起状態に関する研究を紹介したい。
ナフタレンは基本的な芳香族分子であり、そ図２．実験配置：ジェット分光 (分解能 0.1 cm-1)２．実験
2-1. パルスレーザーを用いた振電バンドの観測 (分解能0.1 cm-1)
図１．励起状態ダイナミクス

47

機器センターたより

振電バンドの観測実験は、分子科学研究所機９．研究紹介器センターの装置を利用して行った。図2に実験
3+

herent CR699-29, ΔE = 1 MHz, 500 mW)の出

配置図を示す。光源はNd :YAGレーザー (Spec-

力光を第二次高調波発生外部共振器(Spectra

tra-Physics GCR-200-10, 355 nm 50 mJ, Δt = 5

Physics WavetrainSC)に入射して、単一モードns)励起のナノ秒パルス色素レーザー (Lambda  

紫外レーザー光(ΔE = 2 MHz、出力20 mW) を-1

Physik Scanmate OPPO, ΔE = 0.1 cm )の出力得た。試料は加熱、気化してアルゴンガスととも

光の二倍波を生成して、紫外レーザー光を得た。

にパルスノズルより噴出させ、スキマー (φ1試料は加熱、気化し、アルゴンガスとともにパルmm)とスリット(幅1 mm)を通すことで並進方スノズルより噴出して超音速ジェットを生成し向の揃った分子線を生成した。得られた分子線て、
紫外レーザー光と直交させ、励起分子からのと紫外レーザー光とを直交させ、分子の並進運

蛍光を光電子増倍管で検出した。蛍光励起スペ動に起因するドップラー幅を抑え、励起分子のクトルは、レーザー光の波長の変化に伴う蛍光発光を光電子増倍管によって検出することによ

強度の変化を記録することで観測した。また、特り、超高分解能蛍光励起スペクトルを観測した。

定の振電バンドの蛍光寿命について、紫外レー

さらに、分子線とレーザー光の交点に設置されザー光の波長を振電バンドのピーク波長に固定た電磁石によって磁場を1 T まで印加して、ス

しつつ励起分子からの蛍光の減衰をストレージ

ペクトルの変化を観測した。このとき、レーザー

オシロスコープ(Iwatsu-LeCroy 9362)を用いて光の偏光は磁場に対して垂直とした。また、スペ計測した。

クトル強度の微弱なバンドについてはレーザー
光と分子線が直交する場所に球面鏡と回転楕円

2-2. 単一モードレーザーを用いた回転線の分体面鏡を組み合わせた反射集光鏡を設置して離 (分解能0.0001 cm )検出効率を向上させた。スペクトルの絶対波数

幾つかの振電バンドについて、回転線まで分離

は、色素レーザーの出力の一部を取り出して同した超高分解能レーザー分光を行った。図3に時に測定したヨウ素のドップラーフリー吸収ス-13+

実験配置図を示す。光源はNd :YVO4レーザー

ペクトルと安定化エタロンの透過パターンを用（Spectra-Physics MillenniaXs, 532 nm, 8 W）励

いて、高分解能ヨウ素アトラス[3] のデータから

起の単一モード波長可変リングレーザー (Co-

0.0002 cm-1 の精度で決定した。

図３．実験配置：分子線･レーザー交差法による超高分解能レーザー分光 (分解能 0.0001 cm-1)

機器センターたより

48

９．研究紹介
３．結果と考察

大きいと考えられる。S21B2u状態のゼロ振動準3-1. 振電バンドおよび蛍光寿命の観測結果

位では、S11B3u状態の振動準位と相互作用してパルスレーザーを用いた超音速ジェット分光

おり、その振動の対称性はb1gである。

により、ナフタレンおよび重水素化ナフタレン

次にナフタレンと重水素化ナフタレンののS1←S0遷移とS2←S0遷移の振電バンドについS1←S0遷移とS2←S0遷移の各振電バンドの蛍光て広い波長範囲で蛍光励起スペクトルを観測す

寿命の測定結果を示す。図5の右側にナフタレン

るとともに、各振電バンドに励起したときの蛍の000+1380 cm-1 および000+1390 cm-1 バンドに

光減衰曲線の観測を行った。観測した蛍光励起

励起した時の蛍光減衰曲線を示す。S1←S0遷移

スペクトルを図4に示す。観測された各スペクトの000+1380 cm-1バンドの蛍光寿命は134 ns で、ル線は、振電バンドである。S2←S0遷移の000バ

000+1390 cm-1バ ン ド で は52.8 nsと113 nsの2成ンドは、S1←S0遷移の000バンドに比べて非常に分であった。000+1390 cm-1バンドの蛍光寿命は、強く観測されている。ナフタレンと重水素化ナ

他の振電バンドと比べて短く、またS1状態でISC

フタレンのS2←S0遷移の最も強度の強い振電バが最も効率良く起こっている振電バンドである

0

ンドを00 バンドと帰属した。それぞれの絶対波と報告されている。[4] こうして得られたナフタ

数は35907 cm-1、35987 cm-1であった。S2←S0遷

レンおよび重水素化ナフタレンの各振電バンド

移では、振電バンドは000バンドに比べて弱く観の蛍光寿命を、000バンドからのエネルギーを測されている。観測された振電バンドは、ag対横軸にして図5の左側に示す。これらの値はRice

称の振動であると考えられる。S2←S0遷移の振らによって観測された蛍光寿命の値[1] とよく一電バンドは、S1←S0遷移の振電バンドと比べて致していた。ナフタレンの振電バンドの蛍光寿

幅広いスペクトル線となっている。これは、相互命のおよその傾向は、励起エネルギーの増加と作用がS2←S0遷移の方が強いためであり、S2状ともに減少している。これは励起エネルギーが態ではS1状態の高い振動準位と振電相互作用し大きくなるにつれて相互作用の相手の準位密度ていると考えられる。電子状態のエネルギー間が増加し、無輻射遷移が促進されることに対応

隔からS1状態とS2状態間の振電相互作用は、S0

している。また、幾つかの振電バンドでは、例外

状態とS1状態間の振電相互作用に比べて非常に的に短い蛍光寿命や長い蛍光寿命が観測されて図４．ナフタレン(a)および重水素化ナフタレン(b)の蛍光励起スペクトル(分解能0.1 cm-1)。S1←S0遷移については5倍に拡大したスペクトルも示した。
000バンドからのエネルギーを示した振電バンドについては高分解能測定も行った。青字はa-type遷
移、赤字はb-type遷移を示す。

図５．ナフタレン000+1380 cm-1 および000+1390 cm-1 バンドに励起した時の蛍光減衰曲線 (左図)とナフタレンおよび重水素化ナフタレンの各振電バンドの蛍光寿命 (右図)。各振電バンドの蛍光寿命はS1の000バンドからのエネルギーを横軸にプロットした。ナフタレンの蛍光
寿命は●で、重水素化ナフタレンは○で示す。また、青はS1←S0遷移のa-type遷移、赤はS1←S0遷移のb-type遷移、緑はS1←S0遷移を示す。

49

機器センターたより

９．研究紹介いる。
この結果は、蛍光寿命が励起エネルギーだ

S1状態でISCが最も効率良く起こっているとけでなく、振動準位にも強く依存していること報告されている振電バンドである000+1390 cm-1を示している。

バンドと近傍の000+1380 cm-1バンドの超高分

ナフタレンと重水素化ナフタレンのS1←S0遷

解能蛍光励起スペクトルの観測を行った。[5] 回移の000バンドの蛍光寿命を比較すると重水素

転構造のパターンから000+1380 cm-1バンドはb-化ナフタレンの方が3倍も長くなっている。

type遷移で、000+1390 cm-1バンドはa-type遷移

これは、重水素効果で無輻射遷移が抑制されであることがわかった。また、000+1390 cm-1バているためである。しかしながら、ナフタレンのンドでは一部の回転線で微弱なエネルギーシフ

0-1

00 +435 cm バンドと同じ振動を持つ重水素化

トを見出し、これをCoriolis相互作用によって生

ナフタレンの00 +419 cm バンドの蛍光寿命をじた相互作用によるIVRに起因するものと帰属比較すると、重水素化ナフタレンの方が短くなした。さらに、外部磁場を1 Tまで印加して回転っており、逆重水素効果を示している。S2状態線の磁場による変化を観測した。観測したスペでの蛍光寿命は、S1状態と大きく変わらなかっ

クトルの一例を図7に示す。図7でわかるように、た。したがって、S2状態でのS1状態との振電相

000+1380 cm-1バ ン ド(左 側)と000+1390 cm-1バ ン

互作用は、蛍光寿命にほとんど影響を与えていド(右側)の双方で小さいながらも磁場によるスないと考えられる。

ペクトルの広がりが見られ、これをZeeman分0-1

裂によるものと帰属した。Zeeman分裂の大き3-2. 回転構造と磁場効果の観測結果

さは非常に小さいことから三重項状態との相互
0

図4のスペクトル中で、S1←S0遷移の00 バン

作用は非常に小さいと考えられる。解析の結果、

ドおよび00 バンドからのエネルギーを示した

Zeeman分裂の大きさは回転量子数Kaが小さい

振電バンドについてはそれぞれ回転線まで分離

ほど大きく、磁気モーメントはc軸方向(面外方した高分解能測定も行った。回転構造のパター向)であることを見出した。また、回転量子数Jがンから、青字で示したバンドはa軸方向に遷移モ

大きいほど分裂は大きく、これらの回転量子数ーメントをもったa-type遷移であり、赤字で示

依存性から、磁気モーメントはS2状態とのJ-Lカ

したバンドはb軸方向に遷移モーメントをもっップリングから生じていることがわかった。こたb-type遷移であることを明確にした。観測されはベンゼンやナフタレンのほかのバンドで観0れたナフタレンS1←S0遷移の00 バンドの超高分測されたZeeman分裂と同様である。[2] これら

解能分光スペクトルを図6に示す。

の結果から、ナフタレンのS1状態での主な無輻0

0

S1←S0遷移の00 バンドは強度が非常に弱い遷移

射過程は、三重項状態との相互作用であるISCであるが、検出点に球面鏡と回転楕円体面鏡をではなくS0状態との相互作用によるICであると組み合わせた反射集光鏡を設置して従来の検出考えられる。

よりも１桁以上高いS/N比で観測することができた。観測されたスペクトルの回転線を各バンドについて数百~数千本の回転線の帰属を行い、分子定数を高精度で決定した。図6の上側のスペクトルは決定した分子定数から線幅15 MHz、回
転温度30 Kにて計算して得られたスペクトルで、観測されたスペクトルと細部にわたりよく一致している。

機器センターたより

50

９．研究紹介図６．ナフタレンS 1←S 0遷移0 00バンドの超高分解能蛍光励起スペクトル (分解能 0.0001 cm-1：下側)と分光定数から計算したスペクトル(上側)。

4. まとめ本研究では、励起状態ダイナミクスを解明するためパルスレーザーを用いてナフタレンと重図７．ナフタレンS1←S0遷移000+1380 cm-1バンド(a)および000+1390 cm-1バンド(b)の超高分解能蛍光励起
スペクトル (分解能 0.0001 cm-1：上段) と磁場によるスペクトルの変化 (中段および下段) 。スペクトル線の上部に帰属をとして示す。ここにはそれぞれpP1(20) 遷移とqP1(20) 遷移を中心に示した。

謝辞

水素化ナフタレンのS1←S0遷移とS2←S0遷移の

本研究は共同研究者の京都大学の馬場正昭准

高分解能蛍光励起スペクトルの観測と振電バン

教授と、神戸大学の学生の吉田和人氏の貢献にドの蛍光寿命の観測を行った。さらに励起状態

深く感謝いたします。実験の一部は分子科学研

ダイナミクスを解明するのに興味深い振電バン

究所機器センターの装置を使用して行ったもの

ドについては単一モードレーザーを用いて回転で、山中孝弥技術班長に深く感謝いたします。ま

まで分離した超高分解能蛍光励起スペクトルとた、反射集光鏡は分子研装置開発室に製作してそのZeeman効果の観測を行った。
振電バンドのいただいたもので、この場を借りて感謝の意を

観測および寿命の測定と各バンドの高分解能ス表します。

ペクトルを利用して、S1状態でISCが最も効率良く起こっていると報告されている振電バンド00-1である0 +1390 cm バンドの観測を中心に行った結果、寿命は早くなっているもののZeeman分裂は小さくかつ観測された回転量子数依存性か
ら000+1390 cm-1バンドにおいても三重項状態とReferences[1] F. M. Behlen and S. A. Rice, J. Chem. Phys.
75, 5672 (1981).
[2] H. Katô, M. Baba, and S. Kasahara, Bull.
Chem. Soc. Jpn. 80, 456 (2007).

の相互作用であるISCの寄与は小さく、S0状態[3] H. Katô, et. al. Doppler-Free Highとの相互作用によるICの寄与が大きいと結論し

Resolution Spectral Atlas of Iodine Molecule

た。これはベンゼンやナフタレンのほかのバン

15000-19000 cm-1 (JSPS, Tokyo, 2000).

ドの観測結果と同様で、これは、(π,π*) の一重項状態と(π,π*)の三重項状態間ではスピン軌道[4] T. Suzuki, M. Sato, N. Mikami, and M. Ito,
Chem. Phys. Lett. 127, 292 (1986).

相互作用が小さいというEl-Sayed則[6] をベンゼ

[5] K. Yoshida, Y. Semba, S. Kasahara, T.

ンやナフタレンで実験的に高い精度で実証した

Yamanaka, and M. Baba, J. Chem. Phys. 130,ことになる。このような現象は比較的小さな多194304 (2009).

環芳香族炭化水素(PAHs)では、孤立分子のS1状態では一般的な現象であると考えられる。

51

機器センターたより[6] M. A. El-sayed, J. Chem. Phys. 38, 2834
(1962).

９．研究紹介

レーザーセラミックスのマイクロドメイン構造制御
分子科学研究所 分子制御レーザー開発研究センター

平等

拓範

秋山

順

して有用であるにも関わらず、無配向多結晶組

１．はじめに焼結法によって作製される多結晶のレーザー織とした場合その光学的異方性により失透す

利得媒体、すなわち「レーザーセラミックス」はる。従来の成形・焼結手法では、セラミックバル

従来の単結晶材料と比較し、大型で均質な材料

ク体の結晶方位を精密かつ均質に制御する手法

を比較的容易に作製することが可能、複合材料が確立していなかったことから、これら異方性を作製することが可能、発光中心として添加す材料からなる透明セラミックスは長年にわたりる希土類または遷移金属イオンの添加濃度許容

作製不可能とされた。ここではレーザー媒体の幅が大きい、力学的特性が高い、など多くの特長

母材に光学活性元素として添加される希土類イを有することから、高エネルギー、超短パルス発

オンの磁気異方性に生を可能とするレーザー媒体として先端光科

マイクロドメイン配向構造制御に関する新手法

１

学分野において近年注目を集めている 。例え

着目したレーザー媒体のについて述べる。

3+

ばNd 添 加YAG(Nd:Y3Al5O12)系 セ ラ ミ ッ ク ス
固体レーザー (JHPSSL)により100kWを超える
2

CW出力が実現している 。またコアクラッド型

２．磁場による希土類添加レーザー媒体のマイクロドメイン構造制御に向けた検討

複合構造を具備するYb:YAGセラミックスマイ

多結晶材料は、その化学組成や表面性状など

クロチップレーザーは、400W（等価出力密度に加え結晶粒の配向性が物理的、力学的特性に

3

換算値：190kW/cm ）を超える高い性能を有す
3

影響を及ぼす。一般に正方晶、六方晶、菱面体晶

る など、最新のセラミック媒体の性能は単結晶など結晶構造に異方性を有する物質は屈折率、媒体を凌駕しつつある。

電気伝導度、熱伝導率、線膨張係数などが結晶方

一般にセラミック材料は粒界や粒内に残存位により異なる。固体レーザー媒質材料に於いする気孔、不純物相などに起因する光散乱によては励起光吸収特性や発光スペクトルに異方性り透光性を示さない。しかし精密な材料プロセが存在するほか、強励起状態における熱複屈折ス設計により、それら欠陥数を極限まで低減

現象の結晶方位依存性が報告されている。従っするか欠陥のサイズを光の波長より小さくすて、様々な組成や晶系を有するレーザー材料にれば散乱の無い透明媒体を得ることができる。

対する包括的な結晶配向手法を確立することが

ただし微細かつ無配向な多結晶組織によってレーザー媒体の機能向上を図る上で重要であ構成される既存のレーザーセラミックスの組る。近年、物質・材料科学において磁場を用いた

成は、結晶粒界部における光散乱を回避する必

結晶配向法が注目されつつある。その基本原理

要性からYAG、GGGといったGarnet系のほかは、結晶構造の異方性に起因する磁気的な双極Sesquioxide系 のY2O3、Sc2O3な ど 立 方 晶 の み子相互作用、すなわち結晶磁気異方性を駆動力に限定されている。一方、誘導放出断面積が大とし、印加磁場方向に結晶粒の磁化容易軸を配きく、レーザー核融合ドライバーとして研究が列させるものである。同法は操作条件（印加磁場進められているApatite系材料（FAP、S-FAP、強度、分散媒の粘性係数、結晶の分散性、磁場のS-VAP、六方晶系）、若しくは量子効率の高い回転など）を適切に制御することにより、サブミ

Vanadate系材料（YVO4、GdVO4、正方晶系）な

クロンオーダーの異方性粒子を物質の組成や形どに代表される「異方性材料」はレーザー媒体と状に限定される事無く均質に一軸配向させるこ

機器センターたより

52

９．研究紹介とが可能である。

は3.4Tとなり、その配向には超伝導磁石システ

磁場印加による非磁性結晶の配向現象は磁化ムを用いた強磁場発生が必要となる。一方、レーエネルギーの観点から説明される。磁場中に非ザー媒体の発光中心として最適な濃度である数

磁性結晶を置いた場合、単位体積あたりの磁化%の希土類イオン添加により磁気異方性は顕著

エネルギー Uの値は、に増大する。1.8at.%のYb3+を添加したYVO4の場合、室温における磁気異方性の値は8.0×10-7、（1）

Hminは1.4Tとなり、汎用の電磁石によってレー
ザーセラミックスの配向組織を制御する事が可と定義される。ここでµ0は真空の透磁率、χは結能である。以上の効果はNd3+など発光中心とし晶の磁化率、Vは体積、Hは磁場強度である。立て有用な、他の軌道角運動量を有する希土類イ

方晶を除いた結晶の磁化率χは結晶方位によりオンにおいても認められる。Fig.1に磁場印加異なるため、磁化エネルギーの値は結晶軸によによる結晶配向異方性レーザーセラミックスのり異なる。例えば六方晶系結晶の場合、a軸とb作製の概略図を示す。母材に添加された希土類

軸の磁化率は結晶の対称性から等しく、c軸のイオンは材料作製段階においては磁気異方性増

磁化率は異なるのでχa=χb≠χc（a, b, cはそ

強効果による「結晶配向剤」として、材料完成後

れぞれ結晶の主軸）の関係となる。単結晶粒子を

は「発光中心」として機能する。

液体などに分散させ、これに磁場を印加すると、磁化エネルギーが極小の状態、すなわち磁化率の最も大きい結晶軸が磁場方向と平行となるよ
うに粒子が配向する。ゆえに磁化率の異方性が
χa=χb＜χcである時、磁化エネルギーはUc＜
Ua=Ubとなるため、磁化エネルギー的に最も安定なc軸が磁場印加方向と平行に配向する。反対にχc＜χa=χb（Ua=Ub＜Uc）のとき、結晶はa,b軸が磁場印加方向と平行となるようc軸が磁場と垂直な面内に配向する。このような系に対しFig.1 磁場によるレーザーセラミックスのマイクロドメイン配向制御ては回転磁場を用いる事により一軸配向が可能

３．高配向Nd:FAP（Ca 10(PO 4) 6F 2）透明セラとなる。

ミックスの作製と評価4

ここでRE:YVO4を例にとり、粒子が配向可能

湿式法により作製したNd:FAP粒子を乳鉢にとなる臨界外部磁束密度Hminについて考察すて粉砕し、これにイオン交換水と分散剤を少量る。ここでHminは磁化エネルギー Uと熱擾乱と添加する事により懸濁液を作製した。同懸濁液の比較により次式で与えられる。

を石膏モールドに注ぎ、電磁石を用いて1.4T水平方向の磁場を印加しつつ室温でスラリーを重(2)

力方向に脱水して成形した。得られた成形体を
大気雰囲気で仮焼した後、アルゴン雰囲気下、

ここでkBはボルツマン定数、Tは温度である。

1600℃、190MPaで加圧処理したところ、透光

希土類イオン無添加のYVO4結晶は反磁性を示性の試料が得られた (Fig.2) 。同試料の測定波長

し、結晶磁気異方性∆χの値は1.4×10 である。

１µmにおける直線透過率は最大84%、損失係数

T=280K、粒子径D=250nmにおけるYVO4のHminは1.5cm-1と高い光学的特性を示した。

-7

53

機器センターたより

９．研究紹介を比較すると、(a)は(hk0)面の相対強度が上昇
し、c軸を磁化容易軸とした結晶配向が観察された。本XRDデータにより導出された同サンプ
ル のLotgering配 向 指 数5はL=0.96（L=0: 無 配
向、L=1: 完全配向）となり、1.4Tという比較的弱磁場の印加であっても高度な一軸配向性を付与し得ることを実証した。さらに同Nd:FAP配向セラミックスの吸収／蛍光スペクトル測定により、光学的な異方性の発現についても確認さFig.2 結晶配向2at.%Nd:FAPセラミックス(3.5mm*3.5mm*0.5mm)

れた(Fig.4)。
4. まとめ

得られたレーザーセラミックスの希土類イ

本稿では超高輝度温度光の創成と制御を目指す

オン添加濃度、および配向度はそれぞれ蛍光X

科学技術である「ジャイアントマイクロフォト

線分析装置（JEOL JSX-3400RII、FP法）およびニクス」の実現に向けた材料学的アプロローチ

粉末X線回折装置（Rigaku RINT UltimaIII）にとして、希土類添加による磁気異方性増強作用

より評価した。Fig.3に2at.% Nd:FAPセラミッを用いたレーザーセラミックスのマイクロドメ

クスのX線回折パターンを示す。ここでX線のイン配向制御プロセスの構築、および同手法を照射は磁場印加方向に対し平行となる面に行用いた1.4T磁場印加による世界初のNd:FAP系なった。粉末Nd:FAp(b)およびJCPDSカード(c)異方性レーザーグレードセラミックスの実証にと磁場処理により作製したセラミック試料(a)ついて紹介した。

Fig.3 X線回折による結晶配向性評価 (a)2at.%Nd:FAPセラミックス(b)Nd:FAP原料粉体 (c)ICDD00-015-0876（フッ素アパタ
イト）

Fig.4 配向制御Nd:FAP
セラミックスの吸収・蛍
光スペクトル

機器センターたより

54

９．研究紹介
Reference
１．T. Taira, IEEE J. Sel. Top. Quantum
Electron. 13, 798 (2007).
２．S. J. McNaught et. al., Conference on
Quantum Electronics and Laser Science
Conference on Lasers and Electro-Optics,
CLEO/QELS, (2009) CThA1.
３．M. Tsunekane and T. Taira, Appl. Phys.
Lett. 90, 121101 (2007).
４．J. Akiyama, Y. Sato, and T. Taira, in
Advanced Solid-State Photonics, OSA
Technical Digest Series (CD) (OpticalSociety of America, 2009), MF1. (postdeadline)
５．F. K. Lotgering, J. Inorg. Nucl. Chem. 9,113 (1959).

55

機器センターたより

10．施設利用者

平成21年度

施設利用者

研究論文一覧

研究論文一覧

１．"NMR study on local magnetic properties of Ca1-xNaxCo2O4 with the CaFe2O4-type structure"
T. Takami, M. Itoh, M. Isobe, M. Arai, T. Kwashima, and E. Takeyama-Muromachi
International Conference on Magnetism(ICM2009)Karisruhe, Germany, Tu-D-1.7-23.
２．"Growth of YBa2(Cu,Co)4O8 single crystals under ambient pressure and their superconducting"
T. Takami, A. Shimokata, andM. Itoh	 9th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity(M2S-IX)[PS-A-8], Tokyo Japan.
３．"LaCoO3単結晶のNMR"
山田俊平, 高見剛, 清水康弘, 伊藤正行
日本物理学会 熊本大学 黒髪キャンパス, 26aPS-69(2009).
４．"FeSe0.5Te0.5の125Te-NMR"
山田貴斗, 高見剛, 清水康弘, 伊藤正行, 新高誠司, 高木英典
日本物理学会 熊本大学 黒髪キャンパス, 26aPS-97(2009).
５．"マルチフェロイック系CuOの不整合反強磁性相におけるNMR測定"
柳原秀昭, 高見剛, 清水康弘, 伊藤正行
日本物理学会 熊本大学 黒髪キャンパス, 28pRL-7(2009).
６．"Magnetic and Electrical Properties of Zn - SC Based Quasicrystals."
S. Kashimoto and T. Ishimasa
The 5th Asian International Workshop on Quasicrystals(AIWQ5),June 1-4(2009), Tokyo Japan.
７．"Zn-Fe-Sc(-Tm)準結晶における残留磁化の緩和過程"
柏本史郎, 石政勉
日本物理学会 2009年秋季大会 熊本大学,

2009年9月

８．"Shnthesis, Crystal Structure, and Electron-Accepting Property of the BF2 Complex of a      Dihydroxydione with a Perfleorotetracene Skelton"
K. Ono, J. Hashizume, H. Yamaguchi, M. Tomura, J. Nishida and Y. Yamashita
Org. Lett, 11, 4326-4329(2009).
９．"(3 Z ,3' Z )-3,3'+(Ethane-1,2-diylidence)bis[isobenzofuran-1(3 H )-one]"
K. Ono, O. Tokura, and M. Tomura
Acta Crystallog,  E65 , o2118(2009).
10．"5,5'-Di-4-pyridyl-2,2'-(5-tert -butyl-m -phenylene)bis(1,3,4-oxadiaole)"
K. Ono, K. Tsukamoto, and M. Tomura
Acta Crystallog,  E65 , o1873(2009).
11．"Preparation, Crystal Structure, and Solid-state Fluorescene of a CH2Cl2-Solvated Crystal of      6,13-Bis(t-butylphenly)-2,3,9,10-tetrapropoxypentacene"
C. Kitamura., T. Naito, A. Yoneda, T. Kobayashi, H. Naito, T. Komatsu
Chem. Lett., 38, 600-601, (2009).

機器センターたより

56

10．施設利用者

研究論文一覧

12．"Valences and spin states of Ni and Pt ions in the quasi-one-dimensional conpounds      (Sr, A )3NiPtO6 ( A =La and Na)"
T. Takami, H. Igarashi, and M. ItohJ. Phys. Soc. Jpn. 79, 044715 (2010).
13．"擬１次元系Ca3Co2O6とSrCo5O15における磁性と輸送特性への粒径サイズおよび酸素欠損効果"
堀部宗尚, 高見剛, 伊藤正行, J -G. Cheng, J. -S. Zhou, and J. B. Goodenough2010年3月22日 日本物理学会 岡山大学 津島キャンパス [22pGD-2]
14．"擬１次元系(Sr,A )3NiPtO6( A =La, Na)におけるNiおよびPtの価数とスピン状態"
五十嵐広和, 高見剛, 伊藤正行
2010年3月20日 日本物理学会 岡山大学 津島キャンパス [20aPS-111]
15．"酸素欠損型 (SR, R)CoO3-δにおける構造の乱れとキャリア量の変化が磁性と輸送特性に及ぼす影響"
下方綾子, 高見剛, 伊藤正行, J -G. Cheng, J. -S. Zhou, and J. B. Goodenough16．"Growth of YBa2(Cu,Co)4O8 single crystals under ambient pressure and their superconducting      properties"
T. Takami, A. Shimokata, and M. ItohJ. Phys. Soc. Jpn. 79, 014711 (2010).
17．"Crystal Structure of anti -1,4,5,8-Tera-t-butyl-2,3,6,7-tetrahydro-1,4:5,8-diepoxyaanthracene"
Chitoshi Kitamura, Hideki Tsukuda, and Takeshi Kawasse
X-ray Structure Analysis Online 26, 65-66 (2010).
18．"Synthesis and Crystallochromy of 1,4,7,10-Tetraalkyltetracenes: Tuning of Solid-State Optical      Properties of Tetracenes by Alkyl Side-Chain Length"
T. Takami, Y. Abe,.T. Ohara, A. Yoneda, T. Kawase, T. Kobayashi, H. Naito, T. Komatsu
Chem. Eur. J. 16, 890-898 (2010).
19．"Synthesen, strunture and properties of vinylogous EDO-TTFs"
T. Shirahata, T. Morikawa, H. Miyamoto, Y. Nakano, H. Yamochi,Y. Misaki
Physica B. (2010).
20．"Development of nano phase-separated structure induced bay radical copolymerization"
Shuhei Fukaya, Katsuhiro Yamamoto, Eri Ito
The 1st FAPS Polymer Congress, Oct 20-23, 2009, Nagoya, Japan
21．"Synthesis, Crystal Structure, and Electron-Accepthingu Proprety of the BF2 Complex of a      Dihydrroxydione with a Perfluoroterrazene Skelton."
K. Ono, J. Hashizume, H. Ymamaguchi, M. Tomura, J. Nishida, and Y. Yamashita
Organin Letter 11,4326-4329(2009).
22．"Zn-Fe-Sc 準結晶スピングラスのスロー・ダイナミックス"
柏本史郎,

石政勉

第14回準結晶研究会,

ラフォーレ蔵王（宮城県）,

2009年12月18日

23．"Zn基準結晶の熱残留化"
柏本史郎,

石政勉

日本物理学会第65回年次大会,

57

機器センターたより

岡山大学（岡山市）,

2010年3月21日

機器センターたより

5811．編集後記

編集後記
機器センターたより第3号発刊にあたり、ご執筆頂きました先生方に感謝申し上げます。ありがとうございました。今後もそれぞれの研究領域でご活躍の先生方にご執筆をお願いすることと存じますので、その節はよろしくお願い申し上げます。
さて、今年は記録的なというより歴史的な猛暑の夏となりました。日本の津津浦浦で猛暑日が60日以上となり、この地域では、岐阜県多治見市の気温が連日のようにニュースで取り上げられていたのは記憶に新しいところです。また、ゲリラ豪雨も連日のように報じられました。猛暑や大雨は、自然界から我々人類への何らかの警鐘と感じざるを得ません。そんな厳しい自然も、秋分の日あたりから、心地よい風を運んでくれるようになりました。暑さ寒さも彼岸までとはよく言ったものです。秋風と共に大リーグ・マリナーズのイチロー選手が，10年連続の200本安打を達成したニュースが入ってきました。
コツコツと確かな一歩そしてまた一歩を積み重ねられた結果であると思います。我々、共同利用機器を保守管理する技術職員も同じであろう思います。研究所内のニーズはもちろん、施設利用者あるいは共同研究者など所外利用者の痒いところに手が届く運営に心がけながら一歩一歩確実に前進し、大学共同利用機関としての窓口的な役割を果たしてゆきたいと考えております。引き続き、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3号

発行日

平成 22 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

59

機器センターたより集

薬師

久彌 （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）

Instrument Center
Nishigonaka 38, Myodaiji, Okazaki 444-8585, JAPAN
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FAX:+81-564-55-7448
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