レーザーアブレーションにより生成した金属原子の化学発光

• Project/Area Number: 04640456
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 物理化学一般
• Research Institution: Fukuoka Women's University
• Principal Investigator: 笠谷 和男 福岡女子大学, 家政学部, 助教授 (10126964)
• Project Period (FY): 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1992)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 1992: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 化学発光 / レーザーアブレーション / イットリウム原子 / ランタン原子 / ホウ素原子 / アルミニウム原子 / 酸素分子 / 四塩化炭素

Research Abstract

真空槽中の金属板(Y,La,B,Al等)にYAGレーザー光の基本波をレンズで集光して照射し、アブレーションにより生成した金属原子をそのまま真空槽中のガス(O_2,CO_2,CCl_4等,5-100mTorr)と反応させ、反応生成物の発光スペクトルを観測した。また、発光強度の時間変化をデジタルオシロスコープで記録した。生成した金属原子の相対濃度を、ホローカソードランプによる原子吸収によりモニターした。
Y+O_2系の場合、強いYO A^2Π→X^2Σ^+遷移と共に、弱いB^2Σ^+→X^2Σ^+遷移、C^2Π→X^2Σ^+遷移が見られた。YO A状態の生成は発熱反応であるが、B状態、C状態の生成は吸熱反応である。La+O_2系でも、La0 D^2Σ^+→X^2Σ^+遷移など吸熱反応による化学発光が見られた。CO_2との反応でも同様であった。
B+CCl_4系では、紫外部にBCl A^1Π→X^1Σ^+遷移による発光が、Al+CCl_4系では、紫外部にAlCl A^1Π→X^1Σ^+遷移とCCl A^2Δ→X^2Π遷移による発光が観測された。BClとAlClのA^1Π状態を生成する反応熱ΔEは、それぞれ208及び262kJmol^<-1>とかなりの吸熱反応である。
反応生成物の発光の時間変化を観測することにより、金属原子の試料金属板上のレーザースポットから発光観測地点までの距離(約20mm)の飛行時間を測定した。金属原子と気体分子との換算質量を用いて飛行時間を相対的並進エネルギーに換算し、原子吸光で求めた原子数で割ることにより化学発光断面積の相対並進エネルギー依在性、即ち励起関数を求めた。研究を行ったほとんどの系で励起関数のしきい値は反応熱ΔEと一致し、反応にバリヤーがないこと、即ち活性化エネルギーが0であることがわかった。一方、Al+CCl_4系では、AlCl A^1Π状態の生成に励起Al原子が関与していることが、発光の時間変化から明らかになった。