高分解能偏光ドップラー分光法による状態選別微分散乱断面積の測定

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09640600
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 藤村 陽 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (00222266)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶本 興亜 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30029483)
• Keywords: 酸素原子 / 水素分子 / 亜酸化窒素分子 / 炭化水素分子 / 反応動力学 / 微分散乱断面積 / ドップラー分光

Research Abstract

気相素反応のダイナミックスを明らかにする上で生成分子の振動回転状態分布と散乱角度分布は最も基本的な情報である。これまでは実験的な困難から主にどちらか一方の分布測定から議論されてきたが、そのような不完全な状態選別実験から導かれた反応ダイナミックスの描像は大いに誤っている可能性が近年の理論計算などから予測されている。こうした観点から、本研究では高分解能偏光ドップラー分光法を用いて、O(^1D)原子と幾つかの分子の反応について生成分子の状態選別をした散乱角度分布を測定した。
N_2Oと反応分子をフローさせ、193nm光によるN_2Oの光分解でO(^1D)を生成した。反応の生成分子は適当な遅延時間ののち高分解能波長可変色素レーザー光で検出し、そのドップラースペクトルの線形の解析から、重心系でO(^1D)原子が跳んで来た方向に対する生成分子の散乱角度分布を得た。その結果、(1)O(^1D)+H_2ではυ=4に生成したOHの複数の回転準位について測定から、理論計算だけでは不確定であった基底状態と励起状態のポテンシャル曲面の寄与について、新たな知見を得た。(2)O(^1D)+CH_4,C_2H_6,C_2H_4,C_3H_8の反応で生成したOHの散乱角度分布は炭化水素のサイズと回転準位に依存して違いが観測された。これまでの振動回転分布のみの測定からは、実験結果の解釈の立場の違いから、炭化水素のサイズが大きくなるにつれて支配的となる反応機構について、挿入機構と引き抜き機構という相反する二つの説が各々提出されていたが、本研究の結果から挿入機構の方が支配的になることが示された。
本補助金で購入したCCDカメラを用いた測定によって、色素レーザーの分解能の最適化が容易になったため実験効率が飛躍的に向上し、短時間で多くのデータを蓄積することが可能となり、詳細な解析に必要な質の高い実験データが得られるようになった。

Research Products

• [Publications] Andrew J.Alexander: "O(^1D_2)+H_2→OH|υ',N'〉+H:The anatomy of a reaction." Faraday Discussion. 108(in press). (1998)
• [Publications] Takeki Ishida: "Excited state dynamics of 9,9'-byanthryl clusters with H_2O and Ar" Chemical Physics Letters. 286(in press). (1998)
• [Publications] Hiroshi Akagi: "Vibrational distribution of highly vibrationally excited NO molecules produced from O(^1D_2)+H_2O→NO+NO reaction" Journal of the Chemical Society Faraday Transactions. 94(in press). (1998)