光熱変換現象と化学計測

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07102004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 澤田 嗣郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90011105)
• 研究分担者: 北森 武彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60214821)
• キーワード: 光熱変換現象 / 無輻射プロセス / 溶液化学 / 固液界面化学 / 少数分子 / 微小空間 / 超高速現象 / レーザー分光分析

研究概要

分子は光を吸収すると高いエネルギーの状態に遷移する。その後、光か熱を放出して元の状態に戻る。測定は容易だが普遍的でない発光ではなく、発熱を観測して、液体中にある単一分子を検出できるだろうか。我々は、物質内での光から熱への変換現象(光熱変換現象)を探求し、新原理の超高感度分光分析法を実現したきた。本研究では、その極限「液中単一分子検出」に挑戦している。同時に、現象の本質は、分子が周囲分子へエネルギーを分かち熱として発現する過程だと考え、関連深い液相内化学反応素過程やナノ空間分子挙動の追跡など「極限化学計測への展開」を目指している。
本年度は、実験環境・装置の設計・試作・評価・改良と平行し、本格的実験に入るべく予備実験を進めた。まず、本研究の実現に不可欠な実験環境を実現する精密環境制御装置を完成した。単分子検出には局所空間へのレーザー光投入が重要だが、鍵となる極限的な紫外光学顕微鏡の要素設計を終え試作している。また、極限化学計測のための光源となるレーザーシステムとして適切な装置を導入し、実験用光学系を組み上げつつある。予備実験で新たに得られた主要な知見は、(1)500分子の検出の実現。1μm径光ビームで100μm角流路内の分子につき成功した。この結果は、計画中の0.2μm径光ビームと1μm角流路が実現すれば単分子が検出できることを示す。(2)少数分子化学反応検出の実現。流路中での化学反応の検出に成功した。(3)溶液系の超高速無輻射緩和測定の実現。無蛍光性分子の緩和を測定する新手法を開発した。従来法と異なりより汎用的な手法である。(4)超高周波界面音波検出の実現と界面電位依存の観測。水中白金薄膜で0.3THz音波の検出と、電解質溶液中の白金電極で水素の酸化還元由来の信号観測に成功した。これらは、固液界面の分子レベルの構造や界面水素の反応をp・s時間分解できることを意味する。

研究成果

• [文献書誌] Qing Shen,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Analysis of Thermal and Acoustic Properties of Ion-Implanted Diamond-Like-Carbon Films Using Transient Reflecting Grating Technique." Journal of Applied Physics. 77. 1488-1491 (1995)
• [文献書誌] Ryuuichi Takamoto,Shinya Yamamoto,Ryujiro Namba,Masahiro Matsuoka,Tsuguo Sawada: "New Percutaneous Absorptiometry by Laser Photoacoustic Method Using an Open-Ended Cell." Analytical Chimica Acta. 299. 387-391 (1995)
• [文献書誌] Masaaki Harada,Masashi Shibata,Takahiro Kitamori,Tsuguo Sawada: "Application of Coaxial Beam Photothermal Microscopy to Analysis of a Single Biological Cell in Water." Analytical Chimica Acta. 299. 343-347 (1995)
• [文献書誌] Akira Harata,Takahiro Kawasaki,Masaki Ito,Tsuguo Sawada: "Study of Electrochemical Interfaces by Transient Reflecting Gratings.21GC04:Analytical Chimica Acta" 299. 349-354 (1995)
• [文献書誌] 原田 明,北森武彦,澤田嗣郎: "熱レンズ顕微鏡の開発と毛髪計測への応用" 色材. 68. 606-612 (1995)
• [文献書誌] 北森武彦,澤田嗣郎: "レーザー分光法による超微量生体成分の分析" フォルマシア. 31. 1138-1142 (1995)
• [文献書誌] Qing Shen,Akira Harata,Thuguo Sawada: "Theory of Transient Reflecting Grating(TRG)in Fluid/Metalic Thin Film/Substrate Systems for Thin Film Characterization and Electrochemical Investigation." Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中). (1996)
• [文献書誌] Takura Shimosaka,Takehiko Kitamori,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Fuzzy Linear Regression Curves in Ultratrace Analysis and Analytical Interpretation." Analytical Science. (印刷中). (1996)
• [文献書誌] Takayuki Tanaka,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Imagings by Picosecond-Photoexcited Carriers in Transient Reflecting Grating Measurements and Analysis of Near Surface Auger Recombination Rate." Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中). (1996)
• [文献書誌] Akira Harata,Qing Sheng,Tsuguo Sawada: "Hypersonic Investigation of Electrochemical Interfaces." Physica B. (印刷中). (1996)