サイト選択および微量成分検出のための高分解能蛍光分光X線吸収分光検出装置の製作

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555230
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 泉 康雄 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 講師 (50251666)
• 研究分担者: 田口 武慶 理学電機株式会社, X線回折事業部・商品開発センター, 副参事 ; 秋鹿 研一 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (20016736)
• キーワード: XAFS / 蛍光スペクトル / サイト選択 / エネルギー分解能 / 局所構造 / 触媒 / 微量元素 / 環境触媒

研究概要

X線吸収微細構造(XAFS)は、試料の状態によらず非結晶やハイブリッド試料についても適用可能であり、局所構造・電子状態情報を与えることから、広く用いられるようになってきた。本研究では、XAFSが平均情報を与える問題点に着目し、研究代表者がこれまで進めてきたサイト選択XAFS法測定装置を改良することを目的とした。
蛍光分光測定において、試料からの蛍光X線取込み角とエネルギー分解能とは直接相関がある。取込み角を絞る際、光子数ロスが最小限になるよう、改良装置は横置きとした。本研究で製作したローランド型蛍光分光器で、研究代表者の従来縦置き分光器以上のエネルギー分解能が出ることを確認した。PCで動作する制御ソフトを製作、試料、スリット、分光結晶、シンチそれぞれの位置および開きを全自動で簡便に操作できるようにした。
応用実験として、微量鉛、ヒ素、バナジウムサイト選択XAFS測定を行なった。試料からの蛍光X線を結晶分光するXAFS測定の究極の目的は価数分離測定であるが、特定の信号を高エネルギー分解能(【approximately equal】0.1eV)で取り出すため、通常法では測定不可能な微量元素収端についての測定、特に試料中多量の重元素が共存する場合に適用できる。本測定法の汎用化という観点から、最近社会的によく取り上げられている有毒微量金属除去用吸着剤、窒素酸化物除去触媒(あるいは炭化水素の選択酸化触媒)を試料として選んだ。本研究での測定により、環境規制濃度100ppbの鉛イオンが層状化合物吸着剤表面水酸基とイオン交換する過程、大気下および真空中、酸化チタン表面で単原子状分散したバナジウムが、室温で水蒸気の存在により表面で重合し、また室温でi-プロパノールを解離吸着する過程が明らかになった。今後、吸着過程および触媒作用の過程で、V(III)とV(V)、As(III)とAs(V)の価数分離XAFS測定を試みる。

研究成果

• [文献書誌] Yasuo Izumi, Fumitaka Kiyotaki, Hideaki Yoshitake, Ken-ichi Aika, Tae Sugihara, Takashi Tatsumi, Yasuhiro Tanizawa, Takafumi Shido, Yasuhiro Iwasawa: "Structure of low concentrations of vanadium on TiO_2 determined by XANES and ab initio calculations"Chemical Communications. 2402-2403 (2002)
• [文献書誌] Yasuo Izumi, Fumitaka Kiyotaki, Hideaki Yoshitake, Ken-ichi Aika, Tae Sugihara, Takashi Tatsumi, Yasuhiro Tanizawa, Takafumi Shido, Yasuhiro Iwasawa: "0.6 -3.0 wt% of Vanadium on/in Titania Monitored by X-ray Absorption Fine Structure Combined with Fluorescence Spectrometry"Chemistry Letters. 1154-1155 (2002)
• [文献書誌] Yasuo Izumi, Fumitaka Kiyotaki, Hiroyasu Nagamori, Taketoshi Minato: "X-Ray Absorption Fine Structure Utilizing a Fluorescence Spectrometer : Site Selective Structure Determination of Environmental Catalysts and Adsorbents"Studies in Surface Science and Catalysis. 145. 177-180 (2003)
• [文献書誌] Yasuo Izumi, Fumitaka Kiyotaki, Hideaki Yoshitake, Ken-ichi Aika, Tae Sugihara, Takashi Tatsumi, Yasuhiro Tanizawa, Takafumi Shido, Yasuhiro Iwasawa: "Structure of Low Concentrations of Vanadium Supported on Titania Determined by X-ray Absorption Fine Structure Combined with Fluorescence Spectrometry"Photon Factory Activity Report 2001. 19B. 72 (2003)
• [文献書誌] Yasuo Izumi, Dilshead Masih, Taketoshi Minato, Nobuhiro Yagi, Aurel-Mihal Vlaicu, Masato Okui, Atsusi Nisawa, Sei Fukushima: "In-situ Structure Determination of V/TiO_2 Catalyst Active Site by Means of XAFS Utilizing Fluorescence Spectrometry"SPring-8 User Experiment Report 2002B. 10(印刷中). (2003)