遠赤外・赤外領域での分子線による高分解能分光法の開発

利用分子束在远红外和红外区域开发高分辨率光谱

• 批准号: 06640521
• 负责人: 松島 房和
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06640521/
• 关键词: 分子分光学; レーザー分光学; サブミリ波分光; 遠赤外分光; 分子線; 高分解能分光; 水分子; 回転スペクトル

遠赤外・赤外領域は分子分光では回転スペクトル・振動回転スペクトルの現れる最も重要な領域である。一昨年、国内では初めて富山大学に、波長可変の遠赤外分光装置が完成した。この装置により50〜1000μmの波長域の分子スペクトルはもれなく観測でき、また従来の測定精度より2桁高い周波数精度のデータがえられるようになった。さらに赤外域でも、9〜11μmの領域で波長可変の赤外分光計が完成した。これらの分光計を使って種々の分子の分光を行ってきたが,しばしば大切なスペクトル線が他の線と重なって分離できないことがある。スペクトルの分解能は分子のドップラー幅で制限されているが,これを解決するには、試料の分子を分子線の状態にしてドップラー幅を狭くするのが最も確実な方法である。本研究では、分子線を用いて遠赤外・赤外領域でドップラー幅以下の分解能のスペクトル測定をする方法を確立することを目標とし,幸い期待通りの成果を得ることができた。とくに遠赤外の領域では、このような高分解能な測定の例は初めてのものである。1.線源の開発:分子線を発生する線源部には,スペクトルを豊富に観測できるように,分子の断熱冷却が起きにくいマルチキャピラリーアレイを用いた。線源の形状の異なるものをいろいろ試験して,最適な大きさと形状を決めた。この線源の開発により,低い試料圧でもきれいなスペクトルをとることができ,同位体のような高価な試料でも利用できるようになった。2.高分解能なスペクトル測定の実現:分子線を用いたスペクトルの高分解能化を,水の同位体H_2^<18>O分子とメタノール分子の遠赤外域のスペクトル線を用いて示すことができた。水のスペクトルの例では,通常の試料セルを用いた場合の線幅が3MHz以上あるのに対し,分子線を用いることにより1/10以下である200kHzの線幅を得ることができた。またメタノールでは近接した2本のスペクトル線を分離して観測できた。

远红外和红外区域是分子光谱中最重要的区域，其中出现旋转光谱和振动旋转光谱。两年前，日本第一台可调谐远红外光谱仪在富山大学建成。利用该装置，可以观察50至1000μm波长范围内的所有分子光谱，并且现在可以获得比传统测量精度高两个数量级的频率精度的数据。此外，在红外区域，完成了在9至11μm区域具有波长可调性的红外光谱仪。这些光谱仪已用于对各种分子进行光谱分析，但重要的谱线通常与其他谱线重叠且无法分离。光谱分辨率受到分子多普勒宽度的限制，但解决这个问题最可靠的方法是将样品分子变成分子束来缩小多普勒宽度。在本研究中，我们旨在建立一种利用分子束测量远红外和红外区域分辨率低于多普勒宽度的光谱的方法，幸运的是我们能够获得我们预期的结果。这是此类高分辨率测量的第一个例子，特别是在远红外区域。 1.辐射源的研制：产生分子束的辐射源采用多毛细管阵列，防止分子绝热冷却，从而观察到丰富的光谱。对具有不同形状的各种源进行了测试，以确定最佳的尺寸和形状。随着该源的发展，即使在低样品压力下也可以获得干净的光谱，并且甚至可以使用昂贵的样品（例如同位素）。 2.实现高分辨率光谱测量：可以利用水同位素H_2^ 18 O分子和甲醇分子Ta的远红外区域的谱线来演示利用分子束的高分辨率光谱。以水光谱为例，使用普通样品池时，线宽超过 3MHz，但使用分子束，我们可以获得 200kHz 的线宽，不到 1/10。此外，就甲醇而言，可以分别观察到两条间隔很近的谱线。

项目成果

Isamu Morino: "Loboratory Measurement of Rotafional Spectrum of the ^<18>OHRadical using a Tunable Far-infrared Spectromate" The Astrophyslcal Journal. accepted. (1995)

Isamu Morino：“使用可调谐远红外光谱仪对^ 18 OH自由基的旋转光谱进行实验室测量”天体物理学杂志。

Fusakazu Matsushima: "Freguency Measuremeut of pure rotational transiflons of H_2O from 0.5 to 5 THz" Journal of Molecular Structure. accepted. (1995)

Fusakazu Matsushima：“从 0.5 到 5 THz 的 H_2O 纯旋转转移的频率测量”分子结构杂志。

Hitoshi Odashima: "Observation of rotational spectrum of KH using a tunable for-infrared spectrometer" Journal of Molecular Spectroscopy. accepted. (1995)

Hitoshi Odashima：“使用可调谐红外光谱仪观察 KH 的旋转光谱”《分子光谱学杂志》。

Fusakazu Matsushima: "Freguency measurement of pure rotational transitions of H_2O from 0.5 To 5 THz" 1994 Conference on precision electromagnetic measuremets digest. 23-24 (1994)

Fusakazu Matsushima：“H_2O 从 0.5 到 5 THz 的纯旋转跃迁的频率测量”1994 年精密电磁测量摘要会议。

Fusakazu Matsushima: "Absolute Freguoncy Measurements of Methanol from 1.5 to 6.5 THz" Journal of Molecular Spectroscopy. 164. 517-530 (1994)

Fusakazu Matsushima：“1.5 至 6.5 THz 范围内甲醇的绝对频率测量”分子光谱学杂志。