固体重合反応に伴う結合状態変化の電顕法による化学マッピング

使用电子显微镜绘制与固态聚合反应相关的键态变化的化学图

• 批准号: 08221215
• 负责人: 小林 孝史
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08221215/
• 关键词: 高分解能; 電子線エネルギー損失分光法; 有機結晶; 化学反応; 結合状態マッピング; 高分解能; 電子線エネルギー損失分光法; 有機結晶; 化学反応; 結合状態マッピング

有機結晶環境下での多様な化学的反応機構の解析は、新しい結晶化学の開拓につながるものであるが、その反応を多方面から解析することが必要であると思われる。そこで、固体での化学反応の開始地点の同定や進行状態の解析方法として、ミクロな立場から情報を得ることのできる顕微鏡法による解析を我々は提案した。そこでは、従来の電子顕微鏡法の延長である高分解能分子結像法と有機結晶での反応の新しい解析手段として電子線エネルギー損失分光法による試料内の結合状態のマッピング法を提案した。(1)高分解能電子顕微鏡法は、分子オーダーでの構造を明らかにできる方法として、広く認知されてきている。有機固相重合での構造的な問題は、重合がどのような場所から始まり、重合はどのように進行するか、重合前後の結晶学的な関係などがある。これらについて研究するため、ジアセチレンの熱重合と放射線重合について高分解能電子顕微鏡による研究を行った。この研究の結果、重合反応での反応開始点の位置や頻度が、生成するポリマー結晶の形態に大きな影響を与えることや、熱的な重合反応ではモノマー結晶の表面が重要であることを示している。(2)電子線エネルギー損失分光法を利用した結合状態マッピング法電子顕微鏡法は単に空間的な原子の分布状態を知る方法としてだけでなく、極微領域の状態分析も行えるようになってきた。その中の一つの方法として、電子線エネルギー損失分光法がある。試料へ入射した電子のうち、ある原子を励起し自身はその分だけエネルギーを失った電子を損失エネルギーの関数として分光すると、試料内の元素分布・元素の電子状態・近接原子の空間的分布などの分析が可能である。この方法はX線分光法に較べると、低元素の検出と高い空間分解能にその特徴があり、有機結晶の分析に威力を発揮すると期待できる。また、更に、分光学的に得られるスペクトルのうちある特定の相互作用による損失エネルギーの部分だけを取り出し再結像することで、その相互作用を引き起こした場所を像の中で特定することもできる。特に、有機結晶の固相反応での状態変化の研究では、原子の結合状態変化をマッピングすることで反応の進行状態を可視化できる。結合状態の違いはスペクトルの吸収端での微細なスペクトルの変化として現れ、それをスリットで切りわけ結像する。このようなマッピング像観察のシステムを、1000kV透過型電子顕微鏡に装備し、そのマッピング像の空間分解能は、最良の条件では1nm以下である事を確かめた。

对有机晶体环境中各种化学反应机制的分析导致了新的晶体化学的发展，但似乎有必要从各个角度分析反应。因此，我们提出了一种识别固体中化学反应的起点并通过微观分析分析进度状态的方法，该方法使我们能够从微观的角度获取信息。在这项研究中，我们提出了一种新的分析方法，用于使用电子束能损耗光谱法作为传统电子显微镜的扩展，用于在样品中键入样品中键合状态的映射方法的新分析方法。 （1）高分辨率电子显微镜已被广泛认可为一种可以在分子顺序上阐明结构的方法。有机固态聚合的结构问题包括聚合开始的位置，聚合如何进展以及聚合前后的晶体学关系。为了研究这些，我们对二乙烯的热和辐射聚合进行了高分辨率电子显微镜。这项研究表明，聚合反应中反应起点的位置和频率对产生的聚合物晶体的形态具有显着影响，并且单体晶体的表面在热聚合反应中很重要。 （2）使用电子束能损失光谱电子显微镜键合的方法不仅是了解原子空间分布的方法，而且还允许对超细区域进行态度分析。这些方法之一是电子束能量损耗光谱。通过激发出现在样品上的电子原子和损失能量随损耗能量的函数的频谱电子，可以分析元素分布，样品中元素的电子状态以及相邻原子的空间分布。与X射线光谱相比，该方法具有低元素检测和高空间分辨率的特征，并且可以预期有效地分析有机晶体。此外，还可以通过仅提取由于特定特定相互作用而丢失的光谱获得的部分来识别图像中引起相互作用的位置。特别是，在研究固态反应过程中有机晶体的状态变化时，可以通过绘制原子键状态的变化来可视化反应的进展。键态的差异是在光谱的吸收边缘处的较小光谱变化，该光谱被缝隙切割和形成。这种类型的映射图像观察系统安装在1000kV的传输电子显微镜上，并确认在最佳条件下，映射图像的空间分辨率低于1 nm。