新規2次元赤外分光法による複雑分子高次系での構造揺らぎの実時間計測

溶液中には無数の溶質、溶媒分子が存在するため、幅広い吸収や発光スペクトルから揺らぎなどのダイナミクスについての詳細な情報を得ることは困難である。本研究では、非常に速い時間領域での分子高次系の構造揺らぎを調べるために、ポンプ-プローブ法をベースとした2次元赤外分光法の計測系を構築した。さらに、電子基底状態だけではなく、電子励起状態での溶質-溶媒間水素結合の生成と解離に伴う揺らぎについての検討を行った。1. ポンプ-プローブ法をベースとした2次元赤外分光法の測定系を構築した。実験結果から、これまでの非同軸入射配置のフォトンエコー法に比べて、2次元赤外スペクトルを短時間で測定できることがわかった。しかし、遷移双極子モーメントの小さな系に適用するためには装置をさらに先鋭化する必要がある。光源の最適化と測定系の改善を行い、測定感度を大幅に向上させることができた。2. 我々はこれまで、溶液中での構造揺らぎが溶質分子の電荷分布や振動モードの性質によってどのように支配されているかを検証するため、プロトン性、非プロトン性極性溶媒中でのN_3^-の反対称伸縮振動モードに対して実験を行い、SCN^-での結果と比較してきた。こうした揺らぎの要因をさらに調べるため、赤外フォトンエコー法により、振動数の揺らぎの相関関数の温度依存性を計測した。その結果、揺らぎの相関関数の減衰の時定数に大きな温度依存性は見られず、溶媒分子の回転運動の寄与が小さいことがわかった。3. 電子励起状態での分子間水素結合ダイナミクスについて知見を得るため、メタノールーd_4中でのフルオレノンを対象に、紫外ポンプ-赤外プローブ法により、過渡吸収スペクトルを測定した。ここではC=0伸縮振動モードの振動スペクトル変化に着目した。実験結果から、電子励起状態での水素結合ダイナミクスが10-50psの時間スケールで起こっていることがわかった。

溶液中には無数の溶質、溶媒分子が存在するため、幅広い吸収や発光スペクトルから揺らぎなどのダイナミクスについての詳細な情報を得ることは困難である。本研究では、非常に速い時間領域での分子高次系の構造揺らぎを調べるために、ポンプ-プローブ法をベースとした2次元赤外分光法の計測系を構築した。さらに、電子基底状態だけではなく、電子励起状態での溶質-溶媒間水素結合の生成と解離に伴う揺らぎについての検討を行った。1. ポンプ-プローブ法をベースとした2次元赤外分光法の測定系を構築した。実験結果から、これまでの非同軸入射配置のフォトンエコー法に比べて、2次元赤外スペクトルを短時間で測定できることがわかった。しかし、遷移双極子モーメントの小さな系に適用するためには装置をさらに先鋭化する必要がある。光源の最適化と測定系の改善を行い、測定感度を大幅に向上させることができた。2. 我々はこれまで、溶液中での構造揺らぎが溶質分子の電荷分布や振動モードの性質によってどのように支配されているかを検証するため、プロトン性、非プロトン性極性溶媒中でのN_3^-の反対称伸縮振動モードに対して実験を行い、SCN^-での結果と比較してきた。こうした揺らぎの要因をさらに調べるため、赤外フォトンエコー法により、振動数の揺らぎの相関関数の温度依存性を計測した。その結果、揺らぎの相関関数の減衰の時定数に大きな温度依存性は見られず、溶媒分子の回転運動の寄与が小さいことがわかった。3. 電子励起状態での分子間水素結合ダイナミクスについて知見を得るため、メタノールーd_4中でのフルオレノンを対象に、紫外ポンプ-赤外プローブ法により、過渡吸収スペクトルを測定した。ここではC=0伸縮振動モードの振動スペクトル変化に着目した。実験結果から、電子励起状態での水素結合ダイナミクスが10-50psの時間スケールで起こっていることがわかった。