田中桂一（助教授） 分子研リポート1999 | 分子科学研究所

研究系及び研究施設の現状 135

田 中 桂 一（助教授）

A -1)専門領域：分子分光学、クラスター化学、物理化学

A -2)研究課題：

a) 分子クラスターの構造と物性の分光学的研究

b)短寿命不安定分子の生成と電子，幾何構造の分光学的研究

A -3)研究活動の概略と主な成果

a) サブミリ波（3–30 cm^–1）超音速分子線分光装置を製作し，アルゴンシアン化水素（Ar·HCN）クラスターの分子間（vdW） 変角振動遷移を観測した。Ar·HCN および Ar·DCN クラスターの vdW 変角振動遷移の基本音（j = 1–0）および倍音（j = 2–1）の多数の振動回転遷移を観測した。この解析により，Ar·HCN クラスターは基底状態（j = 0）で直線型，変角振動 の第一励起状態（j = 1）では T 型，第二励起状態（j = 2）では HCN が自由回転に近い構造を持ち，変角振動の励起に

ともない会合状態を劇的に変化する事，また極めて大きなクラスター内大振幅振動を持つことが分かった。高精度の量 子化学計算によりポテンシャル曲面を求めた。変角振動回転準位をこのポテンシャル曲面により計算し実験と比較した。

Ar·HBr，OCO·HF，OCO·DF および H₂O·H₂クラスターの分子間 変角振動遷移を超音速分子線分光法により観測し

た。実験より得られたエネルギー準位を分子間ポテンシャル曲面より計算した結果と比較し，量子化学計算の妥 当性を議論した。

検出感度の飛躍的な向上を図るためにサブミリ波領域のホワイト型多重反射セルを開発した。また後進行波管

（B W O）を用いたテラヘルツ分光装置を開発し分子クラスターの分子間（vdW ）変角振動遷移を観測した。 b)超音速ジェット噴流中に放電や紫外光解離によりラジカルや分子イオンの不安定分子を生成し，電荷や不対電子

を持つ分子クラスター，すなわちイオンクラスターやラジカルクラスターの構造と物性を解明する。このための 分子線紫外光解離装置，および低速電子線衝撃装置を開発した。

c) レーザー誘起蛍光法とサブミリ波分光法との二重共鳴分光法により特にラジカルクラスターの分子間（vdW ）変 角振動遷移を高感度でかつサブミリ波分光法の高精度で観測する事が出来る。このためのレーザー誘起蛍光サブ ミリ波二重共鳴分光装置をエキシマーレーザー励起パルス色素レーザーおよびサブミリ波超音速分子線分光装置 とを組み合わせて開発した。

d)鉄カルボニル F e(C O)5の紫外光解離により超音速ジェット中に生成する鉄カルボニルラジカルFe(CO)_n（n = 1–3） をサブミリ波分光法および赤外ダイオードレーザー分光法により検出し，それらの電子状態および分子構造を解 明した。たとえば，F e(C O)2ラジカルは³_∑g^–電子基底状態を持つ直線分子であり，F eC O ラジカルと同様に非常に 大きな電子スピン−スピン相互作用定数を持つ事を明らかにした。

B -1) 学術論文

M. ISHIGURO, K. HARADA, K. TANAKA and T. TANAKA, “Color-center Laser Infrared Absorption Spectroscopy of

the v₁₂ Band of Benzene Cooled in a Pulsed Jet,” J. Mol. Spectrosc. 192, 235-236 (1998).

O. DOPFER, S. A. NIZKORODOV, R. V. OLKHOV, J. P. MAIER and K. HARADA, “Infrared Spectrum of the Ar-NH₂⁺ Inonic Complex,” J. Phys. Chem. A 102, 10017-10024 (1998).

K. TANAKA, H. HONJO, T. TANAKA, H. KOUGUCHI, Y. OHSHIMA and Y. ENDO, “Determination of the Proton

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Tunneling Splitting of Tropolone in the Ground State by Microwave Spectroscopy,” J. Chem. Phys. 110, 1969-1978 (1999). T. BABA, T. TANAKA, I. MORINO, K. M. T. YAMADA and K. TANAKA, “Detection of the Tunneling-rotation transitions

of Malonaldehyde in the Submillimeter-wave Region,” J. Chem. Phys. 110, 4131-4133 (1999).

T. OKABAYASHI, K. TANAKA and T. TANAKA, “Analysis of Rotational Resonances Observed in the Microwave Spectrum

of FCCCN,” J. Mol. Spectrosc. 195, 22-42 (1999).

K. TANAKA, Y. TACHIKAWA, K. SAKAGUCHI, T. HIKIDA and T. TANAKA, “Time-resolved Infrare Diode Laser

Spectroscopy of the v₃ Band of the Jet-cooled Fe(CO)₂ Radical Produced by Ultraviolet Photolysis of Fe(CO)₅,” J. Chem. Phys. 110, 3970-3977 (1999).

B -2) 国際会議のプロシーディングス

T. IMAJO, D. WANG, K. TANAKA and T. TANAKA, “High Resolution Fourier Transform UV Emission Spectroscopy of

the 410 nm Band of the TiCl Radical,” The 53nd International Symposium on Molecular Spectroscopy MG10, 98 (1998). K. TANAKA, N. NAKAMURA, M. SHIRASAKA and T. TANAKA, “Millimeter-wave Spectroscopy of the Iron Carbonyl

Radical (FeCO) in the v₂ Bending Vibrational State,” The 53nd International Symposium on Molecular Spectroscopy MG16, 100 (1998).

T. IMAJO, K. TOKIEDA, K. TANAKA and T. TANAKA, “Fourier Transform UV Emission Spectroscopy of the B²_∑⁺- X²_∑⁺ Band of the PN⁺ ION,” The 53nd International Symposium on Molecular Spectroscopy RD11, 220 (1998).

M. ISHIGURO, K. HARADA, K. TANAKA and T. TANAKA, “Color-center Laser Spectroscopy of the v₁₂ Band of Benzene Observed with the Pulsed Supersonic Jet Expansion,” The 53nd International Symposium on Molecular Spectroscopy RF04, 229 (1998).

M. ISHIGURO, K. HARADA, K. TANAKA and T. TANAKA, “Color-center Laser Spectroscopy of Fluoroenzene Observed

with the Pulsed Supersonic Jet Expansion,” The 53nd International Symposium on Molecular Spectroscopy RF05, 229 (1998). T. IMAJO, K. TOKIEDA, Y. NAKASHIMA, K. TANAKA and T. TANAKA, “Fourier Transform UV Emission Spectroscopy

of the B²_∑⁺ - X²_∑⁺ Band of the PN⁺ ION,” The 12thd International Conference on Fourier Transform Spectroscopy TH5, (1999). K. TANAKA and T. TANAKA, “Time-resolved Diode Laser Spectroscopy of Jet-cooled Fe(CO)_x (x = 1–3) Radicals Produced by UV Laser Photolysis of Fe(CO)_5,” The 12thd International Conference on Fourier Transform Spectroscopy TH30, (1999). T. BABA, T. TANAKA, I. MORINO, K. M. T. YAMADA and K. TANAKA, “Determination of the Proton Tunneling

Splitting of Malonaldehyde in the Ground State by Submillimeter-wave Spectroscopy,” The 54th International Symposium on Molecular Spectroscopy MH05, 95 (1999).

O. DOPFER, S. A. NIZKORODOV, R. V. OLKHOV, J. P. MAIER and K. HARADA, “Infrared Spectrum of the Ar-NH₂⁺

Inonic Complex,” The 54th International Symposium on Molecular Spectroscopy TH06, 148 (1999).

K. TANAKA, T. HIKITA and T. TANAKA, “Time-resolved Infrared Diode Laser Spectroscopy of the v₁ + v₂ – v₂ Hot Band of the FeCO Radical Produced by the Ultraviolet Laser Photolysis of Fe(CO)₅,” The 54th International Symposium on Molecular Spectroscopy WI15, 189 (1999).

M. ISHIGURO, K. HARADA, K. TANAKA and T. TANAKA, “Direct Observation of the vdW Bending Band of the OCO-

HF Cluster in the Millimeter-wave Region,” The 54th International Symposium on Molecular Spectroscopy RG12, 223 (1999). S. BAILLEUX, K. HARADA, A. MIZOGUCHI and K. TANAKA, “Observation of the van der Waals Bending Bands of the Ar-DCN Cluster by Millimeter-wave Spectroscopy in Supersonic Expansion,” The 54th International Symposium on

研究系及び研究施設の現状 137 Molecular Spectroscopy RG14, 224 (1999).

K. HARADA, A. MIZOGUCHI, S. BAILLEUX and K. TANAKA, “Submillimeter-wave Spectroscopy of the van der

Waals Bending Band of Ar-HBr,” The 54th International Symposium on Molecular Spectroscopy RG15, 225 (1999). A. OKUMURA, M. ISHIGURO, K. TANAKA and T. TANAKA, “Color-center Laser Spectroscopy of Thiophene Observed with the Pulsed Supersonic Jet Expansion,” The 54th International Symposium on Molecular Spectroscopy RJ01, 236 (1999).

B -3) 総説，著書

田中桂一、原田賢介 , 「イオンクラスターの直接吸収赤外レーザー分光法」, 分光研究 47, 228-229 (1998).

B -4) 招待講演

田中桂一 , 「分子クラスターの van der W aals 振動遷移の測定と分子間ポテンシャル」, 分子研セミナー「分子ク ラスターの研究における分光学の役割：その現状と将来」, 岡崎 , 1999 年 7 月 .

田中桂一 , 「水和分子クラスターの v an der W aal s 振動遷移の観測」, T he F i rst W ork shop on the C hemi stry of S upramolecular W ater, 筑波 , 1999 年 9 月 .

B -6) 学会および社会的活動 学協会役員、委員

国際分子分光学会評議員(International S ymposium on Molecular S pectroscopy, International A dvisory C ommittee). 学術雑誌編集委員

日本分光学会会誌「分光研究」編集委員(-1999).

B -7) 他大学での講義，客員

九州大学 , 理学部化学科助教授（併任）, 1999 年 4 月− 2000 年 3 月 . 九州大学 , 「分子構造論」, 1999 年 4 月− 10 月 .

九州大学 , 「量子化学特論」, 1999 年 4 月− 2000 年 3 月 . 九州大学 , 「量子化学講究」, 1999 年 4 月− 2000 年 3 月 .

C ) 研究活動の課題と展望

a) 測定領域を後進行波管（B W O）を用いてテラヘルツ領域（50 cm^–1）まで拡大する。これにより，水素結合を含む 分子クラスターの分子間振動遷移へと測定対象を拡大して，水ベンゼン等の興味あるクラスターを測定しその会 合状態を解明する。また紫外光解離および低速電子線衝撃法と超音速ジェットノズルを組み合わせた装置を開発 して，不対電子や電荷を持ったラジカルやイオンクラスターを生成し，不対電子や電荷がクラスター内にどの様 に再配置されるかを解明する。

b)レーザー誘起蛍光法とサブミリ波分光法を組み合わせた二重共鳴分光法を開発して，ラジカルクラスターやイオ ンクラスターの分子間振動遷移を蛍光のデップとして観測する。この方法により検出感度の向上を図る。 c) サブミリ波領域には巨大有機分子，超分子の超低周波振動や内包フラーレンの殻内大振幅振動等の興味深い振動

遷移の観測が期待される。これらの固体試料の観測のための低温セルおよび，高速掃引型サブミリ波分光装置を 開発し，興味有る対象の振動スペクトルを観測する。