研究レビュー 2007年度
(1) ピコ秒時間分解ラマン分光によるイオン液体中の振動冷却過程：イオン液体中の局所構造の形成
S1 trans-スチルベンのC=C伸縮ラマンバンドのピーク位置は、温度に比例して変化することが明らかにされており、溶液中の局所的な温度をピコ秒の時間分解能で測ることができる「ピコ秒時間分解温度計」として用いられる。この「温度計」を用いると、溶液中の光励起S1 trans-スチルベン分子の振動冷却の過程を詳細に調べることができる。分子液体では観測された振動冷却速度は溶媒の熱拡散定数と良い比例関係を示す(図1中の▲)。しかし、イオン液体中ではこのような相関は見られない(図1中の●)。さらに、イオン液体は分子液体に比べて2/3程度の熱拡散率しか持たないのに、振動冷却速度はほぼ同じ値を示す。我々はこの結果がイオン液体中の局所構造形成によるものであると考えている。イオン液体中の振動冷却過程は、S1 trans-スチルベンを含む局所構造内での微視的環境を反映する。一方、熱拡散定数はマクロスコピックな熱伝導の効率を示す量であり、局所構造間の境界を越えた遅いエネルギー移動を含む。イオン液体は分子液体にはない局所的な構造を持つため、その性質を正しく特徴づけるためには、通常の巨視的パラメーターのみでは不十分であることをこの結果は示している。
図1．分子液体（▲）及びイオン液体（●）中のS1 trans-スチルベンの振動冷却速度と熱拡散定数のプロット。
(2) 広帯域顕微マルチプレクスCARS分光システムの製作：分裂途中の分裂酵母の振動イメージング
フォトニック結晶ファイバーにより得られるフェムト秒超広帯域白色光を用いた顕微マルチチャンネルCARS分光システムを製作した。この装置は、~3500 cm-1の広い波数領域を同時に測定可能で、50 msの短い露光時間で高いS/N比のCARSスペクトルを取得することができる。水平方向の空間分解能は0.5 μm で、奥行き方向の分解能は1.5 μmである。この装置を用いて、分裂途中の分裂酵母細胞を、CH伸縮CARSバンドによる振動イメージングにより、時間分解観測した（図２）。ミトコンドリアなどの膜性オルガネラの細胞内分布が細胞周期に従って時間変化する様子が明瞭に観測されている。また分裂前の隔壁の生成も明瞭に観察される。このように、製作した顕微CARS分光装置を用いると、何の予備的処理をすることなく、生細胞の振動イメージを実時間かつ非侵襲で得ることができる。
図2 分裂中の分裂酵母のCH伸縮バンドによる時間分解CARSイメージ。各イメージは61x61 ピクセルから成り、測定に3.8 分を要した。
原著論文
- Behaviors of the “Raman Spectroscopic Signature of Life” in Single Living Fission Yeast Cells under Different Nutrient, Stress and Atmospheric Conditions. Yu-San Huang, Takeshi Nakatsuka and Hiro-o Hamaguchi, Appl. Spectrosc., 61, 1290-1294 (2007).
- Ultrabroadband (>2000 cm-1) Multiplex Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Spectroscopy Using a Sub-Nanosecond Supercontinuum Light Source. Masanari Okuno, Hideaki Kano, Philippe Leproux, Vincent Couderc and Hiro-o Hamaguchi, Optics Lett., 32, 3050-3052 (2007).
- Coherent Raman Imaging of Human Living Cells Using a Supercontinuum Light Source. Hideaki Kano and Hiro-o Hamaguchi, Jpn. J. Appl.Phys., 46, 6875-6877 (2007).
- Supercontinuum Dynamically Visualizes a Dividing Single Cell. Hideaki Kano and Hiro-o Hamaguchi, Analytical Chemistry., 79, 8967-8973 (2007).
- Intra- and IntermolecularVibrational Eenergy Ttransfer inTungsten Carbonyl Complexes W(CO)(5)(X) (X = CO, CS, CH3CN, and CD3CN). Motohiro Banno, Koichi Iwata and Hiro-o Hamaguchi, J. Chem. Phys., 126, 204501 (1-9) (2007).
- Picosedond Time-resolved Fluorescence Study on Solute-Solvent Interaction of 2-Aminoquinoline in Room-Temperature Ionic Liquids: Aromaticity of Imidazolium-Based Ionic Liquids. Koichi Iwata, Minoru Kakita and Hiro-o Hamaguchi, J. Phys. Chem. B, 111, 4914-4919 (2007).
- Vibrational Cooling Process of S1 Trans-Stilbene in Ionic Liquids Observed with Picosecond Time-resolved Raman Spectroscopy. Koichi Iwata, Kyousuke Yoshida, Yuta Takada and Hiro-o Hamaguchi, Chem. Lett., 36, 504-505 (2007).
- Excited-State Structure and Dynamics of 1,3,5-Tris(Phenylethynyl)Benzene as Studied by Raman and Time-resolved Fluorescence Spectroscopy. Tomonori Nomoto, Haruko Hosoi, Tatsuya Fujino, Tahei Tahara and Hiro-o Hamaguchi, J. Phys. Chem. A, 111, 2907-2912 (2007).
- Proton-Conducting Properties of a Bronsted Acid-Base Ionic Liquid and Ionic Melts Consisting of Bis(Trifluoromethanesulfonyl)Imide and Benzimidazole for Fuel Cell Electrolytes. Hirofumi Nakamoto, Akihiro Noda, Kikuko Hayamizu, Satoshi Hayashi, Hiro-o Hamaguchi and Masayoshi Watanabe, J. Phys. Chem., 111, 1541-1548 (2007).
総説・解説
- Local structure formation in alkyl-imidazolium-based ionic liquids as revealed by linear and nonlinear Raman spectroscopy. Koichi Iwata, Hajime Okajima, Satyen Saha and Hiro-o Hamaguchi, Accounts of Chem. Research. 40, 1174-1181 (2007).
- 時空間分解ラマン分光法による酵母単一生細胞の分子科学的解析 「生命のラマン分光指標」で見た細胞の生と死. 小野木智加朗, 内藤康彰, 濵口宏夫 「日本化学会生体機能関連化学部会ニュースレター」 22, 2, 2 (2007).
- 時空間におけるラマン分光の極限化. 島田林太郎, 加納英明, 岩田耕一, 濵口宏夫「光学」 36, 9, 498-507 (2007).