光化学

Photochemistry

991619B

16CHPHC305

手塚　美彦

Yoshihiko Tezuka

2026年度前期

2026年度

①First semester

木曜3限

Thursday 3rd. Period

理学部第一部　応用化学科

Department of Applied Chemistry, Faculty of Science Division Ⅰ

2.00単位

講義

Lecture

-

① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

光化学という学問は、一昔前の光エネルギーを利用した物質合成やその反応機構の解明が中心だった時代から大きく様変わりし、現代の半導体産業を支える微細加工技術から地球環境・エネルギー問題まで幅広く扱う学問へと発展している。また超短パルスレーザーや高感度受光素子の出現により，分子構造解析や化学反応解析のための新しい分光分析法がいくつも開発されている。本講義では、分子の電子状態という量子化学の基礎から始まり，光と物質の相互作用、さらに最先端の応用例まで幅広く取り扱い、光化学を自身の専門分野の一つとして活用するために必要な知識と実践的テクニックを習得する。

量子力学および量子化学の知識に基づき、光化学の基礎である「光と物質と相互作用」について理解する。修得した「光と物質と相互作用」の知識を基に、各種分光法の原理を理解する。さらに電子デバイス、生物、医学、環境、エネルギーなど幅広い分野における光化学の応用例を学び、将来、光化学を自身の専門分野に応用展開できる素養を身につける。
なお、本科目は当学科のディプロマ・ポリシー「1． 化学及び関連する分野（数学・物理・生物・地学）を含めた自然科学全般の十分な基礎学力と高度で幅広い専門的 知識・技能を身に付けた能力」および「 2． 化学を中心とする基礎学力を基盤として、物質、生命、環境、エネルギーなど我々を取り巻く様々な課題を解析 し、柔軟に対応し、解決していく素養と実力を身に付けた能力」を実現するための科目です。

1) 量子化学計算により単純な共役系分子のエネルギー準位と軌道が求められる
2) ジャブロンスキーダイアグラムに基づいて各種光物理過程が説明できる
3) 許容遷移と禁制遷移の違いについて説明できる
4) エネルギー移動と光誘起電子移動の機構について説明できる
5) 励起状態の寿命、速度定数、量子収率の値を実験データから求めることができる
6) 代表的な光化学反応の機構について説明できる
7) レーザーを含む代表的な光源の発光原理および光計測の基礎について説明できる
8) 各波長の電磁波を用いた分光法の原理について説明できる
9) 代表的な光機能材料・デバイスの動作原理について説明できる
10) 光合成に代表される生体系の光化学反応について説明できる

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

分子と光との相互作用および光物理過程の理解には量子力学・量子化学の知識が必須である。よって「物理化学3B」の内容を事前に復習しておくこと。また毎回の授業では、教科書の他、参考書など色々な資料を参照し、理学的思考に基づいて考え、授業に積極的に参加すること。
前半の基礎的内容の回では，事前にオンラインで課題を提出させ，それに基づいたディスカッションを行う場合がある。

小テストの実施　Quiz type test

-

指定教科書（テキスト）を用いて準備学習を行うこと。各回の準備学習の内容については「授業計画」に記載してあるので、それを参照すること。授業が終わった後にもう一度テキストの該当箇所を読み、内容が理解できているかを確認すること。理解があいまいな場合は、友人どうしでの教え合い、教員への質問など、自ら積極的に動いて解決すること。講義毎に与えられる課題は「知識の明確化」に必要なものなので、期日までにオンラインで提出すること。

課題40％、到達度評価60%

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

Y

光化学—基礎から応用まで (エキスパート応用化学テキストシリーズ) （長村利彦・川井秀記　共著）講談社（ISBN-13 ‏ : ‎ 978-4061568037）

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

光化学 −基礎と応用ー（村田　滋著）東京化学同人，2013 (ISBN 9784807908295)
電子移動（伊藤　攻著）共立出版， 2013 (ISBN 9784320044104)
光化学 I （井上春夫他著） 丸善， 1999 (ISBN 9784621046562)

本授業の内容は下記のように大きく５つに分類できる。前半の基礎的内容が終わった時点で中間試験を実施する。
なお、すべての履修学生に対して半数以上の授業回を対面で受講することを求める。

単元Ⅰ．光化学を学ぶ上で必要な基礎知識
1) 光の性質［光の二重性，光の波長とエネルギー，光の三原色，電磁波の種類］
　　[準備学習]:テキスト第1章を読んでおくこと。　　
2) 分子の電子状態（１）［シュレーディンガー方程式，箱の中の粒子のエネルギー］
　　[準備学習]: テキスト第2章−2.3，2.4を読んでおくこと。行列式の復習。
3) 分子の電子状態（２）［分子軌道法，π電子共役系分子，ヒュッケル分子軌道法］
　　[準備学習]: テキスト第2章−2.3，2.4を読んでおくこと。行列式の復習。
単元Ⅱ．分子と光の相互作用および光物理過程
4) 分子と光の相互作用（１）［光吸収，ランベルト−ベールの法則，吸収スペクトル］
　　[準備学習]: テキスト第3章−3.2，3.3を読んでおくこと。微分方程式の復習。
5) 分子と光の相互作用（２）［一重項と三重項，遷移確率，フランク−コンドンの原理］
　　[準備学習]: テキスト第3章−3.4，3.5を読んでおくこと。
6) 光励起に関係する諸過程（１）［速度定数と寿命，量子収率，スターンーボルマーの式］
　　[準備学習]: テキスト第4章−4.1，4.2，4.3，4.8，4.9を読んでおくこと。
7) 光励起に関係する諸過程（２）［電荷移動錯体，エネルギー移動，光誘起電子移動］
　　[準備学習]: テキスト第4章−4.4，4.5，4.6，4.7を読んでおくこと。
＜＜中間試験（第7回もしくは第8回の講義時間の一部を使って実施する）＞＞

単元Ⅲ．色素および光化学反応
8) 色素の化学 ［色の発現とスペクトル，共役長，共役系ポリマー，各種クロミズム］
　　[準備学習]: テキスト第5章を読んでおくこと。
9) 光化学反応 ［光化学反応の種類，一重項酸素の発生と検出，オゾンの分解反応］
　　[準備学習]: テキスト第6章を読んでおくこと。
単元Ⅳ．分光法
10) 光源とレーザー ［光源の種類，レーザーの発振原理，LEDと半導体レーザー］
　　[準備学習]: テキスト第7章を読んでおくこと。
11) 分光測定［X線分光，赤外吸収，ラマン散乱，磁気共鳴分光，円偏光二色性］
　　　[準備学習]: テキスト第8章 を読んでおくこと。
単元Ⅴ．光化学の応用
12) 太陽電池［太陽電池の特性評価，太陽電池の種類と構造］
　　　[準備学習]: テキスト第9章−9.1，9.2，9.3，9.4，9.5を読んでおくこと。
13) 光機能材料・デバイス ［発光材料・発光素子，フォトレジスト，光触媒，量子ドット］
　　　[準備学習]: テキスト第10章−10.2，10.4，10.7，10.8を読んでおくこと。
14) 生体と光化学 ［光合成・視覚・光治療］
　　　[準備学習]: テキスト第11章−11.1，11.2，11.3を読んでおくこと。

15) 期末試験（授業内）で重要項目の総合的な理解度を評価し，その解説を行う。

教員自身が起ち上げたスタートアップ企業における光技術を応用した製品開発において、光化学のどのような知識がベースになったかを実際の製品の設計図や基幹部品を提示しながら講義し、光化学への理解と関心を深める。

Signals ChemDraw（旧ChemOffice Professional）

Microsoft エクセル

本講義は理学部の開講科目ですが、上記「概要」でも述べた通り、「光化学」の扱う内容は産業分野・工業分野にまで拡大しています。本講義の前半は量子化学を含む基礎的内容が中心ですが、後半は実用化された技術など応用的内容も入ってきます。よって理学系だけでなく工学系の学生の受講も歓迎します。

N

N