赤外分光法（IR）

赤外分光法の基本原理

赤外分光法（Infrared Spectroscopy, IR）は、赤外線を物質に照射し、その吸収特性を測定することで化学構造を解析する技術です。物質が特定の波長の赤外線を吸収すると、その物質の分子はエネルギーを受け取り、振動や回転を始めます。これは、赤外線が分子の中の特定の化学結合に対応するエネルギーを持っているからです。この振動や回転のパターンは、赤外線がどの波長でどれだけ吸収されたかを示す「吸収スペクトル」として記録されます。この吸収スペクトルを分析することで、物質の化学構造や成分を特定することができます。

赤外分光法のプロセス

赤外分光法は、以下のプロセスを経て物質の特性を解析します：

赤外線の照射
• 赤外線を試料に照射します。赤外線の波長範囲は通常、2.5〜25ミクロン（4000〜400 cm^-1）です。
吸収
• 試料中の分子が特定の波長の赤外線を吸収し、振動エネルギーの増加を引き起こします。各化学結合は特有の吸収波長を持ちます。
スペクトルの取得
• 吸収された赤外線のスペクトルを測定し、吸収強度と波数（波長の逆数）の関係を記録します。これが赤外吸収スペクトルです。
解析
• 得られたスペクトルを解析し、特定の吸収帯から化学結合の種類や分子構造を推定します。

赤外分光法の種類

赤外分光法には、主に以下の種類があります：

フーリエ変換赤外分光法（FT-IR）
• 干渉計を使用して、全波長範囲の赤外スペクトルを同時に測定します。高感度で高精度なスペクトルを得ることができます。
分散型赤外分光法
• 回折格子を使用して、特定の波長の赤外線を選択的に測定します。主に古典的な方法として使用されます。
近赤外分光法（NIR）
• 近赤外領域（0.78〜2.5ミクロン）の光を使用して、主に有機物の定量分析に利用されます。
中赤外分光法（MIR）
• 中赤外領域（2.5〜25ミクロン）の光を使用して、化学結合の詳細な解析に適しています。

赤外分光法の利点と限界

赤外分光法には、いくつかの利点と限界があります。

利点
• 非破壊的な分析が可能：試料を破壊せずに分析できます。
• 迅速な測定：短時間でスペクトルを取得できます。
• 高感度：微量な物質の検出が可能です。
• 多用途：有機物、無機物、生体分子など、さまざまな試料の分析に適しています。
限界
• 試料の前処理が必要な場合がある：特に固体試料の場合、適切な前処理が求められます。
• 定性分析が中心：定量分析には限界があります。
• 水分の影響：赤外線は水によって強く吸収されるため、水分の影響を受けやすいです。

赤外分光法の装置構成

赤外分光法の装置は、以下の主要な構成要素から成り立っています：

光源
• 赤外線を発生させるための光源。通常、黒体放射源やレーザーが使用されます。
干渉計または分散装置
• 赤外線を分光するための装置。FT-IRでは干渉計、分散型では回折格子が使用されます。
試料室
• 試料を設置する場所。透過法、反射法、ATR法（全反射減衰法）など、さまざまな測定モードがあります。
検出器
• 吸収された赤外線を検出する装置。熱電検出器や光検出器が使用されます。
データ処理装置
• 検出された信号を処理し、スペクトルとして表示するコンピュータシステム。

赤外分光法の測定モード

赤外分光法には、試料の状態や目的に応じていくつかの測定モードがあります：

透過法
• 赤外線が試料を通過する際の吸収を測定します。液体や薄膜試料に適しています。
反射法
• 赤外線が試料表面で反射する際の吸収を測定します。固体試料や表面解析に適しています。
ATR法（全反射減衰法）
• 赤外線が高屈折率のプリズムを通過し、試料表面で全反射する際の吸収を測定します。試料の前処理が不要で、液体、固体、ペースト状の試料に適しています。