Ir分光法の種類とは？適切な方法を選択するためのガイド

IR分光法における主要な技術は、サンプルの調製方法だけでなく、赤外光がサンプルとどのように相互作用するかによって定義されます。主な方法は、光がサンプルを透過する透過法と、光がサンプルから反射する反射法です。反射法自体は、減衰全反射（ATR）、正反射、拡散反射などの主要な技術にさらに細分されます。

IR分光法において最も重要な決定は、測定技術をサンプルの物理的性質に合わせることです。透過法、ATR法、またはその他の反射法の中から選択することは、サンプル調製から得られる情報の種類まですべてを決定します。

基本：透過分光法

透過法は、古典的なIR分光法です。これは単純な原理で動作します。IR光がサンプルを直接通過し、検出器は各波長でどれだけの光が吸収されたかを測定します。

仕組み

分光光度計は、赤外線ビームをサンプルに照射します。検出器に到達した光の量は、ビームの初期強度と比較されます。結果として得られるスペクトルは、サンプルの分子がエネルギーを吸収した場所に「谷」を示します。

サンプル要件

透過測定を成功させるには、サンプルが赤外光に対して部分的に透明である必要があります。厚すぎたり、濃度が高すぎたりすると、すべての光を吸収してしまい、役に立たないスペクトルが得られます。このため、固体や濃縮液体では、広範なサンプル調製が必要となることがよくあります。

透過法のための一般的な調製

ここで、ムル法やペレット法など、耳にしたことのある方法が登場します。これらは測定技術そのものではなく、透過測定のために固体を調製する方法です。

プレス成形ペレット（KBr）：固体のサンプルをIR透明な塩（臭化カリウム、KBr）と細かく粉砕し、高圧下で圧縮して薄く透明なディスクを形成します。
ムル法：固体をムル油（ヌジョールなど）とペースト状に細かく粉砕します。このペーストを2枚のIR透明な窓の間に広げます。
キャストフィルム：固体を揮発性溶媒に溶解させます。溶液の一滴をIR透明な窓に置き、溶媒を蒸発させてサンプルの薄膜を残します。

現代の主力：減衰全反射（ATR）

ATRは、その利便性から現代のラボで最も一般的なIR技術となっています。これは、固体および液体サンプルをほとんど調製せずに分析できる反射法です。

仕組み

光をサンプルを透過させる代わりに、IRビームは特殊な高屈折率結晶（多くの場合、ダイヤモンド、セレン化亜鉛、またはゲルマニウム）に照射されます。結晶表面では、光は非常に浅い、伝播しない「エバネッセント波」を生成し、結晶に密着させたサンプルに数マイクロメートル浸透します。

機器は、この波がサンプルによって「減衰」または吸収される様子を測定します。ごく表面のみをプローブするため、完全に不透明なサンプルでも簡単に分析できます。

サンプル要件

唯一の要件は、サンプルがATR結晶としっかりと均一に接触できることです。このため、粉末、ポリマーシート、粘性液体、ペースト、さらには軟らかい固体にも理想的です。

特殊なツール：その他の反射法

ATRが適さない場合、光が表面から反射する必要がある特定の種類のサンプルには、他の反射技術が使用されます。

正反射

この技術は、滑らかで鏡面のような表面から直接反射されるIR光を測定します。これは、金属パネル上のポリマーコーティングなど、反射性基板上の薄膜を分析するのに理想的な方法です。

拡散反射（DRIFTS）

拡散反射赤外フーリエ変換分光法（Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy）の略で、この方法は粗い表面の固体や粉末用に設計されています。IR光は不規則な表面で多くの方向に散乱します。特殊な光学系がこの「拡散散乱」光を収集し、スペクトルを生成します。医薬品の粉末、土壌、触媒の分析に優れています。

トレードオフの理解

技術を選択するには、利便性、サンプルタイプ、分析目的のバランスを取る必要があります。

透過法：高品質、高労力

透過法は、多くの場合、「最もクリーンで」高品質なスペクトルを提供し、定量分析に理想的です。しかし、必要なサンプル調製（KBrペレットの作成など）は時間がかかり、サンプルを破壊する可能性があり、正しく実行するにはスキルが必要です。

ATR法：最高の利便性、表面重視

ATRは信じられないほど高速で非破壊的であり、サンプルを結晶に押し付けて測定するだけです。その主な限界は、それが表面技術であることです。サンプルの不均一な場合、バルク材料を代表しない可能性のある、ごく数ミクロンしか分析しません。

反射法：ニッチなケースに強力

正反射と拡散反射はATRほど汎用性はありませんが、それらが設計された特定のサンプルタイプには不可欠です。金属上のコーティングや粗い粉末を他の技術で分析しようとすると、結果が不良になるか、まったく得られない可能性があります。

目的に合った適切な選択

サンプルの物理的形態は、適切なIR技術を選択するための主要な指針となります。

透明な液体、ガス、または可溶性固体がある場合：透過法は古典的で最も定量的なアプローチです。
固体の粉末、ポリマー、ペースト、または不透明な液体がある場合：ATRから始めます。これは、ほとんどのサンプルにとって最も速く、最も簡単で、最も汎用性の高い方法です。
固体の表面だけでなくバルクを分析する必要がある場合：透過法を使用します。これにはKBrペレットまたはムルの調製が必要です。
反射性表面上の薄く滑らかなフィルムを分析している場合：正反射は、このタスクのために設計された唯一の技術です。
粗い表面の固体または微細な粉末を分析している場合：拡散反射（DRIFTS）が可能な限り最高のスペクトルを提供します。

最終的に、適切な技術を選択することで、スペクトルデータがサンプルの化学組成を真に正確に表現することが保証されます。

要約表：

技術	最適対象	主な利点	主な制限
透過法	透明な液体、ガス、可溶性固体	高品質で定量的なスペクトル	広範なサンプル調製が必要（例：KBrペレット）
ATR法	粉末、ポリマー、ペースト、不透明な液体	最小限または不要なサンプル調製、高速分析	表面（上部数ミクロン）のみをプローブ
正反射	反射性表面上の薄膜（例：金属上のコーティング）	表面コーティングの分析に理想的	滑らかで鏡面のような表面が必要
拡散反射（DRIFTS）	粗い固体、微細な粉末（例：触媒、土壌）	溶解せずにバルク粉末を分析するのに優れている	特殊な光学系が必要