Irにおけるサンプルの調製方法とは？固体、液体、気体分析のガイド

赤外（IR）分光法におけるサンプル調製の主要な方法は、その物理状態（固体、液体、気体）によって異なります。液体の場合、2枚の塩プレートの間に薄膜を作成します。固体は通常、微粉末に粉砕され、臭化カリウム（KBr）で透明なペレットに圧縮されるか、鉱物油（ヌジョールマルのり）に懸濁されます。気体サンプルは、IR光線との十分な相互作用を確保するために、長い光路を持つ特殊なセルで分析されます。

すべてのIRサンプル調製の核心的な原則は、IR放射に対してほとんど透明な形で化合物を分光計に提示することです。選択された方法は、干渉信号の導入を避けつつ、検出に十分な濃度でありながら、検出器を飽和させない濃度を確保する必要があります。

基本原則：IR透過性

IR分光法における最初で最も重要なルールは、サンプルを保持するすべての材料が赤外光に対して透明でなければならないということです。これが、標準的なガラスやプラスチックのキュベットが使用できない理由です。それらの分子結合はIR領域で強く吸収し、サンプルの信号を不明瞭にしてしまうからです。

なぜ塩プレートが使用されるのか

これを克服するために、サンプルホルダーはイオン性塩から作られます。これらの材料は、中赤外領域で吸収する共有結合を持たないため、分光計に対して実質的に見えません。

一般的に使用される塩には、臭化カリウム（KBr）や塩化ナトリウム（NaCl）があります。これらは比較的安価で広い範囲で透明ですが、脆く水溶性です。水溶液の場合、塩化銀（AgCl）のようなより堅牢な材料が必要です。

液体サンプルの調製

液体サンプルは、IR分析のために最も簡単に調製できることが多いです。目標は、IR光線が通過するための非常に薄い層を作成することです。

純粋な液体（薄膜）

純粋で非揮発性の液体の場合、これが最も直接的な方法です。液体の1滴を1枚の塩プレートに置き、もう1枚のプレートを慎重に上に置きます。

プレートを軽く押し、回転させて液体を薄く均一な膜に広げます。組み立てられたプレートは、分光計のサンプルホルダーに置かれます。

溶液とキャストフィルム

化合物が固体または粘性のある油である場合、ジクロロメタン（CH2Cl2）のような少量の揮発性溶媒に溶解させることができます。この溶液の1滴を1枚の塩プレートに置き、溶媒を蒸発させます。

これにより、化合物の薄い固体膜がプレート上に「キャスト」されて残ります。純粋な溶媒のスペクトルも測定し、サンプルのスペクトルから残存するピークを特定して差し引くことが重要です。

固体サンプルの調製

固体サンプルの調製には、化合物をIR透明なマトリックスに混合する必要があります。光散乱を減らし、スペクトルが歪むのを防ぐために、固体を微粉末に粉砕することが重要です。

KBrペレット

これは、高品質の固体スペクトルを得るための最も一般的な方法です。少量のサンプル（1～2 mg）を、約100～200 mgの非常に乾燥したKBr粉末と混合します。

混合物を非常に細かい均質な粉末に粉砕します。その後、特殊なダイで高圧下で圧縮し、直接分析できる小さな透明なペレットを形成します。

ヌジョールマルのり

ヌジョールマルのりは、サンプルが粉砕しにくい場合やKBrと反応する可能性がある場合の代替手段です。固体を数滴の鉱物油（ヌジョール）と粉砕して、濃厚なペースト、つまり「マルのり」を作成します。

このペーストは、純粋な液体サンプルと同様に、2枚の塩プレートの間に薄く広げられます。主な欠点は、ヌジョール自体がC-H結合吸収を持ち、スペクトルに現れることです。

気体サンプルの調製

気体は液体や固体に比べて分子密度が非常に低いです。測定可能な信号を得るには、IR光線がサンプル中をはるかに長い経路で通過する必要があります。

長光路ガスセル

気体は、両端にIR透明窓（例：KBrまたはNaCl）を備えた、通常5～10 cm長の密閉セルを使用して分析されます。セルはまず排気され、その後気体サンプルで満たされます。この長い光路により、十分な分子が光線と相互作用し、明確なスペクトルが生成されます。

トレードオフの理解

完璧な方法はありません。潜在的な落とし穴を認識することが、結果を正しく解釈するための鍵です。

水の問題

NaClおよびKBrプレートは吸湿性があるため、空気、手、またはサンプルからの湿気によって容易に損傷を受ける可能性があります。それらはデシケーターに保管し、注意して取り扱う必要があります。吸収された水は、3200～3600 cm⁻¹付近に非常に広くて強いピークとして現れ、重要なN-HまたはO-H信号を不明瞭にする可能性があります。

マトリックスからの汚染

サンプル調製に使用されるマトリックスは、それ自身の信号を導入する可能性があります。ヌジョールは常に顕著なC-H伸縮および変角ピークを示します。KBrは高純度で完全に乾燥させておく必要があり、水やその他の不純物ピークの導入を避ける必要があります。

不適切な濃度

適切な調製により、最も強いピークの吸光度が検出器の最適な範囲内に収まるようにします。サンプルが濃すぎる場合（例：液体膜が厚すぎる場合）、最も強いピークは「平坦化」または「カットオフ」され、定量分析には役立ちません。薄すぎる場合、信号は弱くノイズが多くなります。

サンプルに合った適切な選択

サンプルの物理状態によって、最適な調製方法が決まります。

純粋で低粘度の液体の場合：最も純粋なスペクトルを得るには、2枚の塩プレート間に純粋な薄膜法を使用します。
固体サンプルがある場合：KBrペレット法は、通常、バックグラウンド干渉のない最高品質のスペクトルを提供します。
固体が圧力や湿気に敏感な場合：ヌジョールマルのりは迅速で効果的な代替手段ですが、分析では既知のヌジョールピークを無視する必要があります。
気体または高揮発性化合物がある場合：長光路ガスセルが唯一の適切な方法です。
サンプルが溶液としてのみ入手可能な場合：キャストフィルムまたは液体セルを使用し、差し引きのために純粋な溶媒のバックグラウンドスペクトルを測定することを忘れないでください。

最終的に、サンプル調製を習得することが、明確で意味のあるIRスペクトルを得るための最も重要なステップです。

要約表：

サンプル状態	主要な方法	主な考慮事項
固体	KBrペレットまたはヌジョールマルのり	光散乱を減らすために細かく粉砕する。
液体	純粋な薄膜または溶液キャスト	分析のために薄く均一な層を確保する。
気体	長光路セル	検出に十分な分子密度を提供する。