赤外(IR)分光法は、様々な試料の分子構造を同定・研究するために用いられる汎用性の高い分析技術である。分子振動を引き起こす試料による赤外線の吸収を測定することで機能する。この技術は、化学、材料科学、製薬、環境分析など、さまざまな分野で広く応用されている。赤外分光法で分析できる試料の種類は、固体、液体、気体から複雑な混合物まで多岐にわたる。有機化合物、ポリマー、無機材料など、試料が赤外線と相互作用するものであれば、この方法は特に有用である。この手法では、試料が赤外放射に対して透明であるか、赤外光を通過させる方法で調製されている必要があるため、試料の調製が非常に重要である。
キーポイントの説明
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有機化合物:
- 赤外分光法は、炭化水素、アルコール、カルボン酸、アミンなどの有機化合物の分析に広く用いられている。これらの化合物は、赤外放射の特定の波長を吸収する官能基を持ち、特徴的なスペクトルを生成する。
- 例アルコールはO-H伸縮振動に起因する3200-3600cm¹付近に強い吸収帯を示す。
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ポリマーとプラスチック:
- プラスチック、ゴム、合成繊維などのポリマーは、赤外分光法を用いて分析することができる。この技術は、ポリマーの種類を特定し、重合プロセスをモニターし、添加剤や汚染物質を検出するのに役立ちます。
- 例ポリエチレンは2900cm-¹（C-H伸縮）と1470cm-¹（C-H屈曲）付近に特徴的なピークを示す。
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無機化合物:
- 赤外分光法は無機化合物にはあまり使われないが、金属酸化物、炭酸塩、硫酸塩のような特定の物質は分析できる。これらの化合物は、KBrペレットの形成など、特殊な試料調製技術を必要とすることが多い。
- 例炭酸塩はC-O伸縮振動による1400cm-¹付近に強い吸収帯を示す。
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ガス:
- 大気ガスや揮発性有機化合物(VOC)などの気体試料を、赤外分光法を用いて分析することができる。ガスセルを使ってサンプルを封じ込め、環境モニタリングや工業用途に有効です。
- 例二酸化炭素は2350cm-¹付近に鋭い吸収帯を示す。
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液体:
- 溶媒、油、水溶液などの液体サンプルは、赤外分光法を用いて分析することができる。試料は通常、塩化ナトリウムや臭化カリウムのような2枚のIR透過窓の間に置かれる。
- 例水はO-H伸縮に起因する3400cm-¹付近にブロードな吸収帯を示す。
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固体サンプル:
- 粉末、フィルム、結晶などの固体試料は、減衰全反射（ATR）や透過法などの技術を用いて分析することができる。ATRは、他の形態での調製が困難な試料に特に有用である。
- 例ATR-FTIRは、表面の薄膜やコーティングの分析によく使用されます。
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複雑な混合物:
- 赤外分光法は、生体試料、食品、医薬品などの複雑な混合物の分析に用いることができる。スペクトルの解釈には、ケモメトリクスのような高度なデータ解析技術がしばしば用いられます。
- 例製薬業界では、製剤中の有効成分や賦形剤の同定に赤外分光法が使用されています。
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試料調製の留意点:
- 試料調製法の選択は、試料の物理的状態と使用する赤外分光法の種類によって異なる。固体にはKBrペレット、液体には液体フィルム、気体にはガスセルなどの手法があります。
- 適切なサンプル前処理により、正確で再現性の高い結果が得られます。
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制限事項:
- すべての物質が赤外分光法に適しているわけではありません。反射率の高い試料、不透明な試料、赤外放射と相互作用しない試料（金属など）は、この手法では分析できない。
- 水と二酸化炭素はIRスペクトルを妨害する可能性があるため、分析中にそれらの存在を最小限に抑えるように注意する必要があります。
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業界を超えたアプリケーション:
- 赤外分光法は、医薬品（薬物分析）、環境科学（汚染物質検出）、食品科学（品質管理）、材料科学（ポリマー特性評価）など、さまざまな産業で広く利用されています。
- 例環境科学では、メタンや二酸化炭素のような温室効果ガスの検出と定量に赤外分光法が用いられている。
分析可能な試料の種類と適切な前処理法を理解することで、赤外分光法は多様な分野にわたる分子分析の強力なツールとなる。
要約表
| サンプルタイプ | 主な特徴 | 用途例 |
|---|---|---|
| 有機化合物 | 特定の赤外波長を吸収する官能基 | 炭化水素、アルコール、カルボン酸 |
| ポリマー | ポリマーの種類を特定し、添加物を検出 | プラスチック、ゴム、合成繊維 |
| 無機化合物 | 特殊な調製が必要（KBrペレットなど） | 金属酸化物、炭酸塩、硫酸塩 |
| ガス | ガスセルで分析、環境モニタリングに有用 | 大気ガス、VOCs |
| 液体 | 赤外線透過窓の間に設置 | 溶剤、油、水溶液 |
| 固体 | ATR法または透過法で分析 | 粉末、フィルム、結晶 |
| 複雑な混合物 | 高度なデータ解析技術（ケモメトリックスなど）が必要 | 生体試料、食品、医薬品 |
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