赤外分光法でKBrのみが使用されるのはなぜか？あなたのサンプルに最適な材料に関する真実

臭化カリウム（KBr）はIR分光法で非常に一般的ですが、それが「唯一」使用される材料であるというのは大きな誤解です。その普及は、非常に効果的な特性の組み合わせによるものです。最も一般的に使用される周波数範囲で赤外放射に対して透明であること、ほとんどの有機サンプルに対して化学的に不活性であること、そしてその柔らかい結晶構造が圧力下で透明なペレットを形成するのに理想的であることが挙げられます。これにより、固体サンプルの分析において多用途で費用対効果の高い選択肢となっています。

IR分光法用の材料を選択する際の核となる原則は、単一の化合物への固執ではなく、関心のある赤外領域における光学的透明性という基本的な必要性です。選択された物質（ペレットマトリックスであれ窓材であれ）は、分析対象のサンプルのスペクトル特徴を覆い隠すような、それ自体の吸収帯を持っていてはなりません。

IRマトリックス材料に不可欠な特性

KBrがこれほど人気のある選択肢である理由を理解するためには、まずIR分析のためにサンプルを保持するために使用される材料の理想的な特性を定義する必要があります。

IR透明性の決定的な必要性

KBrのような材料の主な機能は、固体溶媒、またはサンプルの「窓」として機能することです。それは赤外分光光度計に対して見えてはなりません。

KBrは、典型的な中赤外範囲（4000 cm⁻¹～400 cm⁻¹）内で振動する共有結合を持っていません。そのイオン格子振動は非常に低い周波数で発生し、標準的な分析領域をはるかに下回ります。これにより、サンプルの分子振動を正確に測定するための、ほぼ完全に透明な背景となります。

化学的不活性

マトリックス材料はサンプルと反応してはなりません。化学反応が起こると、独自のIRシグナルを持つ新しい物質が生成され、データが破損します。

KBrやNaClを含むアルカリハライドは、ほとんどの有機化合物や多くの無機化合物に対して一般的に不活性であり、分析中のサンプルの完全性を保証します。

サンプル調製のための物理的特性

固体サンプルの場合、最も一般的な調製方法はKBrペレット法です。ここでKBrの物理的特性が明確な利点となります。

KBrは比較的柔らかい結晶性の塩です。サンプルと細かく粉砕し、高圧（数トン）にさらすと、KBr粉末が流れ、融合して、IR光に対して透明な固体状のガラスのようなディスクを形成します。このプロセスにより、サンプルが均一なマトリックスに埋め込まれ、光の散乱が最小限に抑えられ、高品質のスペクトルデータが得られます。

KBrが不適切な場合（および代わりに使用するもの）

その強みにもかかわらず、KBrは万能の解決策ではありません。その主な弱点が、いくつかの一般的な代替品の使用を決定づけています。

水の問題：KBrの主な弱点

KBrは吸湿性があり、大気中の湿気を容易に吸収します。水はIRスペクトルに非常に強くブロードな吸収帯を持ち、実際のサンプルのシグナルを容易に圧倒してしまう可能性があります。

これは、KBrペレットを迅速に調製・取り扱いする必要があり、水分の汚染を防ぐためにデシケーターに保管しなければならないことを意味します。重要なことに、KBrは水を含むサンプルの分析には全く適していません。

異なるニーズに対応する一般的な代替品

KBrの限界により、特定の用途に合わせて調整された他の材料が使用されるようになりました。

• 塩化ナトリウム（NaCl）： KBrと同様に、NaClは中赤外域の大部分で透明な安価なアルカリハライドです。ただし、その使用可能な範囲は600 cm⁻¹付近で終了し、KBrがまだ透明である低周波の「フィンガープリント」領域がカットオフされます。これも吸湿性があります。
• 塩化銀（AgCl）： AgClの主な利点は、水に不溶性であり、吸湿性がないことです。これにより、水溶液や湿ったサンプルのスペクトル測定に適した選択肢となります。ただし、より高価で、柔らかく、UV光によって変色する可能性があります。
• ATRアクセサリー（ZnSe、Ge、ダイヤモンド）： 現代の分光法では、ペレット作成よりも全反射減衰（ATR）が好まれることがよくあります。この技術では、サンプルを高屈折率の結晶に直接接触させるだけで済みます。セレン化亜鉛（ZnSe）、ゲルマニウム（Ge）、特にダイヤモンドなどの材料は、これらの結晶に使用されます。なぜなら、それらは非常に硬く、化学的に不活性で、水に不溶性であり、ほとんどサンプル調製なしで固体、液体、ペーストの迅速な分析を可能にするからです。

分析に最適な選択をする

適切な赤外吸収材料を選択することは、サンプル、予算、および調査する必要のあるスペクトル領域に基づいた実用的な決定です。

• 乾燥した固体サンプルのルーチン分析が主な焦点の場合： KBrは、高品質の透過ペレットを作成するための費用対効果の高い業界標準です。
• 水溶液または湿ったサンプルの分析が主な焦点の場合： KBrのような吸湿性の塩は避け、ZnSeまたはダイヤモンド結晶を備えたATRアクセサリーを使用してください。
• 600 cm⁻¹を超える予算に制約のある分析が主な焦点の場合： NaClはKBrの実行可能な低コストの代替品ですが、より限定的なスペクトル範囲に注意してください。
• 利便性と最小限のサンプル調製が主な焦点の場合： ダイヤモンドやZnSeなどの結晶を使用するATR技術は、さまざまなサンプルタイプにとって優れた現代的な選択肢です。

最終的に、目標は、その光学的および化学的特性がサンプルの特定の要件と分析に完全に適合する材料を選択することです。

要約表：

材料	主な特性	最適用途	主な制限
KBr（臭化カリウム）	IR透明、化学的に不活性、ペレットを形成する	乾燥した固体サンプルのルーチン分析	吸湿性（水を吸収する）
NaCl（塩化ナトリウム）	低コスト、600 cm⁻¹以上でIR透明	600 cm⁻¹を超える予算分析	限定されたスペクトル範囲、吸湿性
AgCl（塩化銀）	水に不溶、吸湿性がない	水溶液または湿ったサンプル	高価、柔らかい、UV感度あり
ATR結晶（ZnSe、Ge、ダイヤモンド）	硬い、水に不溶、最小限の調製	固体、液体、ペーストの便利な分析	アクセサリーの初期費用が高い

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