分光法(Spectroscopy)
分
光法は、物理的観測量を頻度、
エネルギー、
時間などの関数として表し、物質の性質や構成を調査する手法です。これにより、定性的または定量的な分析が可能となります。分
光法は主に
光の性質を観測するのに用いられますが、電磁波の全域を対象とする分野でもあります。
歴史
分
光法という用語は、元々は
光の
波長に基づいて、
プリズムや
回折格子を用いて
光を展開して得られる
スペクトルから派生しました。
18世紀から
19世紀にかけて、分
光学が確立され、
物理学の発展と共にその測定技術が広まっていきました。アイザック・ニュートンが1704年に発表した「
光学」において、
プリズムの概念が導入され、ウィリアム・ウォラストンが1802年に太陽
光の暗線を発見しました。
当初、この分野は可視
光の研究に限定されていました。しかし、
19世紀以降、
光が電磁波の一部であることが明らかになり、ラジオ波から
ガンマ線に至るまで様々な
波長の電磁波を測定する方法へと発展しました。物質の吸収または放出
スペクトルは、その物質特有のパターンを示し、物質の定性的・定量的な分析が可能となり、
化学や
天文学など多岐にわたって利用されています。
さらに、
光子の吸収・放出は量子力学に基づいており、
スペクトルは
エネルギー状態との相関関係を示します。これにより、質量や音響
スペクトルといった異なる分野でも「
スペクトル」という用語が浸透するようになりました。今日の分
光法は、非常に広範囲な技術や応用を含む総称となっています。
測定装置
分
光法の測定装置は、大きく笑う「
光源」「試料」「分
光器」「検出器」の四つの要素から構成されます。
- - 試料: 一般には分光光学セルまたはキュベットと呼ばれる容器に入れられ、波長に影響を与えない材質が求められます。例えば、紫外光には石英セル、赤外線にはKBrセルが使用されます。
最近では、複数の
素子を並べたダイオードアレイを用いることで、一度に複数
波長の測定ができる技術も登場しています。これにより、分
光技術の精度は飛躍的に向上しています。
分光法の種類
分
光法には多くの異なる方式があり、使われる電磁波の
波長や
物理量、分
光の目的に応じて分類されています。この中でも代表的なものは以下の通りです。
- - 吸収分光: 様々な波長の光を試料に照射し、その透過光の強度から吸収量を測定します。
- - 発光分光: 試料から放出される光の強度をエネルギーの関数として評価します。
- - 赤外・紫外分光法: 特に分子の電子状態や振動状態を観測するために使用されます。
- - 光電子分光: 光照射により放出される電子のエネルギーを測定し、電子状態を調査します。
- - ラマン分光: 光が試料に当たったときに生じる散乱光のエネルギー変化を測定する方式です。
さらに、
時間分解分
光や空間分解分
光など、特定の条件や現象を捉えるための専門的な分
光技術も存在します。これらの技術は科学研究、材料分析、医療診断など幅広い分野で役立っています。