分光測色法

分光測色法：光の特性を精密に測る技術

分光測色法は、物質が光を吸収したり反射したりする特性を、光の波長ごとに定量的に測定する手法です。可視光線だけでなく、近紫外線や近赤外線領域も対象とし、物質の分析や色の管理など、幅広い分野で活用されています。本稿では、分光測色法の原理、分光測色計の種類と仕組み、そして具体的な応用例について解説します。

分光測色計：光の波長ごとの強度を測定

分光測色法の中核となるのが分光測色計です。これは、光度計の一種であり、光の波長ごとの強度を精密に測定する装置です。様々な種類が存在し、測定可能な波長範囲、測定方法、光をスペクトルに分解する手法、そして測定対象などによって分類されます。さらに、スペクトルの帯域幅や線形性も重要な特性となります。

シングルビーム式とダブルビーム式の2種類が主な分光測色計の構成です。シングルビーム式は光の絶対強度を測定する一方、ダブルビーム式は2つの光路の光度比率を測定します。比率測定は安定性に優れますが、シングルビーム式はダイナミックレンジが広く、小型化が容易という利点があります。

従来はモノクロメーターを用いてスペクトル分析を行ってきましたが、近年では光センサアレイを用いたものも登場しています。特に赤外線分光測色計では、フーリエ変換赤外分光法を用いて高速にスペクトル情報を取得する装置もあります。

測定原理と手順

分光測色計、特に吸光光度計では、試料を透過した光の割合を定量的に測定します。光源から出た光はモノクロメーターで特定の波長の光に絞られ、試料に照射されます。試料を透過した光の強度は光検出器（フォトダイオードなど）で測定され、透過率が計算されます。

この過程で、光源の光が試料を透過し、試料は光を吸収します。検出器は吸収された光の量を検出し、数値化します。この数値はそのまま表示されたり、コンピュータで処理されたりします。多くの分光測色計は、基準となる物質（基準紙など）を用いて較正（ゼロ調整）を行う必要があります。これにより、測定値は基準値との相対値として得られます。

紫外線・可視光領域の分光測色法

最も一般的なのは紫外線・可視光領域を対象とする分光測色計です。近赤外線領域も同時に測定できるものもあります。400nm～700nmの可視光領域を扱う装置は、比色定量（測色）に広く用いられ、インク、印刷、織物などの業界で、色の管理や特定に不可欠な技術です。一般に、20nm刻みでスペクトル反射率曲線を作成し、着色剤の色を評価します。

一般的な可視光用分光測色計は、試料の蛍光を検出できません。蛍光性物質を含む印刷インクなどでは、bi-spectral蛍光分光測色計を用いる必要があります。また、照明と受光方式の違いから、d/8（拡散照明、8°受光）や45/0（45°リング照明、垂直受光）といった方式が存在します。ランベルト・ベールの法則が成り立つ範囲では、試料濃度と光の吸収量には線形関係があり、試料中の化合物の定量分析に利用できます。試料は通常キュベットに入れられ、測定波長範囲に応じてガラス、樹脂、石英製などが用いられます。

赤外線領域の分光測色法

赤外線領域を対象とする分光測色法は、技術的に異なる点がいくつかあります。赤外線用光センサの特性や、あらゆる物体が赤外線を放射するという問題、そして可視光透過材料が赤外線を吸収するという点が挙げられます。理想的な光学材料として塩が用いられることが多く、試料は臭化カリウムで挟んだり、ペレット状に成形したりして測定されます。水溶液試料の場合は、不溶性の塩化銀セルを用います。

分光放射計

分光放射計は、分光測色計と同様に可視光を扱い、試料のスペクトル密度を測定します。光源からの光が試料で反射または透過し、その強度を測定、数値化することで、試料の光学的特性を評価します。

まとめ

分光測色法は、物質の光学的特性を精密に測定する強力な技術であり、化学、生物学、物理学、工業など、多岐にわたる分野で不可欠な役割を果たしています。様々なタイプの分光測色計が存在し、それぞれの特性を理解することで、より効果的に活用できます。

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