吸光光度法:光の吸収から物質濃度を測る技術
吸
光光度法は、試料
溶液に
光を通し、その吸収度を測定することで、特定物質の
濃度を定量的に分析する手法です。別名、吸
光光度分析法とも呼ばれます。この方法は、物質が特定の
波長の
光を吸収する性質を利用しています。物質が吸収する
光の量は、その物質の
濃度に
比例するという関係を活用することで、
光の吸収度を測定すれば、その物質の
濃度を算出することが可能となります。
私たちの目に見える
色は、物質が
光を吸収することで生じます。例えば、赤い物体は青緑
色の
光を吸収し、青緑
色の
光の下では黒く見えます。これは液体試料でも同様で、赤い液体は青緑
色の
光を吸収する
色素を含んでいます。
色素の
濃度が高いほど、より多くの
光を吸収し、
色は濃く見えます。
光の吸収の程度は、
ランベルト・ベールの法則によって説明されます。この法則によると、均質な
媒質中を
光が通過する際の
光の強度の減少は、
媒質の厚さと物質の
濃度に
比例します。具体的には、以下の式で表されます。
\( log_{10}(I_0/I) = al \)
ここで、
\(I_0\):入射
光の強度
\(I\):透過
光の強度
\(l\):
光路長(試料の厚さ)
\(a\):吸
光係数(物質によって異なる定数)
さらに、試料の
濃度が低い場合(希薄
溶液)、ベールの法則が成り立ち、吸
光係数\(a\)と
濃度\(c\)の間に以下の関係が成立します。
\( a = εc \)
ここで、\(ε\)はモル吸
光係数(物質の種類によって決まる定数)です。この式から、吸
光係数\(a\)は
濃度\(c\)に
比例することが分かります。
吸
光度\(A\)を\(A = log_{10}(I_0/I)\)と定義すると、吸
光度は
濃度に
比例することがわかります。つまり、同じ物質の
溶液であれば、吸
光度を測定することで
濃度を定量的に求めることが可能です。ただし、この関係は、希薄
溶液の場合にのみ正確に成り立ちます。
定量分析:検量線と測定手順
吸
光光度法による
定量分析では、まず測定したい物質を発
色させる必要があります。これは、測定対象がもともと
色を持っていない場合、または
色が弱くて測定に適さない場合に行われます。発
色させた後、対象物質が最も吸収する
波長の
光を用いて測定を行います。これは、他の
波長の
光が測定結果に影響を与えるのを避けるためです。
また、
溶液中の他の物質による
光の吸収や、セル(試料を入れる容器)の
反射なども測定結果に影響を与えます。これらの誤差を小さくするためには、
対照実験として、対象物質を含まない
溶液(ブランク)の吸
光度を測定し、それを差し引く必要があります。
さらに正確な測定を行うためには、
濃度既知の標準
溶液を用いて検量線を作成します。検量線とは、
濃度と吸
光度の関係をグラフにしたもので、このグラフに試料の吸
光度をプロットすることで、試料の
濃度を定量的に求めることができます。
ランベルト・ベールの法則が成り立たない高
濃度域でも、
濃度と吸
光度の関係がある程度
比例している範囲では、検量線を用いて
濃度を測定することが可能です。
まとめ
吸
光光度法は、物質の
光の吸収特性を利用して
濃度を測定する簡便で広く利用されている分析手法です。
ランベルト・ベールの法則に基づき、正確な測定には検量線の作成が不可欠です。様々な分野で活用されており、物質の
定量分析において重要な役割を果たしています。