吸光分光法

吸光分光法

吸光分光法は、物質が特定の波長の光を吸収する性質を利用して、その物質の同定や定量を行う分析技術です。
試料に光を照射し、透過または反射した光の強度を測定することで、物質の吸収スペクトルを得ます。
このスペクトルを解析することで、物質の種類、量、状態に関する情報を得ることができます。

原理

物質は、特定の波長の光を吸収します。これは、物質を構成する原子や分子の電子状態が、特定のエネルギーを持つ光と相互作用するためです。
光のエネルギーが、原子や分子の電子をより高いエネルギー状態へ励起させるのに必要なエネルギーと一致すると、その波長の光は吸収されます。

吸収スペクトル

物質が吸収する光の波長と吸収量の関係を表したものを、吸収スペクトルと呼びます。
吸収スペクトルは、物質を構成する原子や分子の種類によって異なり、指紋のように物質を特定するために利用できます。
また、吸収スペクトルの強度は、物質の量に比例するため、定量分析にも応用できます。

吸収スペクトルの形状は、ガウス分布やローレンツ分布で近似されることがあります。
吸収線の積分強度は、吸収物質の量に比例し、試料の温度や入射光との相互作用に影響されます。

吸光分光法の種類

吸光分光法は、使用する光の波長領域によって、いくつかの種類に分類されます。

紫外可視分光法 (UV-Vis): 紫外線から可視光領域の光を使用します。有機化合物や生体物質の分析に広く用いられます。
赤外分光法 (IR): 赤外線領域の光を使用します。分子の振動や回転運動を調べることで、分子構造を解析できます。
原子吸光分光法 (AAS): 特定の元素が吸収する光を利用します。微量元素の定量分析に用いられます。
X線吸収分光法 (XAS): X線領域の光を使用します。物質の電子状態や原子の局所構造を調べることができます。

吸光分光法の応用

吸光分光法は、様々な分野で応用されています。

分析化学: 物質の同定、定量分析、反応追跡などに利用されます。
環境科学: 大気汚染物質や水質汚染物質の測定に利用されます。
医学: 血液検査や尿検査など、臨床検査に利用されます。
食品科学: 食品の品質管理や成分分析に利用されます。
天文学: 天体の組成や物理状態の解明に利用されます。
原子・分子物理学: 量子力学の理論検証や分子構造の研究に利用されます。

実験手法

吸光分光法の基本的な実験手法は、以下の通りです。

1. 光源: 測定したい波長領域の光を発する光源を用意します。
2. 分光器: 光源から出た光を波長ごとに分解します。
3. 試料: 測定対象となる試料を、適切な容器(キュベット)に入れます。
4. 検出器: 試料を透過または反射した光の強度を測定します。
5. データ処理: 測定されたデータを解析し、吸収スペクトルを得ます。

光源、検出器は測定したい波長領域に大きく依存します。
光源は広い波長範囲を安定して発光することが求められ、検出器は広い波長範囲に感度を持つものが選択されます。

リモートセンシング

吸光分光法は、測定器と試料が直接触れる必要がないため、リモートセンシングにも応用できます。
例えば、大気中の微量気体を測定したり、天体のスペクトルを観測したりすることができます。
差分吸光分光法を用いることで、大気エアロゾル粒子による吸収やレイリー散乱の影響を打ち消し、より正確な測定が可能です。

まとめ

吸光分光法は、物質の吸収スペクトルを測定することで、その組成や状態を分析する強力な手法です。
様々な波長領域の光を利用することで、多岐にわたる物質の分析に対応できます。
また、リモートセンシングにも応用可能であり、環境科学や天文学など、幅広い分野で活用されています。

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