分光器の選び方

冒頭で述べたように、分光器は大きく分けて、放射線分光器 と質量分析装置に分かれます。

堀場製作所のラマン分光装置

放射線分光器

• 吸収分光器：このタイプの分光器は、吸収された光度と、吸収物質の量の比例関係を測定します。 スペクトルは、分析した物質の特徴的な波長に対応するピークを示します。 この技術は、液相や気相の分子、あるいは液体や固体の試料を熱分解して得られる原子蒸気を対象としています。

• 発光分光器:試料中の原子に励起源を当てて発光させるタイプの分光器です。 脱励起の際には、分析対象となる化合物に特徴的な放射線を放出する。

• ラマン散乱分器 :分析対象となるサンプルを構成する分子による、入射光の非弾性散乱を利用します。 散乱光と入射光の周波数の違いから、これらの分子の化学結合を識別することができる。 そのため、ラマン分光法は、赤外分光法や質量分析法を補う構造解析手法として注目されています。

• 核磁気共鳴（NMR）分光器:この技術は、原子核の磁気的性質を利用したものです。 低エネルギーから高エネルギーへの、核磁気モーメントのエネルギー転移を誘発して検出します。 これは、分析したい原子を磁場の中に置き、ラジオ波を照射することで行われます。 この磁場の共鳴周波数を測定することで、分子の分析ができます。

質量分析装置

Thermo Scientific社製の質量分析装置

質量分析装置の原理は、荷電粒子(イオン)を質量電荷比(m/z)に応じて気相中で分離します。 質量分析装置で測定できること :

• 化合物の分子の質量
• 化合物のフラグメントの質量
• 物質量

分光器の用途は様々です。 この購入ガイドでは、生物学的分析、研究、製薬産業、環境分析を中心にご紹介します。

• 生物学的分析：質量分析は、生物学的サンプルの分析に最適です。 例えば、生体液中のバイオマーカーの検出には、質量分析装置が使われます。
• 研究：分光器は、特に分子生物学において、遺伝物質を分析するために使用されます。
• 製薬産業：医薬品の組成、特に有効成分の確認に使用されます。
• 環境分析：農薬、揮発性有機化合物、芳香族炭化水素など多くの物質の検出に使用できます。

Agilent社製原子吸光分析装置

分析の種類や励起方法によって、原子吸光、分子吸光、赤外線などの仕様があります。

原子吸光分析装置

原子レベルでの分析を行うための分光器です。 この分析法では、事前に原子化（化学種を自由な原子に解離させること）する必要があります。 このタイプの吸収分光法は非常に効率的なので、応用範囲が非常に幅広いです。 複雑な元素の集合体であるサンプルでも、正確な測定が可能です。 生体試料を含む様々な試料中の微量元素を分析するための技術です。 例えば、医療分野では、患者の血液や組織を精密に分析するために、原子吸光法が用いられています。

原子吸光分析装置には2つのタイプがあります:

• 原子吸光分析装置:電磁波による励起。
• X線吸収分光装置:分子化を必要としないX線励起。

Spectronic Camspec社製紫外可視分光器

分子吸収分光器

分子レベルでの分析に使用されます。 物質の定性・定量分析に最も使用されています。 放出される光子は、紫外可視スペクトル領域です。 使用方法が簡単で、非破壊かつ迅速に測定できるという利点があります。 しかし、複雑でないサンプルにしか適用できません。 実際、分子の吸収帯の幅 は、複雑な混合物の全成分を特異的に区別できるほど精密ではありません。

励起モードに応じて、以下の分光器があります:

• UV分光器 :光子の波長が紫外域(100 nm – 400 nm)
• 紫外可視分光器 :光子の波長は、紫外線から可視光線(100nm～750nm)までの全領域をカバーします。
• 可視分光器:光子の波長は可視領域（400nm～750nm）にあります。

赤外分光器

Bruker社製赤外分光計

赤外線吸収スペクトルは、分子を構成する化学結合の性質を調べることで、構造仮説を確認することができます。

実際、赤外分光法は、分子の構造に関する曖昧さを取り除くための手法として選ばれています。しかし、この手法は、分子に多くの原子が含まれている場合には、精度が低くなります。そうなると、スペクトルは一気に複雑になり、解釈も非常にデリケートになります。これは、特に有機化合物の場合です。このような場合には、原子吸光法が最適です。

発光分光分析装置は、主に原子レベルでの定量・定性分析に用いられます。 この場合、分析される試料は励起され、放射線を放出します。 刺激を受けた原子からの放射線を定量的に測定することで、物質の濃度を知ることができます。

このタイプの分光器にはいくつかの特徴があります。

• 測定範囲が広くダイナミック
• 1回の測定で複数の要素を定性・定量的に分析できる
• 高精度・高感度
• 超高速
• 化学的干渉がない

励起と発光のタイプに応じて、以下のように区別されます:

蛍光分光器

Edinburgh Instruments社製の蛍光分光器

粒子が電磁放射線で励起されると、蛍光発光が観測されます。 電磁放射線は、分析される粒子に固有のものです。 そのため、非常に正確で特異的な測定ができ、特に非常に低い濃度の測定に適しています。 しかし、吸収分光法に比べて複雑です。

励起がX線で行われる場合は、蛍光X線といいます。

発光分光分析装置

ここでは、原子が高温に加熱されることで、励起されます。 しかし、励起は選択的なものではなく、サンプルを構成するすべての粒子が対象となります。 輝線(スペクトル線)は元素に対応しており、放出スペクトルから試料中に存在するすべての原子や分子を検出し、定量化することができます。

質量分析は、物質の分子量の測定や構造データの取得に使用されます。

質量分析を行うためには、試料を気化させてイオン化させる必要があります。 分子イオンは断片に分離され、分析装置で質量電荷比に応じて選別された後、検出器で収集されます。 その結果、サンプルの組成に特徴的なマススペクトルが得られます。

非常に感度の高い検出・識別技術なので、例えば、タンパク質の分析に使用されています。

この技術の利点と特性は以下の通りです :

• 非常に小さな分子(2,000 Da以下の分子量)から、高分子(100,000 Da以上の分子量)の分析まで、その応用範囲は広いです。
• 分子量を高精度に測定できます。
• この技術は、他の分析技術(例：クロマトグラフィー)と組み合わせることで、さらに精度を高めることができます。