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赤外線(IR)吸収スペクトル測定
2008/05/13
M2 谷口
和敬
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分子はそれぞれ固有の振動をしている。その分子に 波長を連続的に変化させた赤外線(IR)を照射すると、
分子の固有振動と同じ周波数のIRが吸収され分子の 構造に応じたスペクトルが得られる。 このスペクトル
から分子の構造を解析する分析法の1つである。
光源
分子(試料)
検出器入射光 透過光
赤外線(IR)吸収スペクトル法とは
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10410210-510-6 10-4 10-1
3x10-4cm 3x10-3cm
12000cm-1 4000cm-1 400cm-1 10cm-1
可視光線
紫外線
赤外線
マイクロ波
ラジオ波
遠赤外線
普通赤外線
近赤外線
IRスペクトル : 400~4000 cm-1 付近の吸収を観察
IRスペクトルの測定範囲
cm-1 : (波数)
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IRスペクトルから何がわかるのか
構造の特徴がわかる
多重結合や官能基の有無
シス-トランス異性
環の置換位置
水素結合による相互作用
同定ができる
既知のスペクトルと比較して、同定及び確認ができる
不純物の有無を確認できる
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フーリエ変換型赤外分光器(FT-IR) 干渉計を使って干渉信号(インターフェログラム)
を測定し、それをフーリエ変換することでスペクト ルを得る装置
赤外分光器
分散型赤外分光器
プリズムや回折格子によって赤外連続光を分光し、 各波長における光の強度を表すスペクトルを得る
装置
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スペクトルの算出
縦軸に透過率(T , %)または吸光度(absorbance)
T = I / I0
A = - log T = log (I0 / I)I0 : 入射光強度
I : 透過光強度
横軸に波数(cm-1)
v= 2π1
(m1 +m2 )m1 m2[ ]
kフックの法則より求める
Lambert-Beer 則より求める
k : 結合の強さ
m1, m2 : 構成原子
の質量
ν: (波数)= ν/c
= 1/λ
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スペクトルの判定
良いスペクトルと悪いスペクトルの例
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測定方法 使用器具 試料
液膜法 組立セル 液体
溶液法 固定セル 液体
ヌジョ-ル法 組立セル 固体
KBr法 錠剤成型器
及びホルダー
固体
ATR(全反射)法 ATR測定器 固体、液体、気体
気体セル法 気体セル 気体
フィルム法 固定枠 高分子物質
簡易水溶液法 簡易セル 水溶液
一般測定法
特殊な測定法
IRの測定方法
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KBr法
特徴
ハロゲン化アルカリに圧力をかけると可塑性を示し、 赤外領域で透明な板になる性質を利用。
材質 使用可能領域 使用上の注意
溶融石英
NaClKBr
臭化ヨウ化タリウム
> 2500 cm-1
> 600 cm-1
> 350 cm-1
> 230 cm-1
ほとんど用いられない
湿気に弱い
NaClより湿気に弱い
やわらかい、有毒性
赤外透過材質
0.5cm厚の板をセルとして使用
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KBr法
操作
注意事項
KBrは湿気に弱い(長時間空気中に放置すると水のピークを 含む)ので手早く測定を行い、デシケーターで保管する。
出来る限り丁寧にすり潰す必要がある(ペーストに近い状態 に)。
操作
試料(1~2mg)を粉砕し、KBr(約 200mg)を加えすりつぶす。これをプ
レスし、
ホルダーに入れ測定する。
固体粉末や結晶の試料とKBrを均等に混合し、 プレスして透明な円盤を作って測定する方法。
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ATR法 原理
ATR (Attenuated Total Reflection) 法:屈折率が試料より高い 媒質を使い、赤外光を入射し試料に吸収され媒質で全反射し た赤外スペクトルの測定法
高屈折率
媒質
dpは媒質の屈折率と光の入射
角と波長に依存
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ATR法
一回反射の特徴
試料に化学的・物理的処理を加えることなく測定できる。
耐久性の高いダイヤモンドを使用しているので試料の 分析に長期間使用できる
測定した試料の回収ができる。
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ATR法 一回反射ATRモジュール
ダイヤモンドATR結晶で全反射が
一回のみでIRスペクトルを測定
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ATR法 一回反射ATRモジュールの操作と特徴
操作1.ダイヤモンドATR結晶に何も乗せてない状態でバックグラ
ウンドを測定2.試料をダイヤモンドATR結晶の上に乗せてプレッシャーを
下ろし測定
特徴1.試料の前処理をすることなく、簡単にスペクトルを得ることができる
2.耐久性の高いダイヤモンドを使用しているので試料の分析
に長期間使用できる
3.サンプリング表面が小さいためごく少量試料も測定が可能
4.試料の加圧を一定にするのと同時に、結晶への超過圧を
防ぐことができる
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HORIBA FT-IRの使用
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試料室の戸は、ゆっくりと開ける。全部開けてしまうと、関節部分 に過負荷が掛かり、間接部が破損、正確な測定が出来なくなる恐 れがある為、過負荷の掛からない角度に固定する事。
HORIBA FT-IR測定装置の使用に当たって注意
間接部
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KBr法(透過法)試料室の戸を開き右図の台を
設置、試料室内の水分除去の 為、塩化カルシウムを試料室内 に置く(ネジは無くさない事!)
試料室の戸を閉めてバックグ ラウンド測定
バックグラウンド測定後、試料 (KBr等)をプレスしたセルをホル
ダーに固定、測定台の上に設置
T = I / I0
A = - log T = log (I0 / I) =0.434αLより A∝L
(A:吸光度、α:吸光係数、L:セル長、物質の厚さ又は濃度)
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バックグラウンドのスペクトル
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途中で止める場合
停止をクリック
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KBrとKBr+試料の測定
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ダブルクリック
続けて測定する場合、見分けがつくよう
にスペクトルにファイル名を付ける
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表示される
ファイル名:最大半角8文字
タイトル:最大半角30文字
コメント:511バイト分
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ファイル名が入る
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KBrのみ KBr+試料
KBr測定後、KBr+試料の測定
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差スペクトルをクリック
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KBrのみKBr+試料
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引き算されたスペクトル
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試料のスペクトル
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ATR法(全反射法)
一回反射ATRモジュールを設置、 バックグラウンド測定
バックグランド測定後、試料をダ イヤモンド結晶上に置き、加圧プ レスで加圧後、測定
A = - log T = log (I0 / I) ∝dpより、A∝(1/ν(波数))
即ち、低波数のピーク程、測定強度が高く見積もられる。
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ATRでの測定処理
(ATR補正をクリック)
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“実行”をクリック後、“確定”をクリック
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ATR補正前 ATR補正後
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吸光度をクリック
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