赤外分光法
FT-IR の検出器には、主として半導体型のテルル化カドミウム水銀(HgCdTe、通称MCT)検出器または焦電型の硫酸トリグリシン(Triglycine sulfate、通称 TGS(あるいは水素イオンを重水素化した DTGS))検出器が用いられる。MCT は暗い赤外光(5000~650c m)を高感度に検出するのに適しており、液体窒素温度で動作する。一方、TGS は室温で動作し、明るい赤外光を大きなダイナミックレンジで測定(7800~350 cm) するのに適している。このため、透過率や反射率の高い試料を測定するには TGS が向いており、逆に外部反射法や多重反射型ATR の測定には MCT が適していることが多い。
また近赤外光にはInGaAsやPbSeなどの検出器が対応しており、12500~3800 cm を検出する。
非金属表面上の薄膜や分子吸着種の赤外スペクトルを測定する反射測定法。s偏光および p偏光のいずれも利用できる。入射角に応じて、吸収スペクトルの形状や強度、さらには符号まで変化する、複雑なスペクトルを与える。特に符号は分子吸着種の官能基の配向を反映しているため、利用価値が大きい。しかし、一般に非金属上での反射率は非常に低く、MCT検知器を用いても S/Nの良い測定は難しいことが多い。
現在よく用いられている赤外分光装置は、フーリエ変換型赤外分光(FT-IR)のものである。この装置は、主に光源、試料設置部、分光部、および検出器からなる。ここでは、その構成の概要を示す。なお、FT-IR以外に回折格子を用いた分散型赤外分光光度計(モノクロメーターの原理を用いた分光光度計)もある。
物質は、赤外線を照射すると、それを構成している分子が光のエネルギーを吸収し、量子化された振動あるいは回転の状態が変化する。したがって、ある物質を透過(あるいはある物質で反射)させた赤外線は、照射した赤外線よりも、分子の運動の状態遷移に使われたエネルギー分だけ弱いものとなっている。この差を検出することで、分子に吸収されたエネルギー、言い換えれば対象分子の振動・回転の励起に必要なエネルギーが求まる。
分子の振動・回転の励起に必要なエネルギーは、分子の化学構造によって異なる。したがって、照射した赤外線の波数を横軸に、吸光度を縦軸にとることで得られる赤外吸収スペクトルは、分子に固有の形を示す。これにより、対象とする物質がどのような構造であるかを知ることができ、特に有機化合物の構造決定によく使われている。スペクトルのうち、波数が1500cm以上の部分を診断領域、それ以外の部分を指紋領域という。前者は二重結合、三重結合そして水素原子と結合するものの、後者は単結合の振動励起の結果が表される。
また、同じ分子であっても、温度や周囲の状況(自由に動いているか、何かの表面に吸着しているか、など)によって、赤外スペクトルは微妙に変化する。これより、物質の表面構造などについても知ることができる。
赤外分光法は、他の分光法に比べて感度が高いため、気体や微量の試料を対象とすることの多い物理化学の研究においてもよく使用されている。特に小さな分子の振動・回転スペクトルは非常に細かい構造まで観測できるため、理論化学によって得られた結果に実験的な裏付けを与えるものとしても利用されている。