分光法の基礎

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このページの最終更新日: 2021/07/27

  1. 分光法とスペクトラムの定義
  2. 分光法の分類
    • 電磁波の由来による分類
    • 電磁波の波長による分類
  3. 分光光度計の原理と使い方

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分光法とスペクトラムの定義

分光法 spectroscopy は、非常に範囲の広い言葉である。Oxford Dictionary of Biology (Amazon link) では、次のように定義されている。

The study of methods of producing and analysing spectra using spectroscopes and other instruments.


つまり、spectroscopy とは スペクトラム spectrum (複数形はスペクトラ spectra) を作ったり解析したりする学問で、それにはスペクトロスコープ specroscope などの装置が使われる、とのこと。

しかし、この定義では spectra の意味がわからないと実際には何もわからない。そこで spectra を見てみる。

A range of electromagnetic energies arrayed in order of increasing or decreasing wavelength or frequency.


これでなんとなくわかってきた。つまり、spectrum というのは波長や周波数によって並べられた 電磁波 である。

図は鉄の輝線スペクトル (Public domain) で、代表的なスペクトルの一つ。虹 rainbow も、太陽光が分解されて波長に応じて並んだものであり、スペクトラムである。


鉄の輝線スペクトル

スペクトラムという言葉はもともと光学分野で発明されたので上のように定義されているが、広義では「連続的なもの」という意味でも用いられる。

たとえば自閉症 autism という病気では、症状が軽いものから重いものまで様々な状態がある (大概の病気はそうだが)。この状態を示すのに 自閉症スペクトラム autism spectrum disorder という言葉が使われる。広義のスペクトラムの例として覚えておくといいだろう。


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分光法の分類

以上のように、狭義の分光法とは電磁波のスペクトラムを調べるものである。分光法は、吸収される電磁波のスペクトラを対象とするものと、放出される電磁波のスペクトラを対象とするものに分類することができる。また、電磁波には周波数に応じて様々な種類がある (図、Ref. 1)。したがって、分光法にも様々な分類がある。

電磁波の由来による分類

吸収、発光、散乱などがある。

吸収分光法
Absorption spectroscopy

試料に吸収されるされる電磁波から、試料の特性を調べる方法。図 (Public domain) では、連続的な星からの光の一部が大気に吸収される様子が、スペクトラム中の黒い線として表されている。

蛍光分光法
Fluorescence spectroscopy

「蛍光」という言葉には様々な定義があるが、最も広く使われている用法では、高エネルギーの電磁波によって励起した物質が、もとのエネルギー状態に戻る時に発する光のことを言う。

電磁波の波長による分類

紫外分光、可視光分光、赤外分光などに分けられる。

電磁波の波長と種類

分光光度計の原理と使い方

Amazon でも売られている。値段は 5 - 50 万円程度。

References

  1. By SuperManu - Self, based on Image:Onde electromagnetique.png, CC BY-SA 3.0, Link

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