分光学

I

プロローグ

スペクトルを研究する分野。化学元素はすべて固有のスペクトルをもっている(→ 元素)。この事実は1859年、ドイツの科学者グスタフ・キルヒホフとロベルト・ブンゼンが、新しいプリズム分光器を開発して化学分析をおこなったときに発見した。

分光器には、プリズムをもちいるものと回折格子をもちいるものとがある。プリズムをもちいる分光器は、外部光源からの光がはいるスリット、いくつかのレンズ、プリズム1つ、接眼レンズからなる。分析する光は、平行な光線にするためにコリメーター・レンズをとおってからプリズムにはいる。そして、スリットの映像が接眼レンズのところで像をむすぶ。プリズムで光がいろいろな色にわかれるので、実際には、ことなる色のスリットの映像がいくつかならんでみえる。こうしてキルヒホフとブンゼンは、化学元素がそれぞれある特定の色の光(スペクトル)を発したり吸収したりするということを発見したのであった。→ 光学

II

分光写真器

接眼レンズをカメラにおきかえたものが、分光写真器である。スペクトル線とよばれるスリットの像の波長(色)は、フィルム上の位置から計算できるので、カラー写真でなくてもよい。分光写真器は紫外線から可視光、さらに赤外線の波長1200nm(ナノメートル：10億分の1m)まで対応できる。

極紫外線と赤外線領域での分光分析も、可視光線と同じようにしておこなう。ただしガラスはそのような光線をとおさないので、レンズやプリズムは石英、蛍石、カリ岩塩、岩塩などでつくる。レンズのかわりに凹面鏡をつかうこともある。写真の感光剤も特殊なものをもちいる。このようにして紫外線スペクトルは波長60nm未満までしらべることができる。赤外線スペクトルは、特殊な方法をつかえば波長0.01cm以上までしらべることができる。

III

分光光度計

分光光度計は、標準光源の強度と比較して、特定のスペクトルの強度をはかるためにつかわれる。試料をとおってきた光と標準光源とをくらべて、あるスペクトルを発生または吸収する物質が、試料にどのくらいふくまれているかを知るのである。分光光度計は検出器にボロメーターや光電管をつかっているので、可視光線以外の領域のスペクトルの分析もできる。ボロメーターは赤外線スペクトル分析に適し、光電管は紫外線スペクトル分析に適している。

IV

回折格子

回折格子をもちいる分光器は、ドイツの物理学者ジョセフ・フラウンホーファーが1800年代につかったのがはじめである。この分光器はプリズムをつかわず、金属または鏡の表面にたくさんの平行線をダイヤモンドでひいたものをつかう。これを回折格子といい、プリズムのように光を散乱する働きをする。

よい回折格子は光を散乱する力が強いので、スペクトルの細かいところまで分離することができる。凹面鏡に回折格子の線をきざめば、凹面鏡が光を散乱すると同時に像をむすぶ役割をはたすので、レンズがいらなくなる。つまり、光が透明な物質の中をとおりぬける必要がなくなる。紫外線の領域全体、さらにX線の領域まで、このような分光器がつかわれる。分光写真器や分光光度計にも回折格子をつかうことができる。