化学分析

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吸光光度法

波長が連続的に分布する電磁波が物質を通過すると、その物質にふくまれる成分に固有の波長の電磁波が吸収される。この吸収スペクトルを測定する分析法を、一般に吸収分光分析あるいは吸光分光分析という。吸収された波長からその成分がわかり、その吸収の強度を測定することによってその成分を定量することができる。

可視・紫外領域の電磁波の吸収を測定する吸光光度法は、比色法または比色分析(→ 比色計)ともよばれ、有機物質および無機物質の定量分析法として広く利用されている。試料溶液と既知濃度の標準溶液に特定の波長の光を透過させ、両者の透過率を比較することで定量する。吸光度は光が通過する距離と物質の濃度に比例すること(ランバート・ベールの法則)を利用した測定法である。

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赤外線分光分析

主として赤外吸収スペクトルをもちいる分光分析法。赤外吸収スペクトルは微細な構造をもち、それぞれの分子に特有のパターンをしめす。これは、赤外線吸収が主として分子中の原子核の振動に関係し、その固有エネルギーが分子の構造の違いを敏感に反映するためで、分子がことなればその赤外吸収スペクトルもかならずことなる。また、有機化合物におけるオレフィン、エステル、アルコールなどの官能基もそれぞれ特有の赤外吸収スペクトルをもつため、それぞれの基の有無を知ることができる。

現在数多くの化合物の赤外吸収スペクトルがデータベース化されており、コンピューターで検索して試料化合物の赤外吸収スペクトルと比較すれば、その化合物を同定できる。とくに有機化合物の定性分析には、ひじょうに有効な手段である。

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核磁気共鳴分析

磁気モーメントをもつ粒子に外部から電磁波により磁力線の方向が周期的に交互にいれかわった交番磁場をくわえると、特定の周波数に対して共鳴をおこして電磁波が吸収される。この現象を一般に磁気共鳴といい、吸収のおこる周波数や吸収スペクトルの波形から、物質内部の電子や原子核の状態を知ることができる。

原子核のスピンがしめす磁気共鳴を核磁気共鳴(NMR)あるいは核スピン共鳴という。もっともよく利用される水素の核磁気共鳴スペクトルを例にあげれば、化学的な状態がことなる水素はそれぞれことなるエネルギーをもった電磁波を吸収し、たとえば有機化合物中のメチル基(–CH₃)と塩素などのハロゲンをふくむハロアルキル基のひとつ–CH₂Cl基のそれぞれの水素の核磁気共鳴スペクトルはひじょうにことなっており、はっきり分離したピークをしめす。このため、核磁気共鳴は、有機化合物の分子構造を推定する強力な定性分析手段となっている。

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蛍光分析

吸光光度法の場合と逆の現象を利用した分析法である。この場合には、試料中の分子はその構造に固有のあるエネルギーをもった光によって励起され、試料の濃度に比例した強度の蛍光を放射する。この分析法は、きわめて感度の高いのが特徴で、生体物質の定量などに利用される。

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原子発光分析と原子吸光分析

試料を高温に熱して原子やイオンに分解したときに、その原子やイオンが放射あるいは吸収する、その元素に固有のエネルギーをもった可視・紫外領域の電磁波を測定する分析法。放射あるいは吸収される電磁波の波長から成分元素の種類が判定され、その強度から各元素の含有量がもとめられる。

たとえば、食塩を炎の中にいれると炎が黄色くなるが、これは食塩にふくまれたナトリウムが、可視光の黄色に相当する波長の電磁波を放射するためである(→ 炎色反応)。これらの分析法は、とくに低濃度の金属元素の定性・定量分析に有効である。