分析機器の精度は、年々上がってきています。
時間の削減ができる反面、基礎的なデータの見方や原理が理解しきれていない方も少なくないのではないでしょうか？
計測の不具合に気付いたり、解析しやすいデータを出すためには、基礎的な知識を把握する必要があります。
今記事では、忙しい研究の中でも1人1人が知っておきたい、FTIRの波長の見方をご紹介していきます。
FTIR（フーリエ変換赤外線分光法）の原理
FTIRとは、試料に赤外光を照射し、分子に一部吸収されたエネルギーの記録を取ることにより試料を定性する分析方法です。
分子は、赤外光が当たると振動が引き起こされます。
この時の振動数は分子ごとに異なり、この振動に必要なエネルギーと赤外光のエネルギーが一致すると赤外光が吸収されます。（インターフェログラム）
このエネルギーを全て記録し、まとめてグラフにしたものが、赤外スペクトルと言われるものです。
赤外スペクトルは各物質ごとにパターンが決まっていて、
そのパターンと照らし合わせて、試料を同定していきます。
この赤外スペクトルは数十万という数のデータが存在しているため、未知試料分析に非常に有効です。
ただし、複数の成分が混ざっていたり、試料が劣化していたりすると、
スペクトルが混在しているため、解析していく難易度が上がっていきます。
次の章では、解析難易度の高いスペクトルをどうやって、読み取っていくかをご紹介していきます。
（参考資料：「分析技術講習会基礎コース②赤外分光分析」）
赤外スペクトル（波長）の見方
赤外スペクトルは、分子に吸収された赤外光の振動数（波数）を縦軸に、吸収された時のエネルギー（吸収強度）または、透過率を縦軸に取り、それぞれをまとめてグラフにしたものです。
赤外スペクトルのデータを見ると、山のようになっているピークと呼ばれる部分があります。このピークが現れる位置は、物質ごとに固有な情報です。
このピークを見ることで、物質を同定していきます。
予めデータベースに記録された標準試料のスペクトルと、測定したスペクトルを照合することにより未知試料を同定することができます。
赤外スペクトルは数十万という数のデータが存在するため、未知試料分析に非常に有効です。有機物質を中心に多くのデータが蓄積されており、薬学、農学、生物学、ガス分析、鑑識など広い分野で活躍しています。
この赤外スペクトルは、全体を2つの領域に分けて読み解く必要があります。
1つ目の領域は、横軸である波数の4000~1500cm-1の位置を指します。
こちらは、伸縮振動による吸収のみが現れるので比較的簡単なスペクトルとなります。官能基毎に決まった位置にピークが現れるため、構造決定に有用です。
2つ目の領域は、波数の1500~650cm-1の位置を指し、「指紋領域」と呼ばれます。
変角振動と単結合伸縮振動に由来する複雑な吸収スペクトルが現れ、概ね化合物固有のスペクトルを得ることができます。
赤外スペクトルの解析方法
検出された赤外スペクトルと、物質ごとの赤外スペクトルパターンを照らし合わせて、試料を同定していきます。
複数の物質が混ざり合っている場合は、複数の赤外スペクトルが重なって1つになっているため、解析する難易度が高くなります。
日常にある有機物のほとんどが、単一物質のみで使用されていることがなく、混合物として存在しています。
そのため、データ中のスペクトルと一致するケースは稀です。
化合物を推測しながら見ていく必要があります。
測定前に、試料の状態をあらかじめ把握しておくといいでしょう。
見た目で色がついていれば、混合物の可能性は高いですし、劣化しているとスペクトルも変化するので、考慮して見ていく必要があります。
劣化情報を備えている、メーカーもあります。
代表的なものだと、島津製作所の「加熱劣化プラスチックライブラリ」や「紫外線劣化プラスチックライブラリ」などがあります。
この場合は、劣化状態の把握をすることも可能になります。
測定環境、サンプリングの都合によってでスペクトルにノイズがのることもあります。この場合は、条件を変えて測定することで解消できることが多くあります。
（参考引用：FT-IR スペクトルの読み方 - 福島県、IRの基礎知識 | Chem-Station (ケムステ)、JASCO日本分光「FTIRの基礎（1） 赤外分光法の原理」）
FTIRの機能や使い方は、こちらの記事に
FTIRの機器やメーカーに関してはこちらの記事に
詳しく記載しています。
不明点がありましたら、ご覧ください。
事例から見方を知る
実際にFTIRで取得した、赤外スペクトルの解析事例をご紹介していきます。
特に解析が困難な、「混合物」と「劣化」の事例をピックアップしました。
混合物や汚れが付着している場合の解析事例
糸くず（繊維状物質）をテープで固定して持ち込まれ、テープから外して測定すると下図ようなスペクトルになります。
この場合の計測結果は、①になります。
この糸くずには、セロハンテープの粘着剤が付着しているため、①には、糸くずのスペクトルと粘着剤のスペクトルが入り混じって表記されています。
そのため糸くずの物質を知るためには、①のスペクトルから、②の粘着剤のスペクトルを引く必要があります。
①から②を引いたスペクトルが、③のスペクトルになります。
これが、糸くずを表すスペクトルになります。
このスペクトルを検索すると、ポリプロピレンと同定されました。
糸くずは、ポリプロピレンだということが分かりました。
加熱や紫外線で劣化している場合解析事例
ポリエチレンを例にとってみると加熱により物質のスペクトルは下図のような変化があります。
1番上が、通常のポリエチレンのスペクトルです。
その下2つがそれぞれの温度で加熱されたポリエチレンのスペクトルです。
2つを見比べるとわかるように、通常のポリエチレンのスペクトルと異なるスペクトルが測定されます。劣化により物質が変化し、測定されるスペクトルにも変化が出ます。
上図のように、245°Cや350°Cで加熱された状態のスペクトル（真ん中と下）が定性されても、通常ポリエチレンと同定することはできません。
このような劣化により変化したスペクトルを同定する場合は、島津製作所の「加熱劣化プラスチックライブラリ」や「紫外線劣化プラスチックライブラリ」などの、劣化したスペクトルが収録されているライブラリを使用することで可能になります。
劣化のパターンが収録されており、劣化状況も同定することができます。
（参考：分析技術講習会基礎コース②赤外分光分析）
まとめ
FTIRで取得した波長の原理から見方を事例を踏まえて、解説していきました。
赤外スペクトルは、物質ごとに固有のものがあり、それらを1つ1つ見つけていくことで物質を定性することができることがお分かりいただけたかと思います。
分析や計測を行うにあたって必要な基礎的な知識は、FTIRの波長の見方以外にもいくつもご紹介しています。気になる方は是非他の記事も読んでみてはいかがでしょうか。
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