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測光分析・反射光分析

測光分析の原理を、溶液中を通り抜ける際に吸収される光の模式図で示します

測光分析

測光分析では、紫外線(UV)~可視光(VIS)~赤外線(IR)の吸収を測定します。この測定値を用いて、溶液中または液体中の分析対象物質の量を決定します。光度計は、特定の光源と検出器を利用して、サンプル溶液中を通過した光を比例的な電気信号に変換します。これらの検出器には、例えば、フォトダイオード、フォトレジスターまたは光電子増倍管が挙げられます。測光分析では、ランベルト・ベールの法則を利用して、測定された透過率から吸光計数を算出します。精度の高い測定を行うための特定の検量線により、吸光度と分析対象物質の濃度との相関を求めます。 

測光分析は、溶液およびその他液体中の無機および有機化合物の量を測定するための定量分析法として広く用いられています。測光分析は、飲用水および廃水中の汚染物質の定量、土壌、食品および飲料サンプル中の栄養素、建築材料の組成の分析など、多くの産業分野においても幅広く応用されています。   

光度計の構造と働き

一般的な光度計は、光源、モノクロメーター、サンプルおよび検出器で構成されています。光源にはタングステン-ハロゲンランプ(一般的に、可視光範囲における分析で用いられる光源)またはLEDが用いられます。UV-可視光範囲の測定では、キセノン・フラッシュ・ランプが用いられる場合もあります。モノクロメーターは、光源から放射された光をフィルターに通して、非常に狭いスペクトルの光のみを通過させます。光はキュベットまたはサンプルの入ったセルを通過します。サンプル溶液中に存在する分析対象物質(またはそれに由来する色素)の量に基づいて、光の一部が溶液に吸収され、残った光が通過します。通過した光が検出器に届くと、光の強度に比例して電流が生じます。

ランベルト・ベールの法則

ベールの法則としても知られるランベルト・ベールの法則では、サンプルによって吸収される光量は、サンプル中の分析対象物質の濃度と、サンプルを通る光路長に比例します。ここで“サンプル”とは、分析対象物質そのもの(直接測定)または分析対象物質に由来する色素(試薬またはキットを使用する場合)のいずれかを指します。その関係は以下の式で表されます:

A = elc

ここで

A = サンプルの吸光度
l = 光路長(cm)
c = 分析対象物質の濃度(M)
e = モル吸光係数(M-1 cm-1)

分光光度計は、溶液を通過する前と後の光の強度を測定し、以下の式により、強度を透過率(T)に変換します:

透過率(T) = It/Io

ItおよびIoは、それぞれ溶液を通過する前後の光の強度を指します。透過率は以下の式により、吸光度に変換されます:

吸光度(A) = −log(T)

反射光分析

反射光分析(別名:反射式測光分析)は、非破壊分析技術の1つで、表面および界面による光の反射に基づいて色の強度、膜厚、屈折率などの特性を測定します。

その他の光度計と同様に、反射率計の主要要素である光源(通常、特定の波長の長寿命LED)からの光がレンズシステムを通過してサンプル表面に焦点が当てられ、反射した光が検出器で測定されます。

反射率計の多くは、試験紙の色の変化などの、表面の物理学的特性を測定するように設計されています。この方法では、試験紙の上に置かれたサンプルの反射率(REM)を適切な対照および標準と比較することが可能です。測光分析と同様に、放射光と反射光との間の強度の違いから、特定の分析対象物質の濃度を定量的に求めることができます。

反射光分析は、水、食品、飲料および環境サンプル中のさまざまな有機および無機パラメーターの迅速かつ高感度の定量法として、またそのほかに、建築材料の表面分析および肌色の定量化などの多様な用途で、産業分野において幅広く応用されています。 


関連技術資料

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