近赤外分光計

近赤外分光計の技術原理

近赤外スペクトルは、分子振動の非共鳴特性により、分子振動が基底状態から高エネルギー準位に遷移するときに主に生成されます。記録されるのは主に、水素含有基 X-H (X=C、N、O) の振動の周波数 2 倍化と複合周波数吸収です。 。異なる基 (メチル、メチレン、ベンゼン環など) または同じ基でも、異なる化学環境では近赤外線の吸収波長と強度に明らかな違いがあります。

近赤外分光法は豊富な構造情報と組成情報を備えており、炭化水素有機物質の組成と特性の測定に非常に適しています。しかし、近赤外スペクトル領域では、吸収強度が弱く、感度が比較的低く、吸収帯域が広く、重なりが大きい。したがって、検量線を確立する従来の方法に依存して定量分析を行うことは非常に困難です。ケモメトリクスの発展により、この問題を解決するための数学的基礎が築かれました。これは、サンプルの組成が同じであればスペクトルも同じになり、その逆も同様であるという原理に基づいて機能します。スペクトルと測定すべきパラメータ（解析モデルといいます）の対応関係を確立しておけば、サンプルのスペクトルさえ測定できれば、スペクトルと上記の対応関係から必要な品質パラメータデータを迅速に得ることができます。

近赤外分光測定方法

従来の分子吸光分析と同様に、近赤外分光技術による溶液サンプルの透過スペクトルの測定も主な測定法の一つです。さらに、フレーク、顆粒、粉末、さらには粘稠な液体やペーストのサンプルなどの固体サンプルの拡散反射率スペクトルを直接測定するためにも一般的に使用されます。近赤外分光法の分野では、透過率、拡散反射率、拡散透過率、半透過率などの測定方法が一般的に使用されています。

1. 送信モード

他の分子吸収スペクトルと同様に、近赤外透過スペクトルの測定は、透明で均一な液体サンプルに使用されます。最も一般的に使用される測定アクセサリは石英キュベットで、測定指標は吸光度です。スペクトル吸光度、光路長、サンプル濃度の関係はランベルト・ベールの法則と一致しています。つまり、吸光度は光路長とサンプル濃度に正比例します。これは近赤外分光法の定量分析の基礎となります。

近赤外分光法の感度は非常に低いため、通常、分析中にサンプルを希釈する必要はありません。ただし、水を含む溶媒は近赤外光を明らかに吸収します。キュベットの光路が長すぎると、吸光度が非常に高くなり、飽和することもあります。したがって、分析誤差を減らすためには、測定スペクトルの吸光度を 0.1 ～ 1 の間で制御するのが最適であり、通常は 1 ～ 10 mm のキュベットが使用されます。場合によっては、便宜上、吸光度が 0.01 程度、または 1.5、さらには 2 程度の近赤外分光測定が行われることもあります。

2. 拡散反射モード

非破壊測定、サンプル前処理不要、簡単さとスピードなど、近赤外分光技術の優れた利点は主に拡散反射スペクトル収集モードに由来します。拡散反射モードは、粉末、ブロック、シート、シルクなどの固体試料やペースト、ペーストなどの半固体試料の測定に使用できます。サンプルは、果物、錠剤、シリアル、紙、乳製品、肉など、あらゆる形状にすることができます。特別なサンプル前処理は必要なく、直接測定できます。

近赤外の拡散反射スペクトルはランベルト・ベールの法則に従わないが、以前の研究では、拡散反射の吸光度（実際にはサンプルの反射率と参照反射率の比の負の対数）と濃度が特定の条件下で一定の関係があることが判明している。 。直線関係を得るには、サンプルの厚さが十分に厚い、濃度範囲が狭い、サンプルの物理的状態と分光測定条件が一致している、などの条件を満たす必要があります。したがって、拡散反射分光法を使用することによっても、透過分光法のような多変量補正を使用した定量分析に使用できます。

3. 拡散透過モード

拡散透過モードは、固体サンプルの透過スペクトル測定です。入射光があまり厚くない固体サンプルに照射されると、光はサンプル内で透過および乱反射し、最終的にサンプルを通過して分光計にスペクトルを記録します。これは拡散透過スペクトルです。拡散透過モードは、錠剤、濾紙サンプル、薄層サンプルの近赤外分光測定によく使用されます。そのスペクトル吸光度は成分濃度と直線的な関係があります。

4. 半透過型モード

溶液サンプルの透過スペクトル測定は、入射光をサンプルに透過させ、反対側の透過スペクトルを測定します。これとは異なり、半透過型モードでは、サンプル溶液の後ろに反射ミラーが配置されます。入射光はサンプルを通過し、ミラーで反射されて再びサンプル溶液に入ります。半透過スペクトルは、入射光の同じ側で測定されます。光はサンプルを 2 回通過するため、光路長は通常の透過スペクトルの 2 倍になります。半透過モードは、スペクトルの測定を容易にするために設計されています。入射光と反射光が同じ側にあるため、入射光路と反射光路の両方を 1 つのプローブに設置し、プローブの先端にキャビティを設置することができます。上部はリフレクターになっています。使用時は、プローブが溶液に挿入され、溶液がキャビティに入り、光が入射光路から溶液に照射され、反射板で反射して溶液に戻り、反射光路に入り、キャビティに入ります。スペクトルを測定する分光計。本質的に、透過スペクトルと反射スペクトルは透過スペクトルでもあるため、その吸光度は濃度と線形の関係になります。