講義資料1 薬品分析学教室 講義

機器分析学

分光学

Ｘ線結晶構造解析

質量分析

熱分析

その他機器分析

18/03/23

なぜ機器分析を学ぶのか？

有機化合物の構造決定（問題提起）

有機化学の教科書

O HO

HO

HO OH

OH

多種多様な構造の有機化合物

CH₃ C O

OH

有機化合物の構造決定に必要な情報は？

有機化合物の構造決定に必要な情報は？

有機化合物の構造を決定するには？

分子量・分子式（組成式）

構造中に含まれる官能基の同定

有機化合物の構造決定に必要な情報は？ 分子量・分子式（組成式）

構造中に含まれる官能基の同定

炭素（炭化水素）骨格構造の決定

有機化合物の構造を決定するには？

有機化合物の構造決定に必要な情報は？ 分子量・分子式（組成式）

構造中に含まれる官能基の同定

炭素（炭化水素）骨格構造の決定

質量分析装置、組成分析

化学反応、赤外分光法、 (NMR 分光法 )

NMR 分光法、（質量分析装置）

有機化合物の構造を決定するには？

有機化合物の構造決定に必要な情報は？

機器分析法

の役割は？

分子量・分子式（組成式）

構造中に含まれる官能基の同定

炭素（炭化水素）骨格構造の決定

質量分析装置、組成分析

化学反応、赤外分光法、 (NMR 分光法 )

NMR 分光法、（質量分析装置）

構造決定

機器分析の役割

(

物性解析

)

薬の大半 有機化合物

構造も決まっていない薬を飲みたいですか？

有機化合物の構造決定に必要な情報は？

機器分析法の役割は？

分子量・分子式（組成式）

構造中に含まれる官能基の同定

炭素（炭化水素）骨格構造の決定 質量分析装置、組成分析

化学反応、赤外分光法、 (NMR 分光法 )

NMR 分光法、（質量分析装置）

構造決定

有機化合物の構造決定に必要な情報は？

機器分析法の役割は？

分子量・分子式（組成式）

構造中に含まれる官能基の同定

炭素（炭化水素）骨格構造の決定 質量分析装置、組成分析

化学反応、赤外分光法、 (NMR 分光法 )

NMR 分光法、（質量分析装置）

構造決定

光

電磁波

(

光

)

について

物理における「光」とは？

狭義：可視光のこと（物を照らし出す光）

広義：あらゆる波長の電磁波のこと

目で見ることができる波長の光

波

(

波動

)

の分類（種類）

音波：

その他の波：

波

(

波動

)

の分類（種類）

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

波

(

波動

)

の分類（種類）

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

波

(

波動

)

の分類（種類）

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

紫外光 可視光

X

線

赤外光 マイクロ波 ラジオ波

波

(

波動

)

の分類（種類）

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

紫外光 可視光

X

線

赤外光 マイクロ波 ラジオ波

波

(

波動

)

の分類（種類）

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

紫外光 可視光

X

線

赤外光 マイクロ波 ラジオ波

媒体

が必要な波動

媒体が不要

な波動

紫外光 可視光

X

線

赤外光 マイクロ波 ラジオ波

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

媒体

が必要な波動

媒体が不要

な波動

電磁波（即ち波動）：

光の一種

紫外光 可視光

X

線

赤外光 マイクロ波 ラジオ波

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

媒体

が必要な波動

媒体が不要

な波動

媒体：

媒体：

電磁波（即ち波動）：

光の一種

空気、物体

水（海水）

地面

波

(

波動

)

について

マイクロ波

赤外線

ラジオのスピーカー からの音

可視光線 トタン板の波形の面

γ 線

地震 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波

瓦屋根の凹凸（の面） 海の波（波動）

Ｘ線 _紫外線 スポーツ応援のウェーブ

マイクロ波

赤外線

可視光線 トタン板の波形の面

γ 線

クイズ

地震 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波

瓦屋根の凹凸（の面）

◯

×

◯ ◯

◯

◯ ◯ ◯

◯ ◯

×

◯

海の波（波動） ◯

Ｘ線 ◯ _{紫外線 ◯}

ラジオのスピーカー からの音

◯

スポーツ応援のウェーブ

次のうち、物理でいう波（波動）はどれ？

物理における波（波動）とは？

波の形をしてても移動しないもの：波（波動）ではない

物理における波（波動）とは？

波が移動してくるもの

波の形をしてても移動しないもの：波（波動）ではない

マイクロ波

赤外線

可視光線 トタン板の波形の面

γ 線

地震波 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波

瓦屋根の凹凸（の面） 動く

不動

動く 動く

動く

動く 動く 動く

動く 動く

不動

動く 海の波（波動） 動く

Ｘ線 動く _{紫外線 動く} ラジオのスピーカー

からの音（音波）

動く スポーツ応援のウェーブ

次のうち、物理で波（波動）であるものは？

クイズ

マイクロ波

赤外線

可視光線 トタン板の波形の面

γ 線

地震波 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波

瓦屋根の凹凸（の面）

◯

×

◯ ◯

◯

◯ ◯ ◯

◯ ◯

×

◯

海の波（波動） ◯

Ｘ線 ◯ _{紫外線 ◯}

ラジオのスピーカー からの音（音波）

◯

スポーツ応援のウェーブ

クイズ

次のうち、物理で波（波動）であるものは？

電磁波

(

光

)

について

次のうち、電磁波であるものは？

マイクロ波

赤外線

可視光線 トタン板の波形の面

γ 線

クイズ

地震波 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波

瓦屋根の波打つ面 海の波（波動）

Ｘ線 _紫外線 ラジオのスピーカー

からの音（音波）

電磁波

(

光

)

について

マイクロ波

赤外線

ラジオのスピーカー からの音（音波）

可視光線

γ 線

クイズ

地震波 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波 ー

ー 海の波（波動）

Ｘ線 _紫外線 スポーツ応援のウェーブ

電磁波

(

光

)

について

マイクロ波

赤外線

ラジオのスピーカー からの音（音波）

可視光線

γ 線

クイズ

地震波 ラジオ波 超音波

携帯電波 テレビ電波

◯

× ◯

×

◯ ◯

×

◯ ◯

◯

海の波（波動） ×

Ｘ線 ◯ _{紫外線 ◯}

× スポーツ応援のウェーブ

波

(

波動

)

の特徴を表すパラメーター

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

振幅 波の進行速度 (ms-1)

振動数 ( 周波数 ): 1 秒あたりの波の通過数。単位は Hz または s-1 _。

sin 波 ( 正弦波 )

周期 T ：1 回振動するのにかかる時間。単位は s( 秒 ) 。 繰り返しの最少単位

の長さ (m) 3.0 × 10

波の進行速度 ( 波の移動速度。単位 : ms-1 )

波

(

波動

)

の特徴

(1)

波長 (λ ( ラムダ ) と表す。繰り返しの最少単位の長さ。単位 : m )

振動数 ( 別名 : 周波数。 ν ( ニュー ) で表す。単位 : Hz 又は s-1 )

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波動（波）の特性を表すパラメーター

波の進行速度： X ms-1

波

(

波動

)

の特徴

(2)

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

振動数 ν (Hz or s-1) =

波（波動）は 1 秒間に X m 進む。

A _X(ms-1) × 1(s) = X(m)

定義 : 1 秒間の波の数 ( 振動数 ν) = 1 秒間に点 A を通過する波の数

波の進行速度： X ms-1

波

(

波動

)

の特徴

(2)

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

振動数 ν (Hz or s-1) =

A _X(ms-1) × 1(s) = X(m)

定義 : 1 秒間の波の数 ( 振動数 ν) = 1 秒間に点 A を通過する波の数

波の進行速度： X ms-1

波

(

波動

)

の特徴

(2)

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

A _X(ms-1) × 1(s) = X(m)

振動数 ν (Hz or s-1) =

波の進行速度 (ms-1)

波長 (m) 1

定義 : 1 秒間の波の数 ( 振動数 ν) = 1 秒間に点 A を通過する波の数

波の進行速度： X ms-1

波

(

波動

)

の特徴

(2)

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

A _X(ms-1) × 1(s) = X(m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 個

16 Hz

振動数 ν (Hz or s-1) =

波の進行速度 (ms-1)

波長 (m)

定義 : 1 秒間の波の数 ( 振動数 ν) = 1 秒間に点 A を通過する波の数

波の進行速度： X ms-1

波

(

波動

)

の特徴

(2)

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

A _X(ms-1) × 1(s) = X(m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 個

16 Hz

振動数 ν (Hz or s-1) =

波の進行速度 (ms-1)

波長 (m)

定義 : 1 秒間の波の数 ( 振動数 ν) = 1 秒間に点 A を通過する波の数

( 振動数 ν) は進行速度 X を波長で割れば良い。

=

λ (m) X (ms-1)

波数 ν (cm-1) =

1.0 cm

1 cm の中に含まれる波の数 ( 波数 ν ) は 1 cm を波長 (cm) で割れば良い。 ただし、波長の単位を cm に換算して割り算すること。

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

波数 ν (cm-1) =

1.0 cm

1 cm の中に含まれる波の数 ( 波数 ν ) は 1 cm を波長 (cm) で割れば良い。 ただし、波長の単位を cm に換算して割り算すること。

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

波

(

波動

)

の特徴

(3)

1

演習問題

海の波が 2 ms-1 _{で移動している。空から海を観測している時、}

ある場所を最初の波頭が通過してから次の波頭が通過するま でに 3 秒かかった。海の波が一定間隔で並んでいるとして以下 の問いに答えなさい。

１

この海の波の波長は何 m でしょう。

(1)

この海の波の振動数（周波数）はいくつでしょう。

(2)

この海の波の周期はいくつでしょう。

演習問題

海の波が 2 ms-1 _{で移動している。空から海を観測している時、}

ある場所を最初の波頭が通過してから次の波頭が通過するま でに 3 秒かかった。海の波が一定間隔で並んでいるとして以下 の問いに答えなさい。

１

この海の波の波長は何 m でしょう。

(1)

3 s( 秒 ) 後

2 ms-1

3 s( 秒 ) 間で進んだ距離 = １波長の長さ（波長）

3 s( 秒 ) 間で進んだ距離

= 波の速度 (ms-1_{) × 時間 (s)} = 2(ms-1) × 3(s) = 6 m

演習問題

海の波が 2 ms-1 _{で移動している。空から海を観測している時、}

ある場所を最初の波頭が通過してから次の波頭が通過するま でに 3 秒かかった。海の波が一定間隔で並んでいるとして以下 の問いに答えなさい。

１

この海の波の振動数（周波数）はいくつでしょう。

(2)

振動数 ν (Hz or s-1) = 波の進行速度 (ms

-1)

波長 (m) = 6(m) 2(ms-1)

= ₃1 (s-1)

答　　　　　　　3

1

(s-1)

3 1

(Hz)

または

この海の波の周期はいくつでしょう。

(3)

紫外光 可視光

X

線

赤外光 マイクロ波 ラジオ波

音波：

音 超音波

その他の波：

海の波

地震波

媒体が必要な波動

媒体が不要な波動

媒体：

媒体：

電磁波（即ち波動）：

光の一種

空気、物体

水（海水）

地面

電磁波

(

光

)

について

電磁波

とは？

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫外線

真空紫外

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

可視光線

10 200 400 800 (nm)

紫 藍 青 緑 黄 橙 赤

Ｘ線

γ 線

（電場と磁場の相互作用により）媒体無しに空間を伝播する波

γ 線からラジオ波までの電磁波は単に波長が異なるだけ！

波長

波長

いわゆる電波

電波は物理用

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

振幅 波の進行速度 (ms-1)

振動数 ( 周波数 ): 1 秒あたりの波の通過数。単位は Hz または s-1 _。

sin 波 ( 正弦波 )

周期 T ：1 回振動するのにかかる時間。単位は s( 秒 ) 。 繰り返しの最少単位

の長さ (m)

電磁波は典型的な sin 波 ( 正弦波 )

電磁波

(

光

)

の特徴

真空中の速度： 3.0 × 108 ms-1 ( _{すべての電磁波} !!!)

電磁波

(

光

)

の特徴

(1)

= ( 可視光の ) 真空中の光速 (c と表す） 波長 (λ ( ラムダ ) と表す。単位は m 。)

振動数 ( 別名 : 周波数。 ν ( ニュー ) で表す。単位は Hz 又は s-1 。)

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波動（波）の特性を表すパラメーター

光子のエネルギー E = hν ( ただし h は プランク定数 )

周期 (T で表す。 1 回振動するのにかかる時間。単位は s 。)

真空中の速度： 3.0 × 108 ms-1 ( _{すべての電磁波} !!!)

電磁波

(

光

)

の特徴

(2)

= 真空中の光速 (c と表す） 波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

電磁波は 1 秒間に 3.0 × 108 m _進む。

A _{3.0 × 10}8 ms-1 = c

1 秒間に点 A を通過する波の数 ( 振動数 ν) は光速 c を波長で割れば良い。

真空中の速度： 3.0 × 108 ms-1 ( _{すべての電磁波} !!!)

電磁波

(

光

)

の特徴

(2)

= 真空中の光速 (c と表す） 波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

電磁波は 1 秒間に 3.0 × 108 m _進む。

A _{3.0 × 10}8 ms-1 = c

1 秒間に点 A を通過する波の数 ( 振動数 ν) は光速 c を波長で割れば良い。

振動数 ν (Hz or s-1) =

波の進行速度 = 光速 (ms-1)

真空中の速度： 3.0 × 108 ms-1 ( _{すべての電磁波} !!!)

電磁波

(

光

)

の特徴

(2)

= 真空中の光速 (c と表す） 波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

電磁波は 1 秒間に 3.0 × 108 m _進む。

A _{3.0 × 10}8 ms-1 = c

1 秒間に点 A を通過する波の数 ( 振動数 ν) は光速 c を波長で割れば良い。

振動数 ν (Hz or s-1) =

波の進行速度 = 光速 (ms-1)

波長 (m)

= c (ms_{λ (m)}

1.0 cm

1 cm の中に含まれる波の数 ( 波数 ν ) は 1 cm を波長 (cm) で割れば良い。 ただし、波長の単位を cm に換算して割り算すること。

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

電磁波

(

光

)

の特徴

(3)

1.0 cm

1 cm の中に含まれる波の数 ( 波数 ν ) は 1 cm を波長 (cm) で割れば良い。 ただし、波長の単位を cm に換算して割り算すること。

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

電磁波

(

光

)

の特徴

(3)

波数 ν (cm-1) = 1

1.0 cm

1 cm の中に含まれる波の数 ( 波数 ν ) は 1 cm を波長 (cm) で割れば良い。 ただし、波長の単位を cm に換算して割り算すること。

波数 ( ν で表す。単位は cm-1 。1 cm _{の中に含まれる波の数} )

波長 (λ ( ラムダ ) と表す )

電磁波

(

光

)

の特徴

(3)

波数 ν (cm-1) = 1

重要

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(1)

光子のエネルギー E ( 単位 : J; 光のエネルギーと略されることが多い )

E = hν

h ( プランク定数 ; 単位 : Js)

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz)

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz)

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

低 高

重要

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(1)

光子のエネルギー E ( 単位 : J; 光のエネルギーと略されることが多い )

E = hν

h ( プランク定数 ; 単位 : Js)

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz)

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz) 低

高

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

E は ν に　　比例 (E ∝ ν )

重要

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(1)

光子のエネルギー E ( 単位 : J; 光のエネルギーと略されることが多い )

E = hν

h ( プランク定数 ; 単位 : Js)

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz)

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz) 低

高

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

E は ν に　　比例 (E ∝ ν )

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(2)

ν ( 振動数 ( 周波数 )), λ ( 波長 ), c ( 光速 ) の関係から

E = hν =

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz)

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

振動数 ν (Hz) =

λ (m) c (ms-1)

λ

hc

E は λ に

λ ( 波長 ; 単位 : m)

低 高

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(2)

ν ( 振動数 ( 周波数 )), λ ( 波長 ), c ( 光速 ) の関係から

E = hν =

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz)

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

振動数 ν (Hz) =

λ (m) c (ms-1)

λ

hc

E は λ に　　　反比例

λ ( 波長 ; 単位 : m)

低 高

低 高

長

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(3)

ν ( 波数 ), λ ( 波長 ) の関係から

E = hν =

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz) 低

高

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

λ

hc

E は ν に

λ ( 波長 ; 単位 : m) 長

短

波数 ν (cm-1) =

λ (cm) 1

= hcν

電磁波

(

光

)

と

エネルギ

ー

(3)

ν ( 波数 ), λ ( 波長 ) の関係から

E = hν =

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz) 低

高

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

λ

hc

E は ν に　　比例 (E ∝ ν )

λ ( 波長 ; 単位 : m) 長

短

波数 ν (cm-1) =

λ (cm) 1

= hcν

ν ( 波数 ; 単位 : cm-1) _低

電磁波

(

光

)

のまと

め

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫外線

真空紫外

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

可視光線

10 200 400 800 (nm)

紫 藍 青 緑 黄 橙 赤

Ｘ線

γ 線 波長

波長

ν ( 振動数 ( 周波数 ); 単位 : Hz) 低

高

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J)

低 高

低 高

ν ( 波数 ; 単位 : cm-1)

長

演習

＆宿

題

下記の表の空欄を埋めなさい。プランク定数 h = 6.63 × 10-34 _{Js と}

する。

E (J)

ν (Hz)

λ (m) ν (cm-1) _{電磁波の種類}

10 m

250 nm

3 × 109

3 × 1018

1000

演習

＆宿

題

E (J)

ν (Hz)

λ (m) ν (cm-1) _{電磁波の種類}

10 m

250 nm

3 × 109

3 × 1018

1000

500 nm

3 × 107 1 × 10-3 1.99 × 10-26 _ラジオ波

下記の表の空欄を埋めなさい。プランク定数 h = 6.63 × 10-34 _{Js と}

宿

題（解答）

E (J)

ν (Hz)

λ (m) ν (cm-1) _{電磁波の種類}

10 m 10 cm 10 μm 500 nm 250 nm 0.1 nm

3 × 107

3 × 1013 3 × 109

6 × 1014

12 × 1014

3 × 1018

1 × 10-3

1000 0.1

2 × 104

4 × 104

1 × 108

1.99 × 10-26

1.99 × 10-24

1.99 × 10-20

3.98 × 10-19

7.96 × 10-19

1.99 × 10-15

ラジオ波 マイクロ波

赤外線 可視光線

紫外線 Ｘ線

下記の表の空欄を埋めなさい。プランク定数 h = 6.63 × 10-34 _{Js と}

電磁波

(

光

)

を利用した測定法

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫 外 線

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

Ｘ線

γ 線 波長

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

長

短

可 視 光 線

物理現象

電磁波

(

光

)

が

引

き起こす物理

現象

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫 外 線

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

Ｘ線

γ 線 波長

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

長

短

可 視 光 線

核スピンの 反転 分子の

回転運動 分子振動

電子遷移 電子による

電磁波

(

光

)

を利用した測定法

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫 外 線

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

Ｘ線

γ 線 波長

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

長

短

可 視 光 線

核スピンの

反転

分子の 回転運動 分子振動

電子遷移 電子による

Ｘ線の弾性散乱

物理現象

分光法

測定法 Ｘ線結晶構造 解析

紫外可視

分光法 赤外分光法 ラマン 分光法

回転

分光法 _NMR 分光法

回折法

ESR

分光法 蛍光

分光法

CD, ORD

紫外可視分光法

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫 外 線

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

Ｘ線

γ 線 波長

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

長

短

可 視 光 線

核スピンの

反転

分子の 回転運動 分子振動

電子による Ｘ線の弾性散乱

物理現象

分光法 測定法 Ｘ線結晶構造

解析

赤外分光法

ラマン 分光法

回転

分光法 _NMR 分光法

回折法

ESR

分光法

蛍光

分光法

CD, ORD

紫外可視分光法

ラジオ波 マイクロ

波 赤外線

紫 外 線

10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁₀0 (m)

10-11

10-12

Ｘ線

γ 線 波長

E ( 光子のエネルギー ; 単位 : J) 低

高

長

短

可 視 光 線

核スピンの

反転

分子の 回転運動 分子振動

電子遷移

電子による Ｘ線の弾性散乱

物理現象

分光法 測定法 Ｘ線結晶構造

解析

紫外可視

分光法 赤外分光法

ラマン 分光法

回転

分光法 _NMR 分光法

回折法

ESR

分光法

蛍光

分光法

CD, ORD

可視

吸収

と

色

リボフラビン

黄色

リボフラビン

白色光

青色を吸収

全波長の可視光 色が抜けた可視光

黄色系（青の補色）

補色関係

色相環

透過光の色

( 透過光 ) ( 入射光 )

白色光

全波長の可視光 ( 入射光 )

色が抜けた可視光

黄色系（青の補色） ( 反射光 )

反射光の色

可視

吸収

と

色

リボフラビン

黄色

リボフラビン

白色光

青色を吸収

全波長の可視光 青 色が抜けた可視光

黄色系（青の補色）

補色関係

色相環

透過光の色

( 透過光 ) ( 入射光 )

白色光

全波長の可視光 ( 入射光 )

青 色が抜けた可視光

黄色系（青の補色） ( 反射光 )

反射光の色

色

の

吸収

を定量

的

に見ることはできないか？

客

観

的

かつ定量

的

な

色

の

吸収

の測定

可視光

/

紫外光の

吸収等

を測定する機器分析

方

法

論

：紫外可視分光法

装置：紫外可視

吸

光光度

計

波長

(nm)

吸

光

度

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

紫外可視吸収スペクトル = 波長 - 吸光度プロット

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

波長

(nm)

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

波長

(nm)

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

紫外光 可視光

分光って何？

分光

とは

分光って何？

分光

とは

光

を波長

ご

とに

分

けること

分光

法

って何？

分光法

とは

波長

ご

とに

分

けられた光に

対

する

物質の応答を

調

べる

方

法

光に

対

する物質の応答

光の

吸収

：

吸収

ス

ペ

クト

ル

光の

放

出：

発

光ス

ペ

クト

ル

再掲

：

色

の

吸収

を

調

べる

方

法は？

紫外可視

分光法

リボフラビン

黄色 青色を吸収

白色光

全波長の可視光 ( 入射光 )

青色が抜けた可視光

黄色系（青の補色） ( 反射光 )

反射光の色

リボフラビン

青色（可視光の一部）の吸収を調べる方法

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

(nm)

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

(nm)

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

分光された光の波長

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

(nm)

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

分光された光の波長

450 nm の光が化合 物に照射されたとき の吸光度が

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

(nm)

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

分光された光の波長

450 nm の光が化合 物に照射されたとき の吸光度が 0.3

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

リボフラビン 黄色

青色

波長 (nm)

補色関係

色相環

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

紫外可視

吸収

ス

ペ

クト

ル

リボフラビン 黄色

青色

リボフラビン

白色光

青色を吸収

全波長の可視光 青色が抜けた可視光

黄色系（青の補色）

波長 (nm)

補色関係

色相環

吸

光

度

吸

光

度

が

大

き

い

ほ

ど

そ

の

波

長

の

光

を

た

く

さ

ん

吸

収

紫外可視

吸収

の化学

的背景

エテン ( エチレン )

sp2 混成

σ 結合

π 結合

p 軌道

紫外可視

吸収

の化学

的背景

結合： 6 個 πz π_z*

エテンの分子軌道

•

•

•

結合性軌道： 6 個

励起前

分子軌道

(σ 結合 ) 結合性

軌道

反結合 性軌道

紫外可視

吸収

の化学

的背景

結合： 6 個

分子軌道

(σ 結合 ) π_z

π_z*

エテンの分子軌道

結合性

軌道

反結合 性軌道

•

•

•

結合性軌道： 6 個

電子励起

•

•

•

励起前 励起後

紫外可視

吸収

の化学

的背景

結合： 6 個

分子軌道

(σ 結合 ) π_z

π_z*

エテンの分子軌道

結合性

軌道

反結合 性軌道

•

•

•

結合性軌道： 6 個

電子励起

•

•

•

励起前 励起後

E = hν

= h(c/λ)

λ = 165 nm

に相当する

エネルギー

n→π

遷

移

π π*

•

•

•

•

•

•

σ

反結合性軌道

結合性軌道

ローンペア（ n 電子）

n→π

遷

移

π π*

•

•

•

•

•

•

σ

非結合性軌道

on-bonding orbital

n

反結合性軌道

結合性軌道

n

89 18/03/23

π→π

遷

移

π π*

•

•

•

•

•

•

σ

ローンペア（ n 電子）

非結合性軌道

on-bonding orbital

n

反結合性軌道

結合性軌道 π→π* 遷移

n→π

遷

移

π π*

•

•

•

•

•

•

σ

非結合性軌道

on-bonding orbital

n

反結合性軌道

結合性軌道 n→π* 遷移

π→π* 遷移 ローンペア（ n 電子）

演習

紫外光および可視光の吸収は　　　　　　によって引き起こ される。二重結合を有する化合物で起こる遷移には、 　　　　　　　 遷移と　 　　　　　　　　遷移と呼ばれる遷移がある。軌道間のエネ ルギー準位の差分に相当するエネルギーを　　

の波長領域の光を吸収することで得る。

演習

紫外光および可視光の吸収は　　電子遷移　　によって引き起こ される。二重結合を有する化合物で起こる遷移には、

遷移と　 　　　　　　　　遷移と呼ばれる遷移がある。軌道間のエネ ルギー準位の差分に相当するエネルギーを　　

の波長領域の光を吸収することで得る。

演習

紫外光および可視光の吸収は　　電子遷移　　によって引き起こ される。二重結合を有する化合物で起こる遷移には、 π→π*

遷移と　 　　　　　　　　遷移と呼ばれる遷移がある。軌道間のエネ ルギー準位の差分に相当するエネルギーを　　

の波長領域の光を吸収することで得る。

演習

紫外光および可視光の吸収は　　電子遷移　　によって引き起こ される。二重結合を有する化合物で起こる遷移には、 π→π*

遷移と　 　 n→π* _{遷移と呼ばれる遷移がある。軌道間のエネ}

ルギー準位の差分に相当するエネルギーを　　

の波長領域の光を吸収することで得る。

演習

紫外光および可視光の吸収は　　電子遷移　　によって引き起こ される。二重結合を有する化合物で起こる遷移には、 π→π*

遷移と　 　 n→π* _{遷移と呼ばれる遷移がある。軌道間のエネ}

ルギー準位の差分に相当するエネルギーを　紫外光または可視光　

の波長領域の光を吸収することで得る。

宿

題（

予

習

項

目）

1. 透過度の定義を調べなさい．

3. 化合物の濃度および光が通過するサンプルの層長（光路長）に

　 比例するのは透過度か吸光度か．

2. 透過度と吸光度の関係を式で表しなさい．

予習項目がかわらなかったら、教科書 P4 から P5 に書かれている

内容を要約すること。

透

過度

／透

過

率

必要条件：入射光には単色光を用いる。

入射光強度： I₀ 透過光強度： I サンプル溶液

透過度 (t) （無次元）：

透過率 (T) （ % ）：

日本薬局方

の定義

透

過度

／透

過

率

必要条件：入射光には単色光を用いる。

入射光強度： I₀ 透過光強度： I サンプル溶液

透過度 (t) （無次元）： _I

0

I

t =

透過率 (T) （ % ）：

日本薬局方

の定義 (eq. 1)

透

過度

／透

過

率

必要条件：入射光には単色光を用いる。

入射光強度： I₀ 透過光強度： I サンプル溶液

透過度 (t) （無次元）： _I

0

I

t =

透過率 (T) （ % ）： _I

0

I

T = ×100

日本薬局方

の定義 (eq. 1)

(eq. 2)

透

過度

／透

過

率

必要条件：入射光には単色光を用いる。

入射光強度 (I₀) に対する透過光強度 (I ) の割合 ( )

II₀

入射光強度： I₀ 透過光強度： I サンプル溶液

透過度 (t) （無次元）： _I

0

I

t =

透過率 (T) （ % ）： _I

0

I

T = ×100

日本薬局方

の定義 (eq. 1)

(eq. 2)

101 18/03/23

吸

光度

入射光強度： I₀ 透過光強度： I サンプル溶液

透過度 (t) （無次元）： _I 0

I t =

透過率 (T) （ % ）： _I 0

I

T = ×100

日本薬局方

の定義

(eq. 1)

(eq. 2)

102 18/03/23

吸

光度

入射光強度： I₀ 透過光強度： I サンプル溶液

透過度 (t) （無次元）： _I 0

I t =

透過率 (T) （ % ）： _I 0

I

T = ×100

日本薬局方

の定義

(eq. 1)

(eq. 2)

103 18/03/23

吸光度 (A) （無次元）： A = −logt = −log (eq. 3)

II₀

なぜこんな式で変換しなければならないのだろう？

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

I₀ I₁ t₁ =

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

t₂ =

2 cm

層長 (l)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l) 1 cm

I₂

の時

になる。

104 18/03/23

= 31

その理由は

t_{1 = 3}1 t_{1 = 3}1

I₂ = I₁ =

3

1 _I 0

I₂ = = I₀

3

1

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l) 1 cm

I₂

の時

になる。

105 18/03/23

9

1

その理由は

3

1 _I

1 1_{3 3}1 I₀

3 1 _I 0 2 9 1 _I 0

指数関数

I₀ I₁ t₁ =

t₂ =

= 31

t_{1 = 3}1 t_{1 = 3}1

I₂ = =

I₂ = =

Lambert−Beer

の法

則

原則 1: 吸光度 A は層長 (l) に比例する（ Lambert の法則）

原則 2: 吸光度 A は 濃度 (c) に比例する（Beer の法則）

A = k ：比例定数 （Lambert−Beer の法則）

k （比例定数：吸光係数）の種類

k = ε

k = E_1cm1%

( モル吸光係数 )

( 比吸光係数 ( 比吸光度 ))

A = εcl

A = E cl_1cm1%

106 18/03/23

kcl

1) 濃度がモル濃度の時

Lambert−Beer

の法

則

原則 1: 吸光度 A は層長 (l) に比例する（ Lambert の法則）

原則 2: 吸光度 A は 濃度 (c) に比例する（Beer の法則）

A = k ：比例定数 （Lambert−Beer の法則）

k （比例定数：吸光係数）の種類

k = ε

k = E_1cm1%

( モル吸光係数 )

( 比吸光係数 ( 比吸光度 ))

A = ε_(M-1_cm-1₎c_(M)l_(cm)

A = E _1cm1% _(%-1_cm-1₎c_(%)l_(cm)

107 18/03/23

kcl

1) 濃度がモル濃度の時

2) 濃度が％濃度の時

透

過度と

層

長

(3)

I_{0 I}

I₀ I

t(l) =

l cm 層長 (l)

(eq. 5)

単位長が l₀ で、層長 1 cm の透過度が t₀ の場合

層長 l cm の透過度 : t(l)

層長 (l) は 1cm の l 倍より透過度は

透過度は層長 (l) に対して指数関数的に減少

t(l)

l

透過度 (t(l)) と層長 (l) の関係

透

過度と

層

長

(3)

I_{0 I}

I₀ I

t(l) =

l cm 層長 (l)

(eq. 5)

単位長が l₀ で、層長 1 cm の透過度が t₀ の場合

層長 l cm の透過度 : t(l)

層長 (l) は 1cm の l 倍より透過度はt(l) = (t₀)l 透過度は層長 (l) に対して指数関数的に減少

t(l)

l

透過度 (t(l)) と層長 (l) の関係

指数関数

109 18/03/23

I_{0 I} 1

I₀ I₁ t₁ =

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

I₀ I₂ t₂ =

2 cm

層長 (l)

I₀

1 cm

層長 (l)

I₀ I₂ t₁ =

(eq. 3) 吸光度 A₁

(eq. 5)

吸光度 ∝ 濃度 (c) （Beer の法則）

吸

光度と

濃

度

吸光度 A₂ = 2A₁

I₂

濃度 (c)

濃度 (c )

濃度 (2c)

吸光度 A₂ = 2A₁

110 18/03/23

吸光度 ∝ 層長 (l) （Lambert の法則）

比例

比例

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

の時

111 18/03/23

9

1

I₀ I₁ t₁ =

t₂ = = = 31 吸光度のメリット

距離 倍

3

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

の時

112 18/03/23

9

1

I₀ I₁ t₁ =

t₂ = = = 31

A₁ = −logt = −log 3

1

吸光度のメリット

3

1 2

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

の時

113 18/03/23 9 1 I₀ I₁ t₁ =

t₂ = = = 31

A₁ = −logt = −log 3

1

吸光度のメリット

A₂ = −log 　　　　 = −log = −2log

9 1 3 1 2 3 1 3 1 2

= 2(−log )

3

1

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

の時

114 18/03/23 9 1 I₀ I₁ t₁ =

t₂ = = = 31

A₁ = −logt = −log 3

1

吸光度のメリット

A₂ = −log 　　　　 = −log = −2log

9

1

3

1 2

= 2(−log ) = 2A₁ 3 1 3 1 3 1 2

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

の時

115 18/03/23 9 1 I₀ I₁ t₁ =

t₂ = = = 31

A₁ = −logt = −log 3

1

吸光度のメリット

A₂ = −log 　　　　 = −log = −2log

9

1

3

1 2

= 2(−log ) = 2A₁ 3

1

3

1

吸光度 2 倍

2

3

1 2

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

2 cm

層長 (l)

の時

116 18/03/23 9 1 I₀ I₁ t₁ =

t₂ = = = 31

A₁ = −logt = −log 3

1

吸光度のメリット

A₂ = −log 　　　　 = −log = −2log

9

1

3

1 2

= 2(−log ) = 2A₁ 3

1

3

1

吸光度 2 倍

2

吸光度 ∝ 層長 (l) （Lambert の法則）

3

1 2

I_{0 I} 1

I₀ I₁ t₁ =

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

I₀ I₂ t₂ =

2 cm

層長 (l)

I₀

1 cm

層長 (l)

I₀ I₂ t₁ =

(eq. 3) 吸光度 A₁

(eq. 5)

吸光度 ∝ 濃度 (c) （Beer の法則）

吸

光度と

濃

度

吸光度 A₂ = 2A₁

I₂

濃度 (c)

濃度 (c )

濃度 (c)

吸光度 A₂ = 2A₁

117 18/03/23

吸光度 ∝ 層長 (l) （Lambert の法則）

比例

比例

Lambert−Beer

の法

則

原則 1: 吸光度 A は層長 (l) に比例する（ Lambert の法則）

原則 2: 吸光度 A は 濃度 (c) に比例する（Beer の法則）

A = k ：比例定数 （Lambert−Beer の法則）

k （比例定数：吸光係数）の種類

k = ε

k = E_1cm1%

( モル吸光係数 )

( 比吸光係数 ( 比吸光度 ))

A = ε_(M-1_cm-1₎c_(M)l_(cm)

A = E _1cm1% _(%-1_cm-1₎c_(%)l_(cm)

118 18/03/23

kcl

1) 濃度がモル濃度の時

2) 濃度が％濃度の時

透

過度と

濃

度

t(l)

(M)

透過度と濃度 (M) の関係

指数関数 ( 減少 )

119 18/03/23

t

=

1

0

教科書 図 1-3

注意！

大小関係の

上下が逆

透

過度

／吸

光度と

濃

度

／層

長

120 18/03/23

吸光度

透過度

層長 (l)

比例

透

過度

／吸

光度と

濃

度

／層

長

121 18/03/23

吸光度

透過度

層長 (l)

比例

指数関数

( 減少 )

透

過度

／吸

光度と

濃

度

／層

長

122 18/03/23

吸光度

透過度

層長 (l)

比例

指数関数

( 減少 )

濃度 (c)

層長 (l) 濃度 (c)

比例

指数関数

濃度 (c)

透

過度

／吸

光度と

濃

度

／層

長

123 18/03/23

吸光度

透過度

層長 (l)

比例 比例

指数関数

( 減少 )

A = kcl

指数関数

( 減少 )

t =10(-A) ₌₁₀(-kcl) 関係式

(A = kcl を代入 )

t =10(-kcl)

( 下記解説参照 )

まと

め

入射光強度： I₀ 透過光強度： I

透過度 (t) （無次元）： _I

0

I

t =

透過率 (T) （ % ）： _I

0

I

T = ×100

単色光 サンプル溶液

(eq. 1)

(eq. 2)

A = log = −log t

t

1 吸光度 (A) （無次元）：

Lambert−Beer の法則： A = εcl = cE_1cm1% l

定量分析

Beer の法則：吸光度 A ∝ 濃度

Lambert−Beer の法則

ε: モル吸光係数

A = εcl

A = E c_1cm1% l _E1cm1% : 比吸光係数（比吸光度）

ε 又は 　　が既知の場合、吸光度 (A) から濃度 (c) が決

定できる。

E_1cm1%

化合物固有の値（定数）

l: 試料容器（セル）固有の値（定数）

A = a•c a = εl or E_1cm1% l （比例定数）

精度の良い定量ができる

試料容器（セル）

石英セル ガラスセル

紫外・可視領域

可視領域のみ（紫外領域に吸収有り） 光源（ランプ）

紫外領域

可視領域

重水素放電管（ランプ） タングステン ランプ

紫外・可視領域 キセノン ランプ 検出器

光電子倍増管

測定装置

モノクロメーター（単色化装置） 回折格子、プリズム

126 18/03/23

π 電子は多重結合を有した化合物にしか存在しない

ethene (H₂C=CH₂) 165 nm

H₂C=CH−CH=CH₂ 217 nm

H₂C=CH−CH=CH−CH=CH₂ 256 nm

紫外可視

吸収

を起こす化合物の構造

化合物 吸収極大波長

455 nm

共

役

系

短

長

短

波

長

長

127 18/03/23

π 電子は多重結合を有した化合物にしか存在しない

ethene (H₂C=CH₂) 165 nm

H₂C=CH−CH=CH₂ 217 nm

H₂C=CH−CH=CH−CH=CH₂ 256 nm

紫外可視

吸収

を起こす化合物の構造

化合物 吸収極大波長

455 nm

共

役

系

短

長

短

波

長

長

128 18/03/23

透

過度と

層

長

(1)

I_{0 I}

1

I₀ I₁

t₁ =

1 cm

層長 (l)

I_{0 I}

2

I₀ I₂

t₂ =

2 cm

層長 (l)

I_{0 I}

1

1 cm

層長 (l) 1 cm

I₂

I₀ I₁

t₁ = _I

1

I₂

t₁ =

I₁ = t₁•I₀

I₂ = t₁•I₁ = t₁(t₁•I₀) = (t₁)2•I 0

I₂ = t₂•I₀

(eq. 3) (eq. 4)

(eq. 5)

(eq. 6)

(eq. 7) (eq. 8)

(eq. 9)

eq.9 と eq.6 より

t₂ =(t₁)2 (eq. 10)

= (t₁)2•I 0 (eq. 11)

129 18/03/23

厳密な式誘導_{厳密な「透過度／吸光度と層長の関係式の誘導」にも}

演習

1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい．

4. サンプル溶液の層長（光路長）が 1 cm の時、吸光度が 1 で

　　あった。この溶液の層長が 2 cm になった時、透過光は入射光

　　の何倍になるか答えなさい。

2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい．

必要なら以下の数値を使いなさい。 log2 = 0.301, log5 = 0.699 3. 下記の方程式を x について解きなさい．

5 = log(x)

5x = 10

演習

1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい．

A = −log t = −log(0.001) = −log(10-3_{) = −(−3) = 3}

2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい．

A = −log t → log t = −A → t = 10(−A) = 10(−2) = 0.01

3. 下記の方程式を x について解きなさい． 5 = log(x) → log(x) = 5 → x = 105

5x = 10 → log(5x) = log10 → x•log5 = 1

→ x = 1/log5 = 1/0.699 = 1.4306••••• = 1.431