7つの実証済みの方法IRスペクトロスコピー用サンプルの調製方法ガイド

10月 21, 2025

要旨

赤外（IR）分光法は、赤外線の吸収を測定することによって化学物質を同定するための強力な分析技術である。しかし、赤外スペクトルの品質と解釈のしやすさは、基本的にサンプルの入念な前処理に依存します。本書では、フーリエ変換赤外分光（FTIR）分析用の試料調製に関わる方法論を包括的に検討します。固体、液体、気体に適用可能な7つの異なる実績のある手法を体系的に検討し、それぞれの理論的背景と実際的な実施方法を明らかにしています。臭化カリウム(KBr)ペレットやヌジョールマルの作成といった伝統的な手法から、減衰全反射(ATR)のような現代的で合理的なアプローチまで網羅しています。さらに、薄膜分析、液相・気相測定、拡散反射率（DRIFTS）などの特殊な手法のテクニックについても詳しく解説する。その目的は、研究者、技術者、学生に、適切なサンプル前処理技術を選択し、適切に実行するための知識を身につけさせることであり、それにより、光散乱や水分汚染などの一般的なエラーを最小限に抑え、正確で再現性のある意味のあるスペクトルデータを達成することです。

要点

試料の物理的状態と性質に最も適した調製法を選択する。
ブロードな水分ピークがデータを不明瞭にするのを防ぐため、サンプルとマトリックスを十分に乾燥させる。
光の散乱を減らすため、固体試料をIR波長より小さい粒径に粉砕する。
IRスペクトロスコピーのためのサンプルの準備方法をマスターすることは、信頼できるデータを取得するための直接的な道である。
クロスコンタミネーションを避けるため、サンプルとサンプルの間にすべてのツールおよび光学系を入念に洗浄する。
窓、ペレット、セル構造には、NaCl、KBr、ZnSeなどの赤外透過性材料を使用する。
高品質のATRスペクトルを得るためには、試料と結晶の物理的接触が良好であることが必要です。

試料調製への哲学的前奏曲
IRサンプルの完全性の基本原則
方法1：固体用KBrペレットの不朽の名作
方法2：ミュル・テクニック-サスペンデッド・アートフォーム
方法3：減衰全反射（ATR）-現代のパラダイム
方法4：ポリマーと可溶性物質の薄膜分析
方法5：液体と溶液の直接検査
方法6：気相分子の自由度を捉える
方法7：高度で特殊な反射率技術
よくある質問（FAQ）
練習と精度に関する最後の考察
参考文献

試料調製への哲学的前奏曲

赤外分光のための試料作製という課題に取り組むことは、物質世界とそれに対する抽象的な理解との対話に取り組むことである。光学と計算工学の驚異である分光計は、分子振動の静かなダンスを豊かなグラフィック言語に翻訳する用意ができている。しかし、この洗練された装置は、私たちが提示する試料に完全に翻弄されている。この装置が生成するスペクトルは、物質の魂の無媒介な啓示ではなく、我々の準備行為のフィルターを通して語られる物語である。準備の不十分なサンプルは、文字化けしたささやき声のメッセージに似ている。逆に、入念に準備されたサンプルは、分子をはっきりと語らせ、その構造的同一性、官能基、本質を深く明瞭にする。

私たちの仕事は、単なる機械的な手順ではない。それは知的で実用的な厳密さの行為であり、サンプルの性質を共感的に理解することを要求する。それは結晶性の固体であり、その堅い格子は手なずけられなければ光を散乱させるかもしれないのか？経路の長さを正確に制御しなければならない粘性のある液体なのか？それともアモルファスポリマーなのか。手法の選択は哲学的なコミットメントであり、私たち自身の成果物を押し付けることなく、物質の真実を明らかにする最善の方法についての決断である。古典的なKBrペレットから最新のATRアクセサリーに至るまで、各手法には独自の仮定と潜在的な落とし穴がある。赤外分光法のための試料調製法を学ぶことは、物質に正しい質問を投げかけ、得られる答えが本物であり、かつ読みやすいものであることを保証する技術を学ぶことである。

IRサンプルの完全性の基本原則

具体的なテクニックを探求する前に、まずIR分析を成功に導く普遍的な原則を確立しなければならない。スペクトルの質は、分光計の中で生まれるのではなく、測定に先立つ実験室での行動にある。これらの原則は、優れた分光学的実践の憲法と考えてください。

水の暴虐

水は、中赤外分光法におけるユビキタスな敵である。水分子（H₂O）は、一般的に3200-3600cm¹の領域に現れる強く広いO-H伸縮振動を持っている。また、1640cm-¹付近にH-O-H屈曲振動がある。これらの吸収バンドは非常に強いため、サンプルや周囲の大気中の微量の水分でさえスペクトルを支配してしまい、分析対象物のより繊細で有益なピークを不明瞭にしてしまう。臭化カリウム（KBr）のような一般的な物質には吸湿性があるため、これは永遠の課題である。したがって、IR試料調製の第一の戒めは、試料、材料、装置をできるだけ乾燥させておくことである。そのためには、ハロゲン化アルカリ塩をデシケーターで保管したり、使用前にオーブンで乾燥させたりする必要がある。

光散乱の問題

固体試料、特に透過法では、物理的形状は化学組成と同じくらい重要である。固体の粒子径が赤外光の波長（およそ2.5～25マイクロメートル）に匹敵するかそれよりも大きい場合、光は透過ではなく散乱される。クリスチャンセン効果として知られるこの現象は、歪んだピーク形状と傾斜した不規則なベースラインをもたらし、スペクトルの解釈を難しくする。解決策は、試料の粒径を細かく均一な粉末にすることであり、理想的には2マイクロメートル以下の粒子にすることである。このため、固体試料の前処理の大部分には、強力かつ徹底的な粉砕が含まれる。

濃度とビール＝ランバートの法則

赤外分光法は定性（何があるか）と定量（どのくらいあるか）の両方が可能です。どちらの目的においても、赤外ビーム中の試料の濃度が最も重要です。Beer-Lambertの法則では、吸光度は分析物の濃度と試料を通るビームの経路長に正比例します（A = εbc）。

サンプル量が多すぎる（またはパス長が長すぎる）： 試料の濃度が高すぎると、赤外放射をその特徴的な周波数ですべて吸収してしまいます。その結果、吸光度100%（または透過率0%）の "フラットトップ "ピークが生じます。ピークの真の強度と形状に関する情報が失われ、定量分析が不可能になり、定性同定が困難になります。
サンプルが少なすぎる（またはパス長が短すぎる）： サンプルが希薄すぎると、得られる吸収ピークは弱く、バックグラウンドノイズとほとんど区別がつかなくなる。S/N比が悪くなり、弱いが重要な官能基を完全に見逃してしまう可能性がある。

目標は、最も強い吸収帯の透過率が約10%～70%（または吸光度が約0.15～1.0）の試料を調製することである。そのためには、サンプルの使用量を注意深くコントロールする必要がある。

表1：一般的な固体試料調製法の比較

特徴	KBrペレット法	マル・テクニック	減衰全反射率（ATR）
原則	透明な固体マトリックスに分散した試料	粘性液体に懸濁された試料	エバネッセント波プローブ
サンプル量	1-2 mg	2-5 mg	<1mg未満～数mg
準備期間	10～20分	5～10分	<1分
スキルレベル	高い（練習が必要）	ミディアム	低い
計量能力	可能だが、難しい	悪い（パスの長さをコントロールするのが難しい）	グッド～エクセレント（再現可能）
一般的な人工物	水のピーク、散乱、クリスチャンセン効果	マリング剤のピーク、散乱	バンドシフト、接触不良の問題
ベスト・フォー...	高分解能透過スペクトル、ライブラリ	水に敏感または反応性のサンプル、迅速な定性スキャン	粉末、液体、ポリマー、不透明試料；ルーチン分析

方法1：固体用KBrペレットの不朽の名作

臭化カリウム(KBr)ペレット法は、固体試料を透過モードで分析するための最も古く、最も尊敬されているテクニックのひとつである。熟練と忍耐をもって実行すれば、非常に高品質なスペクトルを得ることができる。この方法では、少量の固体試料を、大量の高純度、赤外透過性のKBr粉末と密接に混合する。この混合物を金型で高圧プレスして、小さな透明なディスクまたはペレットを形成し、これを分光計の試料ホルダーに直接セットする。

ハロゲン化アルカリの根拠

マトリックス材料の選択は、対象領域（通常4000-400cm-¹）の赤外線に対して透明でなければならないという単純な要件に支配される。臭化カリウム(KBr)や塩化ナトリウム(NaCl)のようなハロゲン化アルカリは、この基準にぴったり当てはまります。これらは結晶格子を形成するイオン塩であり、IR中域に振動モードを持たない。KBrが特に好まれるのは、柔らかく可鍛性であり、圧力下で流動して凝集性のある透明な円盤を形成し、試料粒子を効果的に封じ込めるからである。NaClも選択肢の一つであるが、硬く、より高い圧力を必要とする。不純物があると不要な吸収帯が生じる可能性があるため、分光学グレードのKBrを使用することが極めて重要である。

完璧なペレットを作るためのステップ・バイ・ステップ・ガイド

KBrペレットの作成は、ラボの職人技の一形態である。最終的なスペクトルの品質には、各工程が欠かせない。

材料を乾燥させる： 先に述べたように、KBrは吸湿性がある。少量の分光学グレードのKBr粉末を、～110℃のオーブンで数時間乾燥させることから始める。使用するまでデシケーターで保管する。可能であれば、試料自体も十分に乾燥させる。
粉砕と混合： 乾燥したメノウ乳鉢と乳棒に、乾燥KBrを約100～200mg入れる。固形試料を1-2mg加える。この比率が重要で、よくある間違いは試料の量が多すぎることです。理想的な試料濃度は、重量比で0.5%から1.0%の間である。混合物を激しく粉砕し始める。目的は、光の散乱を防ぐために試料の粒子径を2 µm以下にすると同時に、これらの微粒子をKBrマトリックス全体に均一に分散させることです。最終的な混合物は、流動性のある小麦粉のような粉末で、目に見えるサンプルの塊はないはずである。
ダイを装填する： 混合粉末を慎重にペレットダイセットのカラーに移す。ダイを軽く叩き、粉が水平になるようにする。プランジャーを上に置く。
ペレットを押す： 組み立てた金型を油圧プレスに入れる。プレス前とプレス中に数分間、金型に真空をかけると効果的です。これにより、閉じ込められた空気が取り除かれ、圧力解放時にペレットが曇ったり、割れたりすることがあります。圧力を徐々に加え、最終的に約8～10トン（または～10,000psi）まで上げます。この圧力を数分間保持し、KBrを流動させ、固体のディスクを形成させる。
リリースと検査： プレスの圧力はゆっくりと解放してください。急激に離すとペレットが粉々になることがあります。慎重にダイを分解し、ペレットを取り出します。良いペレットは半透明、あるいは完全に透明で、小さなガラス窓のようです。

一般的なペレットのトラブルシューティング

完璧なペレットへの道は、潜在的なフラストレーションで舗装されている。その原因を理解することが、克服への鍵となる。

曇りまたは不透明なペレット： これは最も一般的な問題である。主な原因は、KBr、試料、または周囲の湿度による水分汚染である。粉砕不足も光の散乱を引き起こす主な原因です。最後に、試料が多すぎるとペレットが不透明になります。
ひび割れたり、もろくなったペレット： これは通常、粉の中に空気が閉じ込められていることが原因です。バキュームダイを使用するか、最終プレスの前に数回圧力をかけたり解放したりすることで、空気を追い出すことができる。また、成形後の圧力解放が早すぎると、応力破壊を誘発することがある。
ベースラインが傾斜しているスペクトラム： これは、大きすぎる粒子による光の散乱の典型的な兆候である。解決策は、乳鉢と乳棒に戻り、試料とKBrの混合物をより完全に粉砕することである。
異常なピーク 3450cm-¹付近にブロードなピーク、1640cm-¹付近にシャープなピークが現れるのは、まぎれもなく水のサインである。予期せぬ鋭いピークが現れた場合は、乳鉢やダイスの中に前の試料が混入していたか、KBr自体に不純物が含まれていた可能性があります。

方法2：ミュル・テクニック-サスペンデッド・アートフォーム

マル法は、KBrペレット法に代わる、より迅速で簡便な固体試料の調製法です。湿気に敏感な試料、加圧下でKBrマトリックスと反応する可能性のある試料、ペレットに粉砕するのが困難な試料に特に有効です。固体マトリックスに試料を分散させる代わりに、マリング法では、微粉砕した試料をマリング剤として知られる粘性のある赤外線透過性の液体に懸濁します。

ペレットよりマルを選ぶとき

KBrペレット法はより高分解能のスペクトルを得ることができるが、特定の状況においては、mull法には明確な利点がある。経路長や濃度を正確に再現することは非常に難しいため、基本的には定性的な方法である。次のような場合にマル法を選択する：

確かなサンプルを対象とした迅速で定性的な調査が必要だ。
試料はハロゲン化アルカリと反応することが知られている（例えば、いくつかのアミン塩はKBrとイオン交換を起こすことがある）。
サンプルはペレットプレスの高圧に弱い。
試料は蝋状または油状で、KBrではうまく粉砕できない。
詳細な構造解明を行うのではなく、特定の官能基の有無をスクリーニングするのです。

正しいマリング・エージェントの選択

理想的なマリング剤は、化学的に不活性で、不揮発性で、吸収帯が少なく非常にシンプルな赤外スペクトルを持つ液体である。単一の物質で完璧なものはないため、完全な画像を得るためには、通常2つの異なる薬剤を組み合わせて使用する。

ヌジョール（ミネラルオイル）： これは最も一般的なムリング剤である。ヌジョールは重質パラフィンオイルで、長鎖飽和炭化水素の混合物である。そのスペクトルは非常に単純で、強いC-H伸縮バンド（～2850～2960cm-¹）とC-H屈曲バンド（～1460cm-¹と～1375cm-¹）を示す。中赤外域の大部分は透明である。
Fluorolube（パーフルオロ炭化水素）： Nujolで不明瞭になったC-H領域に興味がある場合は、Fluorolubeを使って第二のマルを調製する。この物質はC-F結合からなり、低い波数（1300cm-¹以下）で強く吸収する。そのスペクトルはC-H伸縮領域で明瞭である。

Nujolで試料のスペクトルを1つ、Fluorolubeで2つ目のスペクトルを実行することで、2つのスペクトルを精神的に（またはソフトウェアを使って）つなぎ合わせ、全範囲にわたる試料の真の吸収を示すコンポジットを作成することができます。

ミュルの準備の極意

サンプルを研磨する： 少量の固体試料（通常2～5mg）を、平らで磨いた塩の板（NaClやKBrなど）の上に置くか、メノウ乳鉢に入れる。これを細かく粉砕する。
マリング剤を加える： ムリング剤（ヌジョールなど）を1～2滴加える。
ペーストの作成 スパチュラまたは乳棒を使い、滑らかで均一なペースト状になるまで、粉末と液体をすり混ぜる。濃厚なクリームや歯磨き粉のような粘度にする。目標は、ムリング剤の屈折率を浮遊粒子の屈折率に近づけることで、散乱を最小限に抑える。
サンプルをマウントする： ソルトプレートにペーストをこすりつける。2枚目の塩の皿を上に置き、互いの皿を軽く回転させ、ムルを薄く均一な膜に広げ、閉じ込められた気泡を絞り出す。最終的な膜は、透明ではなく、わずかに半透明に見えるようにする。
分析する： 塩プレートの「サンドイッチ」を分光計の試料ホルダーにセットし、スペクトルを取得する。

よくある落とし穴とその避け方

マリング・エージェント・ピークスが優勢： この現象は、試料に対してミューリング剤が多すぎる場合に起こります。NujolまたはFluorolubeの大きなバンドの上に試料のピークが小さく表示されます。ペーストを作成するために必要な最小量の液体のみを使用してください。
散乱と乏しいピーク形状： これは、最初の固形物がマリング前またはマリング中に十分に細かく粉砕されなかったことを示している。粒子がまだ大きすぎるのだ。
スペクトルなし（または非常に弱いスペクトル）： これは、マルが厚すぎて全体が吸収されてしまうか、ペースト中のサンプルが単に十分でない場合に起こりうる。
気泡： これらは大きな散乱と経路長のばらつきを引き起こす可能性がある。2枚のソルトプレートを押し付ける際には、必ずこれらを絞り出すこと。

方法3：減衰全反射（ATR）-現代のパラダイム

この20年間で、減衰全反射（ATR）は日常的な赤外分析に革命をもたらし、多くのラボで手間のかかるペレット法やマル法に取って代わりました。ATRは試料の前処理をほとんど必要としない表面測定技術であるため、驚くほど速く、汎用性が高く、使いやすい。堅牢な FTIRサンプル前処理アクセサリー ATRは、現代のFTIR分光法の主力となっている。

ATR-FTIRの物理学

ATRの原理はエレガントだ。IRビームを試料に通す代わりに、ダイヤモンド、セレン化亜鉛（ZnSe）、ゲルマニウム（Ge）などの高屈折率結晶にビームを導く。このATR結晶は、試料が置かれる表面でIRビームが全反射するように設計されている。

しかし、この反射は量子力学的な意味では完全ではない。反射の時点では、電磁波として知られる エバネッセント波瞬間的に結晶表面から非常に短い距離（通常0.5～2マイクロメートル）を透過し、試料に入射する。結晶に接触させた試料に赤外光の周波数で吸収する官能基があれば、この近接波からエネルギーを吸収する。このエバネッセント波の「減衰」が検出され、得られた信号が処理されて赤外スペクトルが生成される。

ATRが人気の理由：利点と応用

ATRの人気は、その実用的な利点に由来する：

最小限のサンプル前処理： ほとんどの固体や液体では、サンプルをATR結晶の上に置き、圧力をかけて確実に接触させ、スキャンを実行するだけです。粉末は直接分析でき、ポリマーは結晶に押し付けることができ、液体は1滴で十分です。
スピードだ： KBrペレットでは10～20分かかるのに対し、分析は1分以内で完了する。
汎用性がある： ATRは、硬い粉体、柔らかいポリマー、ペースト、ゲル、組織、布、水溶液など、さまざまな種類のサンプルを扱うことができます。パスの長さが非常に短く、サンプル量に依存しないため、高吸収物質や不透明物質でも分析が可能です。
非破壊： 試料は通常、分析によって変化することはなく、完全に回収することができる。
再現性： 有効光路長は、サンプルの調製方法ではなく、結晶の特性と光の波長によって決定される。このため、再現性の高いスペクトルが得られ、定量分析や品質管理アプリケーションにおいて大きな利点となる。

ATR分析のベストプラクティス

ATRはシンプルだが、最高の結果を出すには細部にまで注意を払う必要がある。

良好なコンタクトを確保する： エバネッセント波は結晶表面から数マイクロメートルしか広がっていない。そのため、試料と結晶の密接な接触が絶対不可欠である。固体試料の場合は、加圧クランプを使用して試料を結晶にしっかりと安定して押し付けます。接触が不十分だと、スペクトルが弱くノイズが多くなります。
クリスタルを入念にクリーニングする： ATRは表面技術であるため、前のサンプルで結晶に残った残留物は次のスペクトルに現れます。各測定後、結晶を完全にクリーニングする必要があります。適切な溶媒（試料や結晶の材質に応じて、イソプロパノールやアセトンなど）で湿らせた柔らかい布や綿棒が一般的に使用されます。
正しいクリスタルを選ぶ： さまざまなATR結晶材料があり、その選択は試料によって異なる。
- ダイヤモンド 非常に硬く、耐久性があり、化学的に不活性。最もオールラウンドな選択肢ですが、最も高価でもあります。硬い粉体、腐食性物質、さまざまなユーザーが関与する日常的な使用に最適です。
- セレン化亜鉛（ZnSe）： ダイヤモンドに代わる一般的で安価なダイヤモンド。液体、柔らかい粉体、ポリマーに優れている。しかし、柔らかく、傷がつきやすく、強酸や強塩基に侵されます。
- ゲルマニウム（Ge）： 屈折率が非常に高いため、浸透深度が非常に短い（～0.5 µm）。このため、高吸収性サンプル（炭素充填ポリマーなど）や薄い表面層からの信号の増強に最適。

表2：一般的な赤外線透過性材料の特性

素材	使用可能波数範囲 (cm-¹)	水溶性	代表的なアプリケーション
塩化ナトリウム (NaCl)	40,000 – 625	高い（可溶性）	トランスミッションウィンドウ、ペレットマトリックス（現在は少なくなっている）
臭化カリウム (KBr)	40,000 – 385	高い（可溶性）	ペレットマトリックス、透過窓
フッ化カルシウム(CaF₂)	70,000 – 1100	低い（不溶性）	水溶液用窓、可変温度セル
セレン化亜鉛（ZnSe）	20,000 – 650	低い（不溶性）	ATR結晶（ソフトサンプル）、透過窓
ダイヤモンド	45,000 - 200（タイプIIa）	なし（不溶性）	ユニバーサルATR結晶（硬質、研磨性、腐食性試料）
ゲルマニウム (Ge)	5,500 – 830	なし（不溶性）	高吸収試料用ATR結晶（カーボンブラックなど）

ATRスペクトルの違いを理解する

ATRスペクトルは、（KBrペレットからのスペクトルのような）透過スペクトルと同一ではないことを認識することが重要である。エバネッセント波の性質上、浸透の深さは光の波長に依存する。波長が長いほど（波数が低いほど）浸透は深くなる。このため、ATRスペクトルのピークの相対強度は、高波数領域と比較して低波数（フィンガープリント）領域で増強される。これは予測可能な物理的効果であり、最新の分光法ソフトウェアパッケージの多くには、ATRスペクトルをより透過スペクトルに近い形に変換し、過去のスペクトルライブラリとの比較を容易にする、ワンクリックの「ATR補正」アルゴリズムが含まれています。

方法4：ポリマーと可溶性物質の薄膜分析

多くの高分子材料や揮発性溶媒に可溶な固体の場合、薄く自立したフィルムを作製するか、赤外線透過性の基板上にフィルムをキャストすることが、分析に最適な方法である。この方法では、KBrやNujolのようなマトリックス材料の使用を避け、試料そのものの純粋なスペクトルを得ることができる。重要な課題は、全吸収を引き起こすことなく、IRビームが通過するのに十分薄く均一なフィルムを作成することである。

溶液鋳造法

これはフィルムを準備する最も一般的な方法である。手順は簡単だ：

サンプルを溶解する： 少量の試料（ポリスチレンなどのポリマーや可溶性有機固体など）を適当な揮発性溶媒に溶かす。溶媒の選択は非常に重要で、試料を完全に溶解し、残渣を残さずにきれいに蒸発し、試料と反応しないものでなければならない。一般的な選択肢としては、ジクロロメタン、クロロホルム、アセトン、トルエンなどがある。
映画のキャスト できた溶液を清潔な平らな面に数滴垂らす。これは、赤外透過性の塩プレート（KBrまたはNaCl）でもよいし、ガラス製顕微鏡スライドのような使い捨ての表面でもよく、後でフィルムをはがすことができる。
溶媒を蒸発させる： 溶媒をゆっくりと完全に蒸発させる。これは室温で、時には窒素の穏やかな流れの下で、あるいはヒュームフードの中で行うことができる。ゆっくりと蒸発させることで、より均一な膜を形成することができる。この工程を急ぐと、気泡が入ったり、表面が不均一でひび割れたりすることがある。
分析する： 塩プレートにキャストした場合は、プレートを分光計に直接取り付けることができる。自立型フィルムを作成した場合（ガラスから剥がすなど）、厚紙や金属製のホルダーに取り付けることができる。

膜厚は、溶液の濃度と蒸着量によってコントロールされる。良好なスペクトルを得るための理想的な膜厚を得るには、数回の試行が必要な場合がある。

熱可塑性プラスチックの溶融鋳造

適度な温度で分解せずに溶融する熱可塑性ポリマーの場合、溶融物からフィルムを形成することができる。

少量のポリマー粉末またはペレットを2枚の塩プレートの間に置く。
ホットプレートでアセンブリをポリマーの融点ぎりぎりまで加熱する。
トッププレートに優しく圧力をかけ、溶融ポリマーを薄く均一なフィルムに絞る。
室温までゆっくり冷ます。
出来上がったサンドイッチは直接分析できる。

この方法は迅速で溶媒を使用しないが、熱的に安定なポリマーにのみ適している。

フィルムの準備に関する考察

フィルムのスペクトラムの質は、フィルムの質に完全に依存する。

厚みと均一性： 理想的な膜厚は通常5～20μmである。膜厚が厚すぎると、主要なピークがフラットトップになる。膜厚が薄すぎるとシグナルが弱くなる。膜厚が均一でないと、ベースラインがなだらかになる。
干渉縞： 平行な表面を持つ非常に滑らかで均一なフィルムは、光学エタロンとして機能し、スペクトルのベースラインを横切る正弦波状のリップル（干渉縞）を発生させることがあります。この干渉縞はソフトウェアで除去できる場合もありますが、完全でない表面をわずかに作るか、ビーム内で試料をわずかに傾けることによって、干渉縞を回避した方がよい場合が多くあります。
残留溶剤： キャスティング溶媒がすべて蒸発していることが絶対不可欠である。そうしないと、スペクトルに溶媒のピークが現れる。真空オーブンで穏やかに温めることで、溶媒の最後の痕跡を取り除くことができる。

方法5：液体と溶液の直接検査

IR分析用の液体サンプルの調製は、すべての手順の中で最も簡単な場合が多い。主な選択肢は、液体を "ニート"（純粋なまま）分析するか、赤外透過性溶媒に溶かした溶液として分析するかである。この選択は、液体の特性、特に粘度と赤外吸光強度によって決まる。

ソルトプレートを用いた清澄液分析

ほとんどの不揮発性有機液体にとって、これは考え得る限り最も単純な方法である。

清潔で乾燥した塩プレート（NaClまたはKBrが一般的で安価）を平らな面に1枚置く。
ニートリキッドを皿の中央に1滴加える。
2枚目の塩皿を上に置く。
毛細管現象により、液体がプレートの間に薄いフィルム状に引き込まれる。緩やかな圧力を加えて厚さを調整することができる。パスの長さは一般的に非常に短く、0.01～0.05mm程度です。
アセンブリを分光計'のユニバーサルスライドマウントに置き、スペクトルを収集します。

この方法は高速で溶媒を必要としないが、揮発性の液体（蒸発してしまう）や定量分析には適さない。

密閉セルを用いた溶液分析

定量分析や揮発性液体の分析には、既知の一定の経路長を持つ密閉型セルが必要である。このようなセルは、しばしば「脱着式」または「密閉式」と呼ばれ、特定の厚さ（例えば、0.1mm、0.5mm、1.0mm）の薄いスペーサー（ガスケット）で仕切られた2つの赤外線透過窓で構成されています。

溶液を準備する： 試料（液体でも固体でもよい）を適当なIR透明溶媒に溶解し、既知の濃度（例えば5-10% w/v）にする。
セルを埋める： セルには注入口と排出口がある（多くはルアーロック継手）。シリンジを用い、溶液を一方のポートに注入し、セルが満たされ、もう一方のポートから液体が出てくるまで注入する。その後、ポートはプラグで密閉される。
分析する： 充填したセルを分光計にセットする。まず、まったく同じセルで純溶媒のバックグラウンドスペクトルを測定することが重要です。すると、ソフトウェアが自動的にサンプル溶液のスペクトルから溶媒の吸光度を差し引き、溶質のみのスペクトルを得ることができます。

溶媒とセル材料の選択

溶媒の選択は妥協の産物である。理想的な溶媒は中赤外域で完全に透明なものだが、そのような溶媒は存在しない。

四塩化炭素（CCl_2084）： 広い領域で透明な優れた溶剤だが、800cm-¹付近に強い吸収がある。毒性も強く、現在では多くの地域で使用が制限されている。
クロロホルム（CHCl₃）とジクロロメタン（CH₂Cl₂）： 汎用溶剤として優れているが、C-H屈曲とC-Cl伸縮領域に大きな吸収帯がある。
二硫化炭素（CS₂）： CCl_2084が吸収する領域では透明であるため、CCl_2084を補うのに適している。しかし、引火性、揮発性、毒性が高い。

セル窓材は、使用する溶媒に対して不活性でなければならない。NaClやKBrは安価だが、水やアルコールに溶ける。水溶液やアルコール溶液を使用する場合は、フッ化カルシウム（CaF₂）やセレン化亜鉛（ZnSe）のような不溶性の窓材を使用しなければならない。セルの光路長は、予想される濃度に基づいて選択される：より希薄な溶液は、適切な信号を生成するために長い光路長を必要とする。

方法6：気相分子の自由度を捉える

気相の赤外分光法は、分子の構造とダイナミクスを知るためのユニークな窓を提供する。気相の分子は離れていて自由に回転するため、その赤外スペクトルは凝縮相（液体や固体）とは異なる。気相のスペクトルは、幅広い吸収帯の代わりに、振動エネルギー準位と回転エネルギー準位の同時変化に対応する、シャープで明確な線を示す。

ガス電池：設計と機能

気体の密度は非常に低いため、検出可能な吸収を生み出すのに十分な分子を赤外線ビームに取り込むには、長い光路長が必要となる。典型的なガスセルは、両端に赤外線透過窓のある円筒形の管（ガラスや金属製が多い）である。

単純な気体電池： 純ガスや濃厚混合ガスのルーチン分析には、5cmや10cmの固定パス長のセルで十分な場合が多い。
ロングパス・ガスセル 微量ガス分析（環境モニタリングなど）の場合は、もっと長い経路長が必要になる。このようなセルでは、内部ミラーを使用して、赤外線ビームをガス中で何度も反射させてから出射します。これにより、物理的にコンパクトなセル内で何メートルもの有効光路長（10メートル、20メートル、あるいは100メートル）を実現できる。

セルの窓は通常、KBrまたはNaClでできており、汎用性がある。セルは真空気密でなければならず、セル内を排気し、ガス試料を導入するためのポートが必要である。

ガスサンプルの準備

調製プロセスでは、セル内のガスの圧力をコントロールする。

独房から避難する： ガスセルは真空ラインに接続され、空気やその他の残留ガスを除去するために排気される。空のセルのバックグラウンドスペクトルが記録される。
サンプルを紹介する： ガスサンプルは、圧力計で測定される所望の分圧に達するまで、ガスボンベまたは収集容器からセルに導入される。圧力はガスの濃度を決定する。純ガスの場合、10～100torrの圧力が適当であろう。混合ガス中の微量成分の場合は、より高い全圧が必要な場合がある。
スペクトラムを獲得する セルを分光計にセットし、サンプルのスペクトルを取得する。

気相スペクトルのユニークな特徴

気相スペクトルの最も顕著な特徴は、その微細構造である。液体で見られる広い振動バンドは、一連の鋭い線に分解される。HClのような単純な2原子分子の場合、これは中央のギャップの両側にある2本の "分岐 "線（P分岐とR分岐）として現れる。より複雑な分子の場合、構造はより複雑になるが、分子の慣性モーメント、結合の長さ、結合角度に関する豊富な情報が含まれている。このレベルの詳細な情報は、基礎的な物理化学の研究にとっては非常に貴重であるが、日常的な定性同定には不必要な複雑さであることが多い。

方法7：高度で特殊な反射率技術

一般的な手法以外にも、透過法やATR法では取り扱いが難しい、あるいは不可能なサンプルを分析するための特殊な手法がいくつか存在する。これらは主に反射法であり、試料を透過する光ではなく、反射または散乱する赤外光を測定する。これらの手法には専用のアクセサリーが必要で、これらを理解することで、FTIRの有用性が困難な研究分野にも広がります。さまざまな高度なFTIR前処理サンプル前処理ツールこれらの方法を促進する。

拡散反射赤外フーリエ変換分光法(DRIFTS)

DRIFTSは、ペレット状にプレスすることが困難な粉末状固体や、そのままの形状で分析するのが最適な固体の分析に最適な手法です。また、表面が粗いサンプルにも最適です。

原則： IRビームは粉末の表面に集光される。光は試料の中に少し入り、粒子によってあらゆる方向に散乱される。この「散漫散乱」された光は、サンプルの吸収情報を持ち、一組のミラーによって集められ、ディテクターに導かれる。
サンプルの準備： 試料は通常、KBrのような非吸収性の粉末と混ぜて希釈する（ペレット法に似ているが、加圧しない）。こうすることで、拡散反射率を高め、スペクトルを歪ませる鏡面反射率を最小限に抑えることができる。この混合物を小さなサンプルカップに入れる。必要な準備は、微細で均一な粒子径を確保するための粉砕だけである。
アプリケーション DRIFTSは触媒研究（触媒表面に吸着した化学種の研究）、地球化学（土壌や鉱物の分析）、法医学などで広く使われている。

この関数は試料の反射率と濃度を関係付け、単純な反射率プロットよりも濃度に対してより直線的なスペクトルを提供する。

鏡面反射率

鏡面反射率は、滑らかで平らな表面からの鏡のような反射を測定する。入射角と反射角は等しい。

原則： IRビームはサンプル表面から直接反射される。これは、金属パネル上の薄いポリマー膜のような、反射基板上の薄いコーティングの分析に最も効果的である。
グレーズ角の鏡面反射率： 特殊なバリエーションとして、非常に高い入射角（例えば、80-85°）を使用します。反射吸収赤外分光法(RAIRS)と呼ばれるこの手法は、金属表面の非常に薄い膜(単一分子層でさえも)に対して非常に敏感です。表面科学における強力なツールである。
サンプルの準備： 唯一の条件は、滑らかで反射性のあるサンプル表面である。

光音響分光法 (PAS)

PASは、極めて不透明な物質、生体組織、不規則な形状の物体など、事実上あらゆる形状のサンプルを分析できるユニークな非破壊技術である。赤外スペクトルを「見る」のではなく、「聞く」のである。

原則： 試料は、ヘリウムのような不活性ガスを含む密閉されたチャンバー内に置かれる。試料には分光器から変調された赤外線ビームが照射される。試料が特定の周波数の赤外線を吸収すると、発熱する。この熱が周囲の気体に伝わり、気体が膨張して圧力波（音）が発生する。チャンバー内の高感度マイクロホンがこの音を検出する。音の強さは、吸収された光の量に比例する。すべての赤外周波数をスキャンすることで、光音響赤外スペクトルが生成される。
サンプルの準備： 基本的には何も必要ない。試料をセルに入れるだけです。そのため、粉砕、圧搾、溶解できない物質の「そのまま」分析に最適です。

これらの高度な手法は、赤外分光法の驚くべき適応性を示しています。装置、アクセサリ、調製技術の適切な組み合わせを選択することにより、化学者はほとんどすべての物質から意味のある構造ストーリーを引き出すことができる。

よくある質問（FAQ）

1.なぜKBrペレットは濁り、スペクトルは悪いのですか？ ペレットが白濁するのは、水分の混入か粉砕不足が原因であることが多い。KBrは吸湿性が高いため、十分に乾燥させておく必要がある。試料の粒子が大きすぎると、赤外光が散乱し、ベースラインが傾いたり、ピークの定義が悪くなります。試料とKBrの混合物をより強力に、より長時間粉砕してみてください。

2.私のスペクトルの3400cm-¹付近にある大きくブロードなピークは何を意味するのでしょうか？ 3200-3600cm¹の強いブロードな吸収帯は、水によるO-H伸縮振動の典型的な特徴である。1640cm-¹付近には、H-O-H屈曲モードによる、より小さくシャープなピークが現れることがあります。これは、試料、KBr、または塩プレートが十分に乾燥していないことを示しています。

3.赤外分光法の溶媒として水を使うことはできますか？ 一般的には、そうではない。水は非常に強い赤外吸収体であり、その幅広いピークは中赤外スペクトルの大部分を隠してしまう。さらに、NaClやKBrのような一般的なIR窓材の多くは水に溶けるため、破壊されてしまいます。水溶液の場合、水に溶けない結晶（ダイヤモンドやZnSeなど）を使ったATR技術を使うか、CaF₂のような水に溶けない窓を持つ特殊な透過セルを使う必要があります。

4.ATRスペクトルと透過（KBrペレット）スペクトルの主な違いは？ 相対的なピーク強度が異なる。ATRスペクトルでは、波数の低い（波長の長い）ピークは、波数の高いピークに比べて相対的に強く見える。これは、エバネッセント波の透過深度に関連する物理的なアーチファクトである。ほとんどの最新のソフトウェアには、スペクトルを従来の透過スペクトルに近づけてライブラリー検索を行うための「ATR補正」機能がある。

5.NaClまたはKBrソルトプレートのクリーニング方法を教えてください。 水は絶対に使用しないこと。ソルト・プレートをクリーニングするには、ヒュームフードの中で、乾燥アセトンやジクロロメタンなどの乾燥した揮発性溶剤で湿らせた、柔らかく糸くずの出ないティッシュや布で優しく拭いてください。円または8の字を描くように、透明になるまで磨く。表面に指紋が付かないように常に端を持って扱い、乾燥した状態を保つためにデシケーターに入れて保管する。

6.IRスペクトルに必要なサンプル量は？ それは技術に大きく依存する。KBrペレットなら1～2ミリグラムでよい。マルの場合は、おそらく2～5ミリグラム。ATRの場合、必要な量は1ミリグラム以下で、結晶表面を覆うのに十分な量であることが多い。このような微量の物質から詳細な構造情報を得ることができるのは、FTIRの最大の強みである。

練習と精度に関する最後の考察

赤外分光法のための試料調製の様々な方法を通しての旅は、中心的な真実を明らかにする：装置は受動的な観察者であり、装置が記録するスペクトルは我々の行動の直接的な結果である。装置は受動的な観察者であり、記録されるスペクトルは我々の行動の直接的な結果なのである。このプロセスは、急がなければならない単なる雑用ではなく、科学的探究の不可欠な一部なのである。ペレットかマルか、ATRか透過か、溶媒Aか溶媒Bか、それぞれの選択が、分子が語るストーリーを形作る。熟慮され、実践されたアプローチは、サンプル調製をフラストレーションの源から、発見のための強力なツールへと変える。シャープなピークと平坦なベースラインを持つ最終スペクトルの明瞭さは、スペクトロメーターのパワーだけでなく、その前に立つ分析者の注意深さ、スキル、理解の証でもある。完璧なスペクトルの追求は、要するに、混じりけのない化学的真実の追求なのである。

参考文献

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