吸収スペクトルの測定

🧠 吸収スペクトルabsorption spectrum 吸収スペクトル（absorption spectrum）absorption spectrum（吸収スペクトル） は、波長を選んだ光についてブランク blank ブランク（blank） blank（ブランク） の入射強度$I_0$と試料透過後の強度$I$を比較し、吸光度absorbance 吸光度（absorbance）absorbance（吸光度） を波長ごとに並べて得る。 装置の各部が「波長選択・基準補正・光検出」のどこを担うかを追うと測定誤差 measurement error 測定誤差（measurement error） measurement error（測定誤差） を理解できる。

分光光度計の構成

分光光度計spectrophotometer 分光光度計（spectrophotometer）spectrophotometer（分光光度計） は、光源、波長選択部、試料セル、検出器、信号処理部から構成される。紫外域と可視域 visible range 可視域（visible range） visible range（可視域） では必要な光源やセル材質が異なり、石英セルは紫外光を透過するが通常のガラスやプラスチック plastic プラスチック（plastic） plastic（プラスチック） は吸収することがある。

flowchart TD
  A["光源：測定範囲を含む連続光"] --> B["モノクロメーター：狭い波長帯を選択"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='blank'>ブランク</span>を測定して I₀(λ) を取得"]
  C --> D["試料セルを透過した I(λ) を検出"]
  D --> E["A(λ)=-log₁₀[I(λ)/I₀(λ)]"]
  E --> F["波長を<span class='jp-term jp-term-diagram' title='scanning'>走査</span>して<span class='jp-term jp-term-diagram' title='absorption spectrum'>吸収スペクトル</span>を作成"]

ブランク測定の役割

ブランクblank ブランク（blank）blank（ブランク） は溶媒、セル、試薬による吸収と光学系の波長依存性を$I_0(\lambda)$へ含め、目的成分以外の寄与を差し引く基準である。試料とブランク blank ブランク（blank） blank（ブランク） ではセルの向き、液量、光路長optical path length光路長（optical path length）optical path length（光路長）、表面の汚れをそろえる。

吸光度absorbance 吸光度（absorbance）absorbance（吸光度） への変換はLambert–Beerの法則に従う。

単一ビーム装置はブランク blank ブランク（blank） blank（ブランク） と試料を順番に測るため、その間の光源変動が誤差になる。二光束式double-beam system 二光束式（double-beam system）double-beam system（二光束式） は試料側と参照側を同時または交互 alternating 交互（alternating） alternating（交互） に測り、時間的ドリフトを補正しやすい。

波長分解能と測定誤差

濁った試料では、比濁法turbidimetry比濁法（turbidimetry）turbidimetry（比濁法）・散乱比濁法nephelometry散乱比濁法（nephelometry）nephelometry（散乱比濁法）で扱う散乱が透過光を減らす。散乱は波長・角度・多重散乱にも依存するため、スペクトル形状とブランク blank ブランク（blank） blank（ブランク） だけで吸収から分離できない場合は、専用補正や別測定が必要になる。¹

スペクトルから濃度・状態を求める

吸収スペクトルabsorption spectrum 吸収スペクトル（absorption spectrum）absorption spectrum（吸収スペクトル） の性質に基づき、目的成分の$\lambda_{\max}$や成分間の吸収差が大きい波長を選ぶ。既知濃度系列から検量線 calibration curve 検量線（calibration curve） calibration curve（検量線） を作り、直線範囲の未知試料へ適用する際は、未知濃度を予測する回帰として誤差を扱う。² 複数成分が重なる場合は複数波長の連立式やスペクトルフィッティング Fitting フィッティング（Fitting） Fitting（フィッティング） を使う。

パルスオキシメトリpulse oximetry パルスオキシメトリ（pulse oximetry）pulse oximetry（パルスオキシメトリ） は酸素化・脱酸素化ヘモグロビンdeoxyhemoglobin 脱酸素化ヘモグロビン（deoxyhemoglobin）deoxyhemoglobin（脱酸素化ヘモグロビン） の吸収差を複数波長で読み分ける例であり、濃度だけでなく化学状態の違いを利用している。

まとめ

• 分光光度計spectrophotometer 分光光度計（spectrophotometer）spectrophotometer（分光光度計） は光源、波長選択部、試料・ブランクblankブランク（blank）blank（ブランク）、検出器から構成される。
• ブランクblank ブランク（blank）blank（ブランク） は溶媒・セル・装置の寄与を$I_0(\lambda)$として補正する。
• 波長走査 scanning 走査（scanning） scanning（走査） した吸光度 absorbance吸光度（absorbance） absorbance（吸光度）$A(\lambda)$が吸収スペクトル absorption spectrum 吸収スペクトル（absorption spectrum） absorption spectrum（吸収スペクトル） になる。
• 帯域幅、迷光stray light迷光（stray light）stray light（迷光）、散乱、セル汚れ、検出器範囲を管理して初めて定量できる。