ラマン分光のメリット

ラマン分光は、たいていはサンプルの前処理が不要な、汎用性の高い非破壊の化学分析手法です。ラマン分光に他のイメージング技術や分析技術を組み合わせることで、多様な情報を入手することができます。ラマン分光はフーリエ変換赤外分光 (FTIR) および X 線回折 (XRD) を補完する技術です。これらの解析手法について比較します。

ラマン分光の利点

通常は、サンプル前処理の工程を省略し、すぐにラマン解析にとりかかることができます。主なメリットについて紹介します。

ラマン分光とフーリエ変換赤外分光 (FTIR) の比較

フーリエ変換赤外分光 (FTIR) は広く活用されており、ラマン分光とよく比較されます。どちらも振動分光法であり、物理的な機構が異なるため、お互いに補完し合う関係にあります。

FTIR では、分子結合の振動周波数に対応する各周波数の光を、サンプルがどのように吸収するのかを測定します。赤外線は、結合が双極子モーメントの変化を伴う場合にしか吸収されません。そのため FTIR は、水中での O-H 伸縮など、極性結合を持つ異核官能基の振動の影響を受けやすいのが特徴です。

対照的にラマン分光では、光の非弾性の散乱を測定し、分子の振動を検出します。ラマン散乱が起きるには、入射光子によって、結合の分極率が変化しなければなりません。ラマン分光のほうが等核分子結合の振動の影響を受けやすく、C-C、C=C、C≡C を区別することができます。

ラマン分光も FTIR も、どちらもマイクロスコープベースです。ラマン分光は FTIR よりも以下の点で優れています:

• 赤外線に反応しない振動モードを検出できます。

• 短い波長の光を使うことが多いため、マイクロスコープベースの FTIR (顕微 FTIR) よりも小さい粒子を検知できます。

• ラマンバンドが狭いため、化学特異性が高い物質を区別できます。

• FTIR では、サンプルを減衰全反射 (ATR) の先端と接触させなければならない場合もあります。固体サンプルをヌジョール法または溶剤ですりつぶして前処理しなければならないことも少なくありません。そして次の処理として、サンプルの混合物を KBr ディスク間で圧迫します。液体のサンプルの場合は NaCl プレートが必要な場合もあります。

• 定量的なラマン分析を行うにはリファレンスとなる物質が必要な場合があるものの、固定光路長でサンプルを前処理する必要はありません。FTIR による定量分析は吸収法です。そのため、サンプル内の光路長が一定である必要があります。

• キラル分子の脱分極の考察に適します。

ラマン分光と XRD の比較

X 線回折 (XRD) は非破壊の分析手法のひとつです。位相成分、結晶構造、固体/液体サンプルの配向といった物理特性の調査に用いることができます。X 線の波長は結晶格子内の原子間の距離に相当するため、入射 X 線と結晶サンプル間で干渉が強まり合います。生じた XRD パターンを分析することで、結晶構造内の長距離秩序を把握することができます。

物質の結晶構造を理解するうえで、ラマン分光は XRD を補完する役割を担います。一方で、ラマン分光には XRD を比べて以下のようなメリットがあります。

• 結晶構造の物質と非結晶室の物質、両方の測定が可能です。

• 単結晶や単粒子サイズのサンプルを少量でも測定が可能です。

• 真空室や、湿度および温度の管理が不要です。

ラマンシステムを最大限に活用するために

ラマン分光には多くの利点がありますが、同時に課題もあります。使用中に直面する問題への対処方法についてはこちらをご覧ください。