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光によってわかる物質の分析

2001/10/10 00:16

　ある物質に光を当てることによって、その物質がどういう物質か分析できる方法。また、どうしてそうなるか。また、その例を教えてください。　

goti
お礼率33% (1/3)

物理学
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Hikaru99
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2001/10/10 20:02 回答No.3

　非常に幅の広い質問です。まず大前提として光に関する全般的な知識が必要です。また、ひとくちに光といっても、光は、波長によって、紫外線、赤外線、Ｘ線など、性質が異なるたくさんの種類に区別されますので、それぞれの光の特性を知ることが必要になります。そのうえで、光分析の知識が必要になるわけです。　これを、ここで説明するには果てしない時間がかかります。光に関する詳しい話については、以下の本をご覧になってみてくだだい。・基本的な本　　光と色の１００不思議（東京書籍）・少し専門的　　ブルーバックス「光と電気のからくり」（講談社）　　　　　　　　ブルーバックス「物理のＡＢＣ」（講談社）簡単に説明してみましょう。さて、光というと私たちの身の回りには色々な光があります。例えば、街を明るく灯すネオンサインは様々な色で輝いていますが、それは中に入っている原子が光っているからです。中に入っている原子の種類によって、出てくる光の色（波長）が決まっています。また、原子には自分が出す光と同じ波長の光を吸収するという性質をもっています。したがって、物質から出てきたり、物質に光を当てたときに吸収される光の成分を正確に調べることによって、原子や分子についてのさまざまな情報を得ることができます。いい方をかえれば、光は「原子や分子の世界」をのぞく道具とも言えるのです。どうやって、光の成分を調べるのでしょう。基本的な方法は光を分けることです。これを分光分析といいます。プリズムをご存知でしょう。　太陽光をプリズムに通すと虹のように赤から紫までの連続的に並んだ色の帯が現れます。このような現象が起こるのは太陽光に含まれる可視光線がプリズムで屈折するからですが、このときエネルギーの大きい紫色の光はエネルギーの小さい赤い光よりも屈折の度合いが大きくなります。そのため太陽光がそれぞれの色の光に分かれ色の帯となるのです。このように連続的に現れる色の帯のことを光の連続スペクトルといいます。　ここで、太陽光の連続スペクトルの中から青色の光だけを厳密に取り出すことができたとして、この青色の光をさらにプリズムに通すとどうなるでしょうか。この光には青色の光しか含まれていませんから青色の線が出てくるだけとなります。このようにプリズムを通しても連続スペクトルが現れない、すなわち一種類の成分からなる光を単色光と言います。身近な単色光としてはトンネルなどの照明に使われているオレンジ色の低圧ナトリウムランプの光や青白い光を出す水銀灯の光があります。これらの光のスペクトルは連続ではなくとびとびの明るい何本かの線からできており、これを線スペクトルといいます。線スペクトルは原子の発光や吸収にともなって現れます。水銀灯の例では、高電圧がかかることによって水銀原子の周りの電子がエネルギーの高い状態になったり、元の状態に戻ったりしています。電子が元のエネルギーの状態に戻るときにふたつの状態の差分のエネルギーを光エネルギーとして放出します。この光エネルギーが輝線として現れるわけです（発光）。逆にこの差分のエネルギーに相当するエネルギーをもつ光を原子に与えると、電子がエネルギーの高い状態になりますが、その際、原子はその光を吸収します（吸収）。この場合は線スペクトルは暗線となります。この差分のエネルギーの大きさは原子ごとに特有であり、そのため線スペクトルはそれぞれの原子に特有な形となります。すなわち線スペクトルからどの原子かを特定することができます。　複数の原子からなる分子の場合には原子同士の結合の振動や回転運動によってエネルギー状態が原子ほどきっちりと決まらず、ある程度の幅をもったエネルギーを放出したり吸収します。そのため分子のスペクトルも線スペクトルが集まった幅のあるスペクトルとなり、これをバンドスペクトルといいます。分子のスペクトルからも分子の構造などを推定することができます。　このように、原子や分子が出したり吸収したりする光を調べると原子や分子の内部がどうなっているかを知ることができます。スペクトルはその重要な手がかりであり、スペクトルを使った光分析が最先端の技術に利用されています。　光分析機器の応用例の全てをここで説明することはできませんが、紫外線、赤外線、Ｘ線などの光を使った様々な光分析機器があり、光分析機器は実に幅広い分野で利用されています。光は私たちの生活にはなくてはならないものですが、太陽の光や電灯の光だけでなく、こうした鋭い光の目も私たちの生活を支えてくれているのですね。参考：光と色の100不思議

参考URL：: http://homepage1.nifty.com/kuwajima/lac100/

質問者

お礼 2001/10/10 23:11

知りたかった事を教えていただき、ありがとうございました。まだパソコンは、使い始めたばかりだけど、とても便利なことが、わかりました。

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128yen
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2001/10/10 09:03 回答No.2

いろいろありますが、一般的なのは真空紫外光電子分光（UPS)でしょうか？不活性ガス（Heなど）の放電により、低いエネルギーの共鳴線（He(1)：21.2eV、He(2)：40.8eV）を作り出します。このエネルギーは価電子帯の電子しか放出させるぐらい小さなエネルギー（価電子帯の電子の結合を切るエネルギー）なので、物質の表面の分析（電子帯構造の研究など）に用いられています。この放出された電子のエネルギーを測定することにより、どのような物質なのかも同定することができます。でも、X線光電子分光法（XPS)の方が一般的かもしれｍせんが。