分析のひと工夫（６） 吸光度が極めて小さい試料の測定

分光光度計を用いて吸光度が極めて小さい水の色を測定する場合、光路長10mmの角セルでは、測定値が小さすぎてうまく測定ができません。そこで、光路長300mmのセルとそれを収める大型試料室を用意しました。

図1、300mmの長光路セルと大型試料室

分光光度計の測定光はレーザーではないため、光路長が長くなると光束が広がってしまいます。光束の広がりによる測定値への影響を抑えるため、検出器部に積分球を採用しました。この装置で測定した吸収スペクトルから、色度座標xyと明度Y^*を算出します。

図2は、浄水、水道水、地下水、河川水の測定データです。光路長10mmのセルで測定した場合は、色度座標xy及び明度Yから色の違いを識別することができませんでしたが、300mmのセルではその違いをハッキリと識別できました。

このように、吸光度が極めて小さい水のような試料を測定するには、光路長を長くすることが有効です。

図2、10 mm（上）、300 mmセル（下）の
色度座標xyと3刺激値Y

*　色を感じるための刺激量の一つです。人間の目にはR・G・Bを認識する組織があります。光源の分光分布と試料の透過率、等色関数を掛け合わせたものの積分値X、Y、ZがそれぞれR･G･Bにあたり、これらX、Y、Zで色を表現する方式をXYZ表色系といいます。詳しくはJIS Z 8701-1999を参照してください。さらにXYZ表色系から絶対的な色合いを分かりやすく表現するため、色度座標xyと明度Yを用いたxyY表色系が考案されました。xyY表色系により全ての色は、x,yによる二次元平面および明度Yで表現できます。

分析のひと工夫（５） 蛍光性試料の透過率測定

蛍光性試料を分光光度計で測定する場合、透過光だけでなく試料からの蛍光も検出器に入射されてしまうため、正しい透過率を測定することが困難です。

図1 分光光度計による蛍光性試料の測定

通常、このような試料は分光蛍光光度計を使用することで、蛍光の影響を取り除いて透過率を測定しますが、ここでは分光光度計を用いて蛍光性試料を簡易的に測定するための工夫を紹介します。

分光光度計を用いて蛍光性試料の透過率を測定する場合、試料と検出器の距離を離すことで、指向性のない蛍光の影響を抑え、指光性のある透過光を選択的に測定することができます。

今回は実験的に、蛍光性を持つビタミンの錠剤を測定しました。また、試料と検出器の距離を離すため、300mmセル用の大型試料室を用いました。試料と検出器の距離を離しながら測定を行ったところ、距離と透過率の関係は図2のグラフに示すとおりとなりました。一定以上の距離をとることで、蛍光の影響が抑えられていることが分かります。

図2、ビタミンの錠剤の透過率（縦軸）と
試料と検出器の距離（横軸）のグラフ

このように、分光光度計でも簡易的に蛍光性試料の透過率を測定することができます。

分析のひと工夫（４） コンタクトレンズの測定

今回はコンタクトレンズの測定を紹介いたします。消費者が使用するのに近い状態でコンタクトレンズの品質を評価するため、保存液に浸した状態で透過スペクトルを測定することがあります。その際、図１のように、石英板に試料を挟んで測定します。

図1 石英板に挟んで測定

しかし、この方法では、
・ハードコンタクトレンズは測定できない（割れないように挟むのが難しい）
・気泡が入りやすい
・中心部に光を当てにくい
・作業環境が濡れる

という問題点があります。

そこで、図2のように、水平置き積分球の上に置いた試料ホルダにコンタクトレンズをセットしました。試料ホルダに保存液を浸して測定を行ったところ、透過スペクトル（図3）を得ることができました。

図2 水平置き積分球を用いて測定

このように、水平置き積分球を用いることで、保存液に浸した状態でのコンタクトレンズの透過スペクトルを容易に測定することができます。

図3 保存液に浸したコンタクトレンズの透過スペクトル

分析のひと工夫（３） ダイヤモンドの測定

人工的に放射線処理したダイヤモンドは、その痕跡として740nm付近に微弱な吸収ピークが観測されます。このピークの有無で、放射線処理したダイヤモンドを判定します。

ダイヤモンドなどの宝石は試料がセットしにくいうえ、ブリリアントカットされているため、ほとんどの光を反射します。分光光度計で測定するには、反射を抑えるため、ガードル方向に光を透過させ、測定する必要があります。（凄いテクニックですね！）

図、ブリリアントカットの切子面の各名称

このような測定には、水平置き積分球が有効です。水平置き積分球を利用することで、簡単にダイヤモンドのガードル方向に光を透過させ、測定することができます。その結果、人工的に放射線処理したダイヤモンドは740nmに吸収ピークを持ち、天然のダイヤモンドはピークがないことが確認できました。

図、水平置き積分球によるダイヤモンドの測定

本測定により、人工的に放射線処理したダイヤモンドを判定することができます。

分析のひと工夫（２） 製造ライン上のフィルムの膜厚測定

一般に静止したフィルムの膜厚は、その反射率スペクトルにみられる干渉波形から計算することができます。しかし、高速で移動する試料、例えば製造ライン上のフィルムの膜厚を測定する場合、測定中に測定箇所が移動してしまい、どこの膜厚を測定しているかが分からなくなってしまいます。また、測定する場所によって膜厚にバラつきがあると干渉波形が得られず、膜厚を計算することができません。

図、製造ライン上のフィルムの測定

そのような場合、一回の点灯時間が3 μsecという非常に短いXeフラッシュランプとマルチチャンネル検出器を搭載した分光光度計を用いることで、極めて短い移動距離の間に測定を行うことが可能です（上図）。データ処理の時間も加味すると0.5 秒ごとに測定することができます。このような工夫を凝らすことで、製造ライン上で移動するフィルムであっても、その膜厚をモニターすることができます。

■参考
下図、フィルム上で反射する光（A）とフィルム透過後に反射した光（B）が干渉します。それらの干渉波形より、膜厚を計算できます。

図２、膜厚測定の概要