ラマン分光は物質を破壊することなく分析できる

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2017年07月07日
その分析はどのような方法で調べているの?を更新。
2017年07月07日
ラマン分光法の簡単な説明を更新。
2017年07月07日
ラマン分光とは何か?を更新。
2017年07月07日
ラマン分光の基本的な内容を更新。

エネルギーと周波

ラマン分光は、物質の構造により異なる挙動を示します。つまり、ラマン分光は、ラマン効果による散乱光と入射光の周波数差(=エネルギー)は、物質内の分子構造や結晶構造や電子の状態により異なる事になります。なぜ、周波数差とエネルギー差が等しいかと疑問に思われるかもしれません。この不思議も量子力学という学問が与えてくれた答えなのです。実は、周波数νとプランク乗数hの積が光のエネルギーになるからです。プランク乗数は、物理学者プランクが発見した物理定数になります。
この考え方によれば、周波数が早いとエネルギーが高いと言っている訳です。我々の日常扱っている信号は、信号の周波数に関係なくて振幅が大きくなるとエネルギーが大きくなる訳です。この周波数に比例してエネルギーが大きくなるという考え方は、物質の中の極めて小さい世界で成立する物理現象なのです。ラマン分光も不思議ですが、ラマン分光の周波数差に関連する周波数がエネルギーに関係すると考えると意味深いものになります。
ラマン分光は、物質の分析を壊すことなく非破壊で実現できるメリットを生かして多くのラマン分光の機械が開発されています。このラマン分光器は、複雑な精密機器であり、値段も幅がありますが、3,000万円から1,000万円前後のレンジで購入ができます。とても高価な機械ですが、様々な物質を非破壊で分析できる有益な分析装置になります。

ドイツの物理学者が発見

ラマン分光は、1928年にドイツの物理学者であるチャンドラセカール・ラマンとK・S・クリシュナンが発見しました。この物理学者にちなんで、ラマン分光と名づけられました。このラマン分光は、物質に光を照射した際に、物質に照射した光が散乱し、その散乱した光と入射した光の振動数が異なる現象になります。極めてシンプルに言えば、物質に光を照射すると散乱した光の周波数が変化することを意味しています。
とても不思議な現象とおもいませんか?この様に周波数が変化する散乱する光があれば、周波数が変化しない散乱する光もあります。この周波数の変化しない散乱する光をレイリー散乱と呼び、周波数の変化する散乱する光をラマン散乱と呼んでいます。このような不思議な現象ですが、レイリー散乱に比較してラマン散乱は、1/1000000しか含まれていません。100万分の1しか含まれていないのです。
そのために、ラマン散乱する光は、極めて微弱であり観測が、レイリー散乱に比較して難しい訳です。このラマン分光は、物質の構造で光のエネルギーを授受する際に生じる周波数の変換になります。つまり、物質固有の周波数変換になります。このために、ラマン分光により、物質を特定するために利用することもできます。このように不思議なラマン分光ですが、より深く理解するためには量子力学と言われる学問の勉強にトライされるとよいと思います。

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その分析はどのような方法で調べているの?

特有の性質を持つ光 物質に対して光が当たると、分子に衝突します。そしてその一部は錯乱されることになります。これらの錯乱した光の波長を調べてみると、大多数の成分は入ってきた光と同じ波長です。それをレイリー錯乱光と呼びます。しかし極わずかではあるのですが、入ってきた光とは違う波長の光が含まれています。この入ってきた光…

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ラマン分光法の簡単な説明

再利用する 物質が単色の光によって照射される際、散乱光(ラマン散乱光という)には照射光と等しい波長だけでなく、照射光よりも長い波長(分子にエネルギーを与えた場合)や短い波長(分子からエネルギーをうけとった場合)が含まれる現象をラマン分光またはラマン効果といいます。光が照射されたときの分子の振動数(波長と言い換え可…

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ラマン分光とは何か?

化学的構造 自然界の多くの現象は、化学反応が深く関係しています。化学反応を考える上で、その化学物質の分子構造がどのような構造しているかを知ることは非常に重要なことです。例えば医薬品の世界で言えば、薬の成分がどのような分子構造をとっているかが、効果を決める一つの要因と言えます。しかし分子のサイズは非常に小さく、直接…

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ラマン分光の基本的な内容

光と物質 物質に光を照射させると、光の粒子性により散乱という現象が起こります。入射光と同じ波長の光が散乱される現象をレイリー散乱(弾性散乱)といい、入射光と違う波長の光が散乱される現象をラマン散乱(非弾性散乱)といいます。ラマン分光法とはこのラマン散乱された光を調べることにより、物質の構造や性質を知ることができる…

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