生体分子解析学
2016/7/9
機器分析
分光学
Ｘ線結晶構造解析
質量分析
熱分析
その他機器分析
1
2016/7/9
160
140
120
100
80
Series1
60
40
20
0
1
2
3
4
2
2016/7/9
160
140
120
100
80
Series1
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3
2016/7/9
200
180
160
140
120
100
Series1
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4
宿題
2016/7/9
1. 以下の化合物のうち、紫外可視領域に吸収帯を有する分子は
いずれか答えなさい．
a) ベンゼン b) グルコース c) アントラセン d) ヘキサン
e) シクロプロパン f) 11-cis-retinal g) アデノシン f) グリシン
予習
4. 原子軌道間の電子遷移に基づく原子スペクトルは線スペクトル
となるが、分子軌道間の電子遷移による紫外可視吸収スペク
トルが線スペクトルとならない．その理由を説明しなさい．
解らない場合、3ページの内容を要約すること．
5
2016/7/9
宿題
1. 以下の化合物のうち、紫外可視領域に吸収帯を有する分子は
いずれか答えなさい．
a) ベンゼン
b) グルコース
HO
HO
HO
c) アントラセン
d) ヘキサン
O
OH
OH
e) シクロプロパン
f) 11-cis-retinal
g) アデノシン
NH2
f) グリシン
N
HO
O
OH
H2N
O
H
OH
N
N
N
OH
O
6
2016/7/9
宿題
モル吸光係数の対数
グリシンの紫外吸収スペクトル
f) グリシン
OH
H2N
O
220
230
240
250
波長／nm
7
赤外光領域の分光法・物理的背景
高
γ線
物理現象
測定法
低
E (光子のエネルギー;単位: J)
波長 短 10-12 10-11 10-10
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
Ｘ線
電子による
Ｘ線の弾性散乱
Ｘ線結晶構造
解析
回折法
2016/7/9
紫
外
線
可
視
光
線
電子遷移
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
分子振動
分子の 核スピンの
回転運動
反転
紫外可視
赤外分光法
分光法
蛍光
ラマン
分光法
分光法
CD, ORD
旋光度
回転
分光法
ESR
分光法
分光法
NMR
分光法
8
赤外光領域の分光法・物理的背景
高
E (光子のエネルギー;単位: J)
γ線
H2
H
Ｘ線
紫
外
線
H
H
H
H
可
視
光
線
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
振動の激しさのレベル
水素分子
H
低
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
結合が
伸縮する
原子は重り、共有結合はバネ
ポテンシャル
エネルギー
波長 短 10-12 10-11 10-10
2016/7/9
赤外領域
の振動数
ΔE = hν
注意：分子のレベルでは振動のエ
ネルギーも量子化（とびとび）
9
2016/7/9
分子振動
伸縮振動
H
変角振動
H
H
H
H
O
H
O
結合角が変動する振動
結合が伸縮する振動
その他多数
10
マイクロ波領域の物理現象
高
E (光子のエネルギー;単位: J)
波長 短 10-12 10-11 10-10
γ線
物理現象
2016/7/9
低
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
Ｘ線
電子による
Ｘ線の弾性散乱
紫
外
線
可
視
光
線
電子遷移
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
分子振動
分子の 核スピンの
回転運動
反転
H
H
O
回転分光学
ポテンシャル
エネルギー
分子回転の激しさのレベル（量子化：とびとび）
マイクロ波
領域の振動数
ΔE = hν
11
原子スペクトル分光法 (吸光／発光)
高
E (光子のエネルギー;単位: J)
波長 短 10-12 10-11 10-10
γ線
物理現象
電子による
Ｘ線の弾性散乱
ポテンシャル
エネルギー
ν
3p
3s
2p
2s
1s
低
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
Ｘ線
Na
2016/7/9
紫
外
線
可
視
光
線
電子遷移
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
分子振動
分子の 核スピンの
回転運動
反転
原子吸光
ν = ~589 nm
発光
3p
3s
2p
2s
原子発光
1s
励起
ΔE = hν
12
2016/7/9
原子スペクトル分光法 (輝線スペクトル)
発光強度
輝線スペクトル
特定波長上に線状に
現れるスペクトル
589
波長 (nm)
原子軌道のエネルギー（一定＆量子化：とびとび）
λ = ~589 nm
ポテンシャル
エネルギー
Na
3p
3s
2p
2s
1s
熱
発光
3p
3s
2p
2s
原子発光
1s
熱励起
ΔE = hν
13
原子スペクトル分光法 (応用１)
フレーム（炎光）分析法
2016/7/9
原子固有の
発光波長
原子発光
その原子の定量
炎
アルカリ金属
原子発光スペクトルの１種
ICP発光分析法
フレーム(炎)
の代わりに
プラズマで
単原子化 &
熱励起
プラズマ
6000~
8000 K
超高温
アルカリ土類金属
原子固有の
発光波長
その原子の定量
H, O, N, ハロゲンを除く元素
(フレーム法より広範囲)
14
原子スペクトル分光法 (応用２)
原子吸光光度法
2016/7/9
検出器
特定波長の取り出し
その原子の定量
光源
炎
サンプルの原子化
原子固有の
吸光波長
陰極：分析目的元素を含む単一金属または合金
測定元素の 測定元素の
＝ 吸収波長
発光波長
15
2016/7/9
原子スペクトル分光法 (その他&まとめ)
16
2016/7/9
原子スペクトル分光法 (輝線スペクトル)
発光強度
輝線スペクトル
特定波長上に線状に
現れるスペクトル
589
波長 (nm)
原子軌道のエネルギー（一定＆量子化：とびとび）
ν = ~589 nm
ポテンシャル
エネルギー
Na
3p
3s
2p
2s
1s
熱
発光
3p
3s
2p
2s
原子発光
1s
熱励起
ΔE = hν
17
紫外可視吸収の化学的背景
2016/7/9
エテンの分子軌道
•••
励起前
πz*
電子励起
結合： 6個
πz
励起後
反結合
性軌道
結合性
軌道
•••
エテン (エチレン)
E = hν
= h(c/λ)
λ = 165 nm
結合性軌道： 6個
分子軌道
(σ結合)
に相当する
エネルギー
原子軌道のエネルギー
（一定＆量子化：とびとび）
18
2016/7/9
リボフラビン
黄色
吸光度
吸光度が大きいほど
その波長の光をたくさん吸収
紫外可視吸収スペクトル（宿題）
波長
紫
青色
緑
(nm)
分子軌道の場合も軌道間のエネルギー差は一定
E = hν
= h(c/λ)
なぜ分子の紫外可視吸収スペクトルは線スペクトル
にならない？？？
19
紫外可視吸収の化学的背景
2016/7/9
エテンの分子軌道
•••
励起前
πz*
電子励起
電子遷移
πz
ΔE
E = hν
= h(c/λ)
これだと単一波長
20
赤外光領域の分光法・物理的背景
高
E (光子のエネルギー;単位: J)
γ線
H2
H
Ｘ線
紫
外
線
H
H
H
H
可
視
光
線
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
振動の激しさのレベル
水素分子
H
低
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
結合が
伸縮する
原子は重り、共有結合はバネ
ポテンシャル
エネルギー
波長 短 10-12 10-11 10-10
2016/7/9
赤外領域
の振動数
ΔE = hν
注意：分子のレベルでは振動のエ
ネルギーも量子化（とびとび）
21
紫外可視吸収の化学的背景
2016/7/9
振動遷移
エテンの分子軌道
•••
励起前
πz*
電子励起
電子遷移
πz
ΔE
22
マイクロ波領域の物理現象
高
E (光子のエネルギー;単位: J)
波長 短 10-12 10-11 10-10
γ線
物理現象
2016/7/9
低
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
Ｘ線
電子による
Ｘ線の弾性散乱
紫
外
線
可
視
光
線
電子遷移
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
分子振動
分子の 核スピンの
回転運動
反転
H
H
O
回転分光学
ポテンシャル
エネルギー
分子回転の激しさのレベル（量子化：とびとび）
マイクロ波
領域の振動数
ΔE = hν
23
紫外可視吸収の化学的背景
振動遷移
2016/7/9
回転遷移
エテンの分子軌道
あらゆる準位
から、あらゆ
る準位へ
電子遷移
•••
励起前
πz*
電子励起
電子遷移
πz
ΔE
電子遷移の
エネルギー
ΔE ± e
24
紫外可視吸収の化学的背景
振動遷移
2016/7/9
回転遷移
エテンの分子軌道
あらゆる準位
から、あらゆ
る準位へ
電子遷移
•••
励起前
πz*
電子励起
電子遷移
πz
ΔE
電子遷移の
エネルギー
ΔE ± e
25
紫外可視吸収の化学的背景
ΔE − e
エテンの分子軌道
回転遷移
•••
励起前
ΔE
振動遷移
ΔE + e
2016/7/9
πz*
電子励起
電子遷移
πz
ΔE
26
電子遷移エネルギー (ΔE)
がばらつく
ΔE
回転遷移
ΔE − e
振動遷移
ΔE + e
紫外可視吸収の化学的背景
2016/7/9
ΔE = hν
振動数 (ν) がばらつく
ΔE
c
λ= ν
吸収波長 (λ) がばらつく
吸収帯が幅を持つ
27
赤外光領域の分光法・物理的背景
高
γ線
物理現象
測定法
低
E (光子のエネルギー;単位: J)
波長 短 10-12 10-11 10-10
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
Ｘ線
電子による
Ｘ線の弾性散乱
Ｘ線結晶構造
解析
回折法
2016/7/9
紫
外
線
可
視
光
線
電子遷移
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
分子振動
分子の 核スピンの
回転運動
反転
紫外可視
赤外分光法
分光法
蛍光
ラマン
分光法
分光法
CD, ORD
旋光度
回転
分光法
ESR
分光法
分光法
NMR
分光法
28
ラマン分光（ラマン散乱）
可視光領域の波数
ν
2016/7/9
可視光領域の波数
ν
ν
弾性散乱
ν
(レイリー散乱)
ν’
ラマン散乱
ν’ = Δν
ポテンシャル
エネルギー
赤外領域の波数
ν
ν’
Δν
分子振動への
エネルギー供与
29
ラマン分光（ラマンスペクトル）
可視光領域の波数
ν
可視光領域の波数
ν
弾性散乱
(レイリー散乱)
2016/7/9
ν
ν
ν’
ラマン散乱
ν’ = Δν
赤外領域の波数
Δν の波数の吸収（吸光度）のプロット
ラマンスペクトル
分子振動の情報
30
2016/7/9
ラマン分光（ラマン散乱）
可視光領域の波数
ν
ν
ν
弾性散乱
ν
(レイリー散乱)
ポテンシャル
エネルギー
可視光領域の波数
Stokes線
ν
ν’
Δν
分子振動
への
エネルギー
供与
ν’
ラマン散乱
ν’ = Δν
anti-Stokes線
分子振動
からの
ν
エネルギー
受取 Δν
ν’
31
赤外光領域の分光法・物理的背景
高
γ線
物理現象
測定法
低
E (光子のエネルギー;単位: J)
波長 短 10-12 10-11 10-10
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (m) 長
Ｘ線
電子による
Ｘ線の弾性散乱
Ｘ線結晶構造
解析
回折法
2016/7/9
紫
外
線
可
視
光
線
電子遷移
赤外線
マイクロ
ラジオ波
波
分子振動
分子の 核スピンの
回転運動
反転
紫外可視
赤外分光法
分光法
蛍光
ラマン
分光法
分光法
CD, ORD
旋光度
回転
分光法
ESR
分光法
分光法
NMR
分光法
32
赤外分光（測定）
2016/7/9
サンプル容器
（セル）の窓材
測定法
33
赤外分光（構造解析編）
100
2016/7/9
3300 cm-1付近の幅広くて強い吸収
50
3000
2000
1000
波数／cm-1
1700 cm-1付近の
強い吸収
100
50
0
C=O伸縮振動
3000
2000
1000
波数／cm-1
34
2016/7/9
赤外分光（構造解析編）
C=O伸縮振動の波数
O
R
O
O
O
R
R
約1745 cm-1
R
R
N
R
H
約1720 cm-1
約1645 cm-1
1700 cm-1付近の
強い吸収
100
50
0
C=O伸縮振動
3000
2000
1000
波数／cm-1
35
演習
2016/7/9
1. 原子吸光光度法において、中空陰極ランプの陰極に、定量目的
の金属（またはその合金）を用いなければならないか、その理由
を説明しなさい．下記の用語を使うこと．
遷移、発光波長、吸光波長、ポテンシャルエネルギー、励起
36
2016/7/9
連絡
以下の方は田中のところにきて下さい．
宮本辰徳君
幸田直己君
竹内悠生君
37
演習
2016/7/9
1. 原子吸光光度法において、中空陰極ランプの陰極に、定量目的
の金属（またはその合金）を用いなければならないか、その理由
を説明しなさい．下記の用語を使うこと．
遷移、発光波長、吸光波長、ポテンシャルエネルギー、励起
原子スペクトルでは、ポテンシャルエネルギーの低い原子軌道から
高い原子軌道に電子が遷移する際に光を吸収する．逆に、ポテン
シャルエネルギーの高い原子軌道から低い原子軌道に電子が遷移
すると発光する．この時の励起時と低い軌道に落ちてくる際のエネ
ルギー差が等しいので、発光波長と吸光波長は等しくなる。即ち、
光源として定量目的金属を中空陰極ランプの陰極とすることで、陰極
の金属が励起され発光する．定量目的金属と同じ金属の発光波長
は、フレーム中の定量される金属の吸収波長と同じになるので、
原子吸光が起きて、定量できるようになる．
38
宿題
2016/7/9
1. モル吸光係数ε= 500 の分子の 2 mM の溶液の吸光度はいくら
か計算しなさい．ただし、層長(光路長)は 1 cm とする．
2. 化合物Aが溶けた溶液を200倍希釈した溶液を層長 0.5 cm の
資料容器(セル)に入れて吸光度を測ったところ1.2を示した．化合
物Aの希釈前の濃度はいくらか．なお、比吸光度を200とする．
(予習) 旋光度とは何か、説明しなさい。
39
演習
2016/7/9
1. モル吸光係数ε= 500 の分子の 2 mM の溶液の吸光度はいくら
か計算しなさい．ただし、層長(光路長)は 1 cm とする．
A = εcl = 500(M-1cm-1)×(2×10-3)(M)×1(cm) = 1
2. 化合物Aが溶けた溶液を200倍希釈した溶液を層長 0.5 cm の
資料容器(セル)に入れて吸光度を測ったところ1.2を示した．化合
物Aの希釈前の濃度はいくらか．なお、比吸光度を200とする．
化合物Aの希釈前の濃度をC (%)とすると
希釈後の濃度 = C/200(%)
A = Ecl = 200(%-1cm-1)×(C/200)(%)×0.5(cm) = 1.2
0.5×C = 1.2
よって、C = 2.4%
40

3位 3位