分光分析法の光源とガスクロマトグラフィーの検出器を理屈で覚える

各測定法の検出器・セル・そのほか

• 紫外可視(2.24):分光光度計または光電光度計を使います。紫外部の測定には石英製、可視部にはガラス製または石英製のセルを使います。日本薬局方の2.24で重水素放電管が出てくるのは、波長の校正に輝線(486.00 nmと656.10 nm)を使う場面です。吸光度Aは、溶液の濃度cと層長lに比例します(A=kcl)。
• 蛍光(2.22):蛍光分光光度計を使います。励起光とは別の方向から蛍光を観察するため、四面が透明で無蛍光の石英セルを使います。蛍光強度Fは、励起光の強さI₀に比例します(F=kI₀φεcl)。
• 原子吸光(2.23):試料原子化部(フレーム・電気加熱・冷蒸気)、分光部(回折格子または干渉フィルター)、測光部の検出器で構成されます。水銀は常温でも蒸気になるので、冷蒸気方式で低圧水銀ランプを使います。
• 赤外(2.25):分散型またはフーリエ変換赤外分光光度計を使い、臭化カリウム錠剤法などで試料を調製します。スペクトルは、横軸に波数、縦軸に透過率または吸光度をとったグラフで表します。波数4000 cm^-1は、波長に直すと2.5 μmです。
• ラマン(2.26):分散型ではCCD検出器などの多素子検出器を使います。
• ICP(2.63):分光部と、光電子増倍管または半導体検出器を使います。質量分析計を検出器にすると、ICP質量分析法です。
• 旋光度(2.49):旋光計は、光源・偏光子・測定管・検光子で構成されます。

ガスクロマトグラフィーの検出器が信号にする現象

• TCD:キャリヤーガスと試料成分の熱伝導率の差で、加熱した金属線(フィラメント)の温度が変わります。キャリヤーガスには、熱伝導率が大きい水素やヘリウムを使います。
• FID:水素炎の中で、C-H結合をもつ有機化合物の炭素がイオンになり、そのイオンの電流を測ります。
• ECD:放射線源から出る電子による定常電流が、電子を取り込む物質で減ります。電子を取り込みやすい(電子親和力が大きい)物質ほど、電流を大きく減らします。ハロゲンは電子を引き込む性質が強い元素です。
• FPD:水素炎の中で、硫黄やリンの化合物が出す光を測ります。
• FTD(NPD):加熱したアルカリ金属塩の部分(ビーズ)で、窒素やリンの化合物が出す信号が大きくなります。
• MS:イオン化した成分を質量電荷比(m/z)で分けて検出します。イオン化には、電子イオン化(EI)や化学イオン化(CI)を使います。

ガスクロマトグラフィーのそのほかの事項

• 日本薬局方(2.02)が挙げる検出器は、アルカリ熱イオン化検出器、炎光光度検出器、質量分析計、水素炎イオン化検出器、電子捕獲検出器、熱伝導度検出器です。
• 検出したい物質から選ぶと、有機塩素系の農薬などハロゲンを含む化合物はECD、リンはFPDのほかFTD(NPD)でも検出できます。何の物質かを確かめたい、構造を知りたいときは質量分析計(GC/MS)です。
• 確認試験では、試料の成分と標準品の成分で、保持時間が一致することを確かめます。定量は、通例、内標準法を使います。適当な内標準物質がない場合は、絶対検量線法を使います(2.02)。
• 液体クロマトグラフィーの検出器として日本薬局方(2.01)が挙げているのは、紫外又は可視吸光光度計、蛍光光度計、示差屈折計、電気化学検出器、化学発光検出器、電気伝導度検出器、質量分析計です。紫外可視吸光光度計と蛍光光度計は、分光分析法の装置を検出器にしたものなので、光源の知識は液体クロマトグラフィーの問題でも使えます。

過去問の解説

• 第105回 問93:フルオレセインナトリウムの励起スペクトルと蛍光スペクトルを示して、蛍光光度法に関する正しい記述を2つ選ぶ問題です。正答は3と4です。肢3の「蛍光強度は、希薄溶液であれば濃度に比例する」と、肢4の「一般に光源として、キセノンランプを用いる」が正しい記述でした。肢5の「温度が変化しても蛍光強度には変化がない」は誤りで、蛍光強度は温度などの条件で変わるので、標準の溶液を使って比較します(2.22)。
• 第106回 問94:ヒドロコルチゾンコハク酸エステルの定量法(紫外吸光光度計、測定波長254 nm)から、正しい記述を2つ選ぶ問題です。正答は2と4です。肢3の「検出に用いる光源は、タングステンランプである」は誤りです。波長254 nmは紫外部で、タングステンランプは可視部の光源だからです。
• 第107回 問203:セフジニルの旋光度の項を示して、正しい記述を2つ選ぶ問題です。正答は3と4です。肢1の「旋光度の測定には、通例、光源として重水素放電管が用いられる」は誤りで、光源はナトリウムD線です(2.49)。
• 第108回 問97:L-アラニンの純度試験に使う液体クロマトグラフィー(検出器は可視吸光光度計、測定波長570 nm)から、正しい記述を2つ選ぶ問題です。正答は1と3です。570 nmは可視部なので、可視部の光源のタングステンランプを使います。
• 第109回 問100:ガスクロマトグラフィーに関する正しい記述を2つ選ぶ問題です。正答は3と5です。肢1の「電子捕獲検出器は、主にC-H結合を有する有機化合物の検出に用いられる」は誤りで、C-H結合の有機化合物はFIDの対象、ECDの対象はハロゲンを含む化合物です。肢2の「定量には内標準法が用いられるが、絶対検量線法は用いられない」も誤りで、適当な内標準物質がない場合は絶対検量線法を使います(2.02)。肢5は、電子イオン化と化学イオン化がガスクロマトグラフィー/質量分析法のイオン化法という記述で、正しい記述でした。
• 第111回 問95:日本薬局方の赤外吸収スペクトル測定法に関する正しい記述を2つ選ぶ問題です。正答は2と5です。肢2は、波数4000 cm^-1の波長が2.5 μmという記述、肢5は、固体だけでなく液体や気体の試料でも測定できるという記述で、どちらも正しい記述です(2.25に、液体用の溶液法や液膜法、気体試料測定法があります)。肢3の「赤外吸収は、振動によって分子の分極率が変化するときに観測される」は誤りで、分極率の変化で観測されるのはラマン散乱です(2.26)。