FT-IRの基礎と異物分析への実践応用テクニックとコツ・ノウハウ

赤外分光法は、その特徴からも主に有機化合物の化学構造や高次構造の解析手段として研究、開発され、今日では研究・開発だけでなく工場でのインライン評価などにも幅広く一般に使用されている。近年になって、ATR法を始めとした様々な測定法の開発や装置の改良等によって、従来困難であったような試料も容易に測定が可能となり、今日においてはなくてはならない基本的な測定手法としてその地位を確立している。 　ただ、測定が容易になった反面、とりあえず使うという状況が生まれて実際のサンプルや問題に直面した場合、どのように測定・解析を行っていけば良いかが分からないまま使用されていることも多い。しかし残念ながら、文献・教科書等では装置や測定法の原理は詳細に解説してあるものが多いが、そのアプリケーションとしての現場での活用に軸足を置いた解説を十分に行っているものは少ない。 　本講座は、赤外分光法の原理だけではなく、よりアプリケーション寄りの内容、実務での赤外分光法活用を中心とした。実際の分析操作やスペクトルの解釈、実際の分析において対象とすることの多い異物や混合物、様々な試料や目的への対応の方法、事例などについて、実務使用における測定技術や応用技術、コツ・ノウハウを解説する。

1. 赤外分光法の基本原理と特徴
   • 現場で実際に使用する、活用することに主眼を置いて、吸収ピークの定義や振動-モード、検出器の種類と特徴や使い分けなど、赤外分光法の原理等の基礎的な部分について解説する。
     • 主な解説内容
       • 赤外分光が見ているもの
       • 分光分析における吸収の定義
       • 赤外分光の波長領域
       • 振動モード
       • 気体と液体・固体
       • 赤外分光法の長所・短所
       • 赤外分光法による評価
       • 主な検出器、検出器の感度特性など
2. 代表的な測定法
   • 赤外分光法の特徴である様々な測定方法について、その原理や特徴、使い分けから、測定時の注意点、ポイント、コツなどについて実際の測定例なども交えながら解説する。
     • 主な解説内容
       • 透過法
   • 様々な透過測定の方法、干渉縞、注意点・コツなど
     • 全反射法 (ATR)
   • 様々なATR測定の方法、ATR結晶の取り扱いと使い分け、測定条件と観察深さの関係、注意点・コツ、ATR補正、異常分散の影響など
     • 反射法
       反射法の測定、高感度反射の原理
     • 拡散反射法
   • 拡散反射法の測定
     • 主な測定法のまとめ
     • 顕微赤外
3. 赤外スペクトル
   • Lambert-Beerの法則に始まる赤外スペクトルの基本から、主な振動モード、吸収体について解説した後、それらを踏まえてスペクトル帰属の考え方から構造解析の方法に詳細に解説する。また、幅広く使用されているスペクトルサーチについてもデータベース選択、アルゴリズム選択の考え方、結果 (ヒットスコア) の意味ことになどについて、注意点やコツを交えながら解説する。
     • 主な解説内容
       • 赤外スペクトルの概要
       • 主な振動モード・吸収帯
       • 有機系官能基の吸収帯、イオン性官能基の吸収帯
       • 赤外分光の構造敏感性
       • 指紋領域の利用
       • カルボニル基の判別
       • スペクトルサーチ
   • スペクトルデータベース、代表的検索アルゴリズム、検索アルゴリズムの限界、ヒットスコアの罠、検索結果の間違い例、
   • スペクトルサーチのコツ、混合解析、オープンライブラリ
     • 系統分析
     • スペクトルパターン、帰属の考え方
     • ラマン分光法との対比
4. 定量分析
   • 定性分析、構造解析と共に赤外分光法の利用において重要となる定量分析について、定量分析の原理から、具体的な方法、難しいケースとその対処、誤差要因などについて解説する。
     • 主な解説内容
       • 検量線法の考え方
       • 検量線法が適用困難なケースと対処法
       • ピーク強度比法
       • 誤差要因
5. 大気成分補正
   • 赤外分光法の利用において避けて通ることができない体積成分補正について、その方法について具体的な測定フローに沿って解説する。
     • 主な解説内容
       • 大気成分 (CO2、H2O) のスペクトル
       • 窒素パージ法
       • 差分法
6. 測定条件
   • 赤外分光法の測定条件について、主に分解能の影響を中心に解説する。
7. スペクトル処理
   • 赤外分光法でほとんどの場合行われているスペクトル処理について、実際に装置内部でどんな処理が行われているのかということから、それらによってスペクトルがどのような影響を受けるのか、使用時の注意点などについて解説する。また、解析において寝やむことの多いピーク高さと面積の関係についても解説する。
     • 主な解説内容
       • ベースライン補正
       • スムージング・補間
       • 自動処理の注意点
       • ピーク高さと面積
8. 混合物の解析
   • 実際の赤外測定においては、単品、純ピンであることはほとんどなく、混合品であることから、混合成分系の赤外スペクトルの解析の方法について、成分分離の方法 (ピーク分離、差スペクトル) と注意点・コツ、その他のアプローチについて解説する。
     • 主な解説内容
       • 混合物スペクトルの解析
       • ピーク分離
       • 差スペクトル
       • ATR法の差スペクトル
       • 組み合わせ解析
9. 異物・微小部
   • 赤外分光の利用シーンにおいて外すことができない異物・微小部の解析について、その主役となる顕微赤外分光の原理から実際の活用をサンプリング方法なども交えながら解説する。
     • 主な解説内容
       • 顕微赤外分光法
       • 顕微透過法
       • 顕微ATR法
       • マイクロサンプリング法
10. 汚染・付着物
    • 汚染や付着物はXPSなどの表面分析手法が用いられることも多いが、化学構造解析のためにATR法も欠かすことができない。ここでは、主に汚染や付着物の解析に特化したATR測定の方法やコツについて解説する。
      • 主な解説内容
        • 差スペクトル (透過・ATR)
        • ATR転写法
        • その他の方法
11. 黒色試料
    • 赤外分光法が苦手とする黒色異物の測定法について解説する。
12. 高次構造
    • 結晶構造解析や融解等の高次構造の変化における赤外分光法の利用について述べる。
13. FT-IRにおける注意点
    • 赤外分光測定における様々な注意点をここまでも解説しているが、ここでは、赤外のプロでも気付きにくい測定における落とし穴やスペクトルへの悪影響について説明するとともに、その対処法を解説する。
      • 主な解説内容
        • ATRにおける異常分散
        • 試料変形の影響
        • 試料配置の影響
        • 押し圧の影響
        • KBr錠剤法における反応
        • 粉砕粒度の影響
        • 表面研磨
        • 偏光と試料傾斜による干渉縞抑制
        • プレスホルダーによる測定
14. 事例
    • 実際の測定スペクトルを例として、赤外分光法が利用される様々なケースについて、測定から解析の実際を解説する。
      • 主な解説項目
        • フィルム上汚染
        • ポリイミドの表面処理層の深さ方向分析
        • 精密斜め切削法
        • 異物分析
        • サンプリングの基本とコツ
    • 片刃の加工、作業時の試料固定、試料の切り出し、サンプリング後の測定、顕微ATR転写法、干渉縞抑制、イメージングの活用2
15. 実例
    • 実際の解析事例について、より詳細に豊富なデータを交えながら測定から解析を解説する。
      • 主な解説内容
        • シミ、変色の分析
        • 埋もれた異物のサンプリング
        • 顕微赤外を用いたPPフィルム中異物の分析
        • 付着物の分析 (顕微IR、μ-MS)
        • 塗膜ハジキの分析
        • PET/エポキシのIRスペクトル
        • LCDのTFT基板上の欠陥分析
        • マイクロ抽出法による分離分析
        • 薬液中の浮遊物の分析
16. その他のコツ・ポイント
17. まとめ
18. 質疑