生体分子解析学 2019/5/6 2019/5/6 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

宿題（解答訂正） 下記の表の空欄を埋めなさい。真空中の光速 c = 3.0 × 108 ms-1、 2019/5/6 宿題（解答訂正） 下記の表の空欄を埋めなさい。真空中の光速 c = 3.0 × 108 ms-1、 プランク定数 h = 6.63 × 10-34 Js とする。 λ (m) ν (Hz) ν (cm-1) E (J) 電磁波の種類 10 m 3 × 107 1 × 10-3 1.99 × 10-26 ラジオ波 10 cm 3 × 109 1 1.99 × 10-24 マイクロ波 10 μm 3 × 1013 1000 1.99 × 10-20 赤外線 500 nm 6 × 1014 2 × 104 3.98 × 10-19 可視光線 250 nm 12 × 1014 4 × 104 7.96 × 10-19 紫外線 0.1 nm 3 × 1018 1 × 108 1.99 × 10-15 Ｘ線

電磁波(光)を利用した測定法 波長 短 長 マイクロ 波 γ線 Ｘ線 赤外線 ラジオ波 高 E (光子のエネルギー;単位: J) 低 2019/5/6 電磁波(光)を利用した測定法 高 E (光子のエネルギー;単位: J) 低 波長 短 長 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) 紫外線 可視光線 マイクロ 波 γ線 Ｘ線 赤外線 ラジオ波 電子による Ｘ線の弾性散乱 分子の 回転運動 核スピンの 反転 物理現象 電子遷移 分子振動 紫外可視 分光法 回転 分光法 赤外分光法 Ｘ線結晶構造 解析 NMR 分光法 測定法 蛍光 分光法 ラマン 分光法 ESR 分光法 CD, ORD 旋光度 回折法 分光法

紫外可視吸収スペクトル 紫外可視吸収スペクトル = 波長-吸光度プロット その波長の光をたくさん吸収 吸光度が大きいほど 吸光度 (nm) 2019/5/6 紫外可視吸収スペクトル 波長 (nm) 吸光度 その波長の光をたくさん吸収 吸光度が大きいほど 紫外可視吸収スペクトル = 波長-吸光度プロット

2019/5/6 分光って何？ 分光とは 光を波長ごとに分けること 有名な例：プリズムによる可視光の分離

紫外可視吸収スペクトル リボフラビン 黄色 その波長の光をたくさん吸収 吸光度が大きいほど 吸光度 波長 (nm) 紫 緑 青色 青色を吸収 2019/5/6 紫外可視吸収スペクトル リボフラビン 黄色 その波長の光をたくさん吸収 吸光度が大きいほど 吸光度 波長 (nm) 紫 緑 青色 青色を吸収 白色光 黄色系（青の補色） 補色関係 全波長の可視光 青色が抜けた可視光 リボフラビン 色相環

紫外可視吸収の化学的背景 エテンの分子軌道 エテン (エチレン) πz* E = hν πz λ = 165 nm 励起前 励起後 反結合 2019/5/6 紫外可視吸収の化学的背景 エテンの分子軌道 エテン (エチレン) 励起前 励起後 • • • • • • 反結合 性軌道 πz* 電子励起 E = hν = h(c/λ) πz 結合性 軌道 結合： 6個 λ = 165 nm に相当する エネルギー 結合性軌道： 6個 分子軌道 (σ結合)

演習 1. 下記の文章の空欄に入る言葉を書き入れなさい． 紫外光および可視光の吸収は 電子遷移 によって引き起こ 2019/5/6 演習 1. 下記の文章の空欄に入る言葉を書き入れなさい． 紫外光および可視光の吸収は　　電子遷移　　によって引き起こ される。二重結合を有する化合物で起こる遷移には、 π→π* 遷移と　 　n→π*　　　遷移と呼ばれる遷移がある。軌道間のエネ ルギー準位の差分に相当するエネルギーを　紫外光または可視光　 の波長領域の光を吸収することで得る。

n n→π*遷移 ローンペア（n電子） 反結合性軌道 π* n→π*遷移 非結合性軌道 on-bonding orbital π 結合性軌道 2019/5/6 n→π*遷移 ローンペア（n電子） 反結合性軌道 • • • π* n→π*遷移 非結合性軌道 on-bonding orbital n π 結合性軌道 σ • • •

n π→π*遷移 ローンペア（n電子） 反結合性軌道 π* 非結合性軌道 on-bonding orbital π→π*遷移 π 結合性軌道 2019/5/6 π→π*遷移 ローンペア（n電子） 反結合性軌道 • • • π* 非結合性軌道 on-bonding orbital n π→π*遷移 π 結合性軌道 σ • • •

n n→π*遷移 ローンペア（n電子） 反結合性軌道 π* n→π*遷移 非結合性軌道 on-bonding orbital π→π*遷移 2019/5/6 n→π*遷移 ローンペア（n電子） 反結合性軌道 • • • π* n→π*遷移 非結合性軌道 on-bonding orbital n π→π*遷移 π 結合性軌道 σ • • •

宿題（予習項目） 1. 透過度の定義を調べなさい． 2. 透過度と吸光度の関係を式で表しなさい． 2019/5/6 宿題（予習項目） 1. 透過度の定義を調べなさい． 2. 透過度と吸光度の関係を式で表しなさい． 3. 化合物の濃度および光が通過するサンプルの層長（光路長）に 　 比例するのは透過度か吸光度か． 予習項目がかわらなかったら、教科書P4からP5に書かれている 内容を要約すること。

演習 1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい． 2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい． 2019/5/6 演習 1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい． 2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい． 3. 下記の方程式を x について解きなさい． 5 = log(x) 5x = 10 4. サンプル溶液の層長（光路長）が 1 cm の時、吸光度が 1 で 　　あった。この溶液の層長が 2 cm になった時、透過光は入射光 　　の何倍になるか答えなさい。 必要なら以下の数値を使いなさい。 log 2 = 0.301, log 5 = 0.699

透過度／透過率 サンプル溶液 入射光強度： I0 透過光強度： I I0 I t = 透過度 (t)（無次元）： 日本薬局方の定義 I0 I 2019/5/6 透過度／透過率 サンプル溶液 入射光強度： I0 透過光強度： I I0 I t = 透過度 (t)（無次元）： (eq. 1) 日本薬局方の定義 I0 I T = ×100 透過率 (T)（%）： (eq. 2) 必要条件：入射光には単色光を用いる。 単一波長の光、つまり単色光が、 I0 の強度である物質の溶液を通過し、 I の強度の透過光となったとき、その減少比率を透過度といい、、、（訂正：教科書 p4）

透過度／透過率 サンプル溶液 入射光強度： I0 透過光強度： I I0 I t = 透過度 (t)（無次元）： 日本薬局方の定義 2019/5/6 透過度／透過率 サンプル溶液 入射光強度： I0 透過光強度： I I0 I t = 透過度 (t)（無次元）： (eq. 1) 日本薬局方の定義 透過率 (T)（%）： I0 I T = ×100 (eq. 2) 必要条件：入射光には単色光を用いる。 入射光強度 (I0) に対する透過光強度 (I ) の割合 ( ) I0 I 単一波長の光、つまり単色光が、 I0 の強度である物質の溶液を通過し、 I の強度の透過光となったとき、その減少比率を透過度といい、、、（訂正：教科書 p4）

透過度と層長(1) I0 I1 I0 I1 t1 = I1 = t1•I0 層長 (l ) I0 I2 I0 I2 t2 = 2019/5/6 透過度と層長(1) I0 I1 I0 I1 t1 = (eq. 3) I1 = t1•I0 (eq. 4) 層長 (l ) 1 cm I0 I2 I0 I2 t2 = (eq. 5) I2 = t2•I0 = (t1)2•I0 (eq. 6) (eq. 11) 層長 (l ) 2 cm I0 (eq. 9) I1 1 cm I2 I2 = t1•I1 = t1(t1•I0) = (t1)2•I0 I0 I1 t1 = I1 I2 t1 = eq.9 と eq.6 より 層長 (l ) 1 cm t2 =(t1)2 (eq. 10) (eq. 7) (eq. 8)

透過度と層長(2) 単位長が 1 cm の場合 I0 I2 t2 = I2 = t2•I0 = I0•(t1)2 層長 (l ) 2019/5/6 透過度と層長(2) 単位長が 1 cm の場合 I0 I2 t2 = 2 cm I2 = t2•I0 = I0•(t1)2 (eq. 5) (eq. 11) 層長 (l ) 単位長が l0 で、その透過率が t0 の場合 I0 I I0 I t(l ) = (eq. 5) I = t(l)•I0 l0 l l0 l ( ) 層長 (l ) l 層長 (l ) は l0 の 倍より t(l) = (t0) l0 l ( ) I = t(l)•I0 = I0• (t0) 透過光強度は指数関数的に減少

透過度と層長(3) 単位長が l0 で、その透過率が t0 の場合 I0 I I0 I t(l ) = I = t(l)•I0 l0 l 2019/5/6 透過度と層長(3) 単位長が l0 で、その透過率が t0 の場合 I0 I I0 I t(l ) = (eq. 5) I = t(l)•I0 l0 l l0 l ( ) 層長 (l ) l 層長 (l ) は l0 の 倍より t(l) = (t0) l0 l ( ) t(l) = (t0) 透過度は層長 (l ) に対して指数関数的に減少 透過度と層長 (l ) の関係 t(l) 指数関数 l

吸光度と層長(1) 吸光度（どれだけ光が吸われたか） ⇔透過率（光がどれだけ透過したか） 吸光度と透過率は「逆イメージ」 1 1 A’ = 2019/5/6 吸光度と層長(1) 吸光度（どれだけ光が吸われたか） ⇔透過率（光がどれだけ透過したか） 吸光度と透過率は「逆イメージ」 t(l) 1 1 (t0) l0 l ( ) A’ = = (- ) l0 l 吸光度’ A’として透過度の逆数をとると = (t0) 吸光度’と層長 (l ) の関係 t(l) 1 指数関数的に発散 l

吸光度と層長(2) 吸光度’ A’として透過度の逆数をとると 透過度と層長 (l ) の関係 指数関数的に発散 2019/5/6 吸光度と層長(2) 吸光度’ A’として透過度の逆数をとると 透過度と層長 (l ) の関係 指数関数的に発散 吸光度 A として「透過度の逆数」の対数をとると l0 l l0 l l0 log (t0) (- ) A = log A’= log (t0) = - log (t0) = - l 定数 吸光度と層長 (l ) の関係 吸光度 A 比例関係に（便利） l

吸光度と層長(3) 吸光度’ A’ として「透過度の逆数」の対数をとると l0 l l0 log (t0) (- ) 2019/5/6 吸光度と層長(3) 吸光度’ A’ として「透過度の逆数」の対数をとると l0 l l0 l l0 log (t0) (- ) A = log A’= log (t0) = - log (t0) = - l A = C•l A ∝ l 定数 吸光度 A は層長に比例する（Lambertの法則） 透過度と層長 (l ) の関係 t(l) 1 比例関係に（便利） t 1 A = log = −log t l

吸光度と濃度 I0 I1 I0 I1 t1 = 層長 (l ) 濃度 (c) I0 I2 I0 I2 t2 = 層長 (l ) 2019/5/6 吸光度と濃度 I0 I1 I0 I1 t1 = (eq. 3) 吸光度 A1 層長 (l ) 1 cm 濃度 (c) I0 I2 I0 I2 t2 = (eq. 5) 吸光度 A2 = 2A1 層長 (l ) 2 cm 濃度 (c ) I0 I2 I0 I2 t1 = 吸光度 A2 = 2A1 層長 (l ) 1 cm 濃度 (c) 吸光度 ∝ 濃度 (c)（Beerの法則）

Lambert−Beerの法則 吸光度 A は層長 (l ) に比例する（Lambertの法則） 吸光度 A ∝ 濃度（Beerの法則） 2019/5/6 Lambert−Beerの法則 吸光度 A は層長 (l ) に比例する（Lambertの法則） 吸光度 A ∝ 濃度（Beerの法則） A = kcl k：比例定数 （Lambert−Beerの法則） k（比例定数：吸光係数）の種類 A ε = モル吸光係数 A = εcl c(mol/L)•l(cm) A E = 1% 比吸光係数（比吸光度） 1cm c(%)•l(cm) A = cl E 1% 1cm

定量分析 Beerの法則：吸光度 A ∝ 濃度 Lambert−Beerの法則 化合物固有の値（定数） A = εcl ε: モル吸光係数 2019/5/6 定量分析 Beerの法則：吸光度 A ∝ 濃度 Lambert−Beerの法則 化合物固有の値（定数） A = εcl ε: モル吸光係数 A = cl E 1% 1cm : 比吸光係数（比吸光度） E 1% 1cm l: 試料容器（セル）固有の値（定数） A = a•c a = εl or l（比例定数） E 1% 1cm ε 又は 　　が既知の場合、吸光度 (A) から濃度 (c) が決定できる。 E 1% 1cm 精度の良い定量ができる

測定装置 試料容器（セル） 石英セル 紫外・可視領域 ガラスセル 可視領域のみ（紫外領域に吸収有り） 光源（ランプ） 紫外領域 2019/5/6 測定装置 試料容器（セル） 石英セル 紫外・可視領域 ガラスセル 可視領域のみ（紫外領域に吸収有り） 光源（ランプ） 紫外領域 重水素放電管（ランプ） 可視領域 タングステン ランプ 紫外・可視領域 キセノン ランプ 検出器 モノクロメーター（単色化装置） 光電子倍増管 回折格子、プリズム

紫外可視吸収を起こす化合物の構造 紫外可視吸収の原因：電子遷移 π→π*遷移 n→π*遷移 π 電子は多重結合を有した化合物にしか存在しない 2019/5/6 紫外可視吸収を起こす化合物の構造 紫外可視吸収の原因：電子遷移 π→π*遷移 n→π*遷移 π 電子は多重結合を有した化合物にしか存在しない 化合物 吸収極大波長 短 波長 長 共役系 短 長 ethene (H2C=CH2) 165 nm H2C=CH−CH=CH2 217 nm H2C=CH−CH=CH−CH=CH2 256 nm 455 nm

まとめ サンプル溶液 単色光 入射光強度： I0 透過光強度： I I0 I t = 透過度 (t)（無次元）： I0 I T = ×100 2019/5/6 まとめ サンプル溶液 単色光 入射光強度： I0 透過光強度： I I0 I t = 透過度 (t)（無次元）： (eq. 1) I0 I T = ×100 透過率 (T)（%）： (eq. 2) t 1 吸光度 (A)（無次元）： A = log = −log t Lambert−Beerの法則： A = εcl = cl E 1% 1cm

演習 1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい． 2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい． 2019/5/6 演習 1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい． 2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい． 3. 下記の方程式を x について解きなさい． 5 = log(x) 5x = 10 4. サンプル溶液の層長（光路長）が 1 cm の時、吸光度が 1 で 　　あった。この溶液の層長が 2 cm になった時、透過光は入射光 　　の何倍になるか答えなさい。 必要なら以下の数値を使いなさい。 log 2 = 0.301, log 5 = 0.699

連絡 以下の方は講義の後に田中のところにきて下さい． 宮本辰徳君 幸田直己君 樫原里奈さん 須田直暉君 竹内悠生君 多田桃子さん 2019/5/6 連絡 以下の方は講義の後に田中のところにきて下さい． 宮本辰徳君 幸田直己君 樫原里奈さん 須田直暉君 竹内悠生君 多田桃子さん

演習 1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい． 2019/5/6 演習 1. 透過度が 0.001 の時、吸光度はいくつか計算しなさい． A = − log t = − log(0.001) = − log(10-3) = − (−3) = 3 2. 吸光度が 2 の時、透過度はいくつか計算しなさい． A = − log t → log t = − A → t = 10(− A) = 10(− 2) = 0.01 3. 下記の方程式を x について解きなさい． 5 = log(x) → log(x) = 5 → x = 105 5x = 10 → log(5x) = log10 → x•log5 = 1 → x = 1/log5 = 1/0.699 = 1.4306••••• = 1.431

演習 4. サンプル溶液の層長（光路長）が 1 cm の時、吸光度が 1 で あった。この溶液の層長が 2 cm になった時、透過光は入射光 2019/5/6 演習 4. サンプル溶液の層長（光路長）が 1 cm の時、吸光度が 1 で 　　あった。この溶液の層長が 2 cm になった時、透過光は入射光 　　の何倍になるか答えなさい。 層長（光路長）： 1 cm → 2 cm 吸光度： 1 → 2 （Lambert-Beerの法則より） A = − log t → 2 = − log t → t = 10-2 → t = 0.01 I0 I ここで t =　　 より、 = 0.01 I0 I 即ち、透過光 (I) は入射光 (I0) の 0.01 倍

宿題 1. 吸光度が 2 の時、入射光に対する透過光の割合はいくつか． 2. 吸光度が 3 の時、入射光に対する透過光の割合はいくつか． 2019/5/6 宿題 1. 吸光度が 2 の時、入射光に対する透過光の割合はいくつか． 2. 吸光度が 3 の時、入射光に対する透過光の割合はいくつか． 3. 問題1,2の結果から、吸光度３以上の測定が難しいことを説明し なさい． 予習 4. 分子が赤外線を吸収する要因を説明しなさい。 解らない場合、P45, P51の赤外吸収スペクトルについてまとめ て下さい。