生体分子解析学 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.

Presentation on theme: "生体分子解析学 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."— Presentation transcript:

1 生体分子解析学 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

2 電磁波(光)について 電磁波とは？ 波長 マイクロ 波 γ線 Ｘ線 赤外線 ラジオ波 可視光線 真空紫外 紫外線 紫 藍 青 緑 黄 橙 赤
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) マイクロ 波 γ線 Ｘ線 赤外線 ラジオ波 可視光線 真空紫外 紫外線 紫 藍 青 緑 黄 橙 赤 波長 10 200 400 800 (nm) （電場と磁場の相互作用により）媒体無しに空間を伝播する波 γ線からラジオ波までの電磁波は単に波長が異なるだけ！

3 電磁波(光)の特徴 波動（波）の特性を表すパラメーター 波長 (λ (ラムダ)と表す) 波の進行速度 sin波(正弦波) 振幅
振動数（周波数）：１秒あたりの波の通過数。単位はHzまたはs-1。 電磁波は典型的なsin波(正弦波)

4 電磁波(光)の特徴(1) 波動（波）の特性を表すパラメーター 真空中の速度： 3.0 × 108 ms-1 (すべての電磁波!!!)
= (可視光の)真空中の光速 (cと表す） 波長 (λ (ラムダ)と表す。単位は m。) 振動数 (別名: 周波数。ν (ニュー)で表す。単位は Hz 又は s-1。) 波数 ( ν で表す。単位は cm-1。1 cmの中に含まれる波の数) 光子のエネルギー E = hν (ただしhは プランク定数)

5 電磁波(光)の特徴(2) 真空中の速度： 3.0 × 108 ms-1 (すべての電磁波!!!) = 真空中の光速 (cと表す）
波長 (λ (ラムダ)と表す) 電磁波は1秒間に3.0 × 108 m 進む。 3.0 × 108 ms-1 = c A 1秒間に点Aを通過する波の数(振動数ν)は光速cを波長で割れば良い。 振動数 ν (Hz) = λ (m) c (ms-1) 重要

6 電磁波(光)の特徴(3) 波数 ( ν で表す。単位は cm-1。1 cmの中に含まれる波の数) 波長 (λ (ラムダ)と表す)
1 cmの中に含まれる波の数(波数 ν )は1 cmを波長(cm)で割れば良い。 ただし、波長の単位をcmに換算して割り算すること。 1 波数 ν (cm-1) = 重要 λ (cm)

7 電磁波(光)のまとめ 高 E (光子のエネルギー;単位: J) 低 高 ν (波数; 単位: cm-1) 低 高
ν (振動数(周波数); 単位: Hz) 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) マイクロ 波 γ線 Ｘ線 赤外線 ラジオ波 可視光線 真空紫外 紫外線 紫 藍 青 緑 黄 橙 赤 波長 10 200 400 800 (nm)

8 演習＆宿題 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 × Js とする。 λ (m) ν (Hz) ν (cm-1) E (J) 電磁波の種類 10 m 3 × 109 1000 500 nm 250 nm 3 × 1018

9 演習＆宿題 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 × 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

10 電磁波(光)が引き起こす物理現象 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
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 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

11 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
(m) 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 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

12 可視吸収と色 反射光の色 (入射光) (反射光) 白色光 黄色系（青の補色） 全波長の可視光 青色が抜けた可視光 リボフラビン 青色を吸収
透過光の色 補色関係 リボフラビン (入射光) (透過光) 白色光 黄色系（青の補色） 全波長の可視光 青色が抜けた可視光 色相環

13 色の吸収を定量的に見ることはできないか？
客観的かつ定量的な色の吸収の測定 可視光/紫外光の吸収等を測定する機器分析 方法論：紫外可視分光法 装置：紫外可視吸光光度計 スペクトル：紫外可視吸収スペクトル

14 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)

15 紫外可視吸収スペクトル 紫外光 可視光 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
(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 紫外光 可視光 紫外可視吸収スペクトル = 波長-吸光度プロット

16 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

17 分光法って何？ 分光法とは 波長ごとに分けられた光に対する 物質の応答を調べる方法 光に対する物質の応答 光の吸収：吸収スペクトル 光の放出：発光スペクトル 　　　　　　　（蛍光、リン光）

18 再掲：色の吸収を調べる方法は？ 紫外可視分光法 (紫外可視吸収スペクトル) 反射光の色 (入射光) (反射光) 白色光 黄色系（青の補色）
全波長の可視光 青色が抜けた可視光 リボフラビン 青色を吸収 リボフラビン 黄色 青色（可視光の一部）の吸収を調べる方法 紫外可視分光法 (紫外可視吸収スペクトル)

19 紫外可視吸収スペクトル 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) 分光された光の波長

20 紫外可視吸収スペクトル 450 nmの光が化合 物に照射されたとき の吸光度が0.3 分光された光の波長 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) 分光された光の波長

21 紫外可視吸収スペクトル 450 nmの光が化合 物に照射されたとき の吸光度が0.3 分光された光の波長
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) 分光された光の波長 白色光ランプの光から特定の波長の光のみを取り出している 単色化

22 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 補色関係
色相環

23 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
黄色系（青の補色） 補色関係 白色光 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

24 紫外可視吸収の化学的背景 エテン (エチレン) p軌道 p軌道 π結合 sp2混成 σ結合

25 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* πz 励起前 反結合 性軌道 結合性 軌道 結合： 6個
• • • 反結合 性軌道 πz* πz 結合性 軌道 結合： 6個 結合性軌道： 6個 分子軌道 (σ結合)

26 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* πz 励起前 励起後 反結合 性軌道 電子励起 結合性 軌道
• • • • • • 反結合 性軌道 πz* 電子励起 πz 結合性 軌道 結合： 6個 結合性軌道： 6個 分子軌道 (σ結合)

27 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
• • • • • • 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)

28 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 によって引き起こ
紫外光および可視光の吸収は　　　　　　　　　　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、 　　　　　　　 遷移と　 　　　　　　　　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　　 の波長領域の光を吸収することで得る。

29 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
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。

30 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。