NIR vs IR：その違いは？
2024/01/08
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シリーズの第1回目 (近赤外分光法 (NIR分光法) とは？) では、NIR分光法とは何かについて説明しました。今回は、近赤外分光法と、しばしば中赤外（mid-IR）分光法とも呼ばれる赤外（IR）分光法の違いに焦点を当てたいと思います。また、ラボや製造プロセスにおける分析課題に対して、なぜNIR分光法がIR分光法よりも適しているのかについても説明いたします。
波長とエネルギーの違い
当社では、NIR分光法をNIR光と物質との相互作用の解析と定義しています。分光分析では、光は波長によって定義されます（適用されるエネルギーではありません）。この概念が新しいものである場合は、このシリーズの最初のコラム記事をご参照ください。
光の波長はそのエネルギーと逆の相関関係にあります。そのため、波長が小さいほどエネルギーが高くなります。図1には電磁スペクトルが示されています。NIR領域は可視領域（エネルギーが高い）と赤外領域（エネルギーが低い）の間に位置し、波長は780から2500 nmです。
電磁スペクトルの赤外および近赤外領域からの光は、分子の特定部分（官能基）で振動を誘発します。このことから、赤外および近赤外分光法は振動分光法の一種とされています。図2には、近赤外領域で活性ないくつかの官能基と分子が示されています。
赤外放射または近赤外光によって誘発される振動の差異は、近赤外波長が赤外領域のものよりも高いエネルギーを持つことに起因しています。
赤外領域の振動は基本的なものと分類されます - つまり、基底状態から第1励起状態への遷移です。一方、近赤外領域の振動は、組み合わせ帯（2つの振動が組み合わされた励起）または倍音です。倍音は、基底状態から第1励起状態を超える励起レベルへの振動と見なされます（図3）。これらの組み合わせ帯と倍音は、基本的な振動よりも発生確率が低く、その結果、NIR範囲のピークまたは吸収帯の強度は、IR領域のピークよりも低くなります。
このことは、階段を登るという例え（比喩）でより理解しやすくなります。ほとんどの人は一度に1段ずつ階段を登りますが、時折、急ぎの人が2段または3段を一度に登るのを見ることがあります。これは赤外と近赤外と同様です。つまり、1段ずつ（赤外 - 基本振動）よりも、2段以上を一度に登る行為（近赤外 - 倍音および組み合わせ帯）の方がはるかに珍しいことです。近赤外領域の振動は赤外振動よりも発生確率が低いため、対応する吸収帯の強度も低くなります。
赤外分光法 (IR) に対する近赤外分光法 (NIR) の優位性
上記の理論的概要から、NIR分光法がIR分光法に比べて次の利点を導き出すことができます。
NIRにおける吸収帯の強度が低いため、検出器の飽和が軽減されます.
固体サンプルの場合、NIR分析用の適切なバイアルにサンプルをそのまま使用することができます。しかし、IR分析では、KBrペレットを作成するか、固体サンプルを注意深くATR（全反射減衰）窓に配置する必要があります。さらに、全てを徹底的にクリーニングする必要があります。
液体サンプルの場合、NIRスペクトルは使い捨ての直径4 mm（または8 mm）のバイアルで測定します。これらのバイアルは、粘性の高い物質であっても簡単に充填できます。一方、IR分析では非常に短い光路長（<0.5 mm）が必要であり、高価な石英キュベットまたはフローセルを使用しますが、どちらも充填が容易ではありません。
NIRはエネルギーの高い光を使用するため、サンプルへの浸透が深くなります.
これは、近赤外分光法（NIRS) が赤外分光法とは異なり、表面特性だけでなくバルクサンプル全体に関する情報を取得することができることを意味します。
NIRは定量と定性に使用できます.
実験者は、特定の官能基を検出するために赤外分光法を使用することがよくあります（定性のみ）。一方、定量分析はNIR分光法の強みの一つです（以下参照）。
NIRは多用途です.
近赤外分光法は化学物質の定量. (e.g., moisture, API content), 化学パラメータの測定 (e.g., hydroxyl value, total acid number) または、物理パラメータの測定 (e.g., density, viscosity, relative viscosity, and intrinsic viscosity)に用いることができます. これらのリンクをクリックすると、各例のアプリケーションノートをダウンロードできます。
NIRは光ファイバーと共に使用できます.
これにより、長く低分散の光ファイバーケーブルと頑丈なプローブを備えた分析装置を用いて、分析メソッドをラボからプロセス環境に簡単に移行できます。光ファイバーケーブルは、物理的な制約のため赤外線には使用できません。
近赤外分光法 (NIR) ≠ 赤外分光法 (IR)
まとめると、NIRはIRとは異なる分析手法ですが、両者とも振動分光法の一種です。NIRはIRよりも迅速で取り扱いが容易です。サンプルの準備が不要で、バルク材料に関する情報を取得することができます。また、多機能性があります。NIR分光法はさまざまな種類の化学的および物理的パラメータの定量化を可能にし、プロセス環境にも導入できます。
赤外分光法 (IR) と近赤外分光法(NIRS) の主な違いについては動画をご覧ください。。
このシリーズの次回は、近赤外分光計をラボのワークフローに導入するプロセスに焦点を当て、具体的な例を用いて説明します.
How to implement NIR spectroscopy in your laboratory workflow
参考資料
Learn more about our NIR spectrometers for lab and process analysis, as well as Raman solutions
A guide to near-infrared spectroscopic analysis of industrial manufacturing processes
倍音やコンビネーションバンド、多変量データ解析、ケモメトリックス(計量化学)など、近赤外分光法の分光学的な詳細については、このモノグラフをダウンロードしてください。
