液体試料の測定法

図1 液体セルの外観

(1)液体セル
液膜法では試料そのものを NaCl や KBr などの窓板に数滴落とし，気泡が入らないようにもう一枚の窓板でちょうどサンドイッチのようにはさみ測定します。 試料の吸収に応じて窓板の間にスペーサをはさんだり，窓板が割れない程度にしめ厚さを調整し測定します。 ここで用いられるセルを液体セルと言います。 図1にその外観を示します。 ホルダ，窓板，スペーサは分解してばらばらにでき，測定のときに組み立てるため「組立てセル」とも呼ばれます。 この測定法は2枚の窓板の間に薄い試料の液膜を作り測定するため粘度の高い物質も簡単な操作で測定が可能ですが，測定のたびに厚さが変わるため内部標準法以外の定量分析には不適当です。 また測定中に試料が揮発してしまうような沸点の低い試料も不適当です。

図2 固定セルの外観

(2)固定セル
揮発性試料や試料を適当な溶媒に溶かした溶液の場合には，図2に示したような固定セルが用いられています。 このセルは試料注入口とフッ素樹脂栓がついていて，セルを分解しなくても試料の注入，排出，洗浄ができます。 固定セルは一定の厚さのスペーサを窓板の間にはさんで液漏れのないように組み立てられているために，定量分析や揮発性試料の測定に用いられます。 測定したい試料の吸収の強さに応じて適当なセル厚さを選ぶ必要がありますが，通常，注入，排出が容易な厚さ0.1mm 程度の固定セルがよく用いられています。

図3 (牛乳)-(純水)の差スペクトル

いちばん身近な液体，それは水ということになりますが，赤外領域には非常に強い吸収ピークを持っています。 この吸収ピークの強さは0.025mm のスペーサを用いた場合でも赤外光はさえぎられてしまうほどです。 このため水溶液の測定にはさらに薄くした状態での測定か，水素を重水素に置換して吸収ピークを低波数側にシフトさせるなどの工夫が必要でした。
FTIRの普及とともに，その有用性に再び注目を集めている方法の一つにATR法があります。 ATR法は，この苦手とされてきた水溶液測定の分野でも非常に有効な手法となっており，簡単にはプリズムに密着したごく薄い部分のみを測定できると考えれば良いでしょう。 液体試料はプリズムとの密着性が良好で，ATR法にとっては理想的な試料となります。 ごく薄い部分というのはプリズムの材質によっても異なりますが，およそ波長の1/5〜1/10程度ですから，1000cm^-1（10μm）では1〜2μm（0.001〜0.002mm）ということになり，吸収が強い水の場合でも光は透過するようになります。
プリズムの材質には，ZnSe，Ge，ZnS が準備されています。 また，ATR法を応用して微量試料やフローに対応できるシリンダー状内面反射測定装置といったものもあります。 図3にATR法で測定した市販の牛乳のスペクトルを示します。 図3は牛乳のスペクトルから水の吸収を差し引いて得られた差スペクトルで，水の強い吸収ピークがある3400，1650cm^-1付近でも良好なスペクトルが得られています。