分光光度計と比色計の違いとは？

光と色

　プリズムを通した屈折光は通常、白色光です。しかし白色光はさまざまな波長の光で構成されています。ガラスのプリズムに光を当てると、白色光は7つの色の帯に分かれます。このプロセスは分散または屈折と呼ばれ、その色の帯は（可視）スペクトルと呼ばれます。赤、オレンジ、黄色、緑、水色、紺色、紫など、さまざまな色が見えます。

　このことから色が光に依存していることが分かります。私たちが実際に知覚しているのは、色そのものではなく、光が物体を照らしたときの効果です。白い光が物体に当たると、反射、吸収、透過が起こります。ガラスはほとんどの光を透過するため、無色に見えます。白い紙はすべての光を反射するため、白く見えます。木炭はすべての光を吸収するため、黒く見えます。オレンジ色がオレンジ色に見えるのは、オレンジ色が他の色よりもよく反射するからであり、リンゴが緑色に見えるのは、緑色の光をよく反射するからです。

　要約すると物体のほとんどは物体を構成する化学構造が特定の波長の光を吸収します。そして他の波長の光を反射するため色がついて見えます。

比色とは？

　比色とは、単純に色または色の強度を測定することを意味します。物質の吸光度に対する光の吸収具合を測定することにより、物質の濃度を決定します。視覚比色では、自然光または人工の白色光を光源とし、通常は比色計またはカラーコンパレータと呼ばれる簡易的な道具を使用して測定します。人間の目を光電池に置き換えると、光電式比色計と呼ばれます。

　比色分析は、物質が互いに化学的に反応して着色生成物を形成する原理に基づいています。物質に強度I0の光を照射すると、一部の光が物質の分子に吸収され、残りの光強度Iが反射または透過します。これらの強度による吸収Aは、次のビール・ランバートの法則に従います：

A = -log I0/I

この式は以下のように変換できます：

A = Ɛλ – d – C

　ここで、Ɛλ は波長λ / L/mol-cm におけるモル消衰係数、d は光路長 /cm、C は濃度/mol/リットルです。この比較的単純な式を使用して、吸光度を物質の濃度と関連付けることができます。この式は光度計におけるすべての定量的含有量決定の基礎です。

比色光度計と分光光度計の比較

　光度計は、フィルターを使用して特定の波長を分離します。比色計は、狭帯域フィルターや類似のシステムを使用して光を色成分に分割し、それらを人間の目に基づいた比較曲線に当てはめることで、目が知覚する色値を生成します。これは人間の視覚反応との比較には理想的ですが、人間の目には見えない情報はカットされます。これには、例えば、スペクトルの特定のポイントにある狭い発光ピークが含まれ、これは分光光度計で取り込む必要があるスペクトルデータです。

分光光度計

　分光光度計は、あらかじめ定義された特定の波長だけでなく、可視スペクトル範囲のあらゆる波長を測定できます。分光光度計は白色光、つまりタングステンハロゲンランプの光から、あらかじめ定義された波長の光を分離します。この目的のために、光学格子または同等のシステムを使用します。発光スペクトルのように全スペクトル範囲を一度に測定する場合は、センサーアレイを使用して光を検出します。吸光度測定など、液体中のイオン濃度を測定する場合、目的の波長を正確にビーム経路に反射させるため、回転可能なグレーティングを使用することもあります。ハンナの分光光度計HI 801はこのカテゴリーに属します。
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分光光度計の光学メカニズム

シングルビーム

　従来のシングルビーム光度計は、単一波長で数秒ごとに完全なスペクトルを取得し、ゼロサンプルとサンプルを次々に測定します。このタイプでは、特に長時間の測定の場合、ランプの不安定性が問題になることがあります。

ダブルビーム

　ダブルビーム分光光度計は、前述のシングルビーム分光光度計の欠点を補うために開発されました。このようなシステムでは、測定試料とゼロ試料に同じエネルギー、同じ光路の光ビームを同時に照射できるように、機械的な遮断器を使用して光ビームを分割します。この設計の欠点は多くの部品が必要になることと、光強度が低いため同じ感度でも測定時間が長くなることです。

スプリットビーム

　スプリットビーム光度計は、デュアルビーム分光光度計に似ていますが、2つの光路を作るためにインターラプターの代わりにビームスプリッターを使用します。この構造では、サンプルとゼロサンプルが同時に照射され測定されます。このために2つの光検出器が必要ですが、デュアルビーム装置よりも少ない部品で済みます。ハンナはHI 801にスプリットビーム技術を採用しています。

　HI 801は2本目の光路を基準光検出器に照射するためだけに使用することで、この手法の利点を最大限に引き出しています。ゼロサンプルとサンプルは、同じビーム経路で次々に測定されます。HI801が非常にコンパクトに設計されているのもこのためです。リファレンス検出器は、光度計を電子的に安定させるために使用されます。収束レンズもハンナの特徴です。これは、ビームと散乱光をディテクターに集光することにより、光を散乱させるガラスセルの凹凸（傷など）を補正するために使用されます。

分光光度計のアプリケーション

　最新の分光光度計は、最大限の可搬性と堅牢性を実現するよう設計されており、柔軟性に富んでいます。そのため水質の元素分析、ワインの酵素分析、農作物の肥料特性の分析など、さまざまなアプリケーションに使用できます。
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