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近赤外分光法（NIR）は、30年以上にわたって確立された分析技術です。 これは、固体および液体の化学的・物理的特性を測定するための迅速かつ信頼性の高い分析方法です。 この近赤外分光法に関するシリーズの第１回目では、近赤外分光法の原理、利点、多用途性について解説します。
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近赤外分光法（NIR）の原理とは？
（NIR）は、光と物質の相互作用を利用してスペクトルを測定します。通常、分光法では照射した光の波長（波数）とエネルギーの関係で記述されます。近赤外分光法は電磁波の近赤外（NIR）領域、つまり780～2500nmの範囲で測定されます。言い換えれば、近赤外分光法はサンプルの近赤外領域の光の吸収特性を測定します。近赤外分光法と中赤外分光法はその波長範囲が異なりますので、これらの2つの分光法の違いはブログ記事 「NIR vs. IR: What is the difference?」で解説しています。
近赤外分光法は相対的な分析手法です。つまり、検量線予測モデルを作成する必要があります。例えば従来分析手法がHPLC測定であった場合、まずはサンプルの標準溶液をHPLCと近赤外分光法で測定し、その相関関係の検量線モデルを作成する必要があります。
これはNIRSと類似しています。最初に滴定などの一次方法から収集された既知の濃度または既知の測定値を持ついくつかのスペクトルを測定する必要があります。これらのスペクトルを用いて、化学計量学ソフトウェア (例；メトローム Vision ソフトウェア) を使用して予測モデルが作成されます。その後、未知のサンプルの定期的な分析が開始されます。予測モデルの作成方法については、次回のコラム（Part２) «How to implement NIR spectroscopy in your laboratory workflow»で解説しています。
NIR分光法は特に-CH、-NH、-OH、および-SHなどの特定の官能基の存在に対して感度があります。そのため、水分含有量（湿度）、ヒドロキシル価、酸価、アミン含有量などの化学パラメータを定量化するのに理想的な方法です。これは、例えばいくつか挙げるだけで、物理的およびレオロジカルなパラメータ（粒度、密度、固有粘度、溶融流動速度など）の検出を可能にします。
固体サンプル、液体サンプルの測定方法
近赤外分析法の利点を理解するための良い出発点は、近赤外スペクトルがどのように測定されているかを良く理解することです。近赤外分光法（NIR）は様々な種類のサンプルを測定することが可能ですが、サンプルの種類に応じて異なる機器が必要になる場合があります。
透明な液体から不透明なペーストや粉末に至るまで、さまざまな測定方法で測定が可能です。適切な測定方法、サンプリングモジュール、およびアクセサリを選択することは、堅牢な近赤外分析計を開発するための最も重要なステップです。 以下に、さまざまなサンプルタイプ（拡散反射、拡散透過、透過反射、透過）のさまざまな方法を示します。
固体サンプルの測定
拡散反射： 粉末、顆粒、クリーム、ペースト
近赤外光はサンプルに浸透し、サンプルと相互作用し、そのサンプル情報を持った反射光が検出器で検出されます。この方法は、サンプルの事前処理なしで固体サンプルを測定するのに最も適しています。
拡散透過： 錠剤とカプセル
拡散反射と同様に、近赤外光はサンプルに浸透し、サンプルと相互作用します。このサンプル粒子との相互作用により、サンプル全体に拡散、透過を繰り返した光が検出器で検出されます。この方法は、サンプルの事前処理なしで固形製剤を測定するのに最も適しています。
固体サンプルの測定手順
固体サンプル（粉末など）は、適切な容器やバイアルに保護された状態で正しくセットされなければいけません。分析を開始する前に、外部の光が結果に影響を与えないように、機器の蓋を閉じる必要があります。
近赤外光はサンプル容器下方から照射され、サンプルと相互作用し、その近赤外光がサンプル容器下方に設置された検出器に導かれます。約40秒後に測定が完了し、その結果が表示されます。この近赤外光にはそのサンプル情報全て含まれているので、拡散反射測定と呼ばれています。
液体サンプルの測定
透過反射： 液体とゲル
この測定方法は透過と反射の組み合わせです。サンプルの後方に反射板が配置され、サンプルと相互作用した近赤外光が検出器で検出されます。この方法は液体サンプルを測定するのに最も適しています。
透過：液体
透明なサンプルでは、そのサンプルが近赤外分光器内の光源と検出器の間にセットされます。そのサンプルと相互作用し透過した近赤外光は検出器で検出されます。この方式は、透明な液体の溶液や懸濁液を測定するのに最も適しています。
液体サンプルの測定手順
右図に示すように、液体サンプルの近赤外分析では、サンプルをバイアルまたはキュベットに入れて、近赤外分析計のコンパートメントにセットします。測定を開始するとコンパートメントが自動で閉まり、約40秒後に測定結果が得られます。
この測定では近赤外光はサンプルを透過して検出器に到達しますので、透過測定法として知られています。
近赤外分光法（NIR）の利点
近赤外分析の利点は既に近赤外スペクトルを測定する手順で述べていますが、サンプル測定に関する迅速さと簡便性です。以下に、近赤外分析（NIR）の具体的な利点を示します：
- 1分未満で測定結果が得られる迅速な技術
- サンプルの前処理が不要で、サンプル形態そのままで測定可能
- サンプル毎の低コスト - 化学物質や溶媒は不要
- 環境に優しい技術 - 廃棄物が発生しない
- 非破壊 - 分析後に貴重なサンプルを再利用できる
- 測定が簡単、専門知識がなくても測定可能
近赤外分光法 (NIR) を利用した測定例（アプリケーション）
近赤外分析計は多様な応用が可能で、化学的および物理的な分析値を求めることができ、化学、ポリオール、ポリマー、食品、動物飼料、製薬、パルプ・紙、塗料、石油化学、および石油燃料産業など、さまざまな分野で使用されています。一般的に、近赤外分析計は品質保証、品質管理、原材料の識別、化学組成の検証、プロセス制御、リアルタイム反応モニタリング、スクリーニングに使用されます。
近赤外分析法を利用したアプリケーションはメトロームのアプリケーション検索で見つけることができます。
近赤外分光法は、固体や液体中の化学的および物理的な特性を測定するための信頼性のある方法です。この迅速な手法は、近赤外分析に関する専門のトレーニングを受けてない方でも、装置を導入して使いこなすことができます。
パート3で実際どのようにしてラボで使用するかご紹介します。
How to implement NIR spectroscopy in your laboratory workflow
参考情報
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
To learn more about the spectroscopic details of NIR spectroscopy, e.g. overtones and combination bands, multivariate data analysis and chemometrics, download this monograph.
