5 【機器分析/分析化学】【ラマン分光法】原理と交互禁制律 [ゆっくり丁寧]

[@tomonoLab]

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tomonolab.com/2022/01/22/class_page/

[@すずか-t3u]

わかりやすい動画をいつもありがとうございます！
初歩的な質問で恐縮ですが、27:55の非破壊な測定とはどういう意味でしょうか🙌🏻

[@tomonoLab]

すずさん　コメントありがとうございます。非破壊分析とは，測定物を壊さずに測定できる方法です。　例えば，ラマンの相方である赤外吸収分析の場合，測定物を臭化カリウムと混合してペレット(錠剤)を作製します。つまり，すずさんが時間をかけて合成した試料がKBｒと混ぜられて錠剤になるので，分析後に回収するのは大変です。分析後に回収が困難あるいは大変な分析を「破壊分析」と言います。　一方，ラマンはステージがあって，そこに試料を置くだけです。固体・液体であればシャーレにでも載せて,ステージにのせるだけです。気体であれば筒状の密閉容器(石英製)があるので封入して，ステージに置くだけです。　ステージに「ポンッ」と置くだけなので，回収はめっちゃ簡単です。こういった分析後に回収が簡単な分析を「【非】破壊」分析と言います。
一応，回収が大変だけどできるのものも，「【非】破壊」分析ということがあります。ＮＭＲは色々と混ぜますが回収できるので「【非】破壊」分析です。
もし，追加で質問がある場合はいつでもしてくださいね～

[@すずか-t3u]

友野先生、ご丁寧な解説ありがとうございます。
現在B4ですが、確かに、IR測定後の試料は回収しませんし、NMR後の精製物は次の反応チェックでの3点打ちに使うため、いつも保存しています。
明日は研究室の分析機器が破壊か非破壊か見分ける日になりそうです。

[@tomonoLab]

@@すずか-t3u すずさん　それ面白いですね。うちでもやろうかしら。

[@tomonoLab]

@@すずか-t3u さん　よくよく考えたら，私は「回収ができるか否か」で「破壊分析」と「非破壊分析」を定義していましたが，正確には「測定試料が分解されるもの＝破壊分析」と定義している人もいるようです。。そういった意味では，赤外も測定物質はそれぞれの分子や原子に分解されていないので，非破壊分析と言えるかもしれません。「分解される」を破壊分析とするなら，炎色反応等が「原子や分子に分解」するので破壊分析になるかもです。ラボの定義を確認したほうが良いですね！　よくよく調べずに回答してしまって，すいません

[@カカシ-f7z]

はじめまして。とてもわかりやすい動画をありがとうございます。質問なのですが23:57の水分子の中央の図の双極子モーメントはどうして左向きになるのでしょうか？

[@tomonoLab]

カカシさん　コメントありがとうございます。間違えてますね。右向きですね。真ん中の分子の場合，水素の動き(矢印)の合成ベクトル(左向き)に対して，反対(右向き)方向に酸素が動きます。酸素と双極子モーメントの矢印を一致させますので，カカシさんのご指摘の通り，「右向き」が正解です。ご指摘ありがとうございました。
蛇足となるのですが，無機分析系では，マイナスからプラスに向かって矢印を延ばすのですが，有機系ではプラスからマイナスに矢印を延ばします。これを直前まで説明に入れるか悩んで，ややこしいので削除したんですが，矢印が直しきれてなかったんですね。　
備考欄に【訂正文】を記載させていただきます。　この度は誠にありがとうございます。

[@kunnifc]

具体的な例の解説を見たいんですが、ラマン活性か不活性かという問題で二酸化炭素の逆対称伸縮のように平衡位置とは形が異なるのに不活性なもの、
水の逆対称伸縮のように形は対称であるのにラマン活性になるもの、など区別や大きさの予想ができません、、ご教授ください、、、

[@tomonoLab]

質問が読み取れず、明後日な回答であればすみません。もう一度質問してください。
ラマン活性と不活性の違いを理解するために、分子の対称性と分極率の変化が重要です。具体例を挙げて解説します。
A.　二酸化炭素 (CO₂) の逆対称伸縮振動
・振動の特徴: 二酸化炭素の逆対称伸縮振動は、酸素原子が一方に伸び、他方に縮む運動です。
・形の変化: この振動では分子の平衡位置から形状が変わるため、「非対称」に見えます。
・ラマン不活性の理由:
＞＞ラマン散乱では、分子の分極率 (polarizability) の変化が必要です。
＞＞逆対称伸縮では、運動による分極率の変化がほとんどありません（左右の酸素原子が逆方向に動くため、分極率の変化が打ち消される）。
＞＞そのため、逆対称伸縮振動はラマン不活性です。
このとき、赤外活性です。
B.水 (H₂O) の逆対称伸縮振動
・振動の特徴: 水分子の逆対称伸縮振動では、2つのO-H結合が伸縮運動を逆位相で行います。
・形の変化: 振動中の水分子の形は対称に見えるため、「対称的」に見えます。
・ラマン活性の理由:
＞＞この振動では分極率が変化します。特に、結合長の変化に伴って分子全体の分極率テンソルが大きく変動します。
＞＞分極率が変化するため、このモードはラマン活性です。
このモードは赤外活性でもある。。
ラマン活性/不活性の区別のポイント
ラマン活性の条件:
・振動によって分極率が変化する必要があります。分極率は、分子が外部の電場に応じて電子雲が変形する度合いを表します。
赤外活性の条件:
・振動によって双極子モーメントが変化する必要があります。
振動モードの区別例:
・対称伸縮振動（CO₂の対称伸縮）→ ラマン活性
・逆対称伸縮振動（CO₂の逆対称伸縮）→ 赤外活性
・対称振動でも逆対称振動でも、分極率変化が大きければラマン活性になる（例: H₂Oの逆対称伸縮）。
振動の強度の予想
・分極率の変化量が大きいほどラマン散乱の強度が高くなります。
・逆対称伸縮振動は分極率の変化が小さい場合が多いので、ラマン散乱の強度は弱いか不活性になります。
長文となりましたが、いかがでしょう？