ラマン分光の威力

分光は、光を当てたり、物質が発する光を測定したりすることで、ある物質が何でできているかを判断できる非常に便利な手法です。また、実際にサンプルに触れたり、サンプルに損傷を与えたりすることなく、これを行うことができます。これにより、あらゆる種類の理科学、ライフサイエンス、および産業アプリケーションで測定を実行するための実際的な方法になります。遠く離れた星の化学的組成を知ることさえ可能になりました。

輝かしいアイデア

基本的に、ほとんどの分光法では、何かを照らしてから、返される光の色と量を測定します。光の各色（または波長）には、異なる量のエネルギーが含まれていることに注意してください。そのため、物質は、その原子、分子、または結晶格子が振動するエネルギーに対応する特定の色で光を強く吸収します。その結果、どの色が吸収されるかを確認することで、サンプルに含まれる原子と分子がわかり、場合によってはそれらがどのように配置されているかがわかります。この情報は、指紋が各人に固有であるのと同じように、各化学物質に固有であるため、スペクトル指紋または化学指紋と呼ばれることがよくあります。

私たちの周りの世界中の分子に役立つ指紋のほとんどは、スペクトルの赤外線（IR）部分にあります。そのため、赤外線（IR）分析は化学者に非常に人気があり、この手法が非常に多くのラボで採用されているのはそのためです。

しかし、それは大きいのですが、ガラスと水は赤外線をうまく透過しません。つまり、この方法を使用して、水に浸されたものを簡単に調べることはできません。たとえば、完全に水で満たされた生細胞や、発酵など、水中で発生するあらゆる種類の化学的または工業的加工方法などです。また、ガラスを通してこの方法を使用することはできないため、半導体を処理するときに使用する可能性のある反応チャンバーへのビューポートのように、試験管内や窓を通してサンプルを分析することはできません。  

今では明確に

1928年、チャンドラセカール・ラマンという科学者が、透明なサンプルに高色純度の可視光を当てることを実験していました。もちろん、ほとんどの光はまっすぐに通過しました。これがまさに透明の意味です。光は吸収されませんでした。 

しかし、彼はまた、ごくわずかな量の光が別の色に変換またはシフトされていることも発見しました。これは、光が吸収されるのではなく、サンプル内の分子によって「非弾性的に散乱」されるために発生することがわかりました。そして、最終的に発見された特に有用な事実は、そのカラーシフトされた光の色（またはスペクトル）の特定のパターンによって、IR分光を使用して取得された非常に同じ指紋情報を含む、サンプルに関する多くの情報が明らかになることでした。ただし、ラマン分光では赤外線ではなく可視光を使用するため、ガラスの窓、テストチューブ、さらに光ファイバーを通過させることができ、水と混合したものをサンプリングする際に問題が発生することはなくなりました。

IRスペクトルと同様に、ラマンシフト光は、サンプルに含まれる化学物質と、それらの物質の量を示します。これは、何かに含まれる不純物を見つけたり、特定の分子の存在を特定したりする場合に非常に役立ちます。 

しかし、実際には、ラマンスペクトルだけが教えてくれるものはもっとたくさんあります。結晶構造の詳細を明らかにしたり、同じ原子を含むが結晶形が異なる分子（多形）を区別したりすることもできます。タンパク質がどのように折りたたまれているかを示したり、固体材料の機械的応力に関する情報など、さらにはるかに多くの情報を提供します。   

弱者は強くならなければならない

ラマンは1928年に発見されました。それが非常に有用であるなら、なぜ今になってそれについて説明しているのですか。簡単な答えは、ラマン分光を実用的で費用効果の高いものにする技術は、過去25年ほどで実際に開発されたに過ぎないということです。具体的には、当時、非常に弱いラマン信号の検出と分析を日常的に行うために組み合わされた3つの主要な技術の進歩がありました。

スープからナッツまで

これらの技術に基づく商用ラマン装置組込みは、現在、信じられないほど幅広い用途にサービスを提供するためにさまざまな形で提供されています。宝石や生細胞から医薬品まで、あらゆるものを観察するためのラマン機能が組み込まれた顕微鏡があります。危険物流出物中の未知の液体を識別するためのハンドヘルドラマン分光計があります。ラマンシステムをフローセルとともに利用して、あらゆる種類の液体や気体をオンラインでリアルタイムに監視し、産業加工方法を実現できます。  

図1. 低周波ラマンスペクトルは、さまざまな医薬品有効成分（API）を明確に区別するだけでなく、正しい投与に不可欠なさまざまな結晶形（多形）を示すこともできます。

Coherentは、さまざまなレーザ光源、高性能のSureBlock™フィルター、さらには完全なラマンシステムを使用したラマン分光をサポートしています。