7/29 分析におけるスペクトル解析の基本から応用テクニック

 ジャパン・リサーチ・ラボ 代表 博士（工学） 奥村 治樹 氏

 　FTIRやXPSなどのいわゆる分光分析は、材料やプロセスの解析・評価、トラブル解決において必要不可欠なものとなっています。近年は装置の進歩で誰でも簡便にスペクトルを取得できるようになった一方で、スペクトルは得られれば目的が達成できるわけではなく、解析して初めて必要な情報を得て問題解決などの目的達成をすることができます。また、その解析に用いることができるスペクトルであるかということを判断できることも重要です。

　しかし、装置の進歩だけでなく、コンピューターやソフトの進歩もあり、現在では解析も多くの部分で自動化が進んでいます。これは言い換えれば、ブラックボックス化されているということであり、解析を理解せずに利便性だけで頼ってしまうと間違った結果が導かれてしまっても判別できないということが起きています。ところが、残念ながら書籍や講習会等でも、各手法の原理的なスペクトルの解説はあっても、共通するスペクトル解析に関する解説は教科書的であり、現場での解析実務についてはほとんど触れられていないと言えます。

　本講では、スペクトル解析の基本的な考え方から、現場実務でのスペクトル解析のテクニック、ノウハウとして、前処理、同定や定量から数学的アプローチなどの解析、実際の様々な事例や手法による分析例などを詳細に解説します。

１．スペクトル解析の基本
　スペクトルの基本としての縦軸横軸の意味や見方といった基本から、正否判断となる信頼度評価、スペクトルの中に含まれる情報などのスペクトル解析の基盤知識について解説します。

 ・分析の基本フロー
 ・正確なデータを得るために
 ・AccuracyとPrecision
 ・信頼度要因
 ・横軸、縦軸の意味
 ・基本ピーク形状
 ・ピーク変化（位置、半値幅）の意味
 ・スペクトル解析の分類
 ・スペクトルから構造・状態へ
 ・ピーク？ ノイズ？ ほか

２．スペクトルの前処理
　スペクトル解析において欠かすことのできない様々なスペクトル前処理について、その内容や特徴、使い方、注意点などについて解説します。

 ・スペクトル前処理の分類
 ・ベースライン補正
 ・スムージング
 ・補間
 ・自動処理の注意点 ほか

３．解析的前処理（FT-IRを例に）
　スペクトル前処理の実例として、最も利用されている分析手法であるFTIRを例として実際の前処理プロセスを解説します。

 ・大気成分（CO2、H2O）補正
 ・スペクトル補正
 ・スペクトル変換 ほか

４．スペクトルの解析（同定・定性）
　スペクトル解析の基本かつ代表である同定・定性について、その考え方、手順を解析プロセスに沿って解説すると共に、広く一般に利用されているスペクトルサーチについてアルゴリズムの特徴から使い方、落とし穴などの活用テクニックを解説します。

 ・同定と定性
 ・ピーク帰属
 ・ピーク帰属の裏ポイント
 ・スペクトルデータベース
 ・スペクトルサーチ
 ・代表的検索アルゴリズム
 ・検索アルゴリズムの限界
 ・ヒットスコアの罠
 ・検索結果の間違い例
 ・スペクトルサーチのコツ
 ・混合解析
 ・オープンライブラリ ほか

５．スペクトルの解析（定量）
　同定、定性と共にスペクトル解析では欠かすことのできない定量解析について、その手順、方法から注意点、誤差要因のコントロールなどについて解説します。

 ・ピーク高さと面積
 ・ベースラインの引き方
 ・より正確な定量値を得るために
 ・スペクトルのピーク分離
 ・ピーク分離における条件設定
 ・検量線法による定量
 ・定量値に対する影響要因
 ・誤差要因 ほか

６．数学的アプローチによる物理意味の導出
　スペクトル解析においては基本となる同定・定性・定量以外の、より詳細で複雑な解析において必要となる数理解析手法について解説します。

 ・相関解析
 ・相関解析の注意点
 ・本来のスペクトル解析 ほか

７．各種測定法の例
　スペクトル解析の対象となる代表的な分光分析手法について、実例やそれぞれの分析手法特有の解析なども含めて解説します。

 7.1 フーリエ変換赤外分光法（FT-IR）
　・赤外分光法（IR）の原理
　・吸光度スペクトルと透過スペクトル
　・主な吸収帯
　・系統解析
　・帰属の考え方
　・検量線法
　・ピーク強度比法
　・誤差要因
　・差スペクトル
　・標準スペクトルとの比較
　・高度な構造解析 ほか
 7.2ラマン分光法
　・ラマン散乱
　・レーザー波長と散乱強度
　・ラマンスペクトル
　・ラマンスペクトルの解析
 7.3 X線光電子分光法（XPS，ESCA）
　・XPSの原理
　・ワイドスキャンとナロースキャン
　・元素同定
　・化学状態の同定
　・化学構造変化解析
　・定量評価
　・XPSにおけるベースライン
　・オージェピークの利用
　・サテライトピークの利用
　・価電子帯の利用
　・角度変化測定解析
  7.4 オージェ電子分光法（AES）
　・AESの原理
　・AESスペクトル例
　・界面拡散の分析
　・チャージアップの影響
 7.5 飛行時間型二次イオン質量分析法（TOF-SIMS）
　・TOF-SIMSの原理
　・マススペクトルの解析
　・TOF-SIMSによる化学構造解析 ほか

８．実例
　実際の測定、解析例を示しながら、実務での解析プロセスについて解説します。

９．まとめと質疑 

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