計測器、測定器紹介 vol. 1 – スペクトロメーター

計測器、測定器紹介 vol. 1 - スペクトロメーター

輝かしい第一回目の記事は、計測器、測定器の紹介 vol. 1 スペクトロメーターです!
名前が横文字であるのもあってわかりづらいですね。
日本語で訳すと「分光器」。”分光”??
まずは光の基礎から解説していきたいと思います。

そもそも光ってなに?

光と調べてみるとわかりますが、非常に難しく解説されております(実際に深くまで考えると難しいです。。)。
皆さん、ラジオとかxxHzとかに調整して、好きな番組を聞いたりしたことはあるかと思います。
あれって目に見えてはいないんですが、空気中を波が伝わっているんです。
このような波たちを電磁波といいます。光も電磁波と同じ仲間で、波と波の距離が違うだけです。
波と波の距離を専門用語で波長とよんで、光はこの波長が100nm – 1,000nm(*) くらいの電磁波です。また可視光と呼ばれる、人間が目に見える光は300nm – 800nmくらいになります。
下の図を参考にされるとイメージがつきやすいと思います。
色も波長によって変わってきて、波長が長いほうから、赤、橙、黄、緑、青、藍色と変わっていきます。
「いや、光は粒であって、、原子のエネルギー準位が下がった時に放出される、、、」みたいな光の量子性の話は別の計測器の紹介のときに触れたいと思います。
実際フォトンカウンターという計測器の仕組みを理解するにはこの知識が必要になります。

* nmはナノメートルと読み、1メートルの10億分の1の距離です。

光 波長

出典:スガツネ工業Websiteより

分光とは?

虹

分光とは”光”を”分ける”ということなのですが、解りやすく言い換えると光を波の長さ(波長)によってグループ分けするということです。
具体例をあげましょう。いい天気のとき外を散歩したりするのはいい気持ちですよね。このとき太陽からいっぱい”光”が降り注いでいます。
これって何色でしょうか?? わからないですよね。実際いろんな色が混ざっています。
一方、雨が降った後にすごく晴れたりするときれいな虹が見えたりします。
このとき、私たちは光の色を識別することができます、赤、橙、黄、緑、青、藍。
これは自然現象によって、光が波長ごとに分けられています。
このように光を波長によって分解することを分光とよびます。

スペクトロメーターとは?

スペクトロメーター

出典:オーシャンオプティクスWebsite

ここまでくるとスペクトロメーターについて理解できるかと思います。
スペクトロメーターとは計測器に入力された光を、分光し(波長ごとに分け)、波長ごとの強度等を表示してくる測定器です。
下は太陽光の例です。横軸は波長、縦軸は強度です。
なるほど、これだけだと色がわからないわけです。様々な波長が入り混じっています。

太陽光 スペクトラム

出典:Wikipedia

また構造なのですが、スペクトロメーターには回折格子(たくさんスリットがあるもの)が内蔵されていて、入力された光はこの回折格子によって分光されて、多くの受光素子によって異なる波長ごとの強度が計測されます。
「回折格子でなんで分光されるの?」という点は別の教科書に譲らせていただきたいと思います。

さて、ここで疑問が湧いてくるでしょう。

「スペクトロメーターのざっくりした原理は分かった。で??」

そうですね。まあ、純粋に理学的な観点でいろいろな光の強度をスペクトロメーターで測定するのもいいですが、どんなことに役立つのかを知りたいと思います。
皆さん、病院に行ったことはもちろんありますよね。そして私はあの採血がいやです。
そう、血液です。スペクトロメーターを使うことによって血液内の成分分析を行うことができます。なぜなら、血液内の成分はそれぞれ異なる波長の光を吸収するからです。
他にも、食物の異物検査、薬品検査、穀物検査、リサイクル検査等多くの業界で利用されております。

スペクトロメーターは中古?レンタル?

お金 イメージ

ここまで読んでいただいて大まかな原理と用途はお分かりになったと思います。
「よし、自社内でもスペクトロメーターを購入しよう!」と思っていただけたらうれしい限りです。そこで気になるお値段はというと、もちろんSpecによって異なりますが、高分解能で測定したいということですと、なんと数百万から数千万円もする高価な商品になってきます。
(あくまで参考価格です。用途に応じてスペックをダウングレードさせて、安価で購入できる商品ももちろんございます。)
もし予算的に厳しいようでしたら、中古やレンタルを検討するのもありかもしれません。
「持っているけどもう使わないな」という方はぜひ、買取業者に売却するオプションも考えてみてください。

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