ブラウザでIRスペクトルを読んで比較する
要点：無料のMolDraw IRビューアを開き、JCAMP-DX、CSV/TXT、SPCの赤外ファイルをドロップします。%Tと吸光度を切り替え、傾いたベースラインを補正し、ピークを検出して、それぞれに考えられる官能基を読み取ります。2つ目のスペクトルを重ねたり、PNGやCSVを書き出したりもできます。ファイルはブラウザ内で読み込まれ、アップロードされません。
ここでIRビューアを試す
なぜブラウザのIRビューアを使うのか？
IRは有機化学の実験で最も手早い確認手段であることが多いです。エステルはできたか？出発物質のアルコールは消えたか？答えはいくつかの吸収帯にありますが、スペクトルは通常FTIRソフトウェアからファイルとして出力され、そのソフトウェアは装置のパソコンにしか入っていません。
ブラウザのビューアなら、そのファイルをどこでも開き、ピークを見つけ、どの官能基に当てはまるかを確認できます。2つのスペクトルを1つのプロットに重ねて、反応中に何が変わったかを見ることもできます。
IRスペクトルからわかること
結合は、結合の強さと原子の質量に応じた振動数の赤外光を吸収します。x軸はcm−1単位の波数で、高い方から低い方へ描かれます。
%Tと吸光度は同じデータを示します。透過率Tは透過する光の割合です。吸光度はA = −log10(T)です。%Tでは吸収帯が下向きに、吸光度では上向きになり、吸収帯の高さは濃度に比例します（ランベルト–ベールの法則）。そのため、強度の比較には吸光度のほうが適しています。
最初に覚えるべき主な領域：
- O–H：アルコールでは3200–3550 cm−1付近の幅広い吸収帯。カルボン酸では、約3300から2500 cm−1まで続く非常に幅広いO–Hが見られます。
- C–H：sp3炭素では3000 cm−1のすぐ下、アルケンや芳香族のC–Hでは3000 cm−1のすぐ上。
- C≡NとC≡C：2100–2260 cm−1付近で、ここには他の吸収はほとんど現れません。
- C=O：1650–1800 cm−1付近の強い吸収帯。エステルは1735–1750付近、ケトンは1715付近、アミドはそれより低い1650–1690付近です。
- C–O：アルコール、エーテル、エステルでは1000–1300 cm−1付近に強い吸収帯。
約1500 cm−1以下は指紋領域です。化合物ごとに固有ですが、吸収帯を1本ずつ帰属するのは困難です。
対称なアルケンのC=Cのように双極子モーメントがほとんど変化しない結合は、IR吸収が弱いか現れません。こうした結合はラマンで強く現れることが多いので、予想した吸収帯がここで見当たらない場合は、同じ試料のラマンスペクトルを整えて読み取りましょう。
開けるファイル
| JCAMP-DX | .jdx、.dx、.jcampファイル（圧縮データを含む）。 |
|---|---|
| CSVまたはTXT | 2列：波数と強度。 |
| SPC | 一般的な新形式のThermo/Galactic SPC。旧形式やマルチx形式のSPCファイルには対応していません。それらはJCAMP-DXかCSVで保存してください。 |
ビューアは、y値が%T、透過率（0–1）、吸光度のどれかを自動で判別します。マイクロメートル単位のx軸はcm−1に変換されます。
スペクトルの読み進め方
- IRファイルを開くを押すか、ボックスにファイルをドロップします。練習するにはエタノールや安息香酸を押します。
- y軸に%Tまたは吸光度を選びます。
- バックグラウンドが傾いたり曲がったりしている場合は、ベースライン補正にチェックを入れます。プロットにはベースライン補正済みと表示されます。
- 実際の吸収帯が検出され、ノイズが検出されなくなるまでしきい値スライダーを動かし、ピーク検出を押します。弱い吸収帯を手動で追加するにはピークを追加を選びます。
- ピーク表を読みます。各行には、波数、強度、通常の範囲と理由を含む最適な一致、その他の候補が表示されます。行をタップすると、プロット上でその吸収帯が網掛けされます。
- 比較するには、2つ目のファイルを開くを押すか、または例を選択…から選びます。入れ替えを押すと、2つ目のトレースがメインになります。
- PNGを書き出す、CSVを書き出す、ピーク一覧CSVで書き出します。
ビューアでできること
| Y軸 | %Tまたは吸光度。A = −log10(T)で変換。 |
|---|---|
| ベースライン | 吸光度でラバーバンド法のベースラインを当てはめて差し引きます。 |
| ピーク | しきい値による自動検出、タップによるピークの追加、強度のs・m・w表示。 |
| 官能基 | IRスペクトル表と同じ相関表に基づく、各ピークの最適な一致とその他の候補。スペクトル全体のチェックを通らなかった一致は「可能性あり」と表示されます。概要には、存在すると思われる官能基が一覧表示されます。 |
| 比較 | 2つ目のファイルや例を別の色で重ね、入れ替えたり、2つ目を削除したりできます。 |
| エクスポート | プロットのPNG、現在のyモードでのデータのCSV、帰属付きのピーク一覧CSV。 |
授業や研究室での活用法
- 学生実験：エステル化の後、学生は生成物を開き、1740 cm−1付近のエステルのC=Oと強いC–O吸収帯を確認します。酢酸エチルの例で、何を探せばよいかがわかります。
- 反応の確認：生成物と出発物質を重ねます。O–H吸収帯の消失や新しいC=O吸収帯は、1つのプロットで簡単にわかります。
- 特性振動数を教える：エタノール、アセトン、安息香酸を順に読み込み、アルコール、ケトン、カルボン酸を比較しましょう。
- レポート：結果の表用に、PNGとピーク一覧CSVを書き出しましょう。
ヒントと限界
- 官能基のヒントは出発点であり、帰属そのものではありません。予想される構造とひとつずつ照合してください。
- しきい値が低いと、ノイズや水蒸気の吸収帯まで検出されます。しきい値を上げてから、信頼できる弱い吸収帯を手動で追加しましょう。
- ベースライン補正は吸収帯の高さを変えます。補正したスペクトルを報告する場合はその旨を明記してください。
- 複数のサブファイルを含むSPCファイルでは、最初のものだけが読み込まれます。
- IRだけで構造を証明できることはまれです。NMRやマススペクトルと併用しましょう。
IRは初めてですか？IRスペクトルの読み方のガイドで、各領域を例とともに解説しています。
よくある質問
レポートでは%Tと吸光度のどちらを示すべきですか？
どちらも一般的です。有機化学のレポートでは、ピークが下向きになる%Tがよく使われます。吸光度は濃度に比例するため、吸収帯の高さを比較するときに適しています。どちらを使ったか読者にわかるよう、軸にラベルを付けましょう。
ビューアは化合物が何かを教えてくれますか？
いいえ。各ピークについて官能基を提案し、その官能基をスペクトルの他の部分と照合します。化合物名は示しません。構造を決めるにはNMRとマススペクトルを使ってください。
1500 cm-1以下の領域の帰属が難しいのはなぜですか？
この指紋領域には、変角振動や骨格振動の吸収帯が多数重なっています。既知の標準品との照合には非常に有用ですが、そこにある単独の吸収帯だけで官能基を証明できることはまれです。
反応がうまくいったことを示すには？
生成物をメインのスペクトルとして開き、出発物質を「比較対象」で開きます。アルコールをケトンに酸化した後に1700 cm-1付近に新しいC=O伸縮が現れるなど、現れたり消えたりする吸収帯を探しましょう。