分析化学は、物質の中に「何が」「どれだけ」「どんな状態で」あるかを調べる方法の学問です。研究室では、合成した化合物の純度を確かめる、水の中のイオンを測る、固体の結晶構造や表面の酸化状態を調べる、といった場面で毎日のように分析装置を使います。

分析の方法は数多くありますが、選び方の出発点はいつも同じで、「何を知りたいか」と「試料がどんな形か（溶液か固体か、混ざっているか）」です。このページでは、知りたいことごとに装置を並べ、原理と使い分けを解説した記事へ案内します。

このページの使い方
・装置を選ぶ：最初の「何を知りたいかで選ぶ」の表から該当する記事へ
・原理を学ぶ：分野ごとの節（分離・質量・分光・元素・表面と固体・熱・電気化学）から
・定量の数値を扱う：最後の「定量とデータ処理」の記事へ
Contents
  1. 何を知りたいかで選ぶ
  2. 分離分析：混合物を分けて測る
  3. 質量分析：分子の質量を測る
  4. 分光分析：光で測る
  5. 元素分析：どの元素がどれだけあるか
  6. 表面と固体：結晶・形・化学状態
  7. 熱分析と水分の測定
  8. 電気化学とコロイド
  9. 定量とデータ処理
  10. よくある質問
  11. 関連するまとめページ

何を知りたいかで選ぶ

知りたいこと 主な方法 解説記事
混合物の成分を分けて、それぞれの量を測りたい クロマトグラフィー・電気泳動 HPLC・GC・イオンクロマトグラフィー・電気泳動
分子の質量（分子量・組成式）を知りたい 質量分析 質量分析・LC-MS
溶液中の物質の濃度を光で測りたい 紫外可視分光 分光光度計・ランベルト・ベールの法則
官能基・分子の振動を知りたい 赤外分光・ラマン分光 FT-IR・ラマン分光法
どの元素がどれだけ入っているかを知りたい 原子分光・X線・燃焼分析 ICP-MS・原子吸光・蛍光X線・元素分析（CHN）
固体の結晶構造を知りたい X線回折 XRD
表面の形・微小部分の元素を見たい 電子顕微鏡 SEM・EDX
表面の元素の化学状態（酸化状態）を知りたい X線光電子分光 XPS
融点・ガラス転移・分解など熱的な性質を知りたい 熱分析 DSC・TG-DTA
水分だけを正確に測りたい 滴定 カールフィッシャー法
酸化還元の電位を知りたい 電気化学測定 サイクリックボルタンメトリー
粒子の分散しやすさ・表面の電荷を知りたい 電気泳動光散乱 ゼータ電位
有機化合物の構造を決めたい NMR・IR・MS の組み合わせ 構造決定の基礎・機器分析総まとめ

実際の分析では、1つの装置で答えが出ることは多くありません。たとえば合成した化合物なら、HPLC で純度を確かめ、質量分析で分子量を、NMR で構造を確かめ、元素分析で組成を裏づけます。表は「最初にどれを使うか」の目安として使ってください。

分離分析：混合物を分けて測る

クロマトグラフィーは、移動相に乗って流れる成分を、固定相との相互作用の強さの違いで分ける方法です。分けたあとに検出器で量を測ります。何で分けるか（固定相と移動相の組み合わせ）と、何で検出するかで方法が変わります。

質量分析：分子の質量を測る

質量分析（MS）は、分子をイオンにして、質量と電荷の比（m/z）ごとに分けて数える方法です。分子量だけでなく、同位体のパターンから含まれる元素を、高分解能の測定から組成式を推定できます。クロマトグラフィーとつなぐと、混合物の成分を1つずつ測れます。

分光分析：光で測る

物質が光を吸収・散乱するようすから、濃度や分子の構造を調べます。紫外可視光の吸収は濃度の測定に、赤外光の吸収とラマン散乱は分子の振動（官能基）の情報に使います。

元素分析：どの元素がどれだけあるか

元素を調べる方法は、試料を溶液にして高温で原子やイオンにする方法（ICP・原子吸光）と、固体のまま X 線で調べる方法（蛍光X線）、燃やして気体にする方法（CHN 分析）に大きく分かれます。どれも元素の総量を測るので、化学状態（酸化状態）の区別には別の方法が要ります。

表面と固体：結晶・形・化学状態

固体の試料では、結晶の並び方（XRD）、表面の形と微小部分の元素（SEM・EDX）、表面の元素の化学状態（XPS）を、それぞれ別の方法で調べます。どれも X 線や電子を試料に当てる方法ですが、測っている信号と、情報が得られる深さが違います。

熱分析と水分の測定

電気化学とコロイド

定量とデータ処理

装置が出すのは信号（ピーク面積・吸光度・電流など）で、濃度に直すには検量線が要ります。その値がどこまで信頼できるかは、検出限界・不確かさ・統計で示します。

よくある混同
・ICP・原子吸光・蛍光X線は元素の総量を測る。酸化状態（たとえばクロムの3価と6価）の区別は、分離と組み合わせるか XPS などの別の方法で
・XRF と SEM-EDX はどちらも特性X線を測るが、励起に X 線を使うか電子線を使うかが違い、EDX は微小部分を見られる
・XPS が見ているのは表面から数 nm だけ。試料全体の組成とは限らない
・吸光度は濃度に比例するが、どの濃度でも比例するわけではない。検量線で直線の範囲を確かめる

よくある質問

分析化学とはどんな分野ですか？

物質の中に何が・どれだけ・どんな状態であるかを調べる方法を扱う分野です。大学では、滴定などの化学分析と、クロマトグラフィー・質量分析・分光分析などの機器分析を学びます。結果の信頼性を示すための検量線・検出限界・統計も分析化学の大事な部分です。

機器分析はどれから学べばよいですか？

有機化学の研究室で使う機会が多いのは HPLC と質量分析です。合成をする研究室なら、HPLC・GC で純度を、質量分析で分子量を確かめる流れから入るのがよいでしょう。そのあと、扱う試料に合わせて元素分析（ICP・蛍光X線）や固体の分析（XRD・SEM）へ広げます。

元素の種類を調べるにはどの方法を使えばよいですか？

溶液にできるなら ICP-MS や原子吸光、固体のまま壊さずに調べたいなら蛍光X線、微小な部分を見たいなら SEM-EDX が目安です。有機化合物の C・H・N の割合を確かめるなら CHN 元素分析を使います。どれも元素の総量を測るので、酸化状態を知りたいときは XPS などを使います。

XRF・SEM-EDX・XPSの違いは何ですか？

蛍光X線分析（XRF）と SEM-EDX は、どちらも元素から出る特性X線を測って元素を調べます。XRF は X 線を当てて比較的広い範囲を、SEM-EDX は電子線を当てて微小な部分を調べます。XPS は X 線で飛び出した電子のエネルギーを測り、表面から数 nm の元素とその化学状態（酸化状態）を調べます。

分析値の信頼性はどう示せばよいですか？

検量線で濃度に直したうえで、繰り返し測定の標準偏差、検出限界・定量限界、測定の不確かさを示します。2つの条件の平均値に差があるかは t 検定で判断します。それぞれの考え方は「定量とデータ処理」の節の記事で解説しています。

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