Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques（化学分析：現代の機器分析法と技術）

引用

Rouessac, F., & Rouessac, A. (2022). Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques (3rd ed.; J. Towey, Trans.). Wiley.

章の要約

第3版は約620ページ、全22章からなり、John Toweyがフランス語から英訳したもので、コンパニオンウェブサイトが付く。出版社は本書を、20以上の分離法と分光法の原理と実際を「技術的な複雑さと理論的な深さを避けて」扱う本だと説明している。公開されている第1章を見ると、短い導入、学習目標の一覧、図と計算例を含む番号付きの節、そして章末問題とその直後の解答という構成になっている。本書は分析上の課題ごとではなく手法ごとに構成されており、まず分離法、次に分光法、続いて元素分析、電気化学、補助的な話題が並ぶ。

第1章：クロマトグラフィーの一般的側面

分離法の各章の土台となる章である。クロマトグラムと、理想的なガウス型ピークと実際のピークとの違いを説明した後、段理論、ネルンストの分配係数、カラム効率、保持パラメータ、選択性、分離度を展開する。移動相の速度の影響はvan Deemter式、Golay式、Knox式を通じて扱われ、続いて最適化とクロマトグラフィー手法の分類が示される。章の最後では、相対応答係数の計算を含め、外部標準法、内部標準法、内部標準化法（面積百分率法）による定量を扱い、クロマトグラフィー用ソフトウェアにも触れる。

第2–7章：ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、超臨界流体クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー

6つの章が第1章の内容を主要なクロマトグラフィー手法に当てはめ、それぞれ原理から装置までを扱う。索引によれば、キラル固定相はガスクロマトグラフィーと液体クロマトグラフィーの両方の章で扱われ、窒素リン検出器などの検出器は第2章にある。出版社は超臨界流体クロマトグラフィーを今回の版で改訂した話題の一つに挙げている。

第8章：高性能キャピラリー電気泳動

キャピラリー内での電気泳動分離を扱い、この章も今回の版で改訂された。索引ではキャピラリー電気クロマトグラフィーとゾーン電気泳動がここに置かれている。

第9–11章：紫外可視吸光分光法、赤外分光法とラマン分光法、蛍光分光法と化学発光分光法

分子分光法。第9章には吸光度測定から線形回帰を用いて定量する方法が含まれる。第10章は中赤外法と近赤外法、全反射測定法（ATR）、ケミカルイメージングを、ラマン散乱と組み合わせて扱う。第11章は蛍光とその応用を化学発光とともに扱う。

第12–14章：蛍光X線分光法、原子吸光分光法、原子発光分光法

分光法による元素分析：蛍光X線（エネルギー分散型装置を含む）、マトリックス効果を伴う原子吸光、そして原子発光である。索引によれば、原子発光の章には誘導結合プラズマ光源とレーザー誘起ブレークダウン分光法が含まれる。

第15章：核磁気共鳴分光法

分析法としてのNMRを扱い、結合したスピン系、COSYパルス系列、さらに磁気共鳴画像法に触れる節にまで及ぶ。

第16章：質量分析法

約50ページで本書最長の章である。エレクトロスプレーやMALDIを含むイオン化法、四重極、イオントラップ、飛行時間型を含む質量分析計、タンデム質量分析、ICP-MSを扱う。

第17–18章：同位体分析と標識法、専用分析装置

第17章は同位体希釈や加速器質量分析など、同位体に基づく方法を扱う。第18章は前の章に収まらない専用装置をまとめる。有機元素分析、全窒素（ケルダール窒素を含む）および全有機炭素の分析装置、水分を定量するカールフィッシャー法、イオン移動度分光法である。

第19–20章：電位差法とイオン電極法、ボルタンメトリー

電気化学分析。第19章はガラス電極を含め、電位差測定とイオン選択的測定を扱う。第20章は直流ポーラログラフィーとパルスポーラログラフィー、ストリッピングボルタンメトリー、酵素を利用したバイオセンサーを含むアンペロメトリックセンサーを扱う。

第21–22章：試料調製、基本的な統計パラメータ

出版社が簡潔な概説と呼ぶ短い2章で全体を締めくくる。試料調製の戦略（索引にはヘッドスペース法とマイクロ波反応装置が見える）と、結果を報告するのに必要な統計で、スチューデントの係数と線形回帰を含む。

主要概念

第1章：クロマトグラフィーの一般的側面

• 段理論とカラム効率：カラムを一連の平衡段とみなすモデルで、理論段数と理論段高さを与える。
• 分離度と選択性：隣り合う2つのピークがどれだけ完全に分かれているか、カラムがそれらをどれだけ異なって保持するかの尺度。
• van Deemter式、Golay式、Knox式：移動相の速度とバンドの広がりの関係を表す式で、操作条件の選択に使われる。
• 外部標準法、内部標準法、内部標準化法：ピーク面積を濃度に換算する3つの方法。

第2–8章：分離技術

• キラル固定相：鏡像異性体を分離するカラム充塡剤。
• キャピラリー電気泳動：細いキャピラリー内の電場で、荷電種を移動度の違いによって分離する方法。

第9–16章：分光法と質量分析法

• 全反射測定法（ATR）：試料表面の薄い層を測定する赤外の試料測定法。
• 誘導結合プラズマ：原子発光の光源として、また質量分析のイオン源として使われる高温の励起源。
• タンデム質量分析：2段階の質量分析で、1段目で選んだイオンの断片を2段目で分析する。

第17–22章：元素分析、電気化学、補助的手法

• 同位体希釈：同位体で標識した分析対象物を既知量加えて定量する方法。
• カールフィッシャー滴定：水分を定量するための専用の方法。
• ストリッピングボルタンメトリー：分析対象を電極上に濃縮した後、電気化学的に溶出させて測定する方法。
• スチューデントの係数：少数回の測定から平均値の信頼区間を求めるのに使う係数。

批判的分析

長所

• 一冊での幅広さ。 22の章が、分離法、分子分光法と原子分光法、NMR、質量分析、同位体法、専用分析装置、電気化学を扱う。出版社は利用者として化学・農業食品産業、医療検査機関、環境科学を挙げており、カールフィッシャー滴定装置や全有機炭素計のような実用装置を扱っている点にその読者層が反映されている。
• 入りやすさ。 出版社は、この分野の予備知識を前提とせず、各章が手法とその装置の基本概念を、理論ではなく図解と市販装置の写真によって説明すると述べている。
• 学習しやすい構成。 公開されている章は明示的な学習目標で始まり、直後に解答の付いた問題で終わるので、別冊の解答集がなくても自分の答えを確かめられる。出版社が引用する第2版の書評（International Journal of Environmental and Analytical Chemistry）は、本書を幅広い手法への欠かせない入門書と評した。
• 装置の内容の更新。 第3版では、超臨界流体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、小型化センサー、自動分析装置、デジタル化と計算能力の役割が改訂されている。

短所

• 意図的に理論が少ない。 理論的な深さを意図的に避けているため、分光法の物理、滴定の背後にある平衡化学、ボルタンメトリーの背後にある電極反応速度論は簡単にしか扱われない。装置がなぜそのように振る舞うのかを理解したい学生や、分析法を設計する必要がある学生には、より理論的な教科書が必要である。
• 古典的な湿式化学がほぼない。 第18章の中のカールフィッシャー法とケルダール法を除けば、目次には重量分析、容量分析、溶液平衡の章がなく、これらは多くの最初の分析化学の授業に含まれる内容である。
• 統計と品質管理が最後にある。 基本的な統計と試料調製は冒頭ではなく最後の短い2章に圧縮されているので、早めに参照する必要がある。

コースにおける位置づけ

本書は装置ごとの概説書であり、このコースのより定量的な本と自然に組み合わせられる。最初の分析化学の授業向けのオープンテキストであるDavid Harveyの Analytical Chemistry 2.1 と、Daniel Harrisの Exploring Chemical Analysis は、Rouessacが扱わない平衡化学、滴定、統計を教える。どちらも最初の授業の主教科書になり、Rouessacは各装置が何をするかを調べる参考書として使える。HarrisとLucyの Quantitative Chemical Analysis は Exploring Chemical Analysis と同じ範囲をより深く扱う。

機器分析の授業では、Skoog、Holler、Crouchの Principles of Instrumental Analysis が標準的な上級教科書であり、Rouessacが意図的に軽く扱う物理的原理と装置設計を説明する。先にRouessacの該当章を読んでおけば全体像がつかめ、Skoogの対応する章が読みやすくなる。Bard、Faulkner、Whiteの Electrochemical Methods はRouessacが第19–20章で扱う内容の大学院レベルの解説で、ずっと後に読むべき本である。

本書の使い方

出版社は、機器分析の入門授業を受ける学部生、利用できる手法と装置を知る必要がある化学・薬学・生化学・環境科学の学生、そして産業界の技術者を読者として想定している。分析手法の予備知識は前提とされていないので、一般化学の知識があれば始められる。

実践的な計画：

• 第1、21、22章から始める。 クロマトグラフィーの一般的側面は後の6つの章の土台であり、試料調製と統計の短い章は最後に置かれているものの、あらゆる定量作業に必要である。
• 分離法： 第2章と第3章（ガスクロマトグラフィーと液体クロマトグラフィー）が中核で、第4–8章は実験授業で使う手法に応じて選んで読めばよい。
• 分光法： 第9、10、13、14、16章が学生実験で最もよく出会う手法を扱い、第11、12、15章が蛍光、蛍光X線、NMRを加える。
• 電気化学と専用手法： 第18–20章は授業や実験で必要になったときに読む。第17章はたいていの最初の授業では任意である。

章末問題は直後にある解答を読む前に解き、各章冒頭の学習目標の一覧をチェックリストとして使うとよい。実験室で装置を使う前に該当章を読めば、その構成要素と限界を手早く理解できる。手法の背後にある理論については、装置はSkoogで、平衡と計算はHarveyかHarrisで補うとよい。