Principles of Instrumental Analysis（機器分析の原理）

引用

Skoog, D. A., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2018). Principles of Instrumental Analysis (7th ed.). Cengage Learning.

章の要約

第7版は全34章が六つの部に分かれ、そのあとに四つの付録（分析データの評価、活量係数、標準電極電位と式量電極電位、標準溶液の調製に推奨される化合物）、一部の問題の解答、索引が付く。六つの部はそれぞれ「Instrumental Analysis in Action」（instrumental analysis in action、機器分析の実践）という事例研究で終わり、各章には自由回答型のチャレンジ問題がある。第1章は、分析法の分類、機器分析法の種類、分析用機器を紹介する。

第1章と第I部：序論、測定の基礎（第2〜5章）

第1章は序論である。第I部は電気部品と回路（第2章）、化学機器におけるオペアンプ（第3章）、デジタル電子回路とコンピューター（第4章）、信号とノイズ（第5章）を扱う。事例研究は「電子分析実験室」である。

第II部：原子分光法（第6〜12章）

第6章は分光測定法全般を紹介し、第7章は光学機器の構成要素を扱う（出版社は、レーザー光源、アレイトランスデューサー、フーリエ変換機器に関する内容が更新されたと述べている）。第8章は光学的原子分光法の序論である。第9〜12章は、原子吸光と原子蛍光、原子発光（プラズマ分光器を含む）、原子質量分析（飛行時間型と飛行距離型の機器を含む）、原子X線分光法（卓上型と携帯型のエネルギー分散型 XRF を含む）を順に扱う。事例研究は「水銀のモニタリング」である。

第III部：分子分光法（第13〜21章）

第13〜14章は紫外・可視分子吸収を紹介し応用する。第15章は分子発光（光ファイバー蛍光センサーと蛍光イメージングが新規内容に含まれる）、第16〜17章は赤外分光法の序論と応用、第18章はラマン分光、第19章は核磁気共鳴、第20章は分子質量分析（大気圧イオン化、MALDI、エレクトロスプレー）、第21章は分光法と顕微鏡法による表面の特性評価（エリプソメトリーを含むようになった）である。事例研究はヴィンランド地図の分析である。

第IV部：電気分析化学（第22〜25章）

電気分析化学の序論（第22章）、ポテンショメトリー（第23章、バイオセンサーと生物医学への応用を含む）、クーロメトリー（第24章）、ボルタンメトリー（第25章、固体電極、薄膜電極、微小電極を重視）。事例研究は「マイクロフィジオメーター」である。

第V部：分離法（第26〜30章）

クロマトグラフィー分離の序論（第26章）、ガスクロマトグラフィー（第27章）、高速液体クロマトグラフィー（第28章）、超臨界流体クロマトグラフィーと抽出（第29章）、キャピラリー電気泳動、電気クロマトグラフィー、フィールドフローフラクショネーション（第30章）。事例研究はビスフェノールAをめぐる論争である。

第VI部：その他の方法（第31〜34章）

熱分析（第31章）、放射化学的方法（第32章）、自動分析法（第33章）、粒子径測定（第34章）。事例研究はジョン・F・ケネディ暗殺事件で、中性子放射化分析が用いられた。

主要概念

第1〜5章

• 信号とノイズ：測定エレクトロニクスとデータ処理が機器分析法に課す限界。
• 機器の構成要素：電気回路、オペアンプ、デジタル電子回路。

第6〜21章

• 光学機器の構成要素：光源、波長選択素子、検出器、トランスデューサー。
• 原子・分子分光法：吸収、発光、蛍光、赤外、ラマン、NMR の各方法。
• 質量分析：原子および分子のイオン化と検出の方法。

第22〜34章

• 電気分析法：ポテンショメトリー、クーロメトリー、ボルタンメトリー。
• クロマトグラフィーと電気泳動による分離：ガス、液体、超臨界流体のクロマトグラフィーとキャピラリー法。
• 熱分析、放射化学、自動分析法：主要な系統に含まれない技術。

批判的分析

長所

• 技術系統ごとの体系的な構成。 六つの部が方法を系統別（測定の基礎、原子分光、分子分光、電気分析化学、分離、その他の方法）に分けており、技術別に進む講義に向いている。
• 事例研究。 六つの「Instrumental Analysis in Action」の事例は、法医学、環境、生物医学の例を題材にし、ある部の方法が一つの問題でどう組み合わされるかを示す。
• 計算とオンラインの支援。 出版社は、スプレッドシートの応用が全体にわたって用いられ、分析化学での Excel の活用についての併用書と100以上の対話型チュートリアルを備えたウェブサイトが付属し、各章にチャレンジ問題があると述べている。
• 内容の改訂。 出版社は、光学部品、プラズマと質量分析、発光、電気化学、クロマトグラフィー、熱分析法の更新を挙げている。

短所

• 非常に大きい。 34章、約1,000ページは一つの講義で使える範囲を超えており、教員は通常、技術を選択する。
• 最初の授業向けではない。 本書は電子回路と信号処理から始まり、続いて機器と技術を詳しく扱うため、前の授業で定量分析を学んでいることを前提とする。
• 個々の技術では深さより幅。 各系統の方法に割かれるのは一章から数章であり、ある領域（たとえば電気化学）を深く学びたい読者は専門書が必要になる。

コースにおける位置づけ

分析化学コースの中で、本書は機器分析法の上級向け概説である。定量分析の最初の授業のあとに来る。Harvey の Analytical Chemistry 2.1 は、平衡、測定、統計、分光、クロマトグラフィー、電気化学を扱う、最初の授業向けのオープンな教科書である。Harris の Exploring Chemical Analysis はより短く数学の少ない入門書であり、Harris と Lucy の Quantitative Chemical Analysis はより充実した教科書である。Rouessac 夫妻の Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques はフランス語からの翻訳で、入門的な機器分析の教科書であり、より穏やかな代替として、あるいは Skoog の前の下読みとして使える。

Bard、Faulkner、White の Electrochemical Methods は、第IV部の主題をはるかに深く掘り下げる大学院向けの教科書である。

本書の使い方

本書は、定量分析の授業を修めた学部上級生（および大学院の初期の学生）を対象とする。微積分と一般物理が実際上の背景知識であり、物理化学を学んでいると役に立つ。

実用的な進め方は次のとおり。

• 測定の基礎から始める。 第5章（信号とノイズ）と第6〜7章（分光測定法と光学部品）は、以降のほぼすべての内容に関わる。電子回路の章（第2〜4章）は、講義が求める深さで読めばよい。
• 技術の系統ごとに選ぶ。 第II〜V部はおおむね独立している。講義の求める順序で、原子分光（6〜12）、分子分光（13〜21）、電気分析化学（22〜25）、分離（26〜30）を読む。
• 各部の終わりの事例研究を使い、 技術がどう組み合わされるかを見る。
• 問題を解く。 可能な場合はスプレッドシートの演習とオンラインのチュートリアルを使い、自由回答型の練習としてチャレンジ問題にも取り組む。