分光法とは？
分光法は光で分子に尋問し、何を吸収するかに耳を傾けます。放射と物質のすべての相互作用は量子化されています — 結合も電子も核も、許された状態の間のギャップにちょうど一致するエネルギーだけを受け入れる — だから、スペクトルは構造の機械可読な指紋です。このページの 5 つのパネルが、未知物質に化学者が問う 5 つの問いをカバーします。IR（どの結合があるか）、¹H と ¹³C の NMR（どの原子がどの環境にいるか）、MS（分子はどれだけ重いか）、UV-Vis（電子雲は可視・紫外光にどう応答するか）。
覚えるべき規則は 1 つ：エネルギーは手法の間で上がっていきます — 電波は核を反転させ（NMR）、赤外は結合を揺らし（IR）、紫外は電子を昇格させ（UV-Vis）、電子衝撃 MS は光ですらなくフラグメント化による計量です。
IR：結合バネ検出器
結合はバネについた質点のように振動します。重い原子と緩い結合ほどゆっくり振動します。IR は波数（cm−1）で位置を報告します — 波長の逆数で、エネルギーに正比例するため使われ — パネルの 41 バンドは 4000 から 400 まで走ります。診断の錨：1700 近くの C=O 伸縮は強くて紛れようがなく（エステル 1750-1735、アルデヒド 1740-1720、ケトン 1725-1705、酸 1725-1700）、3550-3200 の幅広い O–H のにじみは水素結合を示し、1600/1500 の鋭い芳香環バンドの対はベンゼン環を裏切ります。1500 以下は指紋領域で、そこでは単一のピークでなくパターン全体が、参考スペクトルとの比較で分子を同定します。波数が IR を支配するのは、光子エネルギーに比例し、結合の吸収をきちんとした 400–4000 cm−1 の範囲に保つからです。
1H NMR：環境、数、隣人
プロトン NMR は水素を電子的環境で仕分け、基準 TMS からの化学シフト δ（ppm）で報告します（ケイ素がプロトンをほとんど何よりも強く遮蔽するので 0.00 に割り当て）。電気陰性な隣人は電子密度を引き抜き、プロトンを脱遮蔽して、より高い δ へ低磁場シフトさせます。アルキル CH3 は 0.7-1.3、酸素を付けると同じプロトンは 3.3-3.8、芳香環は 6.5-8.5、アルデヒドプロトンは 9-10、カルボン酸の O–H は 10-13 まで。各シグナルの積分はそれを生むプロトン数を数え、多重度は n+1 則に従います — n 個の等価な隣人を持つプロトンは n+1 本に分裂し、これで連結が読めます。パネルの 23 環境は O–H と N–H の D2O 交換に言及します。重水と振るとそれらのシグナルが消える、定番の確認トリックです。
13C NMR：炭素骨格
炭素 NMR は 0-220 ppm に及び、異なる炭素ごとに 1 本で骨格を直接写します。目印は化学の常識です。sp3 炭素は 8-55、酸素や窒素を持つ炭素は 35-70 へ低磁場に押され、sp2 と芳香族は 100-155、すべてのカルボニルは 160-220 — アルデヒドとケトンの C=O が最高（190-220）、エステル・酸・アミド・無水物は 160-185 に集まります。2 つの癖：天然同位体の ¹²C は NMR 不活性（核スピン 0）で、だから 1.1% しか存在しない ¹³C がシグナルを運ばねばならず、はるかに多くの積算が必要です。そしてプロトンからの広帯域デカップリングが、乱雑な分裂を炭素ごと 1 本のきれいな一重線に畳みます。
質量分析：量って、砕く
電子衝撃は分子をイオン化し、装置はフラグメントを質量電荷比 (m/z)で仕分けします。分子イオン M+が分子量を与え、フラグメントパターンは住所のように働きます — パネルの 30 フラグメントが定番です。m/z 43（C3H7+またはアセチル）、91（トロピリウム/ベンジルカチオン、アルキルベンゼンの証）、105（ベンゾイル）。中性損失も同じ表で読めます。M−18 はアルコールが脱水したばかり、M−31 はメトキシの脱離。ハロゲンは同位体で自己紹介します。塩素の 35Cl/37Cl（3:1）と臭素の 79Br/81Br（1:1）が、そのままの比で M と M+2 のピーク対を与えます。マクラファティ再配列（カルボニルを越えた γ-H 移動）のような再配列は、構造単位まるごとに由来する診断ピークを作ります。
UV-Vis：価電子殻の電子
UV-Vis は軌道間を飛ぶ電子を見ます。不飽和系の π→π*（許容、強い）と、孤立電子対が反結合軌道へ行く n→π*（ほぼ禁制、弱く、ε はわずか 10-100）です。吸収単位は発色団で、共役がレバーです。二重結合を 1 つ加えるごとに HOMO–LUMO ギャップが狭まり、λmax は長波長へずれます — 表がはしごを示します。孤立アルケンは 200 nm 未満、ジエン 217、トリエン 258、ベンゼンの禁制 B バンド 256、アントラセン 375、可視へ。強度はベール・ランベルトの法則 A = ε·b·c に従います — 吸光度はモル吸光係数 ε（表からそのまま読む）×光路長×濃度 — これが UV-Vis を、同定だけでなく定量の道具にしています。
よくある誤解
- IR ピークは常に 1 つの固定数にある。水素結合は O–H を劇的にずらし広げ、共役は C=O を 20-40 cm−1下げます。表は法則でなく範囲を与えます。
- NMR シフトが大きいほどプロトンが多い。位置は環境を、積分は数を報告します。0.9 の高いピークは 40 個のメチルかも知れず、9.8 の寂しい 1 本は 1 個のアルデヒドプロトンです。
- 分子イオンが最大か最高ピーク。最高ピーク（基準ピーク）は最もできやすいフラグメントで — しばしば m/z 43 や 91。M+は小さいか、まるで不在かもしれません。
- UV スペクトルの色が吸収された色。見える色は補色です。400 nm（紫）に吸収する物質は黄色に見えます。
関連ツール：この表が同定する官能基は有機化学、電子移動というもう 1 つの変化は酸化還元 & 電気化学、化学データ。
