元素分析は物質の情報を得るために有効な分析方法です。元素分析により物質を構成している元素やその比率が分かれば、環境化学や食品化学など多くの分野に応用が可能です。実際、元素分析は土壌汚染の調査や医薬品、工業製品の品質評価、新素材の開発・研究などに広く役立てられています。
本記事では元素分析の概要と、デジタルマイクロスコープでも元素分析は可能なのかを解説します。併せて元素分析の仕組みや、代表的な分析手法についても詳しく紹介しますので、ぜひ参考にしてください。
元素分析とは？ デジタルマイクロスコープでもできる？
元素分析とは、有機化合物の中に含まれる炭素や水素、酸素などの元素の組成比（構成比）を分析する方法のことです。有機化合物・天然物の化学構造や燃料の品質評価、土壌の汚染度合いの分析、医薬品の不純物検出などに役立てられます。
分析には専用の分析装置が必要です。代表的なものにはCHN分析装置、CN分析装置、窒素（N）分析装置、原子吸光分析装置、蛍光X線分析装置などがあります。ごく一部のデジタルマイクロスコープに元素分析機能が備わったものもありますが、対象物に含まれる元素の種類や目的に合わせて分析する必要があるため、多くの場合専用の分析装置が使われます。
元素分析の仕組み
分析対象となる物質を燃焼させたり、光や放射線などを用いて化学処理を施したりすることで完全に分離させ、特定できる状態にするのが元素分析の仕組みです。水素（H）と炭素（C）の分析にはリービッヒらにより重量法が確立され、その後プレーグルによって微量化した分析方法「CH分析」が確立されました。窒素（N）の分析にはケルダール法やデュマ法が用いられています。
CH分析では分析対象をO2ガスによって完全燃焼させ、ガス化した成分を吸着層を使って水（H2O）、二酸化炭素（CO2）の順に捕捉します。それぞれを定量すれば必然的に炭素（C）水素（H）の比率が分かる仕組みです。
ケルダール法は、濃硫酸や水酸化ナトリウムなどを使用して試料を過熱分解し、さらに化学処理を施して窒素（N）を捕捉、定量する方法です。デュマ法は⼆酸化炭素の中で試料を酸化銅と共に燃焼させて窒素（N）を分離させ、捕捉したものを定量します。
元素分析の主な手法
元素分析の手法をさらに具体的に紹介します。
有機分析
有機分析は有機化合物の組成比を知るための手法です。土壌分析や水質分析、油やゴム、樹脂などの劣化調査、不純物分析などさまざまな分析に用いられます。
例えば、土壌に含まれる炭素濃度を測定して農作物の安定成長の指標とすることができます。他には、化石燃料の炭素量を測定して燃焼効率を計算することも可能です。
有機分析は、さらにいくつかの手法に分けられます。各手法の分析対象となる物質は固体、液体、気体とさまざまなものがあり、目的も異なるため、都度適切な手法を選んで分析することが重要です。
例えば、固体・液体両方の元素分析に使われる手法の一つに顕微フーリエ変換赤外分光分析（μ-FT-IR）があります。試料に赤外線を当て、透過光または反射光を分光して元素構造を分析し定量する方法です。ごく少量の試料で素早く分析できるのが特徴です。
またラマン分光分析は、レーザー光を照射し発生するラマン散乱光を検出して分析を行います。ラマン分光分析も、液体や固体などのさまざまな試料の分析に対応可能です。
さらに、分子構造を壊さずに分子を検出できる電界脱離質量分析法という手法もあります。この手法は油分や合成高分子材の分析に用いられます。
無機分析
無機分析は、元素単体や無機化合物の組成比を知るための手法です。タングステン中の超微量不純物分析やめっき液中の不純物濃度分析、土壌分析、食品安全性の評価などに用いられます。
無機分析は、前もって試料の溶液化が必要な湿式分析と、溶液化が必要ない機器分析の二つに分けられます。
湿式分析でよく用いられる手法の一つが重量法です。先にも紹介したように元素分析の基本となる方法で、分析対象に合わせて「沈殿重量法」と「電解重量法」のいずれかで行います。沈殿重量法は、溶液に沈殿剤を加えて特定の物質を沈殿させ測定する方法です。電解重量法は、銅溶液に電極を入れて電気分解し、電極上に析出したものを測定する方法です。
機器分析には分析対象にX線を当て、発生した蛍光X線の強度を測定する蛍光X線分析や、グロー放電プラズマの中で発生する原子発光スペクトルを解析して元素を測定するグロー放電発光分析があります。
まとめ
元素分析は物質に含まれる元素の組成比を明らかにする手法です。これにより、精密機器や医薬品に含まれる不純物を検出したり、新素材の研究・開発などに役立てたりすることができます。
元素分析の対象は多岐にわたり、目的もさまざまなため、適切な専門装置を使用して分析することが重要です。手軽に分析できるという点では、デジタルマイクロスコープによる分析も選択肢の一つです。しかし、元素分析ができるデジタルマイクロスコープは一部に限られている上、価格も高い傾向にあります。そのため、基本的には本記事で紹介したような有機分析・無機分析の手法を用いるのがおすすめです。
株式会社アクティブウェーブでは、元素分析機能こそ備えていないものの、最大500万画素の高解像度カメラを搭載した、安価かつハイパフォーマンスなデジタルマイクロスコープを提供しています。国・公・私立大学、独立行政法人、大学共同機関法人、官公庁など、累計で3,000社以上へ納入した実績があります。静止画・動画の記録、フォーカス合成、ハレーション除去など機能も充実。気になる方は、ぜひお気軽にアクティブウェーブへご相談ください。