分子は2つ以上の原子が結合してできており、構成原子の質量と結合強度で決まる固有の振動数を持っています。この固有振動数の情報から分子の構造を探る手法が振動分光法です。
Molecules have vibrational modes, whose eigenfrequencies determined by the mass of the constituent atoms and bond strength. Vibrational spectroscopy is a technique for investigating the structure of molecules based on information on these eigenfrequencies.
一般に、分子の固有振動数は中赤外光の周波数領域にあります。よって、分子に赤外光を照射して透過光の強度を周波数ごとに測定すると、分子の固有振動数と一致する周波数の光が吸収されます（図１）。このようにして得られた振動スペクトルは、いわば「分子の指紋」であり、分子の種類によって全く異なる形状を示すため、分子の構造解析や分子種の同定に役立ちます。
In general, the eigenfrequencies of molecular vibrations are in the frequency range of mid-infrared light. When a molecule is irradiated with infrared light and the intensity of the transmitted light is measured for each frequency, light with a frequency that matches the eigenfrequency is absorbed (Fig. 1). The vibrational spectra show identical shapes of molecules, which is useful for structural analysis and identification of molecular species.
Fig. 1 Absorption spectra of various gas molecules
今日では、振動分光法は基礎研究だけでなく、材料・食品・医薬などの分野の研究開発で幅広く利用されています。近年、赤外レーザー光源技術の発展と相まって、レーザーの持つ空間コヒーレンスを活かしたイメージング分光や、直進性を活かしたリモートセンシング、さらには、2台の繰り返し周波数の異なる赤外超短パルスレーザーを用いたデュアルコム分光などの研究が盛んに行われています。芦原研究室では、赤外超短パルスレーザーの持つ高いコヒーレンス性と、重力波検出などでも用いられている干渉系の技術を駆使して、これまでにない高感度な振動分光法の創出に取り組んでいます。
Nowadays, vibrational spectroscopy is widely used not only for basic research but also for research and development in fields such as materials, food, and medicine. In recent years, the advent of infrared laser techniques has enabled imaging, remote sensing, and dual-comb spectroscopy. In our group, we are developing novel vibrational spectroscopy for trace gas sensing.