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赤外線

赤外線とは、「」色の「外」に存在する電磁波である。々人間のでは見ることができない。熱線とも呼ばれる。
学などの分野ではIR(infrared)と略称される。

概要

赤外線は可視線の赤色よりも波長が長く、ミリ波長の電波よりも波長の短い電磁波全般をす。
波長は約0.7μm~1000μm程度。(1000μm=1mm)

赤外線温度の高い物体から出て、熱作用が強いという性質がある。(例:こたつから出る温かい
室温が20℃の時の物体が放射する赤外線の最大波長は10μm程度である。

赤外線は波長の短い順に、「近赤外線」・「中赤外線」・「遠赤外線」の3つに分けられる。
ただしそれぞれの区分は、使うところによって若干異なり、近赤外線と遠赤外線の2つに分けたり、10μmまでを中赤外線としている所もある。
下記の区分はその一例である。

近赤外線

赤外線は、約0.7~2.5μmの波長があり、赤色の可視線に近い波長を持っている。
赤外線カメラ赤外線通信などに使われるのもこの波長である。

2011年11月7日にNIH(アメリカ国立衛生研究所)が、0.7μmの近を使用してがん細胞を破壊する動物実験に成功した。

中赤外線

赤外線は、約2.5~4μmの波長があり、近赤外線の一部として分類されることもある。
単に赤外線という場合はこの波長域をす。

赤外線吸収スペクトルでの有機化学物質などの分分析に利用される(後述)。

遠赤外線

赤外線は、約4~1000μmの波長があり、電波に近い性質を持っている。

絶対零度以外の物体からは必ず放射されており、高い温度の物体ほど放射する量が多くなり、放射のピークの波長は温度に反例している。

例えば炭火は約800℃で、ウチワで扇ぐと1000℃ほどになるので、放射のピークが近赤外線や可視線に近づいてく見える。近赤外線に見えないがデジカメなどで写すことができるため、焼き肉の場面を撮影すると邪悪なの炎が見えることがあるのでお試しを。この近赤外線だけを撮影するのが「赤外線写真」、中赤外線や遠赤外線を撮影するのが「サーモグラフィー」である。

ピークを外れた遠赤外線も放射する量は増えるため、炭火温度の低い物体よりも多くの遠赤外線を発している事になる。「遠赤外線は内部から温める」という謳い文句があるが、実際は全く逆で、遠赤外線は様々な物体に吸収されやすいため表面のみを加熱する。焼き魚焼き鳥炭火だとこんがり焼けるのは遠赤外線のおかげである。

赤外線が発せられる物体は較的低温のものが多く(ガスコンロは1800℃にもなる)、暖めるのに時間がかかるので、表面が焦げる前に内部まで熱が伝わるのである。炭火は「高火力」と称されるが、これは「高温」ではなく、赤外線の放射量が多いという意味である。

放射量は物体や表面状態により異なり、セラミックスは放射量が高いためヒーターとして使われ、金属は放射量が少なく反射率が高いためヒーターの裏に設置して反射として使われている。

4~14μmの波長は動植物の成長や健康に必須なため、「育成線」とも呼ばれる。

化合物の分析に

赤外線化合物に照射すると、物質内の結合がバネのように振動したり回転するなどしてエネルギーを吸収し、構造中の官基を反映した吸収パターンを示す。これを利用して、化合物の構造の推定、既存のデータ較することによる未知検体の同定などが行われている。特に1300~650 cm−1 の領域には物質固有の吸収スペクトルが現れるため紋領域と呼ばれる。

基本的には結合の数が多いほど、結合している原子が軽いほど振動しやすいため高波数(低波長)の赤外線を吸収する。例えば基(-OH)は3600~3200cm−1、アミノ基(-NH)は3500~3300cm−1水素の軽さを反映して高波数の吸収を示す。他に代表的なものとしてカルボニル基(C=O)は1700cm−1に吸収を示す。

ちなみにCO2に温室効果があるのは、構造的に赤外線を吸収して振動しやすいため。分子も振動してより広い範囲の赤外線を吸収するので、蒸気は地球温暖化に最も寄与している。電子レンジマイクロ波でが温まるのも同じ理由である。

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