ラマン分光
スペクトルデータ解析事例集

〜高分子、電池、電子デバイス、炭素材料、ガラス、医薬品、食品、細胞・組織〜

はじめに
１．ラマン分光法の概要
　1.1　ラマン分光法の歴史
　1.2　ラマン分光法の原理
　1.3　ラマン分光法の利点と欠点
　1.4　応用測定事例
２．装置の概要
　2.1　分散型ラマンとFT-ラマン
　2.2　スペック別の装置分類
３．ラマン分光光度計を構成する素子とその特徴
　3.1　本体筐体・試料室
　　3.1.1　装置の安定性
　　3.1.2　装置の安全面
　　3.1.3　多様な試料への対応
　3.2　レーザー
　　3.2.1　レーザーの種類
　　3.2.2　主なレーザーの波長と使用目的
　　3.2.3　レーザー周辺の光学系
　3.3　対物レンズ
　　3.3.1　倍率・NA
　　3.3.2　特殊な対物レンズと使用場面
　3.4　光学分割素子
　3.5　レイリー散乱光除去フィルター（リジェクションフィルター）
　3.6　スリット
　3.7　分光器
　　3.7.1　焦点距離
　　3.7.2　グレーティング（回折格子）
　3.8　検出器
　　3.8.1　検出器の種類と波長別の特性
　　3.8.2　CCD検出器の種類と特性
　　3.8.3　InGaAs検出器の特性
　　3.8.4　検出器のノイズ低減
　3.9　波数の校正
４．その他の光学系・オプション等について
　4.1　観察機能
　4.2　加熱冷却測定
　4.3　偏光測定
　4.4　複合分析
　4.5　ファイバーによる測定
おわりに

はじめに　
１．微量成分分析(数％から数ppmレベルまで）
２．微小部分析（数μmからサブμｍまで）
３．透明樹脂やガラス内部に埋没した試料を測定するための工夫と深さ方向分析
４．蛍光が強い試料を測定するための工夫
　4.1　Photo Breach（光退色）
　4.2　スリットや共焦点アパーチャー制限
　4.3　多波長励起光による測定
　4.4　Anti-Stokesスペクトルの活用
　4.5　蛍光発生物質の除去および消光剤の利用
５．レーザで試料にダメージを与えないで測定するための工夫
６．前処理の工夫
さいごに

第１節　貴金属ナノ粒子の凝集を用いた表面増強ラマン散乱
はじめに
１．表面増強ラマン散乱（SERS）
　1.1 SERSの歴史と、迷ったら「ピリジンに帰れ」
　1.2 赤外吸収・ラマン散乱・表面増強ラマン散乱
　1.3 SERS基質
２．SERSスペクトルの形を決める要因
　2.1 金と銀で出現するピークが違う
　2.2 局在プラズモン共鳴の波長依存性がピークの強度を決める
　2.3 粒子径には適度な大きさがある
　2.4 ナノ粒子の表面吸着種ーバックグラウンドを無視できない
３．貴金属ナノ粒子の凝集を用いた表面増強ラマン散乱
　3.1 よく利用されるコロイド系SERSと課題
　3.2 Co-aggregation法SERSと測定例
４．まとめ

第２節　凍結によるラマン分光の高感度化
はじめに
１．凍結による金属ナノ粒子の凝集制御とラマン分光の高感度化
　1.1 凍結濃縮による高感度化
　　1.1.1　凍結濃縮
　　1.1.2　凍結濃縮によるラマン分光の高感度化
　1.2 凍結による金属ナノ粒子の凝集制御
　1.3 表面増強ラマン散乱への適用
２．相互内部標準によるSERS強度の補正とDNA核酸塩基のratio metric計測
　2.1 核酸塩基への適用
　2.2 凍結SERSによるDNA核酸塩基のratiometric分析
　　2.2.1　内部標準による強度補正と核酸塩基混合試料における凍結SERSの定量分析
　　2.2.2　重回帰分析による核酸塩基の定量分析
　　2.2.3　実サンプルへの適用
３．表面増強ラマン散乱強度の統計解析による定量計測
　3.1 表面増強ラマン散乱強度分布の統計解析
　3.2 相補誤差関数による統計パラメーターの補正と低濃度域における定量
　3.3　凍結SERSへの適用
おわりに

第３節　ラマン散乱スペクトルと機械学習手法による細胞種類、状態の識別
はじめに
１．細胞のラマン散乱スペクトル計測
２．機械学習を用いた細胞指紋技術
３．細胞のラマン散乱スペクトルの空間分布情報の利活用
４．細胞のラマン散乱スペクトルと遺伝子発現との関係性
５．細胞のラマン散乱スペクトル計測の医療応用展開に向けて
おわりに

◇第５章　高分子をラマン分光で分析する際のスペクトルの読み方 ◇

第１節　顕微ラマンによる高分子微細構造解析
はじめに
２．１　温度応答性高分子について
２．２　顕微ラマンによる相分離の解析
２．３　添加物混合系での相分離
３．顕微ラマンで見る高分子結晶
はじめに
３．１　偏光ラマン測定によるポリエチレンの球晶の解析
３．２　偏光ラマン測定によるポリエチレンオキサイド（PEO）錯体結晶の解析
おわりに

第２節　ラマン分光法によるパーフルオロアルキル鎖のねじれ構造解析
はじめに
１．パーフルオロアルキル鎖の分子振動
　1.1 パーフルオロアルキル鎖特有のバンドの変化
　1.2 パーフルオロアルキル鎖のラマンスペクトルに現れるバンド分裂とねじれ構造の関係
２．パーフルオロアルキル鎖のねじれ構造に起因するアトロプ異性のラマン光学活性（ROA）による識別
　2.1 固体試料のROAの検討：不斉炭素を有するアラニンのLおよびD体の識別
　2.2 パーフルオロアルキル鎖のねじれ構造に起因するアトロプ異性の識別

第３節　ラマンイメージングによるふっ素樹脂の結晶性分布解析

第４節 長繊維強化プラスチック（CFRP）中の内部応力マッピング
はじめに
１．材料
２．実験装置
３．実験結果
　3.1　CFRP中の残留応力マッピング
　3.2　CFRP中のき裂先端近傍の内部応力マッピング
４．まとめ

第５節　顕微ラマン法による試験片表面の添加剤の分布分析およびその応用展開
はじめに
１．アセチレン含有ポリカプロラクトンにおけるアセチレンユニットの顕微ラマン観察
２．アセチレン含有ポリカプロラクトンによるひずみの検出
　2.1　ポリ(ジアセチレン)によるひずみの検出
　2.2　ポリ(モノアセチレン)によるひずみの検出
３．ポリエステル中のπ共役化合物の挙動
おわりに

第６節　顕微ラマン分光を用いた高分子材料の成分分布解析
１．背景
２．評価装置
３．ポリメタクリル酸メチル（PMMA）／ポリスチレン（PS）のポリマーブレンド
　3.1 試料作製
　3.2 ラマン分光測定結果
４．ヒドロキシアパタイト（HAp）充てんポリL-乳酸（PLLA）の複合材料
　4.1 試料作製
　4.2 ラマン分光測定結果
５．エポキシ樹脂（EP）/ポリエーテルスルホン（PES）のポリマーブレンド
　5.1 試料作製
　5.2 ラマン分光測定結果
６．アイソタクチックポリプロピレン（PP）/エチレン―オクテン共重合体（EOR）のポリマーブレンド
　6.1 試料作製
　6.2 ラマン分光測定結果
７．イオン液体（IL）添加ポリスチレン（PS）
　7.1 試料作製
　7.2 ラマン分光測定結果
８．アイソタクチックポリプロピレン(PP)とエチレン―オクテン共重合体（EOR）ホットメルト接着剤の界面評価
　8.1 試料作製
　8.2 ラマン分光測定結果
９．アイソタクチックポリプロピレン(PP)とシアノアクリレート（CA）接着剤の界面評価
　9.1 試料作製
　9.2 ラマン分光測定結果
１０．アイソタクチックポリ-1-ブテン(PB)とポリメチルフェニルシラン(PMPS)接着剤の界面評価
　10.1 試料作製
　10.2 ラマン分光測定結果
１１．ラマン分光評価における問題点やその他の評価法

第７節　PE（ポリエチレン）の材質と熱結晶化・配向性評価
はじめに
1. PEの材質分析
2. 熱結晶化
3. 配向性
4. PE温水浸漬試験品の結晶性分布解析事例4)
おわりに

第８節　温度可変ラマンによる各種プラスチック材料の特性評価
はじめに
１．PETの加温測定におけるラマンスペクトルの変化（ガラス転移、結晶化、融解）
２．水溶液の溶質成分のラマン分光（低温測定）
３．ナイロンの吸湿による構造変化解析（加温測定）
おわりに

第９節　粘着剤(特殊ゴム系粘着剤)のラマンスペクトル

第１０節　偏光板の多層分析
はじめに
１．材料調査の流れ
　1.1 断面作成
　1.2 断面観察
２．ラマン分光分析結果
　2.1 使用した装置
　2.2 分析結果
３．深さ方向分析
　3.1　分析結果
　3.2　考察
おわりに

第１１節　PETフィルムのスペクトル
はじめに
１．使用した装置
　1.1 ラマン分光装置、およびその原理
　1.2 大まかな帰属
２．分析結果
　2.1 PETのラマンスペクトル
　2.2 考察
おわりに

第１２節　PENフィルムのスペクトル
はじめに
１．PENとPETの物性比較
　1.1 ＴＭＡの原理
　1.2 ＴＭＡ結果
　1.3　考察
２．PENのラマン分析
　2.1 ラマン分析結果
　2.2 データ解析
おわりに

第１３節　ラマン分光を活用した高分子材料中の異物分析
１．ラマン分光法による異物分析の概要
２．顕微ラマン分光法による高分子材料中の微小異物の分析
　2.1 フィルム中の微小異物の分析
　2.2 樹脂成型品中の異物の分析
３．他手法を併用した顕微ラマン分光法よるフィルム中の微小異物の分析
４．樹脂中に混入した着色異物の顕微ラマン分析
５．まとめ

第１節　PEMFC電解質膜内部の水分布とその化学状態の測定
はじめに
１．CARS分光法
２．測定系・解析手法
　2.1 CARS分光系ならびにCARS分光用燃料電池単セル
　2.2　スペクトル解析手法
　2.3　水分子数定量手法
　2.4　波形分離による水の化学状態解析
３．測定結果
　3.1　発電時過渡状態におけるλの時間変化
　3.2　Nafion膜内における水分子の水素結合
おわりに

第２節　リチウムイオン電池用正極材料のラマン分光測定
はじめに
１．正極材料のその場ラマン分光測定
　1.1 高電位下における可視光を用いたLiCoO2薄膜のその場ラマン分光測定
　1.2 LiCoO2合材電極のFTラマン分光測定と電気化学特性
　1.3 高電位下におけるLiCoO2合材電極のその場FTラマン分光測定

第３節　電極／電解質界面の構造解析
はじめに
１．白金電極表面でのSERS測定
　1.1 金ナノ構造基板のSERS活性を借りた白金超薄膜表面でのSERS測定
　1.2 金ナノ粒子のSERS活性を借りた白金表面でのSERS測定
　1.3 長距離伝搬型表面プラズモンを使った白金電極表面でのSERS測定
２．電極／電解質界面での表面増強電子ラマン散乱
　2.1 表面吸着種による表面増強電子ラマン散乱への影響
　2.2 電極／電解質界面の電気2重層観察

第１節　半導体材料の残留応力評価
はじめに
１．熱ストレスのラマンスペクトルの関係
２．高温ラマンイメージング測定方法
　2.1　使用機器，機種名
　2.2　測定試料の調整
　2.3　分析モード，測定条件，測定方法
　2.4　各種電極付ワイドギャップ半導体のラマンイメージング解析の比較，考察

第３節　ラマン分光法によるGaN／ダイヤモンド接合界面の残留応力評価
はじめに
１．GaN／ダイヤモンド接合界面の作製
２．ラマン分光法によるGaN／ダイヤモンド接合界面の残留応力評価
３．GaN／ダイヤモンド接合界面の断面TEM像
おわり

第４節　CVDダイヤモンド中の転位の評価
はじめに
１．転位の評価に共焦点ラマンイメージングを用いる理由
２．試料および測定の概要
３．転位のラマンイメージング
　3.1　単一転位周辺の応力変動の可視化
　3.2　転位の小さな歪を検出できる理由
　3.3　共焦点ラマンイメージングによる転位のトモグラフィー
まとめ

第５節　多結晶アルミナの結晶粒内の応力成分マッピング
はじめに
１．材料
２．ラマンスペクトル測定から応力成分までの同定プロセス
　2.1　ひずみ負荷に伴うラマンシフト変化量
　2.2　結晶座標系の応力の算出と試験片座標系への応力変換
３．実験装置
４．多結晶アルミナの結晶粒内の応力成分マッピング
　4.1　試験片と荷重負荷方法
　4.2　結晶粒内の応力成分マッピング結果
５．まとめ

第６節　角度分解偏光ラマン分光法による誘電体の不均一性評価
はじめに
１．強誘電体結晶PbTiO3からの角度分解偏光ラマン散乱
　1.1 角度分解偏光ラマン分光法
　1.2 角度分解偏光ラマン分光法における多変量解析
２．不均一性を有するリラクサー強誘電体からの角度分解偏光ラマン散乱
　2.1 リラクサー強誘電体
　2.2 (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3結晶(PZN-100xPT)からの角度分解偏光ラマン分光
まとめ

第７節　単層グラフェンのラマン分光スペクトル
はじめに
１．単層グラフェンのデバイス応用
２．測定試料
３．使用機器と測定条件
４．実験結果
５．解析
おわりに

第８節　ラマン分光を用いた架橋ツイスト2層グラフェンの熱伝導計測
１．背景
２．試料と実験方法　
３．ツイスト2層グラフェンの熱伝導計測
４．まとめ

第１節　非弾性光散乱による酸化物ガラスの物性評価
はじめに
１．ガラスにおける非弾性光散乱
２．実験装置の実例
　2.1　レーザー光源
　2.2　共焦点顕微分光システム
３．ガラスの光散乱スペクトルの実例
　3.1　ガラスと結晶に見られるスペクトルの特徴
　3.2　低振動数ラマンスペクトルによる過剰な振動状態密度の評価
　3.3　高振動数領域の振動モードに基づいた結晶/非晶の構造解析
４．おわりに

第２節　ラマン・赤外分光によるリン酸セリウムガラスの構造解析
はじめに
１．(Ce, La)リン酸ガラスの作成と元素組成
２．(Ce, La)リン酸ガラスのラマン・スペクトル
　2.1 ラマン分光法測定用ガラス試料の作成と測定条件
　2.2 ラマン・スペクトルデータ
３．(Ce, La)リン酸ガラスの赤外スペクトル
４．(Ce, La)リン酸ガラスの可視光スペクトル
５．(Ce, La)リン酸ガラスのX線光電子スペクトル
６．(Ce, La)リン酸ガラスの各種スペクトルデータとCeモル分率
７．(Ce,La)リン酸ガラスの構造モデル
８．まとめ

第３節　ラマン分光法によるダイヤモンドライクカーボンの化学構造解析
１．序論
２．試料
３．理論
４．結果と考察
５．まとめ

第４節　非晶質の炭素材のラマン測定

◇第９章　金属系材料をラマン分光で分析する際のスペクトルの読み方◇

第１節　ラマンイメージングによる鋼板上の初期腐食生成物の構造解析
はじめに
１．分析試料
　1.1 腐食生成物
　1.2 Fe酸化物/水酸化物の標準試料（試薬）
２．分析方法
　2.1　使用機器・機種名
　2.2 分析条件
　2.3 マッピングデータの解析方法
３．分析結果および考察
　3.1 定性分析結果
　3.2 マッピング結果
おわりに

第２節　亜鉛めっき鋼板変色部のラマン分析
はじめに
１．分析試料
　1.1 亜鉛めっき鋼板変色部
　1.2 ZnO標準試料（試薬）
２．分析方法
　2.1　使用機器・機種名
　2.2 各試料の定性分析
　2.3 異なるレーザ波長による分析
３．分析結果および考察
　3.1 各試料の定性分析結果
　3.2 異なるレーザ波長による分析結果
おわりに

第３節　鋼材の表面スケールの応力分布測定

◇第１０章　医薬品、化粧品、食品をラマン分光で分析する際のスペクトルの読み方◇

第１節　結晶多形の評価と透過型低波数ラマンによる結晶定量
１．原薬結晶多形の評価
２．分子複合体の識別
３．結晶転移のモニタリング
４．固形製剤中原薬結晶形の定量的評価
５．さいごに

第２節　結晶多形の高速スクリーニング

第３節　液中異物検査

第４節　錠剤のラマンイメージング

第５節　クルクミンナノ非晶質製剤の水中懸濁後の固体状態の経時変化観察

第６節　ラマン光学活性分光法を用いたタンパク質活性部位の構造解析
はじめに
１．ラマン光学活性分光とは
　1.1 ラマン光学活性分光の測定原理
　1.2 ラマン光学活性分光装置の例
２．ラマン光学活性分光の色素タンパク質への応用
　2.1 色素タンパク質のラマン光学活性分光
　2.2 微生物型ロドプシンのラマン光学活性分光
３．まとめ

第７節　皮膚の含水率と組成物測定及び化粧品の浸透性評価
はじめに
１．皮膚の含水率測定及び角層厚評価
　1.1 測定方法
　1.2 データの解析
２．皮膚組成物の測定
　2.1 測定方法
　2.2 データの解析
３．皮膚に塗布した物質の浸透性評価
　3.1 測定方法
　3.2 データの解析
おわりに

第８節　食品を表面増強ラマン法で分析する際の実際
はじめに
１．表面増強ラマン分光法
２．測定の実際
　　2.1.1 貴金属コロイド
　　2.1.2　固相化基板
　2.2 実験上の注意事項
　2.3 高純度サンプルにおける測定例
　　2.3.1 測定例１（カロテノイド）
　　2.3.2 測定例２（農薬）
　　2.3.3 測定例３（揮発性硫黄含有化合物）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　2.3.4 測定例４（白ワイン）
３．他のグループによる測定報告例
４．特殊SERSデバイス
　4.1 食品中の物質検出測定例
　4.2 固体表面の吸着物質の検出
　4.3 臭気物質の検出
５．まとめ

第９節　ラマン分光法を用いた高カロテノイドトマトの判別分析
１．ラマン分光法による農産物に含まれるカロテノイドの分析
２．ラマン分光法による高リコピントマトの判別分析

◇ 第１１章　生体組織、細胞をラマン分光で分析する際のスペクトルの読み方◇

第２節 ラマン顕微鏡を用いた細胞内の生体分子密度変化
はじめに
１．細胞内の分子夾雑環境
　1.1 細胞内の水のラマン画像
　1.2 細胞内の水の密度定量
２．細胞周期に伴う分子夾雑環境の変化
　2.1 細胞周期の制御
　2.2 細胞周期に伴うラマンスペクトルの変化

第３節　ラマン顕微鏡を用いた細胞内の温度観測
１．細胞内の水のラマンスペクトルの温度依存性
　1.1 水のラマンスペクトルの温度依存性
　1.2 細胞内の水のラマンスペクトルの温度依存性
２．薬物添加に伴う細胞内温度変化の観測
　2.1 FCCP添加に伴う細胞のラマンスペクトルの変化
　2.2 水のラマンイメージングによる細胞内温度分布の可視化

第４節　ラマン標識を用いた低分子化合物の生細胞解析
はじめに
１．アルキンタグラマンイメージング（ATRI）
２．半定量解析
　2.1 ユビキノン誘導体の半定量解析
　2.2 重水素を用いた脂肪酸の半定量解析
３．二重標識イメージング
４．ラマン標識の相対散乱強度
　4.1 相対ラマン散乱強度の測定
　4.2 構造-ラマンシフト/強度相関
おわりに

第５節　顕微ラマン分光法を用いたバイオフィルム中のカロテノイドの非破壊分析
はじめに
１．ロドコッカス属細菌バイオフィルム中のカロテノイド
２．ピンクバイオフィルム中のカロテノイド

第６節　ペイント式ラマン分光顕微システムを用いた細胞判別
１. 概要
２. ヒトT細胞のラマンスペクトル
　2.1　スペクトルデータ
　2.2　使用機器・機種名
　2.3　測定試料の調整
　2.4　分析モード・測定条件・測定方法
　2.5　ラマンスペクトルの解析、考察
３. 線維芽細胞 (Mouse Embryonic Fibroblast; MEF) のラマンスペクトル
　3.1　スペクトルデータ
　3.2　使用機器・機種名
　3.3　測定試料の調整
　3.4　分析モード・測定条件・測定方法
　3.5　ラマンスペクトルの解析、考察
４. ヒト間葉系幹細胞 (human Mesenchymal stem cell, hMSC)
　4.1　スペクトルデータ
　4.2　使用機器・機種名
　4.3　測定試料の調整
　4.4　分析モード・測定条件・測定方法
　4.5　ラマンスペクトルの解析、考察
５. ヒト多能性幹細胞 (human induced Pluripotent Stem Cell, hiPSC)
　5.1　スペクトルデータ
　5.2　使用機器・機種名
　5.3　測定試料の調整
　5.4　分析モード・測定条件・測定方法
　5.5　ラマンスペクトルの解析、考察
６. 活性化T細胞のラマンスペクトル
　6.1　スペクトルデータ
　6.2　使用機器・機種名
　6.3　測定試料の調整
　6.4　分析モード・測定条件・測定方法
　6.5　ラマンスペクトルの解析、考察

第７節　赤外分光法とラマン分光法による骨質の解析
はじめに
１．骨質とは何か
　1.1 骨の生理学的機能と成分組成
　1.2 骨質の定義
２．赤外分光法およびラマン分光法による骨組織の計測
　2.1 骨の化学組成の解析法と骨質計測における振動分光法の位置づけ
　2.2 脱灰薄切標本の赤外吸収スペクトルとラマン散乱スペクトル
　2.3 脱灰薄切標本のラマン散乱スペクトル
３．骨粗鬆症モデルマウスにおける骨質のラマン分光分析

第８節　ラマン散乱分光法による脂質分子解析
はじめに
１．脂質分子のラマンスペクトル解析
　1.1 脂質分子の基本分子構造
　1.2 脂質分子の典型的なラマンバンドの帰属
　1.3 脂質分子のラマンスペクトル
　1.4 脂質分子のコンホメーション変化解析
２．肝臓の脂質分子解析
　2.1 肝臓組織中の脂質分子
　2.2 非アルコール性脂肪性肝疾患モデルマウスの肝臓組織のラマンスペクトル
　2.3 非アルコール性脂肪性肝疾患モデルマウスの肝臓組織のラマン散乱分光イメージング

第９節　顕微ラマンによるキンギョ・メダカのウロコの構造解析
はじめに
キンギョのウロコのラマンスペクトル
メダカのウロコのラマンスペクトル