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炎色反応は、試料中の特定の元素の存在を比較的迅速に確認できる試験法です。この技術は古く、信頼性に疑問がありますが、かつては定性無機分析の構成要素でした。この現象は、花火や原子発光分光法に関連しています。[ 1 ]炎 の色は、原子電子遷移と光電子放出の原理によって理解され、さまざまな元素は電子遷移に異なるエネルギー準位（光子）を必要とします。[ 2 ] [ 3 ]
ロベルト・ブンゼンは1855年に、現在では有名なブンゼンバーナーを発明しました。ブンゼンバーナーは、非発光性の炎が試験材料から放出される色を妨げないため、炎色反応試験に役立ちました。 [ 4 ] [ 1 ]ブンゼンバーナーは、プリズム（不純物による色の干渉をフィルタリングする）と組み合わせることで、さまざまな元素のスペクトル放出を放出できる分光器の発明につながりました。[ 1 ] 1860年、ブンゼンとグスタフ・キルヒホフは、スペクトル放出に空色と暗赤色が予期せず現れることを観察しました。これにより、セシウム（空色）とルビジウム（暗赤色）という2つのアルカリ金属が発見されました。 [ 4 ] [ 1 ]今日では、この低コストの方法は、中等教育で生徒にサンプル中の金属を定性的に検出する方法を教えるために使用されています。[ 2 ]
炎色試験では、元素または化合物のサンプルを高温の非発光炎に近づけ、発生する炎の色を観察します。[ 4 ] 化合物は濃塩酸でペースト状にすることができ、金属ハロゲン化物は揮発性であるため、より良い結果が得られます。[ 5 ]色の正確性を確認するために、さまざまな炎を試すことができます。サポートには、木のスプリント、ニクロム線、白金線、マグネシア棒、綿棒、メラミンフォームが推奨されます。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]関係する物質の中には可燃性や毒性のあるものがあるため、安全対策が非常に重要です。 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 6 ]スプリントを使用する場合は、スプリント自体に火が付かないように、スプリントを炎の中に長時間保持するのではなく、スプリントを炎の中で振るように注意する必要があります。綿棒やメラミンフォーム（「消しゴム」クリーニングスポンジに使用されているもの）を支持体として使用することも提案されている。 [ 7 ] [ 8 ] [ 6 ]ナトリウムは多くのサンプルに共通する成分または汚染物質であり、 [ 2 ]そのスペクトルは他の多くの炎色反応で支配的になる傾向がある。[ 5 ]試験炎は、ナトリウムの黄色をろ過して他の金属イオンをより簡単に観察できるようにするために、コバルトブルーのガラスを通して観察されることが多い。
炎の色は一般的に温度と供給される酸素量にも依存します。炎の色を参照してください。[ 5 ]この手順では、異なる溶媒と炎を使用して、コバルトブルーガラスまたはジジミウムガラスを通して試験炎を観察し、ナトリウムなどの汚染物質の干渉光をフィルタリングします。 [ 12 ]
炎色反応試験にはいくつかの制約がある。標準条件下で確実に検出できる元素の範囲は狭い。一部の元素は弱く発光し、他の元素（Na）は非常に強く発光する。金、銀、白金、パラジウム、その他多くの元素は特徴的な炎色を示さないが、一部は火花を発する可能性がある（金属チタンや鉄など）。ベリリウムと金の塩は冷却時に純金属を析出すると報告されている。[ 12 ]この試験は非常に主観的である。
炎色試験では、イオンは熱的に励起されます。これらの励起状態は、光子を放出して基底状態に緩和します。励起状態のエネルギーとそれに伴う放出光子は、元素に固有のものです。励起状態と基底状態の性質は、元素のみに依存します。通常、切断される結合はなく、分子軌道理論は適用できません。炎色試験で観測される発光スペクトルは 、炎発光分光法、原子発光分光法、および炎光度測定法の基礎でもあります。[ 4 ] [ 13 ]
一般的な要素とその対応する色は以下のとおりです。
ウィキメディア・コモンズにある、火炎実験に関連するメディア