統一原子質量単位

テンプレート:Infobox テンプレート:Infobox テンプレート:Infobox 統一原子質量単位（とういつげんししつりょうたんい、記号 u）またはダルトン、ドルトン（dalton、記号 Da）は、微小な質量を表す単位である。かつては原子質量単位（記号 amu）とも言ったが、この名と記号は現在は非公式である。ダルトンと Da はかつて非公式だったが、2006年に国際度量衡局 (BIPM) により承認された。

統一原子質量単位とダルトンの定義は全く同じで、静止して基底状態にある自由な炭素12 (¹²C) 原子の質量の1/12と定義されている。国際単位系 (SI) では共に、SI単位ではないがSIと併用できるSI併用単位のうち、「SI単位で表されるその数値が実験的に決定され、したがって不確かさが伴う単位」に位置付けられている。

名称と記号

名称	英語	記号	SI併用
統一原子質量単位	unified atomic mass unit	u	○
ダルトン	dalton	Da	○
原子質量単位	atomic mass unit	amu	×

統一原子質量単位と原子質量単位は、厳密には別の単位である。原子質量単位にはかつて複数の定義があり、それらを統一したのが統一原子質量単位である。このような経緯があるため、原子質量単位の使用は推奨されていない。

統一原子質量単位の記号 u は「統一 (unified)」に由来し、amu の3文字目のように「単位 (unit)」に由来しているわけではない。したがって、原子質量単位の記号を u とするのは誤りである。

ダルトンの名は、近代原子論を提唱したジョン・ドルトンに由来する。日本では単位名は「ダルトン」とすることが多いが、英語での発音は「ドルトン」もしくは「ドールトン」である。

なお、統一質量単位 (unified mass unit) は電子ボルトに対応する質量（eV / c² ≒ 1.783テンプレート:E kg) であり、統一原子質量単位とは全く異なる。

値

1 u のCODATA推奨値は

1 u = 1.660 540 2(10)テンプレート:E kg (CODATA1986)

1 u = 1.660 538 73(13)テンプレート:E kg (CODATA1998)

1 u = 1.660 538 86(29)テンプレート:E kg (CODATA2002)

1 u = 1.660 538 782(83)テンプレート:E kg (CODATA2006)

1 u = 1.660 538 921(73)テンプレート:E kg (CODATA2010)

である。括弧内は拡張不確かさ。

定義より、厳密に

m(¹²C) = 12 u = 12 Da

である。

炭素12の質量数（陽子数と中性子数の合計）は12なので、核子（陽子と中性子）の質量はほぼ 1 u である。ただし実際はわずかに重く、

m_p = 1.0073 u

m_n = 1.0085 u

である。これは、自由な核子が高い核エネルギーを質量の形で持っているからである。しかしこの程度の差異を誤差として許容するなら、質量数 A の原子の質量はおよそ A u であるといえる。

統一原子質量単位（あるいはダルトン）の定義は、「12 g の炭素12の物質量」とされるモルの定義の裏返しになっており、

1 g = N_A u·mol ≒ 6.022 141 29(27)テンプレート:E u (2010CODA)

である。つまり、ある分子等の質量を統一原子質量単位で表した数値は、その分子からなる純物質 1 mol（アボガドロ定数個の分子）の質量をグラムで表した数値に等しい。

物理量

統一原子質量単位やダルトンは「原子量を表す単位」と誤解されることがある。しかし、u や Da が表すのが質量であるのに対し、原子量は質量ではなく、原子の質量と 1 u との比であり、無次元量である。したがって、原子量を u や Da で表すことはできない。

例えば「炭素12の原子量は12」「炭素12の質量は 12 u」「炭素12の質量は 12 Da」は正しいが、「炭素12の原子量は 12 u」「炭素12の原子量は 12 Da」は間違いである。

派生単位

ダルトンにはSI接頭辞を付けることができる。通常使われるのはミリダルトン (mDa)、キロダルトン (kDa)、ギガダルトン (GDa) である。

統一原子質量単位にSI接頭辞を付けることは、禁止されている訳ではないが、実際にはほとんどない。

ミリマスユニット (milli mass unit, mmu) という非公式の単位もあり、1 mmu = 1/1000 u = 1 mDa とされるが、SI接頭辞のシステムと整合性がなく、使用は推奨されない。

歴史

20世紀初頭、酸素 O 原子の質量の 1/16 が（「統一」のない）原子質量単位と定義されていた。しかし1929年、酸素の同位体 ¹⁷O と ¹⁸O が発見されると、「酸素」と呼ばれているものは各種同位体の混合であり、「酸素原子の質量」とは、各同位体原子の質量の、同位体比に応じた平均であることが明らかになった。そしてまもなく、その同位体比も一定ではないことが明らかになり、原子質量単位の定義は不確実になった。

物理学の世界ではこれに対し、酸素16 ¹⁶O の質量の 1/16 と定義された新しい原子質量単位 (physical amu) を使うようになった（これにより、従来の値は変更しなくてはならないという問題も出てきた）。一方、化学の世界では従来の定義の原子質量単位 (chemical amu) を使った。こうして2つの定義が混在することとなった。これらを現在の統一原子質量単位で表すと

1 physical amu ≒ 0.999 6882 u

1 chemical amu ≒ 0.999 96 u（同位体比のばらつきにより高い精度では定まらない）

となり、約 1/3600 の差がある。

この混乱を解消するため、国際純粋・応用物理学連合 (IUPAP) と国際純正・応用化学連合 (IUPAC) が協議し、1960年、炭素12 ¹²C 原子の質量の 1/12 である統一原子質量単位が定められた。この定義は、核種を特定することで同位体比の問題をなくしつつ、化学系 amu に最も近く従来の数値を変更する必要がないように選ばれた。このとき、単位記号も新しく、統一 (unified) から u と定められた。

（「統一」のない）原子質量単位が「炭素12の質量の1/12」と公式に定義されたことはないが、現在ではほぼ常に、統一原子質量単位と同じ「炭素12の質量の1/12」の意味で使われる。

ダルトンは古くから使われていた単位で、長らく公式の定義がなかったものの、1960年までは物理学的amuと同じ「酸素16の質量の1/16」、1960年以降は統一原子質量単位と同じ「炭素12の質量の1/12」の意味で使うことが多かった。2006年、国際度量衡局はダルトンを、統一原子質量単位と全く同じ定義の単位としてSI併用単位に採用した。

使用

原子、イオン、分子（DNAやタンパク質などの巨大な高分子を含む）の質量を表すのに使われる。大きなものではリボゾームのような複数個の超高分子の複合体にも使われる。

ただし、生化学で生体高分子や複合体の質量を表すときには、主にダルトンが使われる。ダルトンがSI併用単位になる前の書籍等では「ダルトンが使われるが正式には統一質量単位を使うべきである」などとされていた。

参考文献

• テンプレート:Cite journal

テンプレート:SI units navbox