"자외선 가시광선 분광법"의 두 판 사이의 차이
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<math>A_{total}\,{{=}}\,A_1\,+\,A_2\,+\,A_3\,+\,\cdots | <math>A_{total}\,{{=}}\,A_1\,+\,A_2\,+\,A_3\,+\,\cdots | ||
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=== 큐벳 === | === 큐벳 === | ||
2016년 5월 15일 (일) 20:20 판
자외선 가시광선 분광법(Ultraviolet–visible spectroscopy; UV-Vis)은 시료가 자외선 영역 및 가시광선 영역의 빛을 흡수하는 정도를 이용하여 시료를 정성 및 정량 분석하는 방법이다.[1] 이 분석 방법과 이를 수행하는 기기를 간단히 UV-Vis라고 부른다. 적외선 분광법과 함께 상당히 널리, 자주 사용되는 분석 기법이다.
원리
간단히 논하자면, UV-Vis는 시료가 빛 에너지를 흡수하여 들뜲으로서 줄어드는 빛의 양을 확인하는 것이다. 흡수하는 빛 에너지의 양은 시료의 농도와 일정한 관계를 가지고, 흡수하는 빛 에너지의 파장은 시료의 분자 오비탈 또는 원자 오비탈과 관계가 있다.
비어의 법칙
이 법칙은 시료를 지나는 빛살의 길이가 일정하고, 시료가 들어있는 용매가 비흡수성일 때 적용되는 흡광도와 농도의 관계를 나타낸다.
[math]A\,{{=}}\,\epsilon_\lambda\,\mathit{b}\,C[/math]
여기에서 [math]A[/math]는 흡광도로서, 단위 없이 분광광도계로 측정되는 값이다. [math]\mathit{b}[/math]은 센티미터 단위로 나타내는 빛살이 지나는 용액의 두께인데, 시판중인 기기에서는 대부분 1 cm이다. [math]C[/math]는 시료의 몰 농도이다. [math]\epsilon_\lambda[/math]는 측정하는 파장 [math]\lambda[/math]에서의 몰 흡수 계수(molar absorption coefficient)로서, 흡광도를 무단위로 만들기 위해 [math]L \cdot mol^{-1} \cdot cm^{-1}[/math]의 단위를 가지고 있다. 몰 흡수 계수는 물질의 고유한 값이다.
이 법칙은 단색광을 균일한 용액상의 저농도 시료에 쪼였을 때, 용액은 형광이 없으며 용질이 용매와 반응하거나 빛을 흡수하여 반응을 일으키지 않을 때 유효하다. 여러 시료가 섞여 있는 용액에서는 전체 흡광도를 각 물질의 흡광도의 합으로 표현할 수 있다. 수식으로 나타내면 아래와 같다.
[math]A_{total}\,{{=}}\,A_1\,+\,A_2\,+\,A_3\,+\,\cdots {{=}}\,\epsilon_1\,\mathit{b}\,C_1\,\epsilon_2\,\mathit{b}\,C_2\,\epsilon_3\,\mathit{b}\,C_3\,+\cdots[/math]
프랑스 수학자 람베르트(Lambert)의 연구를 토대로 독일의 비어(Auguste Beer)가 제시하였다. 국가에 따라서 비어-람베르트 법칙, 람베르트-비어 법칙이라고도 불린다.
파장의 범위
사용하는 파장의 범위는 대개 180 nm - 1100 nm이며, 고가의 기기는 3300 nm까지의 파장도 쪼일 수 있다. 대기중에서는 190 nm 아래 범위에서 산소와 물이 강한 흡수를 보여 사용할 수 없으므로, 190 nm 아래의 빛살을 쪼일 때에는 진공 상태를 만들어 주어야 한다. 실제 측정은 500 nm - 900 nm 범위가 많다.
기기의 구조
자외선 분광계는 그 구조를 극히 간략화하자면 광원, 빛살 선택기, 검출기로 이루어진다.
광원
중수소등, 텅스텐 필라멘트등, 제논 아크등이 주로 사용된다. 하나의 등으로는 넓은 파장의 빛을 얻을 수 없어서, 실제 기기에는 중수소등과 텅스턴 필라멘트등을 함께 넣어 필요한 파장 대역에서 더 좋은 빛을 자동으로 골라 쓰도록 만들어 놓는다.
큐벳
시료를 담는 용기를 큐벳(cuvette) 또는 짧게 셀(cell)이라고도 부른다.
보통 3 mL 큐벳을 많이 사용하고, 적은 양의 시료를 사용해야 할 때에는 빛경로에 영향을 주지 않는 범위에서 큐벳 안쪽을 좁힌 1 mL 큐벳을 사용한다. 또한 지속적으로 빛경로에 반응물을 흘려주며 측정할 수 있는 흐름 셀도 제작하여 사용하기도 한다.
큐벳의 유리가 측정 범위의 빛살을 흡수하여 결과에 영향을 주지 않도록 특수한 광학적 성질이 요구된다. 빛경로는 투명하게, 빛경로가 아닌 쪽은 흐리게 만들어서 실수로 빛경로에 손 자국을 내는 일이 없도록 한 제품이 많다.
응용
UV-Vis를 정성 분석에 이용할 때에는, 분석을 원하는 물질이 흡수하는 파장을 알고 있어야 한다.
참고 문헌
- Skoog, Holler, Crouch, 『Principles of Instrumental Analysis』 6th ed., Thomson Higher Education, 2007.
- Rouessac, Rouessac, 『현대기기분석』 제6판, 기기분석교재연구회 역, 자유아카데미, 2009.
