Exploring Chemical Analysis
Fourth Edition
Chapter 19:
Spectrophotometry:
Instruments and Applications
Copyright © 2005 by W. H. Freeman & Company
Daniel C. Harris
19장 분광광도법 : 기기 및 응용
19-1 분광광도계 (The spectrophotometer)
• 다색광 → 단색화장치 → 단색광
– 단색화장치 (monochromator) : 여러 파장의 빛을 좁은 파장의 띠로 분리
• 투과율 : P/Po
• 시료와 용매를 번갈아 측정
– 불편
– 광원의 세기/검출기의 감응이 변함에 따라 오차 발생
[홑살 분광광도계]
How does a spectrophotometer work?
http://www.youtube.com/watch?v=pxC6F7bK8CU
• 겹살 분광광도계
(double-beam spectrophotometer) – 빛이 시료와 기준 용기를 번갈아 가며 통과– 초당 수 회 P와 P0를 측정
– 광원의 세기/검출기 감응의 편차를 보정
그림 19-1 겹살 주사 분광광도계. 회전살 토막틀에 의해 입사 빛살은 시료와 기준 큐벳을 교대로 지나간다.
• 겹살 기기와 구성 부품들의 배열
그림 19-2 광의 진행 경로에 대한 모형도
• 광원
• 단색화장치
• 시료
• 검출기
광원 (light source)
• 텅스텐 램프
– 필라멘트를 3000 K의 온도로 가열
– 320~2500 nm의 가시선/근적외선 방출
Skoog / 기기분석의 이해 / Figure 13-12
• 중수소 아크 램프
– D2 분자를 전기적으로 방전, 분해 – D2 + E → D2* →D’ + D” + hv
– 200~400 nm의 자외선
Skoog / 기기분석의 이해 / Figure 13-11
D2 lamp
그림 19-3 3200 K에서 텅스텐 필라멘트와 중수소 아크 램프의 세기
※ UV-vis spectrometer : 360 nm 근처에서 램프 교환
• Hg 증기, Xe 기체가 채워진 전기방전 램프
– 가시선-자외선
• 글로바 (globar)
– 탄화 실리콘 막대에 전류를 가하여 1500 K 까 지 가열
– 적외선 (5000~200 cm-1)
• 레이저 (laser)
– 한 두 가지 파장 – 선광원
단색화장치 (monochromator)
• 단색화장치
– 빛을 각 성분 파장으로 분산 – 좁은 띠의 파장 선택
– 입구 슬릿, 출구 슬릿, 거울, 회절발로 구성
• 프리즘 : 구형 기기용 분산 장치
Skoog / 기기분석의 이해 / Figure 7-18
• 회절발 (grating)
– 파장이 다른 빛을 다른 각도로 회절 – 회절발을 회전시켜 파장 선택
그림 19-4 Czerny- Turner 형의 회절발 단 색화장치
• 반사 회절발의 원리
• 두 빛의 통로 길이 차이 : a-b
– 보강간섭 : nλ = (a-b) = d(sinθ-sinф)
• θ : 입사각, ф : 반사각
Grating 2
그림 19-7 파장과 단색화장 치의 띠너비의 선택. 정량분 석에서는 흡광도가 거의 변하 지 않는 파장에서 오차를 최 소화할 수 있도록 흡광도가 최대인 파장을 선택. 단색화 장치의 띠너비는 띠모양이 일 그러지지 않을 정도로 작게, 그러나 스펙트럼의 잡음이 크 지 않은 적당한 범위로 선택.
슬릿 너비가 넓어지면 스팩트 럼이 일그러진다. 아래쪽 그 림에서 단색화장치의 띠너비 는 예민한 흡수 띠너비의 1/5 정도로써, 피크가 일그러지는 것을 피할 수 있다.
※ 인접한 흡수띠의분리 → 좁은 슬릿 사용 → 신호대 잡음비 감소
검출기 (detector) :
빛 → 전기 신호• 광전관 (phototube)
※ 빛 → 음극 → 전자
→ 양극 → 전류
• 광전증배관 (photomultiplier tube, PMT)
빛 → 다이노드1 → 전자 → 다이노드2 → 전자 … → 양극 = 전류 광자 1개 → 106개의 전자 : 낮은 세기의 빛 검출 가능
광 다이오드 배열 분광광도계
• 백색광 → 시료 → 다색화장치 → 빛의 분산 → 광다 이오드 배열 검출기
그림 19-11 다이오드 배열 분광광도계.
– 전체 스펙트럼을 한 번에 기록
• 분산 분광광도계 : 한번에 한 파장씩 기록
– 특징
• 빠른 속도
• 파장의 우수한 재현성 (회절발이 회전하지 않으므로)
• 여러 파장에서 동시 측정
• 낮은 분리도(1~3 nm) (분산형은 0.1 nm 가능)
• 광원의 세기/검출기 감응의 편차로 인한 오차 (홑살 기기이므로)
그림 19-10 넓이가 25 μm이고 높이가 2.5 mm인 1024개의 광다이오드 배열. 칩 의 전체 길이는 5 cm이다.
그림 19-8 검출기의 감응. 각각의 곡선은 최대값을 1로 정규화시켰다.
