전자기복사선전자기복사선

(1)

전자기복사선 전자기복사선

기기분석

기기분석__전자기전자기 복사선복사선

1

(2)

물질이 빛을 받으면 어떻게 될까?

기기분석

2

(3)

Introduction Introduction

Spectroscopy (분자분광학)

원자나 분자에 의한 복사선(radiation)의 흡수와 방출 등을 측정

→ 복사선과 상호작용하는 물질들의 농도와 구조에 대한 정보를 얻기 위하여 이를 측정하고 해석

기기분석

3 A) Absorption : UV/Vis, AAS, IR, NMR, ESR B) Emission (방사, 방출) → radiation

: IR, Fluorescence, Phosphorescence C) Scattering

단색광(monochromatic) - 모든 광자들의 에너지가 같을 때

(4)

1 1- -1. 1. 전자기 전자기 복사선 복사선

Electromagnetic radiation Electromagnetic radiation

기기분석

4

(5)

▶ wave(파동) : 공간을 전파하는 성질

▶ photon(광자) : 에너지를 흡수ㆍ방출하는 현상

기기분석

5

(6)

기기분석

6

주파수 (frequency) u : 초당 진동수 Hz 파장 (wavelength) l : 인접파고간의 거리 주기 (period) P : 파고-파고 간의 시간

u = 1/P

(7)

진공에서의 복사선의 속도 : c c = νㆍλ

= 2.99792 × 10

¹⁰

㎝/sec

= 3 × 10

¹⁰

㎝/sec

⇒ 진동수는 변하지 않고 파장이 변함

기기분석

7

(8)

기기분석

8

(9)

1 1- -2. 2. 일반적인 일반적인 분광학적 분광학적 분석법 분석법

기기분석

9

(10)

기기분석

10

양자화, 양자 전이

(11)

▶ wave(파동) : 공간을 전파하는 성질

▶ photon(광자) : 에너지를 흡수ㆍ방출하는 현상

기기분석

11

(12)

기기분석

12

(13)

1 1- -3. 3. 복사선의 복사선의 파동적 파동적 성질 성질

기기분석

13

(14)

a) Interference (간섭)

두 개 이상의 파동이 동일한 공간을 통과할 때 겹치는 현상

ⅰ) 진동수가 같을 때

a. Constructive interference 위상각 - 0°, 360°

기기분석

14

위상차 - n × 360

b. Destructive interference 위상각 - 180°, 180°+ 360°

위상차 - 180°+ n × 360

Constructive Destructive interference

(15)

ⅱ) 진동수가 다를 때 – 맥놀이파 (beat) (주파수는 다르나 진폭이 같음) sin과 cosine의 sin파는 아니나 주기적 성질이 있음

기기분석

15

(16)

▶ 네모파 만들기

복잡한 파동을 간단한 sine파와 cosine파의 합계로 표시

기기분석

16

(17)

• 간섭성 복사선 (coherent radiation)

1) 두 광선은 같은 진동수와 같은 파장을 가져야 한다. (같은 광원)

2) 두 광선은 파동 사이의 위상관계가 광원에서 어떤 거리에 있으나 일 정해야 한다.

기기분석

17

• 비간섭성 복사선 (incoherent radiation)

(18)

b) Diffraction (회절)

복사선이 좁은 구멍(slit)을 통과할 때 휘어지는 현상

- 구멍이 클 때 : 관찰이 잘 안됨, 회절 현상이 약하다.

- 구멍이 작을 때 : 관찰 가능

⇒ 회절은 간섭현상의 결과로 나타난다. (일반 파동에서도 관찰됨)

기기분석

18

(19)

기기분석

19

(20)

c) Transmission (투과)

▶ Refraction (굴절)

복사선이 밀도가 다른 매체를 통과할 때 방향이 바뀌는 현상

(복사선의 속도가 두 매체에서 다르기 때문)

기기분석

20

(21)

▶ Dispersion (분산)

한 물질의 진동수 또는 파장에 따라 변하는 굴절률의 변화

- Normal dispersion (정상분산, 렌즈)

진동수가 증가하거나 파장이 감소함에 따라 굴절률이 서서히 증가하는 영역

기기분석

21

굴절률이 서서히 증가하는 영역

- Abnormal dispersion (비정상분산,프리즘) 진동수가 증가하거나 파장이 감소함에 따라 굴절률이 급격히 변하는 영역

(22)

d) Reflection (반사)

굴절률이 다른 두 매체를 통과할 때 반사가 일어남.

굴절률의 차가 클수록 반사량이 증가. (90° 일 때 최대)

- 빛이 경계면에 수직으로 지날 때 반사량은 굴절률과 관계가 있다.

기기분석

22

(23)

기기분석

23

(24)

e) Scattering (산란)

▶ 산란 복사선 (scattered radiation)

산란광의 세기는 입자의 크기에 따라 증가.

파장ㆍ산란입자의 편극ㆍ크기에 반비례.

기기분석

24

▶ Rayleigh scattering

복사선의 파장보다 대단히 작은 분자와 분자의 집합체에 의한 산란.

산란광 세기는 복사선의 파장, 산란입자의 크기, 편극의 정도에 따라 다름.

(25)

▶ Tyndall effect

입자가 큰 물질(콜로이드 입자)에서의 산란으로 눈으로 볼 수 있을 정도로 충분히 많은 양을 산란. 콜로이드 입자의 모양과 크기 측정 0.1-1 nm (용액중 입자 크기)

1- 100 nm (콜로이드 입자 크기) 100 nm (서스펜전 : 가라앉음)

▶ Nephelometry

기기분석

25

▶ Nephelometry

산란광의 세기를 측정하여 고분자나 콜로이드 입자의 크기와 정량분석에 이용한 것

▶ Raman scattering

분자의 편극에 의해 산란광의 파장이 변하는 현상을 이용하여 분자의 구조를 분석하는 분광법 (편극에 따른 분자 내 진동 에너지 준위의 차이)

(26)

Tyndall Effect

• Colloidal suspensions can scatter rays of

light.

• This phenomenon is known as the Tyndall

기기분석

26 known as the Tyndall

effect.

(27)

f) Plane polarization (편광)

기기분석

27

빛살이 어떤 물질과 작용하면 전자기 복서선의 반사ㆍ산란ㆍ투과 및 굴절의 정도가 편광면의 방향에 따라 변한다.