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복사선 흡수법
※ 실험목적
물질과 복사선의 상호작용을 이용하여 시료에 대한 정보를 얻는 분과학적 측정 방법으로 용액 속 철을 정량할 수 있다.
Ⅰ.이론
1. 실험원리자외선, 가시광선과 같은 복사선이 투명한 물질 층을 통과하는 경우 특정 주파수의 복사선 세기가 선택적으로 감소되는 경우가 있는데, 이러한 현상을 ‘흡수’라고 한다. 이때 복사선 에너지의 일부는 물질의 원자 또는 분자로 이동되고 그 결과 입자는 바닥에너지 상태에서 높은 에너지 상태, 즉 들뜬 상태로 된다. 분광학(spectroscopy)란 복사선과 물질 사이의 상호작용을 연구하는 학문으로 분광학적 분석방법들은 관심 있는 분자 혹은 원자 종들이 흡수하거나 만드는 복사선의 양을 측정함을 기반으로 한다.
2. 빛의 성질
(1) 파장
- 파동의 꼭지점과 꼭지점 사이의 거리
(2) 주파수
- 파동이 매초당 일으키는 완전 진동의 횟수
- 1초 당 한번 진동 하는 것을 1 헤르츠(Hz)라고 한다.
빛은 진공에서보다 더욱 느리게 다른 매질을 통과한다.
빛이 굴절률이 큰 매질 속으로 들어가면 주파수는 변하지 않지만, 파장은 감소한다.
(3) 주파수와 파장의 관계
c - 진공에서의 광속도 (2.99792458 x 108m/s)
ν - 주파수(frequency, s-1)
λ - 파장(wavelength, nm)
(4) 광자(photon)의 에너지
h - planck 상수 (6.6260755 x 10-34Js)
ω - 파수 (wavenumber, 일반적인 단위 cm-1)
3. 정량분석 : 흡수된 빛의 양 측정 ⇒ 농도 결정
광원
파장선택기
(단색화장치)
시료
빛 검출기
b…(생략)
4. 흡수 분광법의 이론
(1) 투광도(transmittance)
① 용액을 투과한 입사복사선의 분율을 말한다.
② 빛살의 세기는 P0에서 P로 감소한다.
③ 평행 복사선 빛살이 두께 lcm, 화학 흡수종의 농도 c인 용액층을 통과한 경우 투광도는 다음의 식으로 나타낼 수 있다.
① 용액의 흡광도는 빛살이 많이 감소할수록 증가한다.
② 흡광도는 투광도와 다음과 같은 관계가 있다.
③ 흡광도와 투광도의 관계
5. 빛 흡수의 법칙
(1) Lambert 법칙
(2) Beer의 법칙
(3) Lambert-Beer의 법칙
(4) 몰 흡광계수
6. Beer 법칙의 편차
(1) 현실적 한계
① 묽은 용액의 흡광 현상에만 성립한다.
② 진한농도(`0.01M)의 경우 용질 분자 사이의 거리가 짧아, 이웃 화학종의 전하분포에 영향을 주어 직선관계에서 벗어난다.
③ 용액 중에서 빛을 흡수하지 않는 용질들은 흡수 화학종과 상호작용하여 흡광계수를 변화시킨다.
① 분석물질이 해리, 회합 또는 용매와 반응하여 생긴다.
② 다른 흡수스펙트럼을 갖는 생성물을 만들어 편차가 생긴다.
③ 흡수분자가 화학 평형에 관여한다면 흡광계수는 농도에 따라 변한다.
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