분광기는 빛을 파장별로 나누어 스펙트럼을 측정하는 장치다. 물질이 흡수하거나 방출하는 빛의 스펙트럼을 분석하면 그 물질의 성분과 물리적 상태를 파악할 수 있다.[3]

1. 개요

일반적인 분광기는 프리즘이나 회절격자로 빛을 파장 순서대로 분산하고, 검출기로 각 파장의 세기를 측정한다. 간섭 분광기는 빛을 공간적으로 펼치는 대신 광로차에 따른 간섭 신호를 분석해 스펙트럼을 얻는다.[3]

분광기는 빛을 분리하는 방식과 측정 대상에 따라 여러 형태로 쓰인다. 예를 들어 원자 흡수 분광법은 원소마다 다른 흡수 파장을 이용해 시료의 원소를 판별하고 농도를 측정한다.[4]

2. 빛의 분리와 스펙트럼 측정

프리즘과 회절격자는 빛을 파장에 따라 서로 다른 방향으로 분산시킨다. 이렇게 펼쳐진 빛을 검출하면 파장별 세기를 기록할 수 있으며, 이 데이터가 스펙트럼이 된다.[3]

간섭 분광기는 광로차를 변화시키면서 간섭 신호를 모은 뒤, 이를 푸리에 변환해 스펙트럼을 재구성한다. 대표적인 방식은 마이컬슨 간섭계를 이용하는 푸리에 변환 분광기다.[3]

3. 분광기의 주요 구성 요소

원자 흡수 분광 장치에는 빛을 내는 광원, 시료를 기체 상태의 자유 원자로 만드는 원자화 장치, 특정 파장을 선택하는 모노크로메이터, 신호를 측정하고 처리하는 검출기가 들어간다.[4]

시료 원자화에는 불꽃 원자화기나 전열식 원자화기를 사용할 수 있다. 시료가 기상 상태의 중성 원자가 되면 광원에서 나온 빛이 이를 통과하고, 검출기는 선택된 파장에서 흡수된 빛의 양을 측정한다.[4]

4. 흡수 스펙트럼을 이용한 원소 분석

각 원소의 기상 자유 원자는 고유한 파장의 빛을 흡수한다. 이때 원자는 빛을 흡수하며 바닥 상태에서 들뜬 상태로 전이하므로, 흡수되는 파장을 살펴 시료에 어떤 원소가 있는지 판별할 수 있다.[4]

원자 흡수 분광법은 주로 금속과 일부 준금속 원소를 정량 분석하는 데 널리 쓰인다. 흡수되는 빛의 양은 시료 속 해당 원소의 농도에 비례하므로, 흡수량을 측정해 농도를 구한다.[4]

5. 분광 분석의 활용 사례

적외선 흡수 스펙트럼에서 페닐기와 카복실기의 흡수대가 관찰되어 화합물 X를 벤조산으로 확인한 사례가 있다. 적외선 흡수 스펙트럼에 자외선, 핵자기공명 및 질량분석 스펙트럼을 더해 해석하면 물질의 분자 구조를 더 신속하고 정확하게 규명할 수 있다.[2]

화성 탐사 로버 퍼서비어런스의 SHERLOC는 레이저, 카메라와 분광기를 사용해 암석의 화학적 조성을 미세한 규모로 측정한다. SHERLOC는 유기물과 물의 영향을 받아 변한 광물을 탐색한다.[1]

6. 분광기의 방식과 분석 대상

간섭 분광기는 프리즘이나 회절격자로 빛을 공간적으로 분산하는 방식과 달리, 광로차에 따라 생기는 간섭 무늬를 분석한다. 간섭 신호를 푸리에 변환해 스펙트럼을 얻으며, 적외선 분석과 천문학에 활용된다.[3]

원자 흡수 분광법은 환경·생체·식품·제약·지질·금속 재료 시료의 원소를 분석하는 데 쓰인다. 분석 대상에는 나트륨과 철, 납 같은 금속 원소 및 비소와 셀레늄 같은 준금속 원소가 포함된다.[4]

7. 관련 문서

8. 인용 및 각주

[1] Sscience.nasa.gov(새 탭에서 열림)

[2] Wwww.nics.go.kr(새 탭에서 열림)

[3] Uunisquads.io(새 탭에서 열림)

[4] Uunisquads.io(새 탭에서 열림)