Object AAS의 원리 이해 및 이를 이용한 Ca의 흡광도 측정 Contents Theory Reagent Procedure Result Reference Chemistry Lab Atomic Absorption Spectrometry Group 2 문경란 석지연 윤민호 이주민 정희영 Object AAS의 원리 이해 및 이를 이용한 Ca의 흡광도 측정

Theory : 원자분광법의 종류 원자흡수분광법(Atomic Absorption Spectrometry, AAS) 중성 원자구름에 분석물질이 갖는 특정 파장의 빛을 쪼여 흡광도를 측정하는 방법 원자형광분광법(Atomic Fluorescence Spectrometry, AFS) 바닥 상태의 원자가 광원에 의해 들떴다가 흡수한 에너지를 방출하며 내는 형광이나 인광을 측정하는 방법 원자방출분광법(Atomic Emission Spectrometry) 열에너지를 흡수하여 들뜬 원자가 낮은 에너지 상태로 돌아갈 때 방출하는 빛의 파장과 그 세기를 측정하는 방법 AFS와의 차이점 원자방출분광법은 열에너지를 이용해 원자를 들뜨게 하지만 AFS는 빛에너지를 이용 방출하는 빛의 형태에 따른 광원의 위치

AAS 모식도

Theory : 시료원자화 방법 시료원자화 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화 불꽃원자화 전열원자화

연료가 산화제 및 시료 속의 여러 화학종과 상호작용 Theory : 시료원자화 방법 연료기체와 혼합된 시료 불꽃 속으로 이동 용매증발(탈용매화) 매우 작은 고체 에어로졸 형태의 분자 분자가 분해되어 기체 원자화 불꽃원자화 형성된 원자의 일부 양이온과 전자로 이온화 전열원자화 연료가 산화제 및 시료 속의 여러 화학종과 상호작용 글로우방전 다양한 분자와 원자 생성 수소화물생성 불꽃에서 분자, 원자 혹은 이온 들뜸 찬증기원자화 이들의 방출 스펙트럼 생성 원자화

Theory : 시료원자화 방법 불꽃의 특성 연료 산화제 온도 ℃ 최대 연소속도 cm s-1 천연가스 공기 1700-1900 39-43 산소 2700-2800 370-390 수소 2000-2100 300-440 2550-2700 900-1400 아세틸렌 2100-2400 158-266 3050-3150 1100-2480 산화이질소 2600-2800 285 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

Theory : 시료원자화 방법 불꽃의 구조 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

Theory : 시료원자화 방법 혼합식 버너 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

불꽃 원자화장치의 성능 특성 Theory : 시료원자화 방법 다른 방법과의 비교 - 재현성 측면에서 불꽃 원자화법이 우수 　- 재현성 측면에서 불꽃 원자화법이 우수 　- 시료 효율 즉 감도는 다른 원자화법이 훨씬 우수 불꽃의 시료효율이 낮은 두 가지 이유 　- 시료의 대부분이 폐기통으로 빠져나간다 　- 각 원자가 불꽃의 빛살 진로에서 머무는 시간이 짧다( 약 10-4초 정도) 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

원자흡수법, 원자형광법에 사용 (원자방출법에 사용 × → ICP의 시료증발장치로 사용) Theory : 시료원자화 방법  원자흡수법, 원자형광법에 사용 　(원자방출법에 사용 × → ICP의 시료증발장치로 사용) 감도가 높다 　ⓐ 전체 시료가 짧은 시간에 원자화 　ⓑ 원자가 빛 진로에 평균적으로 머무는 시간이 1초 이상 장점 　작은 부피의 시료에 대해 높은 감도 　　- 시료 부피: 0.5∼10 ㎕ 　　- 분석물의 절대 검출한계: 10-10∼10-13 ｇ 단점 　- 불꽃 원자화에 비해 낮은 상대정밀도 　- 느린 분석과정 　- 보통 102 이하의 좁은 측정 농도 범위 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

글로우 방전(glow discharge) 장치는 원자증기를 만들어 흡수 측정법의 원자화 장치로 보냄 Theory : 시료원자화 방법 글로우 방전(glow discharge) 장치는 원자증기를 만들어 흡수 측정법의 원자화 장치로 보냄 글로우 방전 방법이 이용하기 위한 시료 형태 　- 전기 전도체 　- 고운 가루 흑연 등의 분말 도체를 혼합한 pellet 　- 흑연, 알루미늄 또는 구리 음극에 석출시킨 용액시료 검출한계: 고체시료인 경우 ppm 이하 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

Theory : 시료원자화 방법 수소화물은 석영관을 가열하기만 하면 원자화 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

수은 정량에만 응용 - 실온에서 상당한 증기압을 갖는 유일한 금속원소이기 때문에 가능 Theory : 시료원자화 방법 수은 정량에만 응용 　- 실온에서 상당한 증기압을 갖는 유일한 금속원소이기 때문에 가능 수은 정량의 중요성 　- 여러 유기 수은 화합물은 유독하고, 주위에 널리 분포되어 있기 때문 불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 수소화물생성 찬증기원자화

Theory : 원자흡수 기기

Theory : 원자흡수 기기 광원 분광광도계 검출기 속 빈 음극등 전극 없는 방전등 광원 속 빈 음극등 전극 없는 방전등 홑빛살형 분광광도계 분광광도계 겹빛살형 분관광도계 홑빛살형 겹빛살형 검출기 검출기

Theory : 원자흡수 기기 광원 속 빈 음극등 전극 없는 방전등 분광광도계 홑빛살형 겹빛살형 검출기

Theory : 원자흡수 기기 광원 속 빈 음극등 전극 없는 방전등 분광광도계 홑빛살형 겹빛살형 검출기

Theory : 원자흡수 기기 광원 속 빈 음극등 전극 없는 방전등 분광광도계 홑빛살형 겹빛살형 검출기

Theory : 원자흡수 기기 광원 속 빈 음극등 전극 없는 방전등 분광광도계 홑빛살형 겹빛살형 검출기

Theory : 원자흡수 분광법의 방해 스펙트럼 방해 화학적 방해 넓은 흡수띠를 갖는 연소생성물 또는 복사선을 산란시키는 입자생성물 존재시 스펙트럼 방해 시료 매트릭스에 의해 흡수 또는 산란될 때 화학적 방해 원자화과정에서 생긴 내화성 산화물에 의한 산란 휘발성 화합물 이온화 평형 시료가 유기 화학종을 포함하거나 시료 용해를 위해 유기용매를 사용할 때 화학적 방해 낮은 휘발성 화합물 생성 이온화 평형

음이온의 방해 양이온의 방해 Theory : 원자흡수 분광법의 방해 분석물과 반응하여 휘발성이 작은 화합물 생성    　→ 분석물의 원자화 속도가 감소 → 흡광도 감소 　e.g. 칼슘의 흡광도는 황산이온 또는 인산이온의 농도가 증가함에 따라 감소 양이온의 방해 열에 안정한 화합물(산화물) 생성 　e.g. 마그네슘이나 칼슘을 정량할 때 알루미늄에 의해 흡광도 감소    스펙트럼 방해 화학적 방해 낮은 휘발성 화합물 이온화 평형

방해를 해결하는 방법 Theory : 원자흡수 분광법의 방해 높은 온도의 불꽃 사용 스펙트럼 방해 방해를 해결하는 방법 높은 온도의 불꽃 사용 해방제(releasing agents) 사용 보호제(protective agents) 사용 화학적 방해 낮은 휘발성 화합물 이온화 평형

이온화 억제제(ionization suppressor) Theory : 원자흡수 분광법의 방해 스펙트럼 방해 불꽃에 이온화가 잘 되는 다른 금속이 존재하면 한 금속의 이온화도에 크게 영향을 줌 한 금속의 이온화도는 다른 금속에서 생성되는 전자의 질량작용효과로 인해 감소 이온화 억제제(ionization suppressor) 이온화 평형의 이동을 막아줌 → 불꽃에서 비교적 큰 농도의 전자를 제공하는 물질 → 분석물의 이온화 억제 화학적 방해 낮은 휘발성 화합물 이온화 평형

Theory : 원자흡수 분광법의 방해 스펙트럼 방해 화학적 방해 낮은 휘발성 화합물 이온화 평형

Reagent Reagent 5 ppm Ca 10 ppm phosphate 1 % SrCl 1000 ppm Na 10 ppm Al 500 ppm의 standard solution Ca의 2.5 ppm, 5 ppm, 7.5 ppm, 10 ppm, 15 ppm Artificial Serum

Procedure Standard Addition 5 ppm Ca 5 ppm Ca +10 ppm phosphate 5 ppm Ca +10 ppm phosphate + 1 % SrCl₂ Standard Addition ①Artificial Serum 0.5 ㎖ + distilled water 9.5 ㎖ ②1/20으로 희석된 serum 표본을 3개 만들어 a,b,c 로 라벨링 ③a,b,c 각 vial에서 50 ㎕, 100 ㎕, 150 ㎕ 만큼을 각각 덜어내고 덜어낸 양과 같은 양만큼의 500 ppm Ca standard solution 첨가 ④세 시료의 흡광도 관찰 5 ppm Ca + 1 % SrCl₂ 5 ppm Ca + 1000 ppm Na 5 ppm Ca + 10 ppm Al Ca의 0 ppm, 2.5 ppm, 5 ppm, 7.5 ppm, 10 ppm, 15 ppm standard standard solution의 흡광도 관찰 matrix 효과 보정을 위해 standard addition

5 ppm Ca +10 ppm phosphate +1 % SrCl₂ Result   5 ppm Ca 5 ppm Ca +10 ppm phosphate 5 ppm Ca +10 ppm phosphate +1 % SrCl₂ 5 ppm Ca +1 % SrCl₂ 5 ppm Ca +1000 ppm Na 5 ppm Ca +10 ppm Al 실험1 0.328 0.300 0.400 0.394 0.388 0.160 실험2 0.331 0.305 0.402 0.386 0.389 0.167 실험3 0.322 0.297 0.403 0.383 0.384 0.159 실험4 0.327 0.382 0.372 0.156 실험5 0.314 0.299 0.396 0.401 0.147 실험6 0.326 0.298 0.393 0.406 0.392 0.164 평균 0.325 0.301 표준편차 0.00599 0.00350 0.00782 0.00869 0.00717 0.00697

흡광도 분석 시료

Result Ca농도 0 ppm 2.5 ppm 5.0 ppm 7.5 ppm 10 ppm 15 ppm 실험1 0.005 0.150 0.328 0.466 0.623 0.901 실험2 0.007 0.154 0.331 0.456 0.632 0.915 실험3 0.004 0.159 0.322 0.455 0.629 0.925 실험4 0.002 0.160 0.327 0.467 0.615 0.905 실험5 0.153 0.314 0.462 0.626 0.909 평균 0.155 0.324 0.461 0.625 0.911 표준편차 0.00182 0.00421 0.00666 0.00554 0.00652 0.00938

Result Calibration Curve y = 0.0607x + 0.0090

Result   A B C 실험1 0.425 0.574 0.737 실험2 0.420 0.576 0.728 실험3 0.431 0.563 0.735 실험4 0.434 0.724 실험5 0.571 0.748 실험6 0.433 0.572 0.731 평균 0.428 0.734 표준편차 0.00551 0.00459 0.00838 A : 1/20 희석시킨 serum (? ppm Ca) + 2.5 ppm Ca  B : 1/20 희석시킨 serum (? ppm Ca) + 5.0 ppm Ca C : 1/20 희석시킨 serum (? ppm Ca) + 7.5 ppm Ca

4.5 ppm: concentration of unknown Result 4.5 ppm: concentration of unknown y = 0.0612x + 0.272 serum 의 농도 = 4.5 ppm × 20 = 90 ppm

Reference 기기분석의 원리와 응용, 박면용 외저, 녹문당, 2000 기기분석: 개론 및 응용, 최주환, 교보문고, 1998 기기분석의 원리, Skoog, Douglas A, 자유아카데미, 1999 Quantitative chemical analysis, Daniel C. Harris, W. H. Freeman, 2007 Atomic absorption spectroscopy, Robinson, James W, M. Dekker, 1975