원자흡광광도계 (AAS) Atomic Absorption Spectrometry

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1 원자흡광광도계 (AAS) Atomic Absorption Spectrometry
동양공업전문대학 생명화공과 김 동 철

2 목 차 AAS의 기본원리 AAS 의 기본 구성 AAS 의 각 구성에 대한 원리

3 AAS 의 기본원리

4 AAS 발전사 -1952년 Martin과 James에 의해 개발 년 Ray가 응용가능성 구체화 년 오스트레일리아 분광학자 Walsh 상용화.

5 Atomic Absorption Spectrometry ?
원리; 금속 원자를 불꽃 또는 전기로 등에 의해 높은 온도로 가열하여 만들어진 기체상태의 중성원자에 복사선을(자 외선 또는 가시광선) 쪼이면 원자는 복사에너지 흡수하여 바닥상태에 있는 전자가 높은 에너지준위로 전이하 여 들뜬 원자(Excite state)되고, 들뜬 원자는 흡수한 에너지를 방출하여 원래의 상태로 되돌아 오는데 , 이와 같은 전자전이 현상을 원자흡수, 형광, 방출 이라 한다. 이때 원자방출, 흡수, 형광 Spectrum이 나타 남.

6 양성자+중성자= 원자 원자핵= 양성자 + 중성자(전자를 띄지 않음) 질량비= 1 : 1 전자 = 1/1800

7 원자흡수, 원자형광 및 방출

8 AAS의 원리 1)원자흡수(Atomic Absorption); 원자 상태의 전자가 전이하면서 에너지
를 복사 형태로 흡수하여 얻어지는 Spectrum AAS법 2) 원자형광(Atomic Fluorescence); 원자상태의 전자가 전이할 때 복사에 너지를 흡수하여 바닥상태로 돌아가면서 복사선을 방출하여 얻어지 는 Spectrum. (흡수하였던 복사에너지를 다시 복사 에너지 형태로 방 출). AFS법 3) 원자방출(Atomic Emission); 열에너지 흡수하여 들뜬 원자가 복사에너 지 방출하면 서 낮은 에너지 상태로 돌아오는 경우 원자 방출 AES법 ▶ 3가지 방법이 흡수 방출이라는 원리 차이는 있지만 장치가 비숫하 여 원자 흡수 분광광도계 의 한가지 기기를 이용하여 3가지 방법을 함께 분석 함.

9 AAS 원리 - 중성 원자에 복사에너지 쪼이면 원자는 복사에너지 즉 광자를
- 중성 원자에 복사에너지 쪼이면 원자는 복사에너지 즉 광자를 흡수하여 바닥 상태에 있는 전자가 높은 에너지 준위로 전이 를 일으켜 들뜬 원자로 됨. - 열에너지원이 불꽃일때 불꽃 방출(Flame emission)이라 함.

10 원자흡수, 형광, 불곷방출법 비교

11 원자흡수, 형광, 불곷방출법 비교

12 원자방출(A), 흡수(B), 형광(C)

13 AAS 분석원리 ⅰ) 원자의 바깥 껍질 전자가 전이일어나 복사 에너지 흡수. ⅱ) 원자마다 바깥껍질 전자의 에너지 준위 다르므로 고유 파장 복사선 흡수 함.- 이 때 나타나는 스펙트럼을 원자흡수 스펙트럼.

14 앞 그림 설명 11Na; 1s2,2s2,2p6 3s1 - 원자들의 가장 바깥 껍질 전자의 에너지 준위를 제로(0).
- 원자들의 가장 바깥 껍질 전자의 에너지 준위를 제로(0). - Na경우 3s 준위에 있는 가장 바깥 껍질 전자가 보다 높은 에너지 준위인 3p,4p 준위로 전이하기 위해서는 589nm와 330nm에 해 당하는 복사선을 흡수해야 한다. - 실재 Na원자의 흡수스펙트럼은 589nm와 330nm에서 예민한 이중선으로 나타남.(이중선으로 나타나는 이유는 전자들의 스핀 상태가 달라 그 에너지가 약간씩 차이 있기 대문) - 이외에도 3p,4p 또는 3p,3d 및 5s로 전이 할 수 있으나 확률이 매우 낮아 흡수 스펙트럼의 세기 약하여 거의 나타나지 않음. - 결론으로 589nm와 330nm가 흡수공명선이다.

15 장치의 구성

16 광원(Lamp) 특징 1.광원(Lamp) ~원자 흡수선은 폭이 매우 좁기 때문에 광원으로 부터 방출되는 에너
지를 원자들이 완전히 흡수하기에는 UV-Visible의 넚은 폭을 방출하 는 연속 광원을 사용할 수 없고, 폭이 좁은 복사선 방출하는 광원사용 해야 함. ⅰ)중공음극램프(Hollow Cathod lamp, HCL); 양극에 높은 전압 걸어 주어, 기체(네온,아르곤)를 방전 이온화 시키고, 이 때 생긴 불할성기 체의 양이온으로 음극을 때리게 하면 음극표면의 금속원자가 음극표 면으로 떨어져 나와 원자구름을 만드는데, 이와 같은 현상을 뜅김(sp -uttering)이라 함. 뜅겨나온 원자는 불할성 기체와 충돌하여 원자고 유 공명 흡수선을 방출.

17 광원(HCL) -사용 횟수 증가하면 음극물질 소실 및 충진기체 압력 감소 재생 불가. (약 1000시간 사용).
ⅱ) 기타 램프 ~Na램프, K, Ca,Rb(루비듐), 세슘(Cs), Cd, Hg, Ti(탈륨),…

18 시료 원자화부 2. 시료 원자화부 ~ AAS에서 감도에 영향 주는 요인은 중성 원자를 만드는 원자화 과정. A) 원자화 장치; 불꽃 원자화 장치와 비불꽃 원자화 장치로 구분. ⅰ)불꽃원자화기(flame atomizer) - 용액상태로 만든 시료를 불꽃 중에 분무하는 방법. - 특징; 조작 편리, 대부분 사용, 높은 불꽃온도로 들뜬 원자 및 이온은 많이 생성되나, 원자가 불꽃 내 연소기체나 주위 공기에 의해 산화물 등 여러 가지 화합물 형성하여 열분해가 불안정. (실재 원자화 효율은 10%, 효율 높이기 위해 불꽃 없는 원자화기 등장).

19 불꽃원자화기 특징 - 불꽃 방법에 의한 원자화 3단계 과정; 첫째, 시료 용액을 가급적 많고 일정하게 작은 방울로 분무,
불꽃원자화기 특징 - 불꽃 방법에 의한 원자화 3단계 과정; 첫째, 시료 용액을 가급적 많고 일정하게 작은 방울로 분무, 둘째, 적당한 온도의 불꽃으로 용매 증발하여 화합물을 열분해 하고, 셋재, 증기 상태의 중성원자를 생성. - 이점을 고려하여 2가지 형의 원자화기가 상품화 됨. 1) 전체소비식(Total Consumption Type); 시료용액, 연료기체 등을 각각 다른 통로로 내보내 버어너(burner) 끝 부분에서 섞이게 함. (동시공급 버너라고 도 함). 2) 예비혼합식(Premix Type); 미리 섞어서 내보냄, AAS에서 주로 사용.

20 불꽃 원자화 과정 분무→작은 방울 형성→혼합→탈용매→화합물 분해

21 불꽃원자화 장치

22 예비혼합식 장치특징 1) 분무기(Nebulizer); 시료를 방울로 분무. 2) 분무함(Spray Chamber); 분무된 시료 방울과 연료 및 보조 기체를 섞이도록 함. 3) 버어너(Burner); 불꽃을 만드는 곳. 4) 장치기능; 분무기에 의해 시료용액 흡입하여 작은 방울의 에어로졸 로 분무 후, 분무함에서 연료 및 보조 기체와 함께 혼합시켜 버어너로 흘러 보내는 역할. 이 때, 시료 방울 크기가 고르지 않거나 너무 크고 흡입량이 많으면 원 자화 효율에 영향 줌. 5)버어너 머리 구멍(slot) 길이; C2H2-Air는 10cm, C2H2-N2O는 5cm.

23 예비혼합식 장치의 특징 6) 원자화 효율에 영향을 주는 인자. ⅰ)시료방울 크기와 흡입속도 -이유는 불꽃에서 용매 증발하는 데 많은 에너지 소비되어 열분해가 불충분하므로… ⅱ)불꽃의 온도 및 불꽃에서 만들어 지는 화합물의 열적 안정성. - 불꽃은 시료 용매를 증발하고 고체 화합물을 기체 상태로 만든 후, 열분해 하여 가급적 들뜬 원자와 이온의 형성을 막고 중성상태의 원자로 전환시킬 수 있는 온도.

24 불꽃 온도와 분석원소

25 비불꽃 원자화 장치 ⅱ) 비불꽃 원자화기; 속빈 음극관에 의한 방전, 전기 아아크, 레이져, 고주파 및 초단파 플라스마, 필라멘트 및 고온 전기로 등. 1) 고온 전기로법; 온도를 3단계로 조절하여 원자화 함. 첫재, 100℃ 이하에서 시료 용매를 증발 시키는 건조 단계, 둘째, 무기 또는 유기 화합물을 열 분해시키는 회화 단계(1500℃), 셋째, 회화된 시료를 2500℃ 정도의 고온으로 처리하여 중성 원자 를 만드는 원자화 단계.

26 분석절차

27 교재 p84 부터는 이미 UV,HPLC,GC에서 설명한 관게로 구두 설명으로 대치 함. 끝