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(Atomic Absorption Spectrometry) : AA
원자 흡수 분광 광도법 (Atomic Absorption Spectrometry) : AA 1.개론 1.1 원자분광법(Atomic Spectrometry) 1) 종류 o.원자흡수분광법(Atomic Absorption Spectrometry) o.원자형광분광법(Atomic Fluorescence Spectrometry) o.원자방출분광법(Atomic Emission Spectrometry)
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2) 원자분광법의 정의 :시료를 원자화하는 방법에 따라 3,000℃의 낮은 온도에 의한 방법과 4,000℃이상의 높은 온도에서 측정하는 방법 (원자방출분광법에 속함)이 있다. 3) 원자분광법의 기본원리 ① 원자흡광법(Atomic Absorption)
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4) 원자분광학 ① 원자흡광(Atomic Absorption) ② 원자방출(Atomic Emission)
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5) 원자흡수분광광도법 : :금속원자를 불꽃으로 높은 온도로 가열함으로써 만들어진 기체상태의 중성원자에 자외선 또는 가시광선 영역의 복사 에너지를 쬐여줌으로서 일어나는 복사 에너지 흡수현상을 기초원리로 한 분석방법 · 감도가 예민하여 극미량 금속원소의 분석에 이용 · 1953년 오스트레일리아의 분광학자 Walsh가 처음 고안 · 현재 분석 가능한 원소 70여종 ※ 원자흡광분석에서 사용하는 용어
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2. 원리 및 구조 2.1. 원리 :원자흡수를 이용 M M*(들뜬상태) -중성원자가 열에너지를 흡수하였다가 다시 복사에너지를
2.1. 원리 :원자흡수를 이용 M M*(들뜬상태) -중성원자가 열에너지를 흡수하였다가 다시 복사에너지를 방출하는 것을 원자방출(atomic emission)이라 한다.
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● 원자흡수 분광광도법의 원리 • 중성의 원자구름에 복사선을 조사하면 복사선 광자를 흡수 하여 바닥상태에서 들뜬상태로 변한다.
● 원자흡수 분광광도법의 원리 그림 5-1 원자흡수분광법 장치 • 중성의 원자구름에 복사선을 조사하면 복사선 광자를 흡수 하여 바닥상태에서 들뜬상태로 변한다. • I0와 I의 값이 달라짐을 이용
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▶ 흡광분석 표현법 • 투광도(Transmission) : T = I/I0 • 투과율(Percent Transmission) : %T = 100×T • 흡광도(Absorbance) : A = log(I0/I) • 흡광율(Percent Absorption) : %A = 100-%T
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< Atomic Absorption Spectrophotometer>
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2.2. 기기장치 그림 1-2 원자흡광 분석장치의 구성
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1) Lamp(광원부) (1) 종류 ①중공음극램프(Hollow cathode lamp) → Ne, Ar gas가 충전되어 있음 - 단일원소 측정용 - Pb, Cd, Zn, Fe 등 각 원소측정용 고유 Lamp가 있음
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②다원소중공음극램프 ․두개 이상 금속을 측정하고자 할 때 ③열음극 방전램프 ․ 비점이 낮은 금속원소를 측정할 때 사용 (2) Lamp 점등장치 • 직류점등 방식 - Chopper(빛의 단속기)가 필요 • 교류점등 방식 - Chopper 불필요
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2) 시료원자화부 • 시료원자화 장치 : 시료를 원자증기화 하기 위한 장치 • 광학계 : 원자증기에 빛을 투과하기 위한 장치 (1) 시료원자화 장치 ① 불꽃 원자화 장치 - 용액상태의 시료를 불꽃 중에 분무 하는 방법 ② 비불꽃 원자화장치 - 플라즈마 젯트(Plasma Jet) 불꽃 장치와 고온전기로법을 이용하는 spark(방전) 장치 ③ 환원기화법 - 휘발성이 강한 성분 Hg, As, Se의 측정에 많이 사용
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① 불꽃 원자화 장치 ㉠ 버어너 그림 1-4 전분무 버어너(동시공급식)
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그림 1-5 예혼합 버어너
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그림 1-6 가열형 분무 버어너
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● 버어너에서 원자화하는 과정 ⓐ 분무 (Nebulization) ⓑ 작은 방울의 형성 (Droplet Precipitation) ⓒ 혼합 (Mixing) ⓓ 탈용매 (Desolvation) ⓔ 화합물 분해 (Compound Decomposition)
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그림 1-7 불꽃원자화 방법
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㉡ 불꽃 • 조연성 가스와 가연성 가스의 혼합형태 예) 수소-공기, 수소-공기-아르곤, 수소-탄소 아세틸렌-공기 : 가장 많이 사용, 2,400℃ 아세틸렌 - 산소 아세틸렌-아산화질소(N2O) : 아주 고온을 필요로 할 때 쓰임, 3000℃ 이상 프로판-공기 : 쉽게 원자화할 수 있는 모든 것 [Cu, Pb, Zn,…], 1800℃
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그림 1-8 예비혼합식 버어너의 불꽃구조
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그림 1-9 천연가스-공기 불꽃의 온도 분포도(℃)
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② 비불꽃 원자화장치 a) 고온전기로법 : 흑연로 방식의 원자화 장치 (Graphite Furnace Atomizer) ⓐ 구성요소 Graphite tube Electrical Contact Enclosed Water Cooled housing Inert purge gas control
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ⓑ 흑연로 원자화 장치를 이용한 분석과정 1) 건조 (Drying) 2) 열분해(Pyrolysis) 3) 냉각(Cool down) 4) 원자화(Atomization) 5) 잔류성분제거(Clear Out) 6) 냉각(Cool down)
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ⓒ 원자흡수에 의한 정량적 분석 투광도(Transmission) : T = I/I0 투과율(Percent Transmission) : %T = 100×T 흡광도(Absorbance) : A = log(I0/I) 흡광율(Percent Absorption) : %A = 100-%T
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ⓓ 온도 프로그램의 예
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(2) 광학계 • 불꽃 중에 빛을 투과시킬 때 다음을 만족해야 함 -빛이 투과하는 불꽃 중에서의 유효길이를 길게 한다. -불꽃으로부터 빛이 벗어나지 않아야 한다. • 여러 가지 멀티패스 광학계
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3) 분광기(단색화부 . 파장선택부) (1) 회절격자(grating)나 프리즘을 이용한 분광기가 많이 사용된다. i)분광기 - 분리능과 S/N비(signal and Noise, 신호:잡음 비)가 높아야 함 ii)필터 - 알칼리금속을 사용한 간섭필터를 많이 쓴다. ⅲ)기타분광장치 - Ethalon 간섭 분광기, 공명단색계
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4) 측광부 ① 검출기 -사용하는 분석선의 파장에 따라 적당한 분광감도 특성을 갖는 검출기 사용 -광전자 증배관, 광전지, 광전도 셀 등 사용 -직류방식과 교류방식이 있음 ③기록계(지시계기) -증폭기에서 나오는 신호를 흡광율(%) 또는 투과율(%) 등으로 눈금을 읽는다.
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3. 시료 및 기타재료 1) 표준시료(Standard Solution) -순도가 높은 특급시약을 용해, 희석하여 만든다. -풍화, 조해, 화학변화가 없어야 함 -분석시료 용액과 물리적, 화학적으로 성질이 비슷 해야 함
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2) 분석시료 및 증류수, 유기용매 -물에 불용인 시료는 적당한 산, 알칼리, 유기용매에 용해 시킴. -용액중의 부유물이나 침전물은 제거. -시료용액을 장시간 방치하면, 가수분해, 산화, 환원 등이 일어남으로 가능한 신속하게 분석할 것 -증류수는 양․음이온을 통과시킨 탈염수를 사용.
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4 분석조작 1) 측정조건의 결정 ①버어너 및 불꽃의 선택 ②분석선의 선택 ③램프 전류값의 설정 ④분광기 슬릿 폭의 결정 ⑤가연성기체 및 조연성 기체의 유량 압력의 설정 ⑥불꽃 중을 투과하는 광속 위치의 결정
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2) 검량선(Calibration line)의 작성과 정량법
① 검량선의 직선 영역 - 저농도에서는 양호한 직선성을 나 타내지만, 고농도 영역에서는 휘어짐. ② 검량선법 - 적어도 3종류 이상의 농도의 표준시료 용액에 대하여 흡광도를 측정하여 표준물질의 농도를 횡축에, 흡 광도를 종축에 취하여 그래프 용지상에 작성
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5 간섭현상 ① 분광학적 간섭 ․ 장치나 불꽃의 성질에 기인 ․ 분석에 사용하는 스펙트럼선이 완전히 분리되지 않는 경우 ․ 분석에 사용하는 스펙트럼선이 분석하고자 하는 원자 이외의 다른 물질에 흡수되는 경우 ② 물리적 간섭 ․ 시료용액의 점성이나 표면장력 등 물리적 조건에 영향을 받는 경우 ③ 화학적 간섭 ․ 분석하려는 원소가 착물을 형성하여 열적으로 안정한 화합물을 만든 경우
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