원자분광법 요약

 

20장 원자 분광법

 

1. 원자분광법이란?

   1. 원자 흡수 분광법 : 정확한 주파수의 복사선을 불꽃으로 통과시킨 후 투과된 복사선의 세기를 측정한다.

   2. 원자 방출 분광법 : 불꽃에서 들뜬 상태의 원자로부터 복사선이 방출된다.

   3. 용액의 흡수띠 너비는 ~10nm인데 반해, 불꽃 속의 기체 원자 스펙트럼의 너비는 0.01nm이다. 스펙트럼 선이 거의 겹치지 않아 많은 원소를 동시에 분석할 수 있다.

2. 원자화 : 불꽃, 노, 플라스마

   1. 원자화 : 분석물질을 기체 원자로 분해한 후 복사선의 흡수 또는 방출을 측정한다. 이 이온의 농도를 질량분석계를 이용해 측정한다.

   2. 불꽃 : 예비 혼합 버너, 분무기, 분무, 내화성. 들뜬 원자의 농도는 바깥 불꽃이 중심 불꽃보다 적다. 중심 불꽃의 방출이 바깥불꽃에서 자체흡수되어 전체 방출이 감소한다.

   3. 노 : 흑연로는 불꽃보다 감도가 좋고 적은 부피의 시료를 필요로 한다. 시료는 시료대 위에 주입되어 노벽이 일정 온도에 도달할 때까지 기화되지 않는다. 건조>열분해>원자화 과정으로 처리한다. 매트릭스 기질제가 분석물질의 증발을 지연시키거나 증가시켜 매트릭스의 방해를 감소시킬 수 있다. 노 속에서 시료가 가두어지므로 불꽃에서보다 검출한계가 100배 낮다.

   4. 유도 결합 플라스마(ICP) : 매우 높은 온도에 도달한다. 많은 분율의 원자가 들뜰 정도로 뜨거우므로 주로 원자 방출 분광법에 이용된다. 분석물질의 체류시간도 두배정도 길어 원자화가 더욱 완전히 일어나고, 신호가 증가된다. 분석물질의 산화물도 거의 없어 바탕복사선이 거의 없다.

   5. 유도 결합 플라즈마-질량 분석법 : 비슷한 질량 대 전하 비를 가진 이온을 서로 분리할 수 없어서 동중 핵 방해가 있다. 따라서 동위원소 비를 측정해 동중원소 방해를 확인한다.

   6. 비교

 

	가격	감도	등	바탕 신호
불꽃 원자 흡수	저렴	낮음	원소마다 다른 등 필요
노 원자 흡수	비쌈	높음	원소마다 다른 등 필요	높음
플라즈마 방출	비쌈	보통	등 불필요	낮음
ICP-MS	매우 비쌈	매우 높음	등 불필요	매우 낮음

 

 

 

1. 원자분광법에서 온도의 영향 : 10K 상승하면 바닥상태의 입자 수는 거의 일정하므로, 원자 흡수 신호에 큰 영향을 주지 않는다. 들뜬 상태의 입자 수는 4% 증가하므로 방출 세기는 4% 증가한다. 따라서 원자 방출 분광법에서는 안정한 온도의 불꽃이 중요하다.

2. 기기

   1. 선폭 : 도플러 효과, 압력 폭넓어짐 효과로 인해 선폭이 생긴다.

   2. 속빈 음극등 : 분석 원소와 같은 원소의 증기를 포함한다. 높은 전압을 걸어주면 기체가 이온화되어 양이온이 음극에 부딛히고, 기체상의 원자를 튕겨낸다. 이 원자가 광자를 방출하게 되는데 원자 복사선은 분석물질의 원자에 의해 흡수되는 빛의 주파수와 정확하게 같다.

   3. Zeeman 바탕 보정 : 자기장을 걸어주면 바탕만의 흡수가 나오고, 자기장을 걸어주지 않으면 바탕과 시료의 흡수가 측정된다. 이 둘의 차이가 분석물질의 흡광도이다.

   4. 다원소 분석

3. 방해

   1. 스펙트럼 방해 : 다른 원소의 선과 겹칠 때

   2. 화학적 방해 : 화학반응이 분석물질의 농도를 감소시킬 때, 해방제를 사용한다.

   3. 이온화 방해 : 분석물 원자의 이온화가 불꽃의 원자 농도를 감소시킬 때, 이온화 억제제를 사용한다.

   4. 표준물 첨가법 : 기지량의 분석물질을 미지시료에첨가하여 방해 영향을 보정한다.

출처 : 해리스 최신분석화학 제5판