UV-Vis-NIR - 흡광도, 반사도, 투명도 측정

 

 NIR (Near Infrared Radiation) 이란?

 

적외선 (Infrared)은 크게 <근적외선(Near IR), 중간적외선(Mid IR), 원적외선(Far IR)>으로 나눌 수 있다. 그 중 근적외선 (Near Infrared)은 750 - 2,500 nm 영역 사이의 빛으로서 가시광선 (Visible)과 중간 적외선 (Mid IR) 사이에 위치한다.

모든 적외선 영역의 빛은 분자와 상호작용을 일으키며, 분자 내 다양한 화학 결합은 그들 고유의 진동 에너지와 일치하는 파장의 빛을 흡수한다. 이 빛의 흡수 정도는 분자의 구조/농도와 직접 연관되어 있어 분자에 대한 정보를 제공한다.

전체 적외선 중 근적외선 영역에서는 특히 식물, 동물의 대부분을 구성하는 유기화합물인 C-H, O-H, N-H 결합에서의 흡수가 두드러지게 나타난다. 이 결합의 흡수는 중간적외선 (Mid IR) 영역에서의 일반적인 흡수와는 달리, 보다 복잡한 배음 (Overtone)과 결합 (Combination)에 의한 흡수 과정이 나타난다. 이러한 적외선의 다른 성질에 의해 근적외선 영역에서는 중간 적외선에서 보다 흡광도가 낮아 시료의 전처리 없이 다양한 형태의 시료를 측정할 수 있다. 특히 근적외선 영역에서는 C-H, O-H, N-H 결합이 주 구성요소인 식품 분석의 경우, 액체, 고체, 파우더, 에멀젼 등의 다양한 형태의 시료를 전처리 없이 빠르게 분석할 수 있다는 강점이 있다.

 

- 원리

- Lambert-Beer Law

- 특징

- 참고

 

 원리

 

광원(Lamp)에서 나온 빛은 시료를 통과하거나 반사되어 옵틱 (Optic)에 다다르고, 빛은 옵틱 (Optic)에서 파장별로 분산되어 다이오드 어레이 디텍터 (Diode Array Detector)에서 검출된다. 빛의 흡광도는 시료의 농도와 비례한다. (Beer's Law)

샘플의 두께가 두꺼워지고, 샘플의 밀도, 농도가 짙어지면 Transparency는 감소하게 된다. 빛을 그만큼 더 많이 흡수하고 반사하기 때문이다.

빛이 들어오면, 반사(정반사_specular, 난반사_diffuse), scateering from small particles, 투영, 흡수(투영도나 반사정도를 낮춰) 등으로 빛 에너지는 분산된다.

 

 

 Lambert-Beer Law

 

흡광도 측정법으로 쓰이는 빛의 흡수에 관계하는 Lambert 법칙과 Beer의 법칙을 조합한 법칙이다. 두께 d에서 농도 c의 물질에 입사하는 입사광의 강도를 Io로 하여 이 층을 투과한 투과광의 세기를 I로 하였을 때 흡광도 E는 log(Io/I)로 주어지며 E = kcd로 나타내어진다.

흡광도가 흡수층의 두께 d에 비례한다고 하는 것이 Lambert의 법칙, 흡수하는 물질의 농도에 비례한다는 것이 Beer의 법칙이다.

비례정수 k는 농도 및 흡수층의 길이를 나타내는 단위에 따라 다르고 농도를 w/v%로, 흡수층의 길이를 cm로서 나타내었을 때의 k 값을 비흡광도 또는 흡광계수하 부르며, 농도를 mol농도로 흡수층의 길이를 cm로 나타내었을 때 mol 흡광계수라고 한다.

일반적으로 흡수 스펙트럼이 최대가 되는 파장에서 흡광도를 측정하여 이 법칙을 이용하여 미지검체의 농도 c를 구할 수 있다. 용질의 용존상태가 농도에 의해서 변화하는 경우, 예를 들면 용질분자가 회합하는 경우나 용질의 이성체 사이에 가역평형이 있는 경우, 용질이 가수분해를 일으키는 경우 등에는 저농도에서 Beer의 법칙이 성립하지 않는다. 또한 현탁액은 일반 Beer의 법칙에 따르지 않는다. 이 경우에는 특별한 현탁시료 측정용의 분광광도계가 시판되고 있고 이것을 쓰면 Beer의 법칙이 성립하는 경우도 있다. 이 법칙을 이용하여 미지검체의 농도 c를 구할 수 있다.

용질의 용존상태가 농도에 의해서 변화하는 경우, 예를 들면 용질분자가 회합하는 경우나 용질의 이성체 사이에 가역평형이 있는 경우, 용질이 가수분해를 일으키는 경우 등에는 저농도에서 Beer의 법칙이 성립하지 않는다. 또한 현탄액은 일반 Beer의 법칙에 따르지 않는다. 이 경우에는 특별한 현탁시료 측정용의 분광광도계가 시판되고 있고 이것을 쓰면 Beer의 법칙이 성립하는 경우도 있다.

 

 특징

 

1) 빠른 분석

- 대부분의 시료를 1분 내 분석가능

 2) 넓은 분석영역

- 한번의 분석으로 여러성분 측정

 3) 시료 전처리 불필요

- 전처리로 인한 오차는 줄이고 신뢰도는 상승

 4) 쉽고 편리한 사용법

- 간편한 사용법으로 실험실은 물론 현장에서의 실시간 분석

 5) 넓은 영역의 시료 측정

- 넓은 영역 혹은 많은 양의 시료를 측정할수록 정밀도 상승

 

 샘플 홀더

 

Liquid: cuvette 사용.

cuvette이 만들어진 material에 따라, visible/UV가 가능함이 나뉜다.

 

Film: 홀더 사용

 

 

 참고

 

2020/04/04 - [정리, 공부해요/연구 장비] - UV-Vis-Spectrometer

UV-Vis-Spectrometer

Energy band-gap / Haze (Turbidity) & Optical density / Transimission