개념 한 쪽
분광광도계는 빛을 이용해 시료의 흡광도를 측정하는 기기이며, 광원·단색화 장치·광경로·시료용기 취급이 정확도에 직접 영향을 준다. 광원은 측정 파장 영역에 따라 중수소·텅스텐·네른스트 등으로 구분되고, 단색화 장치는 프리즘이나 회절격자를 사용한다. 시료는 큐벳에 적정량을 채워 측정하며, 흡광도는 투과도로부터 로그 관계로 계산한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「빛의 흡수, 방출」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 흡광도 계산 | 1 | 투과도로부터 흡광도를 로그 관계로 계산하기 |
| 기기 취급 주의 | 1 | 굴절계나 분광기 취급 시 나타나는 현상과 주의사항 판별 |
| 적외선 광원 선택 | 1 | 적외선 분광광도계에 적합한 광원을 고르기 |
중수소(D2) 램프는 자외선 영역에서 연속 스펙트럼을 방출하므로 자외선 영역의 광원으로 사용한다. 가시광선 영역은 텅스텐 램프가 담당하므로 UV-Vis 분광광도계에서는 중수소와 텅스텐을 조합하여 넓은 파장 범위를 커버한다.
적외선 분광광도계는 적외선 영역에서 안정적인 광을 내는 광원이 필요하며, 네른스트 램프나 글로바임이 대표적이다. 나트륨 램프는 원자 흡광 등에, 텅스텐·할로겐은 가시광선~근적외선 영역에 주로 쓰이는 점을 구분한다.
단색화 장치는 원하는 파장의 빛만 선택하기 위해 빛을 파장별로 분산시키는 소자를 사용한다. 프리즘은 굴절률 차를 이용해 분산하고, 회절격자는 회절·간섭을 이용해 분산하므로 단색화 장치로 사용한다. 반대로 반사거울과 볼록·오목거울은 경로 제어나 집광 역할만 하여 단색화 기능은 수행하지 않는다.
분광광도계의 광학 경로는 빛이 입구를 통해 들어와 분산장치로 파장이 나뉘고, 출구슬릿으로 원하는 파장이 선택된 뒤 시료부를 통과하여 검출기로 도달하는 흐름을 따른다. 입구슬릿→분산장치→출구슬릿→시료부→검출부 순서가 광학적으로 올바른 배치이다.
시료용기인 큐벳에는 빛의 경로를 충분히 확보하면서 넘침을 방지하도록 전체 부피의 약 2/3 정도를 채우는 것이 적당하다. 너무 적게 채우면 빛 경로 확보가 어렵고, 가득 채우면 넘침 위험과 오염 우려가 있으므로 중간 수준을 유지해야 한다.
흡광도 A는 투과도 T와의 관계 A = log(1/T)로 정의한다. 투과도가 주어지면 로그 성질을 이용해 흡광도를 계산할 수 있다.
투과도가 20%인 경우 T = 0.2이므로 흡광도 A = log(1/0.2) = log5이다. 로그 성질로 log5 = log10 - log2이고 주어진 상수 log2 = 0.3010, log10 = 1을 이용하면 A = 1 - 0.3010 = 0.6990이다. 이 계산은 A = log(1/T) 공식을 직접 적용한 대표적 문제 풀이이다.
광원 선택 문제는 측정하려는 파장 영역을 기준으로 중수소는 UV, 텅스텐은 Vis, 네른스트는 IR로 매칭하는 암기를 활용한다. 단색화 관련 문제는 분산 소자인 프리즘·회절격자를 정답으로 고르는 방식이 많다. 큐벳 채우기는 2/3 규칙을 떠올려 선택지 소거를 한다.
어떤 용액의 흡광도를 측정하기 위해 빛을 입사 시켰더니 이때 20%의 빛이 투과 되었다면 이 용액의 흡광도는 얼마인가? (단, As=log(1/T), log2=0.3010 )
정답 ③ · 투과도 T=0.2일 때 흡광도 A=log(1/T)=log(1/0.2)=log5=log10-log2=1-0.301=0.699이다. 람베르트-비어 법칙에서 흡광도와 투과도의 관계를 이용해 로그 계산으로 값을 구하는 전형적인 문제이다.
투과도 20%일 때 흡광도는 log(1/0.2)=log5=log10-log2로 계산하여 0.6990이다.
다음은 굴절계 취급에 따른 주의 사항이다. 틀린 것은?
정답 ② · 굴절계에서 경계선이 파형(불명확)으로 나타나는 것은 프리즘 온도가 일정하지 않아 발생하는 현상이며, 온도가 일정할 때는 경계선이 뚜렷하고 선명하게 나타난다. 따라서 '온도가 일정하다는 증거'라는 설명은 틀렸다.
굴절계에서 경계선이 파형이면 온도가 불안정한 것이므로 일정하다는 설명은 틀렸다.
적외선 분광광도계의 광원으로 많이 사용되는 것은?
정답 ③ · 적외선(IR) 분광광도계의 대표적 광원은 네른스트 램프(Nernst glower)와 글로바(globar)이다. 나트륨 램프는 원자흡광의 특정 램프, 텅스텐/할로겐 램프는 가시광선-근적외선용 광원으로 IR 전용 광원이 아니다.
적외선 분광광도계는 적외선 영역의 광원이 필요하며, 네른스트 램프가 대표적이다.
화학분석기능사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.