자외선 분광법 - 원리, 기기, 응용

분광학은 시료의 분자, 원자 또는 이온이 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이될 때 흡수되거나 방출되는 전자기 복사를 측정하고 해석하는 학문입니다.

자외선 분광법은 자외선 영역(200~400nm)의 빛이 분자에 흡수되어 전자가 바닥 상태에서 높은 에너지 상태로 여기되는 현상을 관찰하는 흡수 스펙트럼 분석법입니다.

자외선 분광법의 원리

분광학은 기본적으로 빛과 물질의 상호작용과 관련된 학문입니다.

빛이 물질에 흡수되면 원자나 분자의 에너지 함량이 증가합니다.

자외선을 흡수하면 전자가 바닥 상태에서 더 높은 에너지 상태로 여기됩니다.

분자를 포함하는π 전자 또는 비결합 전자(n-전자)는 자외선 형태의 에너지를 흡수하여 이러한 전자를 더 높은 결합 저항성 분자 오비탈로 여기시킬 수 있습니다.

전자가 들뜨기 쉬울수록 흡수하는 빛의 파장이 길어집니다. 가능한 전이 유형은 네 가지가 있습니다.π–π *, N–π *, σ–σ *, 그리고 n–σ *), 그리고 순서는 다음과 같습니다.σ–σ *> n–σ *>π– π *> n–Π *

화합물이 자외선을 흡수하면 고유한 스펙트럼이 생성되는데, 이 스펙트럼을 통해 화합물을 식별할 수 있습니다.

UV 분광계

광원

텅스텐 필라멘트 램프와 수소 중수소 램프는 자외선 영역 전체를 커버하기 때문에 가장 널리 사용되고 적합한 광원입니다.

텅스텐 필라멘트 램프는 붉은색 복사 에너지가 풍부합니다. 더 구체적으로 말하면, 375nm 파장의 복사 에너지를 방출하며, 수소-중수소 램프는 375nm 이하의 파장에서 강도가 떨어집니다.

단색화 장치

단색화 장치는 일반적으로 프리즘과 슬릿으로 구성됩니다.

대부분 의 가시광선 분광광도계 는 이중 빔 분광광도계입니다.

주 광원에서 방출된 복사선은 회전하는 프리즘에 의해 산란됩니다.

그런 다음, 프리즘에 의해 분리된 광원의 다양한 파장은 슬릿에 의해 선택되므로 프리즘의 회전으로 인해 연속적으로 증가하는 파장의 빛이 슬릿을 통과하여 기록됩니다.

슬릿에 의해 선택된 광선은 단색광이며, 또 다른 프리즘을 통해 두 개의 광선으로 나뉩니다.

샘플 셀 및 기준 셀

두 개의 서로 다른 광선 중 하나는 시료 용액을 통과하고, 다른 하나는 기준 용액을 통과합니다.

시료 용액과 기준 용액 모두 셀 안에 들어 있습니다.

이 배터리는 이산화규소 또는 석영으로 만들어집니다. 유리는 자외선 영역의 빛도 흡수하기 때문에 배터리 셀로 사용할 수 없습니다.

탐지기

일반적으로 자외선 스펙트럼 검출에는 두 개의 광전지가 사용됩니다.

광전지 중 하나는 시료 셀에서 나오는 빛을 수신하고, 다른 하나는 기준점에서 나오는 빛을 수신합니다.

기준 셀에서 나오는 방사선 강도가 시료 셀에서 나오는 빔보다 강합니다. 이로 인해 광전지에서 맥동 또는 교류 전류가 발생합니다.

파워 앰프

광전지에서 생성된 교류는 증폭기로 전달됩니다.

증폭기는 소형 서보 미터에 연결되어 있습니다.

일반적으로 태양광 전지에서 발생하는 전류의 강도는 매우 낮으며, 증폭기의 주된 목적은 신호를 여러 배로 증폭하여 깨끗하고 기록 가능한 신호를 얻는 것입니다.

녹음 장치

대부분의 경우 증폭기는 컴퓨터에 연결된 펜 레코더에 연결됩니다.

컴퓨터는 생성된 모든 데이터를 저장하고 필요한 화합물의 스펙트럼을 생성합니다.

자외선 분광법의 응용

불순물 검출

이는 유기 분자 내 불순물을 측정하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.

시료에 불순물이 포함되어 있기 때문에 다른 피크들이 관찰될 수 있으며, 이를 표준 원료와 비교할 수 있습니다.

특정 파장에서의 흡광도를 측정함으로써 불순물을 검출할 수 있다.

유기 화합물의 구조 규명

이 방법은 유기 분자의 구조를 명확히 하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어 불포화 결합의 존재 여부나 이종 원자의 존재 여부를 감지하는 데 사용될 수 있습니다.

자외선 흡수 분광법은 자외선을 흡수하는 화합물을 정량적으로 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

자외선 흡수 분광법은 자외선을 흡수하는 화합물의 종류를 규명하는 데 사용될 수 있으며, 이를 통해 화합물을 정성적으로 판별할 수 있습니다. 화합물의 식별은 흡수 스펙트럼을 알려진 화합물의 스펙트럼과 비교함으로써 이루어집니다.

이 기술은 화합물에 작용기가 존재하는지 여부를 감지하는 데 사용됩니다. 특정 파장에서 밴드가 나타나지 않으면 특정 작용기가 없다는 증거로 간주됩니다.

반응 속도는 자외선 분광법을 사용하여 연구할 수도 있습니다. 자외선이 반응 셀을 통과하면 흡광도의 변화를 관찰할 수 있습니다.

많은 의약품은 원료 형태이거나 제제 형태입니다. 의약품을 적절한 용액으로 만들어 특정 파장에서 흡광도를 측정함으로써 검출할 수 있습니다.

이 화합물들의 분자량은 적절한 유도체를 제조함으로써 분광광도법으로 측정할 수 있다.

UV 분광광도계는 HPLC의 검출기로 사용할 수 있습니다.