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1. 원자분광법 이용 오염물질 분석
1.1. 분광법의 원리와 특징
광분광법은 시료에 조사된 빛 에너지가 물질과 상호작용하는 과정에서 나타나는 흡수 또는 방출 특성을 분석하여 시료의 화학적 구조와 성분을 규명하는 기술이다. 모든 분자는 특정한 양의 에너지를 가지며, 일정한 운동을 하게 된다. 분자가 갖는 각종 결합은 특정한 에너지 준위에 해당하는 특정 진동수로만 신축 또는 굽힘 진동을 할 수 있다. 분자가 갖는 에너지량은 연속적으로 변하는 것이 아니라 양자화되어 있기 때문이다.
광분광법은 이렇게 고유한 진동 운동을 하는 분자에 연속적으로 변화하는 빛을 조사하고, 이때 흡수된 빛을 스펙트럼으로 나타내는 분석 방법이다. 분자가 갖고 있는 진동 주파수와 일치하는 광 주파수만을 흡수하므로, 흡수 스펙트럼 분석을 통해 분자 내 특정 결합(작용기)의 존재 유무를 알아낼 수 있다.
푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)은 인터페로미터를 사용하여 IR 빔에 배치한 물질의 정보를 기록하고, 푸리에 변환으로 얻은 스펙트럼으로부터 재료를 식별하거나 정량할 수 있다. FTIR 분광법은 신속한 측정 시간, 정밀한 분해능, 디지털 신호처리, 간단한 기기 구조 등의 장점을 가지고 있다. 분자 진동에 영향을 주는 요인에는 공액 효과, 고리 크기 효과, 치환기 효과, 수소 결합 효과 등이 있다. ()
1.2. 원자흡수분광법을 이용한 원소 분석
원자흡수분광법을 이용한 원소 분석은 물질 내 특정 원소의 함량을 정량적으로 측정하는 분광 분석 방법이다. 이 기법은 빛을 물질에 투과시켜 특정 원소가 흡수하는 빛의 세기를 측정함으로써 해당 원소의 농도를 결정한다.
원자흡수분광법의 원리는 다음과 같다. 먼저 시료에 적절한 에너지의 빛을 조사하면, 해당 원소의 원자가 빛을 흡수하여 들뜬 상태가 된다. 이후 들뜬 원자는 다시 안정된 기저 상태로 떨어지면서 특정 파장의 빛을 방출하게 된다. 그러면 이 방출된 빛의 세기를 측정함으로써 시료 내 해당 원소의 농도를 정량적으로 분석할 수 있다.
원자흡수분광법의 주요한 장점은 낮은 검출한계, 신속한 분석, 간단한 시료 전처리 등이며, 이를 통해 다양한 환경 시료와 생물학적 시료에서 소량의 원소를 정밀하게 정량 분석할 수 있다. 특히 토양, 대기, 수질 등의 환경 오염물질 분석에 널리 활용된다.
예를 들어 중금속 오염 토양의 경우, 원자흡수분광법으로 토양 내 카드뮴, 납, 구리 등의 중금속 함량을 측정할 수 있다. 또한 대기 중 유해 중금속 입자의 농도나 수질 중 중금속 이온의 농도도 원자흡수분광법으로 신속하게 정량화할 수 있다.
이처럼 원자흡수분광법은 환경 시료 내 극미량 원소를 선택적이고 정확하게 분석할 수 있어, 오염물질 관리와 환경 모니터링에 매우 유용한 분석 기법으로 활용되고 있다.
1.3. 적외선분광법을 이용한 유기물 분석
적외선 분광법은 분자가 갖고 있는 고유한 진동 운동을 이용하여 시료의 화학적 구조 정보를 제공한다. 분자 내 특정 공유결합 전자가 적외선을 흡수하면 전자의 에너지가 들뜨게 되며, 이때 흡수하는 적외선 주파수는 특정 결합의 진동 주파수와 일치한다. 따라서 적외선 분광기를 통해 측정한 적외선 스펙트럼 분석으로 분자 내 작용기의 존재 유무를 확인할 수 있다.
특히 유기화합물의 경우 적외선 스펙트럼에서 나타나는 3600 cm-1에서 1200 cm-1 사이의 영역에서 특정 작용기의 흡수 패턴을 파악하고, 1200-600 cm-1 범위의 지문 영역에서 표준물질과 비교하면 분자 구조를 정확히 분석할 수 있다. 적외선 분광법은 분자의 회전과 진동에 따른 흡수 스펙트럼을 제공하므로, 원자 간 결합 상태와 관능기에 대한 정보를 얻을 수 있어 유기화합물 분석에 매우 유용하다. 또한 실험이 신속하고 간단하며 미량의 시료로도 분석이 가능하다는 장점이 있다.
이러한 적외선 분광법의 원리와 특성을 활용하면 다양한 유기 오염물질의 화학적 구조와 성분을 규명할 수 있다. 예를 들어 폐수, 토양, 대기 중 유기 오염물질을 분석할 때 적외선 분광법을 이용하면 해당 오염물질의 종류와 농도를 신속하고 정확하게 파악할 수 있다. 또한 고도 산화공정에 의한 오염물질 분해 시 반응 중간생성물의 추적에도 활용할 수 있다. 이처럼 적외선 분광법은 오염물질의 정성 및 정량 분석과 처리 공정 모니터링에 매우 유용한 분석 기법이다.
1.4. X...
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