본문내용
1. 분광기 만들기
1.1. 분광학
분광학은 물질에 의한 빛의 흡수, 복사를 분광계, 분광광도계 등을 사용하여 스펙트럼으로 나누어 측정, 해석함으로써 물질의 에너지 준위나 구조, 전이 확률, 온도 등을 연구하는 광학의 한 분야이다. 분광학은 양자역학 탄생의 바탕이 되고 서로 보완하며 발전해왔다.
초기에는 기체 상태의 원자, 분자가 주 연구대상이었으나, 양자역학이 액체, 고체에 적용됨에 따라 물성론의 분야가 개척되었다. 분광학의 방법에 의한 물성 연구를 특히 광물성이라 한다. 또한 파장영역이 자외선 및 적외선으로 확장되면서 자외선 분광학, 적외선 분광학이 생겨났고, 더 나아가 전파 분광학, X선 분광학, 핵분광학, 전자분광학, β선 분광학 등이 등장하게 되었다.
분광학은 크게 분광 분석과 스펙트럼 분석으로 구분된다. 분광분석은 물질의 방출 스펙트럼 또는 흡수 스펙트럼을 조사하여 그 속에 있는 성분 원소나 화합물의 종류와 양을 판정하는 방법이다. 한편 스펙트럼 분석은 스펙트럼을 정밀히 측정, 해석하여 물질의 에너지 준위, 전이 확률, 분자의 결합 간격이나 구조 등을 밝히는 데 이용된다.
분광기는 빛을 파장에 따라 분리하는 장치로, 분광 분석에 사용되며 물질의 미시 구조를 해명하는 데에도 유용하다. 주요 분광기에는 프리즘을 이용한 프리즘 분광기, 회절 격자를 이용한 격자 분광기, 빛의 간섭을 이용한 간섭 분광기 등이 있다. 이 외에도 적외선 분광기, 자외선 반사 측정용 분광광도계 등 특수 용도의 분광기들이 있다.
1.2. 분광분석
분광분석(分光分析, Spectroscopic Analysis)이란 물질의 방출 스펙트럼 또는 흡수 스펙트럼을 조사하여 그 속에 있는 성분 원소나 화합물의 종류와 양을 판정하는 방법이다. 19세기 중엽 R. 분젠이 확립시킨 실험 기술로, 일반적인 화학 분석에 비하여 조작이 빠르고 소량의 시료로도 분석이 가능한 장점이 있다.
분광분석은 또한 스펙트럼 분석이라고도 하는데, 이 경우에는 분석 화학에의 응용 외에도 물질의 방출 또는 흡수 스펙트럼을 정밀히 측정하고 해석하여 물질의 에너지 준위, 전이 확률, 분자의 결합 간격이나 구조 등을 밝히는 데에도 이용된다. 분광분석 방법으로는 물질의 방출 스펙트럼에 의한 것과 흡수 스펙트럼에 의한 것의 두 가지가 있다.
방출 스펙트럼에 의한 분광분석은 고온의 불꽃, 전기 방전, 레이저 조사 등을 통해 물질을 들뜨게 하여 이때 방출되는 특정 파장의 빛을 분석함으로써 해당 물질의 성분을 확인하는 것이다. 각 원소는 고유의 방출 스펙트럼을 가지고 있기 때문에 관측되는 스펙트럼선의 파장을 통해 물질을 정성 분석할 수 있다. 또한 스펙트럼선의 세기를 통해 정량 분석도 가능하다.
한편 흡수 스펙트럼에 의한 분광분석은 물질이 특정 파장의 빛을 선택적으로 흡수하는 성질을 이용한다. 즉, 분석 물질에 연속 스펙트럼의 빛을 조사하고 투과되는 빛의 세기를 측정하여 흡수 스펙트럼을 얻는 것이다. 이때 물질이 흡수하는 특정 파장의 빛이 제거되므로 그 파장 영역에서 흡수선이 나타나게 된다. 따라서 흡수선의 파장으로부터 물질의 성분을, 흡수선의 세기로부터 정량 분석이 가능하다.
특히 원자나 분자의 전자 전이에 의해 나타나는 자외선-가시광선 영역의 흡수 스펙트럼은 물질의 전자 구조와 화학적 결합을 연구하는 데 매우 유용하게 활용된다. 또한 적외선 영역의 진동-회전 흡수 스펙트럼은 분자 구조를 밝히는 데 도움을 준다.
분광분석은 신속하고 정확한 분석이 가능하여 광범위한 분야에서 활용되고 있다. 화학, 생물학, 천문학, 지질학 등 다양한 학문 분야에서 스펙트럼 분석을 통해 물질의 정성 및 정량 분석을 수행하고 있으며, 이를 통해 물질의 특성과 구조, 함량 등을 파악할 수 있다. 특히 기기 분광분석법의 발달로 극미량의 시료로도 정밀한 분석이 가능해져 과학 연구 및 산업 현장에서 큰 기여를 하고 있다.
1.3. 분광기
1.3.1. 격자 분광기
격자 분광기는 회절 격자를 사용한 분광기로서, 서로 접근한 파장의 빛을 분리하는 성능이 크고, 또 유리에 의한 흡수가 없기 때문에 적외선이나 자외선의 분광에 적합하다"" 격자 분광기는 평면 격자, 오목면 격자, 계단 격자 등이 사용된다"" 특히 적외선의 분광에는 거의 평면 격자가 사용되며, 적외선은 그 자체의 에너지가 작으며 광원으로부터의 방출량도 적기 때문에 불필요한 손실을 피하기 위해서 특수한 홈을 갖는 에슐레트 격자를 쓰는 경우도 많다"" 또 자외선의 분광에는 오목면 격자가 쓰이며, 공기에 의한 자외선의 흡수를 피하기 위해 장치 전체를 진공 ...
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