Group 2

문경란석지연윤민호이주민정희영

ContentsTheory

Reagent

Procedure

Result

Reference

ObjectAAS 의 원리 이해 및

이를 이용한Ca 의 흡광도 측정

Chemistry LabAtomic Absorption Spectrometry

Theory :원자분광법의 종류 원자흡수분광법 (Atomic Absorption Spectrometry, AAS)중성 원자구름에 분석물질이 갖는 특정 파장의 빛을 쪼여 흡광도를 측정하는 방법

원자형광분광법 (Atomic Fluorescence Spectrometry, AFS)바닥 상태의 원자가 광원에 의해 들떴다가 흡수한 에너지를 방출하며 내는 형광이나 인광을 측정하는 방법

원자방출분광법 (Atomic Emission Spectrometry)열에너지를 흡수하여 들뜬 원자가 낮은 에너지 상태로 돌아갈 때 방출하는 빛의 파장과 그 세기를 측정하는 방법

AFS 와의 차이점원자방출분광법은 열에너지를 이용해 원자를 들뜨게 하지만 AFS 는 빛에너지를 이용방출하는 빛의 형태에 따른 광원의 위치

AAS모식도

Theory :시료원자화 방법 시료원자화

불꽃원자화 전열원자화 글로우방전 찬증기원자화수소화물생성

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

Theory :시료원자화 방법 용매증발 ( 탈용매화 )

분자가 분해되어 기체 원자화

형성된 원자의 일부 양이온과 전자로이온화

연료가 산화제 및 시료 속의 여러 화학종과 상호작용

불꽃에서 분자 , 원자 혹은 이온 들뜸

다양한 분자와 원자 생성

이들의 방출 스펙트럼 생성

원자화원자화

매우 작은 고체 에어로졸 형태의 분자

연료기체와 혼합된 시료 불꽃 속으로 이동

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

불꽃의 특성Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

연료 산화제 온도 ℃ 최대 연소속도 cm s-1

천연가스 공기 1700-1900 39-43

천연가스 산소 2700-2800 370-390

수소 공기 2000-2100 300-440

수소 산소 2550-2700 900-1400

아세틸렌 공기 2100-2400 158-266

아세틸렌 산소 3050-3150 1100-2480

아세틸렌 산화이질소 2600-2800 285

불꽃의 구조Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

혼합식 버너Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

불꽃 원자화장치의 성능 특성

다른 방법과의 비교

　 - 재현성 측면에서 불꽃 원자화법이 우수

　 - 시료 효율 즉 감도는 다른 원자화법이 훨씬 우수

불꽃의 시료효율이 낮은 두 가지 이유

　 - 시료의 대부분이 폐기통으로 빠져나간다

　 - 각 원자가 불꽃의 빛살 진로에서 머무는 시간이 짧다 ( 약 10-4 초 정도 )

Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

원자흡수법 , 원자형광법에 사용　 ( 원자방출법에 사용 × → ICP 의 시료증발장치로 사용 )

감도가 높다　ⓐ 전체 시료가 짧은 시간에 원자화 　ⓑ 원자가 빛 진로에 평균적으로 머무는 시간이 1 초 이상

장점　작은 부피의 시료에 대해 높은 감도　　 - 시료 부피 : 0.5∼10 ㎕　　 - 분석물의 절대 검출한계 : 10-10∼10-13 ｇ

단점　 - 불꽃 원자화에 비해 낮은 상대정밀도　 - 느린 분석과정　 - 보통 102 이하의 좁은 측정 농도 범위

Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

글로우 방전 (glow discharge) 장치는 원자증기를 만들어 흡수 측정법의 원자화 장치로 보냄

글로우 방전 방법이 이용하기 위한 시료 형태　 - 전기 전도체 　 - 고운 가루 흑연 등의 분말 도체를 혼합한 pellet　 - 흑연 , 알루미늄 또는 구리 음극에 석출시킨 용액시료

검출한계 : 고체시료인 경우 ppm 이하

Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

수소화물은 석영관을 가열하기만 하면 원자화

Theory :시료원자화 방법

불꽃원자화

전열원자화

글로우방전

찬증기원자화

수소화물생성

수은 정량에만 응용　 - 실온에서 상당한 증기압을 갖는 유일한 금속원소이기 때문에 가능 수은 정량의 중요성　 - 여러 유기 수은 화합물은 유독하고 , 주위에 널리 분포되어 있기 때문

Theory :원자흡수기기

Theory :원자흡수기기

분광광도계

광원속 빈 음극등

전극 없는 방전등

분광광도계홑빛살형 분광광도계

겹빛살형 분관광도계

광원

겹빛살형

홑빛살형

전극 없는방전등

속 빈 음극등

검출기 검출기

Theory :원자흡수기기

분광광도계

광원

겹빛살형

홑빛살형

전극 없는방전등

속 빈 음극등

검출기

분광광도계

광원

홑빛살형

전극 없는방전등

속 빈 음극등

Theory :원자흡수기기

겹빛살형

검출기

Theory :원자흡수기기

분광광도계

광원

겹빛살형

홑빛살형

전극 없는방전등

속 빈 음극등

검출기

Theory :원자흡수기기

분광광도계

광원

겹빛살형

홑빛살형

전극 없는방전등

속 빈 음극등

검출기

Theory :원자흡수 분광법의 방해

화학적 방해스펙트럼 방해

스펙트럼 방해넓은 흡수띠를 갖는 연소생성물 또는

복사선을 산란시키는 입자생성물 존재시

시료 매트릭스에 의해 흡수 또는 산란될 때

화학적 방해

원자화과정에서 생긴 내화성 산화물에 의한 산란

시료가 유기 화학종을 포함하거나 시료 용해를 위해 유기용매를 사용할 때

휘발성 화합물이온화 평형

낮은 휘발성 화합물 생성

이온화 평형

Theory :원자흡수 분광법의 방해

화학적 방해스펙트럼 방해

낮은 휘발성 화합물이온화 평형

음이온의 방해 분석물과 반응하여 휘발성이 작은 화합물 생성

　→ 분석물의 원자화 속도가 감소 → 흡광도 감소　 e.g. 칼슘의 흡광도는 황산이온 또는 인산이온의 농도가 증가함에 따라 감소

양이온의 방해 열에 안정한 화합물 ( 산화물 ) 생성

　 e.g. 마그네슘이나 칼슘을 정량할 때 알루미늄에 의해 흡광도 감소

Theory :원자흡수 분광법의 방해 방해를 해결하는 방법

높은 온도의 불꽃 사용

해방제 (releasing agents) 사용

보호제 (protective agents) 사용

화학적 방해스펙트럼 방해

낮은 휘발성 화합물이온화 평형

Theory :원자흡수 분광법의 방해 불꽃에 이온화가 잘 되는 다른 금속이 존재하면 한

금속의 이온화도에 크게 영향을 줌 한 금속의 이온화도는 다른 금속에서 생성되는

전자의 질량작용효과로 인해 감소

이온화 억제제 (ionization suppressor) 이온화 평형의 이동을 막아줌

→ 불꽃에서 비교적 큰 농도의 전자를 제공하는 물질 → 분석물의 이온화 억제

화학적 방해스펙트럼 방해

낮은 휘발성 화합물이온화 평형

Theory :원자흡수 분광법의 방해

화학적 방해스펙트럼 방해

낮은 휘발성 화합물이온화 평형

Reagent

Reagent 5 ppm Ca 10 ppm phosphate 5 ppm Ca 1 % SrCl 1000 ppm Na 10 ppm Al 500 ppm 의 standard solution Ca 의 2.5 ppm, 5 ppm, 7.5 ppm, 10 ppm, 15 ppm Artificial Serum

Procedure

Standard Addition

①Artificial Serum 0.5 ㎖ + distilled water 9.5 ㎖

②1/20 으로 희석된 serum 표본을 3 개 만들어 a,b,c 로 라벨링

③a,b,c 각 vial 에서 50 ㎕ , 100 ㎕ , 150 ㎕ 만큼을 각각 덜어내고 덜어낸 양과 같은 양만큼의 500 ppm Ca standard solution 첨가

④ 세 시료의 흡광도 관찰

5 ppm Ca +10 ppm phosphate

5 ppm Ca +10 ppm phosphate + 1 % SrCl₂

5 ppm Ca + 1 % SrCl₂

5 ppm Ca + 1000 ppm Na

5 ppm Ca + 10 ppm Al

5 ppm Ca

Ca 의 0 ppm, 2.5 ppm, 5 ppm, 7.5 ppm, 10 ppm, 15 ppm standard standard solution

의 흡광도 관찰

matrix 효과 보정을 위해 standard addition

Result

  5 ppm Ca

5 ppm Ca +10 ppm phos

phate

5 ppm Ca +10 ppm phosphate +1 % SrCl₂

5 ppm Ca +1 % SrCl₂

5 ppm Ca +1000 ppm Na

5 ppm Ca +10 ppm Al

실험 1 0.328 0.300 0.400 0.394 0.388 0.160

실험 2 0.331 0.305 0.402 0.386 0.389 0.167

실험 3 0.322 0.297 0.403 0.383 0.384 0.159

실험 4 0.327 0.305 0.382 0.394 0.372 0.156

실험 5 0.314 0.299 0.396 0.401 0.389 0.147

실험 6 0.326 0.298 0.393 0.406 0.392 0.164

평균 0.325 0.301 0.396 0.394 0.386 0.159

표준편차 0.00599 0.00350 0.00782 0.00869 0.00717 0.00697

흡광

도

분석 시료

Result

Ca 농도 0 ppm 2.5 ppm 5.0 ppm 7.5 ppm 10 ppm 15 ppm

실험 1 0.005 0.150 0.328 0.466 0.623 0.901실험 2 0.007 0.154 0.331 0.456 0.632 0.915실험 3 0.004 0.159 0.322 0.455 0.629 0.925실험 4 0.002 0.160 0.327 0.467 0.615 0.905실험 5 0.004 0.153 0.314 0.462 0.626 0.909평균 0.004 0.155 0.324 0.461 0.625 0.911

표준편차 0.00182 0.00421

0.00666

0.00554

0.00652

0.00938

ResultCalibration Curve

00.20.40.60.8

1

0 5 10 15 20 (ppm)표준칼슘의 농도

흡광

도

y = 0.0607x + 0.0090

Calibration Curve

Result   A B C실험 1 0.425 0.574 0.737실험 2 0.420 0.576 0.728실험 3 0.431 0.563 0.735실험 4 0.434 0.574 0.724실험 5 0.425 0.571 0.748실험 6 0.433 0.572 0.731평균 0.428 0.572 0.734

표준편차 0.00551 0.00459 0.00838

A : 1/20 희석시킨 serum (? ppm Ca) + 2.5 ppm Ca B : 1/20 희석시킨 serum (? ppm Ca) + 5.0 ppm Ca C : 1/20 희석시킨 serum (? ppm Ca) + 7.5 ppm Ca

standard addtion

-0.10

0.10.20.30.40.50.60.70.8

-6 -4 -2 0 2 4 6 8concentration of added analyte

흡광

도

Result 4.5 ppm: concentration of unknown

y = 0.0612x + 0.272

serum 의 농도 = 4.5 ppm × 20 = 90 ppm

Reference

기기분석의 원리와 응용 , 박면용 외저 , 녹문당 , 2000 기기분석 : 개론 및 응용 , 최주환 , 교보문고 , 1998 기기분석의 원리 , Skoog, Douglas A, 자유아카데미 , 1999 Quantitative chemical analysis, Daniel C. Harris, W. H. Free

man, 2007 Atomic absorption spectroscopy, Robinson, James W, M. D

ekker, 1975