UV-Vis Spectrometer (자외선가시광선분광기) 알아보기

물질의 광학적 특성을 알아보는 장비는 여러 가지가 있습니다.

예를 들어, FTIR / UV-Vis / PL / Ellipsometer 등

원하는 특성을 알아보기 다양한 장비들이 사용되고 있습니다.

 

그 다양한 장비중 UV-Vis Spectrometer라는 장비에 대해 알아보려고 합니다. 

 

본론으로 들어가기 전 Spectroscopy와 Spectrometer를 혼동하여 쓰기도 하지만

그 의미가 다른다는 것을 알고 있어야 합니다.

물론 구분을 하는 사람도 있겠지만, 헷갈려 하는 사람도 있기 때문입니다.

 

Spectroscopy는 분광학이라고 합니다.

즉, 전자기파가 물질 내 전자와 상호작용을 하고 반사 또는 투과된 전자기파를 측정하여

그 물질의 광학적 특성 또는 에너지 의존적인 특성을 분석하는 것입니다.

 

그에 반해 Spectrometer는 그러한 광학적 특성을 알기 위해

필요한 장비라고 생각하시면 될 것 같습니다.

 

다시 본론으로 들어와서

UV-Vis Spectrometer는 자외선 가시광선 분광기라고도 합니다.

UV (UltraViolet ray)는 자외선을 뜻하고,  Vis (Visible light) 가시광선을 뜻합니다.

이건 광원(Light Source)을 무엇을 사용하는 가에 따라서 다른 장비명을 될 수도 있습니다.

광원에서 더 넓은 영역을 커버할 수 있다면 가시광선 다음인 적외선이 붙겠죠?

 

전자기파 중 높은 에너지를 가지는 X-ray 같은 경우는

물질의 내부 전자 전이를 일으킬 수 있지만,

그 보다 에너지가 작은 자외선 가시광선 영역의 에너지로는

Valence Electron Transition(원자가 전자 전이)을 일으키게 됩니다.

이런 원자가 전자 전이는 분자 내 전자구조를 알아낼 수 있으므로,

어떤 물질의 특징에 따라 흡수되는 전자기파의 에너지 및 세기가 다르게 나타나기 때문입니다.

 

UV-Vis를 활용한 분야는 흡수 / 투과 / 반사 / 방출 / 형광 / 산란이 대표적입니다.

보통 장비의 활용영역은 연구하는 목적과 샘플이 무엇인가에 따라 달라지게 됩니다. 

UV-Vis spectrometer라는 측정장비는 어떠한 원리로 측정을 하는지 알아야 됩니다.

보통 투과냐 반사냐에 따라 구조를 조금씩 차이를 보이겠지만 일반적으로는 이런 구조를 가지고 있습니다.

출처 :  https://zoology4civilservices.wordpress.com/2016/06/18/65/

 

UV-Vis의 원리를 간단하게 설명을 하면

광원에서 전자기파를 내보내고 monochromator(또는 회절격자)를 통해

특정 파장의 빛으로 분리한 후 샘플을 지나 detector에 검출이 되고

그 신호를 디지털로 바꾸어 프로그램에 표시가 되는 것입니다.

 

보통 광원은 UV 쪽에서는 중수소 아크 램프,

Visible - Infrared 쪽에서는 텅스텐 - 할로겐램프를 많이 사용합니다.

검출기로는 PMT(Photo - Multiplier Tube)라는 광전 증배관,

광 다이오드 및 CCD 등이 있습니다.

 

그리고 이 장비에서 가장 핵심부품은 Monochromator라는 단색화 장치입니다.

보통 광원은 연속 파장이 들어오는데 이 연속 파장에는 여러 파장의 빛이 섞여 있습니다.

그래서 이 연속 파장의 자외선 및 가시광선을 각 파장별로 분산시킨 빛을 좁은 슬릿을 통하게 되면

거의 단색광에 가까운 빛을 얻을 수 있기 때문입니다.