Transcript 원자흡수 분광법의 방해

Contents
Theory
Reagent
Procedure
Result
Reference
Chemistry Lab
Atomic Absorption Spectrometry
Group 2
Object
AAS의 원리 이해 및
이를 이용한
Ca의 흡광도 측정
문경란
석지연
윤민호
이주민
정희영
Theory :
원자분광법
의 종류
원자흡수분광법(Atomic Absorption Spectrometry, AAS)
중성 원자구름에 분석물질이 갖는 특정 파장의 빛을 쪼여 흡
광도를 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 돌아
갈 때 방출하는 빛의 파장과 그 세기를 측정하는 방법
AFS와의 차이점
원자방출분광법은 열에너지를 이용해 원자를 들뜨게 하
지만 AFS는 빛에너지를 이용
방출하는 빛의 형태에 따른 광원의 위치
AAS
모식도
Theory :
시료원자화
방법
시료원자화
불꽃원자화
불꽃원자화
전열원자화
글로우방전
수소화물생성
찬증기원자화
전열원자화
글로우방전
수소화물생성
찬증기원자화
Theory :
시료원자화
방법
연료기체와 혼합된 시료 불꽃 속으로 이동
용매증발(탈용매화)
매우 작은 고체 에어로졸 형태의 분자
분자가 분해되어 기체 원자화
불꽃원자화
형성된 원자의 일부 양이온과 전자로
이온화
전열원자화
글로우방전
연료가 산화제 및 시료 속의 여러 화학종과
상호작용
다양한 분자와 원자 생성
수소화물생성
불꽃에서 분자, 원자 혹은 이온 들뜸
찬증기원자화
이들의 방출 스펙트럼 생성
원자화
Theory :
시료원자화
방법
불꽃의 특성
연료
산화제
온도 ℃
최대 연소속도 cm s-1
천연가스
공기
1700-1900
39-43
불꽃원자화
천연가스
산소
2700-2800
370-390
전열원자화
수소
공기
2000-2100
300-440
글로우방전
수소
산소
2550-2700
900-1400
아세틸렌
공기
2100-2400
158-266
아세틸렌
산소
3050-3150
1100-2480
수소화물생성
찬증기원자화
아세틸렌 산화이질소 2600-2800
285
Theory :
시료원자화
방법
불꽃원자화
전열원자화
글로우방전
수소화물생성
찬증기원자화
불꽃의 구조
Theory :
시료원자화
방법
불꽃원자화
전열원자화
글로우방전
수소화물생성
찬증기원자화
혼합식 버너
Theory :
시료원자화
방법
불꽃 원자화장치의 성능 특성
다른 방법과의 비교
불꽃원자화
전열원자화
글로우방전
수소화물생성
찬증기원자화
- 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
10-4초 정도)
Theory :
시료원자화
방법
원자흡수법, 원자형광법에 사용
(원자방출법에 사용 × → ICP의 시료증발장치로 사용)
감도가 높다
불꽃원자화
ⓐ 전체 시료가 짧은 시간에 원자화
ⓑ 원자가 빛 진로에 평균적으로 머무는 시간이 1초 이상
장점
전열원자화
글로우방전
수소화물생성
찬증기원자화
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
수소화물생성
찬증기원자화
글로우 방전(glow discharge) 장치는 원자증기를 만들
어 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
수소화물생성
찬증기원자화
수소화물은 석영관을 가열하기만 하면 원자화
Theory :
시료원자화
방법
수은 정량에만 응용
불꽃원자화
전열원자화
글로우방전
- 실온에서 상당한 증기압을 갖는 유일한 금속원소이기 때
문에 가능
수은 정량의 중요성
- 여러 유기 수은 화합물은 유독하고, 주위에 널리 분포되어
있기 때문
수소화물생성
찬증기원자화
Theory :
원자흡수
기기
Theory :
원자흡수
기기
광원
속 빈 음극등
전극 없는 방전등
광원
속 빈 음극등
분광광도계
전극 없는
방전등
홑빛살형 분광광도계
분광광도계
홑빛살형
겹빛살형 분관광도계
겹빛살형
검출기
검출기
Theory :
원자흡수
기기
광원
속 빈 음극등
전극 없는
방전등
분광광도계
홑빛살형
겹빛살형
검출기
Theory :
원자흡수
기기
광원
속 빈 음극등
전극 없는
방전등
분광광도계
홑빛살형
겹빛살형
검출기
Theory :
원자흡수
기기
광원
속 빈 음극등
전극 없는
방전등
분광광도계
홑빛살형
겹빛살형
검출기
Theory :
원자흡수
기기
광원
속 빈 음극등
전극 없는
방전등
분광광도계
홑빛살형
겹빛살형
검출기
Theory :
원자흡수
분광법의
방해
스펙트럼 방해
스펙트럼 방해
넓은 흡수띠를 갖는 연소생성물 또는 복사
선을 산란시키는 입자생성물 존재시
시료 매트릭스에 의해 흡수 또는 산란될
때
화학적 방해
휘발성 화합물
이온화 평형
원자화과정에서 생긴 내화성 산화물에 의
한 산란
시료가 유기 화학종을 포함하거나 시료 용
해를 위해 유기용매를 사용할 때
화학적 방해
낮은 휘발성 화합물 생성
이온화 평형
Theory :
원자흡수
분광법의
방해
스펙트럼 방해
화학적 방해
낮은 휘발성 화
합물
이온화 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 흡
광도 감소
Theory :
원자흡수
분광법의
방해
스펙트럼 방해
방해를 해결하는 방법
화학적 방해
낮은 휘발성 화
합물
이온화 평형
높은 온도의 불꽃 사용
해방제(releasing agents) 사용
보호제(protective agents) 사용
Theory :
원자흡수
분광법의
방해
스펙트럼 방해
화학적 방해
낮은 휘발성 화
합물
이온화 평형
불꽃에 이온화가 잘 되는 다른 금속이 존재하면 한
금속의 이온화도에 크게 영향을 줌
한 금속의 이온화도는 다른 금속에서 생성되는 전자
의 질량작용효과로 인해 감소
이온화 억제제(ionization suppressor)
이온화 평형의 이동을 막아줌
→ 불꽃에서 비교적 큰 농도의 전자를 제공하는 물질
→ 분석물의 이온화 억제
Theory :
원자흡수
분광법의
방해
스펙트럼 방해
화학적 방해
낮은 휘발성 화
합물
이온화 평형
Reagent
Reagent
5 ppm Ca
10 ppm phosphate
5 ppm Ca
1 % SrCl
1000 ppm Na
10 ppm Al
500 ppm의 standard solution
Ca의 2.5 ppm, 5 ppm, 7.5 ppm, 10 ppm, 15 ppm
Artificial Serum
5 ppm Ca
Procedure
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
Ca의 0 ppm, 2.5 ppm, 5 ppm, 7.5 ppm,
10 ppm, 15 ppm standard standard
solution의 흡광도 관찰
matrix 효과 보정을 위해 standard
addition
Standard Addition
①Artificial Serum 0.5 ㎖
+ distilled water 9.5 ㎖
②1/20으로 희석된 serum
표본을 3개 만들어 a,b,c
로 라벨링
③a,b,c 각 vial에서 50 ㎕,
100 ㎕, 150 ㎕ 만큼을
각각 덜어내고 덜어낸 양
과 같은 양만큼의 500
ppm Ca standard
solution 첨가
④세 시료의 흡광도 관찰
Result
5 ppm
Ca
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
실험1
0.328
0.300
0.400
0.394
0.388
0.160
실험2
0.331
0.305
0.402
0.386
0.389
0.167
실험3
0.322
0.297
0.403
0.383
0.384
0.159
실험4
0.327
0.305
0.382
0.394
0.372
0.156
실험5
0.314
0.299
0.396
0.401
0.389
0.147
실험6
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
표준
편차
0.00599
0.00350
0.00782
0.00869
0.00717
0.00697
0.4
0.35
0.3
흡광도
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
1
2
3
4
분석 시료
5
6
Result
Ca농도
0 ppm
10 ppm
15 ppm
실험1
0.005
0.150
0.328
0.466
0.623
0.901
실험2
0.007
0.154
0.331
0.456
0.632
0.915
실험3
0.004
0.159
0.322
0.455
0.629
0.925
실험4
0.002
0.160
0.327
0.467
0.615
0.905
실험5
0.004
0.153
0.314
0.462
0.626
0.909
평균
0.004
0.155
0.324
0.461
0.625
0.911
표준편차
2.5 ppm 5.0 ppm 7.5 ppm
0.00182 0.00421 0.00666 0.00554 0.00652 0.00938
Result
Calibration Curve
Calibration
Curve
1
흡광도
0.8
0.6
0.4
y = 0.0607x + 0.0090
0.2
0
0
5
10
15
표준칼슘의 농도(ppm)
20
Result
A
B
C
실험1
0.425
0.574
0.737
실험2
0.420
0.576
0.728
실험3
0.431
0.563
0.735
실험4
0.434
0.574
0.724
실험5
0.425
0.571
0.748
실험6
0.433
0.572
0.731
평균
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
Result
4.5 ppm: concentration of unknown
standard addtion
0.8
0.7
0.6
흡광도
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
y = 0.0612x + 0.272
0
-6
-4
-2 -0.1 0
2
4
concentration of added analyte
6
serum 의 농도 = 4.5 ppm × 20 = 90 ppm
8
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.
Freeman, 2007
Atomic absorption spectroscopy, Robinson, James W,
M. Dekker, 1975