기기분석에는 어떤 종류가 있을까?

분광학적 방법(spectrometric method)

물질과 전자기 복사(electromagnetic radiation, emr) 사이의 상호 작용을 활용하며, 물질에 따라 흡수 또는 방출하게 되는 전자기 복사의 종류가 다르고, 흡수(absorption)나 방출(emission)되는 전자기 복사의 양은 물질의 양에 따라 달라진다는 사실(정량적인 정보)에 근거를 둔 분석법이다.

 

<전자기 복사>

입자성과 파동성을 모두 소유하고 주어진 매체나 공간을 통과하는 경우 그 공간이나 매체에 존재하는 전기장 또는 자기장의 영향을 받으며 진행하는 에너지의 한 형태를 지칭한다.

 

<전자기 복사 스펙트럼>

가장 큰 에너지를 소유한 우주선으로부터 시작하여 에너지가 감소하는 순서로 감사선, X-선, 진공 자외선, 자외선(UV), 가시광선, 근 적외선, 적외선, 원 적외선, 마이크로파, 그리고 라디오파 등과 같은 형태들로 구분할 수 있다.

 

<흡수 분광법(absorption spectrometry)>

물질에 의한 전자기 복사의 흡수 현상을 다루고, 방출 분광법에서는 물질에 의한 전자기 복사의 방출을 취급한다. 전자기 복사를 흡수하거나 방출하는 물질이 분자나 다원자 이온이면 분자 분광분석법이라고 하고, 원자나 단원자 이온이면 원자 분광분석법이라 한다.

 

<선형 스펙트럼(line spectrum)과 연속 스펙트럼(continuous spectrum)>

선형 스펙트럼: 물질에 의해 특정 파장의 빛들만이 흡수 또는 방출되는 현상을 보여 준다. 아래 그림의 경우 가시광선 영역에서 밝은 선의 형태로 나타난 파장의 빛들만이 방출된다.

선형 스펙트럼

 

연속 스펙트럼: 물질에 의해 다양한 파장의 빛이 방출 또는 흡수되는 현상을 보여 준다. 이 경우 아래의 그림에서 볼 수 있는 바와 같이 일반적인 장치를 사용해서는 광원에서 방출되는 가시광선을 파장별로 명확하게 구분하여 관찰할 수가 없다.

연속 스펙트럼

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전기 화학적 방법(electochemical method)

물질마다 소유하는 전기 화학적 성질에 근거를 둔다. 예로, 분석 대상 성분이 녹아 있는 시료 용액과 전극들을 사용하여 전기 화학적 셀을 구성한다. 전기 화학적 셀의 화학 계 사아의 상호 연관성은 분석 대상 물질의 종류와 양에 따라 다르다 다음과 같은 예들을 들 수 있다.

 

<전위차 법(potentiometry)>

주어진 셀의 계면들에서 산화-환원  반응이 자발적으로 진행될 수 있는 경우, 그 반응의 추진력은 전위차의 형태로 외부 회로에 전달된다. 전위차의 발생 여부 및 그 크기는 사용한 계면의 종류 그리고 주어진 산화-환원 반응에 참여하는 화학종의 양에 따라 결정된다. 계면은 전극과 용액의 접촉에 의해 형성되며, 전하의 이동이 일어나는 영역을 지칭한다. 계면에서 화학종의 산화나 환원과는 무관하게 작동하는 전극을 사용하는 경우도 있다. 즉, 시료 용액 속 특정 이온에 감응하여 전위가 변하는 이온선택성 전극을 지시 전극으로 사용하고 또 다른 전극을 기준전극으로 사용하여 두 전극들 사이의 전위차를 측정하는 경우도 있다. 이때에도 전위차는 시료 용액 중 특정 성분의 농도와 관련이 있다. 다양한 실험실에서 시료 용액의 pH를 알아내기 위해 사용하고 있는 pH-meter도 전위차 법에 그 원리를 두고 있다.

 

<전압전류법(voltammetry)>

전기 화학적 셀에서는 비자발적인 산화-환원 반응을 인위적으로 진행시키기 위해 외부 회로의 전원으로부터 전기적 신호를 셀의 계면들에 공급한다. 그 결과 계면들에서 진행하게 되는 산화-환원 반응에 의해 셀을 통해 전류가 흐른다. 이 경우 발생한 전류를 외부 회로에서 그 크기가 측정되고 전류의 발생 여부 및 전류의 크기는 용액 중 화학 종의 종류와 양에 의해 결정된다.

 

<전기 무게 분석(electrogravimetry)>

외부 회로에 장착된 전원의 '-'단자(terminal)에 연결된 한쪽 전극에 충분한 양의 전자가 공급되면, 그 전극의 계면에서는 시료 용액 속 금속 양이온의 환원이 진행되며, 금속 양이온은 전극의 표면에 중성 금속의 형태로 석출된다. 환원 반응의 전후에 관찰되는 전극의 무게 차이는 바로 해당 금속 양이온의 무게이다.