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형광광도법과 원자분광법

2. 형광광도법과 원자분광법 [기기분석학]

(1) 분자발광을 이용한 분석

① 여기와 형광, 인광, 화학발광

여기 광을 흡수한 분자가 들뜬 일중항에서 바닥으로 돌아오며 즉시 내는 빛이 형광이다.

형광 파장과 Stokes 이동 : 진동완화로 잃은 만큼 방출 에너지가 감소해 긴 파장

인광은 계간전이로 삼중항을 거쳐 지연되고 수명이 길며, 화학발광은 광원 없이 반응 에너지로 들떠 감도가 높다.

② 형광 정량의 직선성과 방해 인자

형광강도-농도 직선성과 소광(quenching) : 묽은 구간 정비례 · 고농도는 직선성 붕괴로 감소 · 소광은 산소 · 할로겐 충돌로 비발광 유출

내부여과효과는 시료가 여기광 · 방출광을 흡수해 형광 감소 · 형광이 없는 화합물은 단실클로라이드 같은 형광 유도체화 시약으로 검출

③ 형광과 인광 비교표

구분형광인광
전이 경로일중항에서 일중항삼중항 거쳐 바닥
발광 시점즉시 발광지연 발광
수명나노초 수준밀리초 이상
측정 조건상온 용액 측정저온, 고체에서 유리
감도 제한 인자내부여과효과, 소광산소에 의한 소광

(2) 원자흡광광도법의 장치와 간섭

① 중공음극램프와 원자화부의 구성

원자흡광광도법은 바닥상태 원자의 고유 파장 흡수로 금속을 정량한다.

중공음극램프와 원자화부 : 램프는 측정 원소와 같은 금속이라 좁은 선스펙트럼으로 선택성 증가 · 원자화부는 불꽃식 · 흑연로식(고감도)

배경보정 : 중수소램프 · 자기장으로 흡수선을 가르는 Zeeman 효과

② 화학적 간섭과 이온화 간섭의 대책

화학적 간섭은 인산 등과 난해리성 화합물로 원자화 효율 감소 · 란탄 같은 방출제가 인산과 결합해 흡광도 회복

이온화 간섭은 알칼리금속에서 바닥상태 원자 감소 · 이온화억제제 과량으로 전자 농도를 증가시켜 이온화 억제

③ 원자화부 방식 비교표

구분불꽃식흑연로식
시료 소모량비교적 많음수 마이크로리터
감도상대적으로 낮음상대적으로 높음
분석 속도빠름승온 단계로 느림
간섭 경향화학적 간섭 큼배경흡수 큼

(3) 플라스마 분광법과 미량 원소 정량

① ICP-OES와 ICP-MS

ICP-OES는 유도결합플라스마 방출선으로 다원소 동시분석 · ICP-MS는 질량분석이라 검출한계가 더 낮음

원소불순물 ICH Q3D는 독성별 등급과 1일 허용노출량으로 위해평가 관리

② 원자형광과 화염광도법

원자형광은 흡수 후 형광을 재어 바탕이 낮고 감도 우수

화염광도법은 들뜬 나트륨 · 칼륨 방출광 세기로 전해질 정량 · 불꽃 온도 상승 시 세기 증가

③ 금속 함유 의약품의 시험 실제

금속 함유 의약품과 미량 원소 정량 : 촉매 잔류 · 용기 용출 확인

산분해로 유기물 제거 후 측정 · 회수율 시험으로 손실 확인 · 바탕 간섭 크면 표준첨가법

📌 실전 체크 포인트!

감별: 형광은 일중항에서 즉시, 인광은 삼중항을 거쳐 지연 발광하므로 전이 상태를 맞바꾸지 않는다.

방향: Stokes 이동에 따라 형광 파장은 여기 파장보다 항상 길고 에너지는 그만큼 낮다.

방향: 고농도에서 형광강도는 내부여과효과와 소광 때문에 증가가 아니라 감소한다.

감별: 화학적 간섭에는 란탄 방출제를, 이온화 간섭에는 이온화억제제를 써서 대책을 구분한다.

수치: 원소불순물은 ICH Q3D로 관리하고 검출한계는 ICP-MS가 ICP-OES보다 낮다.

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