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"atomic spectroscopy"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 원자분광학의 개념과 특성
1.2. 연구의 목적과 필요성
2. 이론적 배경
2.1. 원자분광학의 기본 원리
2.2. DCE의 분자구조와 이성질체
2.3. 용해도적과 이온 평형
3. 실험 방법
3.1. 실험 재료 및 기구
3.2. 정성분석을 위한 실험 절차
3.3. Raman spectroscopy를 이용한 분석
4. 실험 결과
4.1. 용액의 색깔 및 pH 확인
4.2. 침전/착물 반응을 통한 양이온 검출
4.3. 결과 종합 및 시료 성분 확인
5. 결과 고찰
5.1. 정성분석 방법의 적용 및 한계
5.2. Raman spectroscopy를 통한 DCE 이성질체 분석
5.3. 온도에 따른 이성질체 비율 변화
6. 결론
6.1. 연구 결과 요약
6.2. 원자분광학의 활용 및 발전 방향
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 원자분광학의 개념과 특성
원자분광학은 자유 원자에 의한 전자파의 흡수나 방출에 따른 스펙트럼을 분석하는 것이다. 자유 원자는 같은 파장에서 흡수되고 방출되므로 원자 스펙트럼은 흡수나 방출 스펙트럼 또는 그 두 가지의 혼합형인 형광 스펙트럼으로 관찰된다. 각 선은 주파수 ν로 특징지어지고 문제의 원자의 두 제한된 에너지 상태 E1과 E2 사이의 에너지차 ΔE와 일치한다. ΔE=E2-E1=hν로 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시광선, 적외선 위치로 제한되는 광학 원자 분광학에서 이 에너지 상태는 원자가 전자의 다른 배열과 대응한다. 내부 전자의 전자 전이는 X선 스펙트럼을 생성한다. 자유 원자로 존재하려는 시료는 플라스마로 변환되어야 한다. 원자 분광학은 정성분석과 정량분석에 사용되며, 정성분석은 해당 성분이 들어 있는지 여부를, 정량분석은 해당 성분이 얼마나 들어 있는지 분석한다. 들뜬 상태의 원자는 광자 방출에 의해 들뜜 에너지를 잃을 수 있으며, 이는 원자 방출 분광학과 불꽃 분광 광도법의 바탕이 되고, 광자의 흡수는 원자 흡수 분광학의 바탕이 된다. 광자의 흡수에 의해 얻어진 에너지가 광자의 형태로 재방출되는 현상을 원자 형광이라 한다.
1.2. 연구의 목적과 필요성
원자분광학은 자유 원자에 의한 전자파의 흡수나 방출에 따른 스펙트럼을 분석하는 것이다. 이를 통해 시료에 포함된 성분의 유무와 정량 분석이 가능하다. 본 연구에서는 정성분석 방법을 활용하여 13개의 미지 시료에 대한 양이온 성분을 분석하고자 한다. 또한 Raman spectroscopy를 이용하여 1,2-dichloroethane(DCE)의 두 가지 이성질체에 대한 온도 의존성을 관찰하고 이들의 에너지 차이를 계산하고자 한다. 이를 통해 원자분광학의 다양한 응용 방안과 발전 방향을 제시하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1. 원자분광학의 기본 원리
원자분광학의 기본 원리는 다음과 같다. 자유 원자는 같은 파장에서 흡수되고 방출되기 때문에 원자 스펙트럼은 흡수나 방출 스펙트럼으로 또는 그 두 가지의 혼합형인 형광 스펙트럼으로 관찰된다. 각 선은 그 주파수 ν에 의해 특징지어지고 문제의 원자의 두 제한된 에너지 상태 E1과 E2 사이의 에너지차인 ΔE와 일치한다. ΔE=E2-E1=hν이다. 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시광선과 적외선 위치로 제한되는 광학 원자 분광학에서 이 에너지 상태는 원자가 전자의 다른 배열과 대응한다. 내부 전자의 전자 전이는 X선 스펙트럼을 생성한다. 자유 원자로 존재하려는 시료 때문에 스펙트럼이 관찰되기 전에 플라즈마로 변환되어야 한다. 원자 분광학은 정성 분석과 정량 분석에 사용된다.
2.2. DCE의 분자구조와 이성질체
DCE(1,2-Dichloroethane)는 C-C 결합이 회전이 자유로운 화합물이다. 따라서 염소 원자와 수소 원자의 위치에 따라 여러 가지 구조가 가능한데, 그 중 가장 안정한 두 가지 이성질체가 존재한다.
먼저 염소 원자 사이의 이면각이 약 120°일 때를 anti 이성질체라고 하고, 약 60°일 때를 gauche 이성질체라고 한다. gauche 이성질체는 두 개의 염소 원자가 상대적으로 가까워서 입체 장애가 큰 편이지만, anti 이성질체는 이러한 입체 장애가 적어 더 안정한 구조이다.
따라서 상온에서는 anti 이성질체가 더 많이 존재하며, 온도가 낮아질수록 gauche 이성질체의 비율이 증가한다. 특히 고체 상태의 DCE에서는 규칙적인 배열을 이루기 위해 anti 이성질체만이 존재하게 된다.
이와 같이 DCE는 C-C 결합의 자유로운 회전으로 인해 두 가지 이성질체를 가지며, 이 둘은 서로 다른 안정성과 구조적 특징을 나타낸다.
2.3. 용해도적과 이온 평형
용해도적이란 포화용액에서 양이온과 음이온의 농도 곱을 말하며, 농도는 mol/L로 나타낸다. 난용염이 용매에 존재하여 고형물질과 포화용액이 평형상태에 있는 경우 다음과 같이 해리한다. AB2 ⇌ A2+ + 2B-. 이때 용해 상태의 양이온과 음이온의 농도 곱으로 표현되는 평형 정수 Ksp를 AB2의 용해도적이라 한다. Ksp = [A2+][B-]2. 일정한 온도에서 포화용액의 농도 및 전리 정수는 일정하므로 용해도적은 일정한 값을 가진다. Ksp가 큰 화합물은 용해도가 크고 작은 화합물은 용해도가 작다. 따라서 유해 물질을 제거하는 경우 Ksp가 작은 화합물로 침전시키면 제거율이 높다. 즉 용액의 이온 농도 곱이 용해도적보다도 크면 고체가 석출되고 작으면 고체전해질은 더욱 용해한다. 이러한 원리를 토대로 화학분석, 침강분석에 주로 사용된다.
이온 평형의 경우 자유 원자에 의한 전자파의 흡수나 방출에 따른 스펙트럼을 분석하는 원자분광학에 활용된다. 자유 원자는 같은 파장에서 흡수되고 방출되기 때문에 원자 스펙트럼은 흡수나 방출 스펙트럼으로 관찰된다. 이때 각 선은 그 주파수 ν에 의해 특징지어지고 문제의 원자의 두 제한된 에너지 상태 E1과 E2 사이의 에너지차 ΔE와 일치한다. ΔE = E2 - E1 = hν. 이러한 내부 전자의 전이는 X선 스펙트럼을 생성하는데, 자유 원자로 존재하기 위해서는 시료가 플라즈마로 변환되어야 한다. 원자 분광학은 정성 분석과 정량 분석에 모두 사용되는데, 정성분석은 해당 성분이 포함되어 있는지 여부를, 정량분석은 성분의 양을 분석하는 것을 말한다.
이처럼 용해도적과 이온 평형의 개념은 원자분광학에 기반을 두고 있으며, 정성분석 및 정량분석에 활용된다고 볼 수 있다.
3. 실험 방법
3.1. 실험 재료 및 기구
test tube, test tube rack, pH paper, 시계접시, 스포이드, 황산 ( H _{2} SO _{4} ), 암모니아 ( NH _{3} ...
참고 자료
MSDS
대학화학 및 실험 2 실험노트
화학대사전 ‘원자분광학’
식품과학기술대사전 ‘용해도곱’
두산백과 ‘정성분석’
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