IR spectroscopy1. 실험 날짜 : 2007년 11월 14일2. 실험 목적 : 분광학적인 측정은 본질적으로 방사에너지의 강도 및 파장의 측정이다. 파장이 연속적으로 변화하는 방사선을 물질에 통과시켜 어떤 파장의 에너지가 그 물체에 의하여 흡수되는가를 측정하여 물질의 분자 내 에너지를 알아보는 일로, 그 중에서 적외선 스펙트럼은 분자 내 진동에너지와 적외선간의 상관성을 밝혀내는 데 쓰인다. 이에 적외선 스펙트럼의 원리와 이용방법을 알고 스펙트럼을 통해 관찰되는 고분자의 구조적 특성을 이해한다.3. 실험 이론① ‘적외선 분광법’ 이란?: 최근, 다른 분광법과 마찬가지로 비약적인 발전을 하고 있는 적외선 분광법 (IR)은 분자의 작용기에 의한 특성적 스펙트럼을 비교적 쉽게 얻을 수 있을 뿐 아니라, 특히 광학 이성질체를 제외한 모든 물질의 스펙트럼이 서로 차이가 있어, 분자 구조를 확인하는 데 결정적인 많은 정보를 제공해 준다. 적외선은 파장에 따라 세 가지 영역으로 크게 나눌 수 있다. 즉, 가시광선부에 가까운 짧은 파장의 근적외선 영역(near IR, 0.78∼2.5 ㎛),중간 정도의 적외선 영역(IR, 2.5∼15 ㎛) 및 원적외선 영역(far IR, 15∼200㎛)이다. 분자에 중간 영역 적외선의 2.5 ∼15 ㎛ 정도에 해당하는 빛을 쬐어 주면 이것은 X선 또는 UV-Vis보다 에너지가 낮기 때문에 빛을 흡수하여 원자 내 전자의 전이 현상을 일으키지 못하고, 대신 분자의 진동, 회전 및 병진등과 같은 여러 가지 분자 운동을 일으키게 된다. 그러나 주로 이 영역에서는 분자 진동에 의한 특성적 흡수 스펙트럼이 나타나는데, 이것을 분자 진동 스펙트럼(molecular vibration spectrum)또는 적외선 스펙트럼(IR spectrum)이라 한다.② 적외선 흡수 분광법의 원리: 분자 내의 전자가 전이를 일으키는 데는 큰 에너지가 필요하며 자외선 혹은 가시선이 흡수된다. 한편 분자 내의 원자간 결합의 진동 운동 혹은 분자의 회전 운동이 증가하면서 쌍극자 모멘트의 변화가 일어나는 경우 적외선이 흡수된다. 복사선 전기장의 파동은 쌍극자 모멘트의 변동이 있는 분자운동에 작용할 수 있고 분자의 진동 및 회전운동에 변화를 일으킨다. 적외선 흡수는 여러 가지 진동과 회전 상태 사이의 작은 에너지 차이 때문에 주로 분자화학종에 국한되어 일어난다. 적외선 흡수 스펙트럼 측정법은 물질의 화학 구조에 의하여 달라지며 여러 파장의 적외선 파장의 흡수를 측정해서 물질을 확인하고 정량할 수 있다.③ 용매의 선택: 용매를 선택할 때는 투광 성질뿐만 아니라 흡수 시료 물질에 미치는 영향도 고려해야 한다. 여러 가지 유기화합물을 녹이는 효과가 있지만 극성이 센 것은 바로 적외선을 흡수하게 된다. 따라서 투명한 파장 범위에 해당하는 용매를 선택하여야 된다. 이황화탄소(1330∼625cm-1)와 사염화탄소(4000∼1330cm-1), 이 두 용매는 잘 휘발되고 유독하므로 주의하여야 하며 용매 중에 포함된 수분은 센 흡수 피크를 나타내고 NaCl결정 같은 시료 용기의 기벽을 상하게 하므로 잘 건조된 용매를 사용해야 한다. 흡수 스펙트럼을 정성 분석에 이용할 때는 기준 물질과 시료 물질에 같은 용매를 사용하여야 하는 것에 주의하여야 한다.③ 적외선 분광법의 종류# 펠렛법 - 가장 널리 이용되는 방법 가늘게 빻은 고체 시료 1mg 정도 이하를 건조된 KBr 분말 약 100mg에 섞어 막자사발에서 갈면서 섞는다. 다음 1인치 평방당 10,000～15,000 파운드의 압력으로 가압하여 투명한 얇은 원판을 만든다. 이 경우에 원판을 진공 상태에서 만들면 그 중의 공기가 제거되어 좋다. 이 원판을 분광 광도 계의 빛살에 놓고 스펙트럼을 얻는다. 시료 원판 속에 수분이 섞여 있으면 2.9와 6.1㎛ ( 3450과 1640cm-1)에서 흡수 스펙트럼이 나타난다.
