Light Scattering

소개글

Light Scattering에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Light Scattering

2. 빛의 산란에 대한 관계식

3. Rayleigh산란 및 Raman산란

4. 입자산란인자

5. Mie의 산란

6. 탁도(Turbidity) τ

7. ZIMM PLOT

8. 비리얼 방정식(virial equation)

9. 동적광산란법

10. 실험 장치

11. 응용 및 발전

본문내용

개발에 힘입어 새롭게 각광을 받는 기법으로 알려져 있다. 현재 사용되고 있는 상품화된 준탄성 관산란 기기는 거의 대부분 상관분석기(correlator)을 아용한 방법을 사용하고 있다. 신호 P(t)에 대한 산란광의 자기상관함수 G(τ)(autocorrelation function)는 식 (3)와 같이 정의된다.
여기서 <>는 시간에 대한 평균을 나타내며 I(t)와 I(t+τ)는 각각 시간 t, t+τ에서의 산란광의 세기를 나타낸다. 즉 천천히 변화하는 신호의 경우 그 이전상태를 많이 유지할 수 있기 때문에 빨리 변화하는 신호보다 자기상관함수는 상대적으로 큰 값을 가질 것이라는 것을 알 수 있다. 자기상관함수 G(τ)는 디지탈방식에 의해 쉽게 계산될 수 있고 G(τ)는 Wiener-Khintchine이론에 의해 파워스펙트럼과 푸리어변환(Fourier tranformation)관계가 있다. 그러므로 각각의 방법에서 얻는 정보는 결국 같다는 것을 의미한다. 자기상관함수 G(τ)는 입자들의 크기가 균일한 경우 지수함수 형태로 감소하며 지수감소율 GAMMA (τ) =2Dq2 으로 주어지며 이론적으로 식 (4)과 같이 표시됨을 보여줄 수 있다.
여기서 D는 병진확산계수이며 q는 탄성광산란에서와 같은 의미를 가지는 산란벡터의 크기로 산란각도의 함수이다. 그러므로 크기가 작은 입자들에 의한 산란광의 자기상관함수는 크기가 큰 입자들의 경우보다 빨리 감소하게 되고 이 함수에서 확산계수를 알 수 있고 적당한 모델로부터 입자의 크기를 계산할 수 있게 된다. 입자의 크기가 균일하지 않을 때에는 식 (5)과 같이 자기상관함수의 합으로 나타나며 data fitting에 의하여 평균크기 뿐만 아니라 입자크기의 분포도도 알아낼 수 있다.
이렇게 구하여진 확산계수는 탄성광산란에서와 마찬가지로 용액의 비이상성에 의하여 영향을 받게 되며 용액이 진하여지면 다른 입자들의 존재에 의한 마찰계수의 변화도 고려해야 되므로 농도 0으로의 외삽을 하여 얻어지는 확산계수로부터 hydrodynamic radius를 구하여야 한다.
[ 입자크기가 다른 자기상관함수의 모양 ] : 입자가 클수록 천천히 감소하는 함수모양
3) 조작방법
① Laser를 켜고, filtration/circulation system과 temperature controller를 작동시킨다.
② 안정적인 laser를 얻기 위해서는 laser를 켠 후 30분 정도 지나야 한다.
③ 측정 중에는 filtration/circulation system 작동을 중지시킨다.
④ 측정하고자 하는 sample을 0.2μm syringe filter로 filtering하여 sample cell에 10∼20ml 정도 넣는다.
⑤ Sample cell을 sample cell assembly에 장치한다.
⑥ Pinhole size는 100, 200, 400 중 하나를 선택하여 사용한다.
11. 응용 및 발전
: 광산란 기법은 분자의 크기를 측정하는데 매우 유용한 도구로서 응용될 수 있다. 제시되는 광산란 기법을 이용하여 분자의 분산성을 측정하며, 측정된 분산성을 기준으로 하여 분산성 향상 기술을 개발하며, 분산도가 증가된 분자의 자기조립을 통해 표면상에 자기 조립되는 분자의 구조를 변화시키고자 하는 노력이 진행 중에 있다. 과거에는 광산란 기법이 화학, 고분자 영역과 관련된 연구가 많이 진행되어 왔다.
(1) 생물분야의 응용 및 발전현황
: 최근에는 생물물리(Biophysics), 생화학 분야에 광산란 기법이 현재 많이 도입되고 있다. 광산란 기법에 의한 분산도 측정이 생물분자의 자기조립 기술의 개발에 기여하리라 사료된다. 생물분자 자기조립 기술의 발달은 원자 조작에 의해 나노 크기를 갖는 생체 분자들의 조립블록들을 크기와 구성성분을 제어하면서 제작하고, 이들을 일정한 성질과 기능을 갖는 상위 개념의 구조로 조립하는 생물 나노기술을 발전시키리라 전망된다. 광산란 기법과 결합된 생물 분자막 제조 기술을 응용해 제작되는 나노 수준의 생물 분자막을 통해 표적물질의 검출한계와 선택성이 향상된 고감도 바이오칩에 대한 개발사례는 현재까지 보고 된 바 없으므로 향후 다양한 여러 연구가 필요 할 것으로 예상 된다.
(2) 전자재료분야의 응용 및 발전현황
: 액정 표시 장치(LCD)에 사용되는 액정 셀의 일종. 빛의 투과를 빛의 산란 강도에 따라 제어하며 편광판(偏光板)을 필요로 하지 않는 것이 특징이다. 고분자 중에 수 m의 액정 분자립(液晶分子粒)이 다수 분산되어 있고, 그물 모양의 고분자 중에 액정이 포함되어 있는 것, 등 몇 가지 종류의 구조가 제안되어 있다. 전압이 없으면 액정 분자는 불규칙한 방향이 되고 매체와의 굴절률이 다른 계면(界面)에서 산란을 일으킨다. 전압을 가하면 액정의 방향이 가지런하게 되고 양자의 굴절률이 일치하여 투과 상태가 된다. 표시는 밝게 되지만 액정 셀의 두께를 크게 하지 않으면 콘트라스트가 확보되지 않기 때문에 결과적으로 구동 전압이 높아진다. 현재 6V 구동 전압으로 콘트라스트비 100을 확보하게 되었으며 히스테리시스(hysteresis)의 개량과 고저항화에 있어서 실용화 단계에 있다.
Ⅴ. 참고 문헌
1. 기기분석 개론 및 응용, 최주환, 교보문고, 1998, p167~p218
2. 기기분석의 원리와 응용, 박면용 외, 녹문당, 2000, p17~p54
3. 기기분석의 원리, Douglas A. Skoog 외, 탐구당, 1994, p355~p368
4. 기기분석의 원리 (Principles Of Instrumental Analysis),
SKOOGHOLLERNIEMAN 공저, 권수한권영순김영상박기채윤영자차기원최희선 공역,
自由아카데미, 2000, p75~p101, p277~p356
5. www.google.co.kr 검색이용
6. http://www.cheric.org/ippage/p/ipdata/2001/06/file/p200106-3501.hwp
7. www.insung.net/cgi/tech/GPC_vs_MALS.pdf
8. www.ias.ac.in/initiat/sci_ed/resources/chemistry/LightScat.pdf

키워드

Light Scattering,   Rayleigh산란,   Raman산란,   Turbidity,   ZIMM PLOT,   Mie의 산란,   빛의 산란