IR 분광법 보고서

소개글

IR 분광법 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

탐구 주제
선정 이유
이론
응용
추가 개념
느낀 점
출처

본문내용

기록한다. 이것은 컴퓨터에 의해 주파수 스펙트럼으로 푸리에 변환된 신호 강도 대 주파수/파수의 함수이다.
FT-IR의 작동 순서를 간략하게 요약하면 다음과 같다.
1. IR 광원에서 넓은 범위의 적외선 방출
2. 간섭계에서 빛이 경로 차이에 따라 간섭 → 간섭 패턴 생성
3. 빛이 시료부를 통과하면서 일부 파장은 흡수됨
4. 남은 빛이 검출기에 도달
5. 컴퓨터가 간섭 데이터를 푸리에 변환(FT)
6. 최종적으로 IR 스펙트럼 출력
IR 분광법은 단독으로도 유용하지만,
NMR, MS(질량분석), UV-Vis와 함께 쓰면 구조 분석이 훨씬 강력해진다.
이외 개념
반데르발스 힘: 반데르발스 힘(van der Waals force)은 물리화학에서, 공유결합이나 이온의 전기적 상호작용이 아닌 분자간, 혹은 한 분자 내의 부분 간의 인력이나 척력을 말한다. 즉, 무극성 분자에서 전자의 운동으로 순간적인 쌍극자가 형성되면 그 옆의 분자도 일시적인 편극이 일어나서 유발 쌍극자(또는 유도 쌍극자)가 생성된다. 이런 순간적인 쌍극자와 유발 쌍극자의 인력을 반데르발스 힘이라고 한다. 요하너스 디데릭 반데르발스의 이름에서 유래하였다. 규범 표기는 ‘반데르발스 방정식’이다.
이 용어는 다음의 뜻을 모두 포함한다.
영구 쌍극자-영구 쌍극자 힘 (키솜 상호작용)
영구 쌍극자-유도 쌍극자 힘 (디바이 상호작용)
유도 쌍극자-유도 쌍극자 힘 (런던 분산력)
볼츠만 분포(Boltzmann distribution): 분자의 진동 에너지 준위는 양자역학적으로 양자화되어 있으며, 온도에 따라 각 준위에 존재하는 분자의 비율은 통계역학에서 제시하는 볼츠만 분포(Boltzmann distribution)에 의해 결정된다. 볼츠만 분포에 따르면, 에너지가 높은 상태일수록 해당 상태에 존재하는 분자의 수는 기하급수적으로 감소한다.
진동 에너지 준위 E₁에 있는 분자의 수 N₁은 바닥 상태(기저 상태)의 분자 수 N에 대해 다음과 같이 표현된다.
N₁ = N × exp[(E₁ E)/(kT)]
여기서 k는 볼츠만 상수이며, T는 절대 온도이다. 일반적으로 진동 준위 간의 에너지 차이는 수천 로, 상온에서의 열 에너지(kT ≒ 2.5 kJ/mol)보다 훨씬 크다. 예를 들어, 이중 결합인 C=O의 기본 진동수인 약 1700 는 약 20 kJ/mol의 에너지에 해당한다. 이에 따라 상온에서는 대부분의 분자가 바닥 진동 상태()에 머무르게 된다.
실제로 볼츠만 분포식을 적용하면, 상태에 존재하는 분자의 수는 에 비해 약 0.025% 수준에 불과하다. 따라서 IR 분광에서 관찰되는 대부분의 흡수는 바닥 상태에서 첫 번째 여기 상태로의 전이 이며, 이러한 전이가 가장 강하게 나타난다. 반면, 높은 진동 상태에서 일어나는 전이(예: 오버톤 전이)는 매우 적은 수의 분자에 의해서만 일어나므로 흡수 강도가 약하게 나타난다.
느낀점
탐구 활동을 진행하며 IR 분광법에 대한 자료 조사와 스펙트럼 사례 분석을 통해, 분자의 작용기 진동수가 스펙트럼에 어떻게 반영되는지를 구체적으로 이해할 수 있었다. 이성질체와 같이 분자식은 같지만 구조가 다른 화합물들이 어떻게 다른 IR 스펙트럼을 보이는지 조사하며, 분광학에 대한 이해도가 증가함을 느꼈다. 조사 과정에서 작용기별 특이 진동수 영역과 해석 기준을 비교하며, 이론과 실제 데이터가 어떻게 연결되는지를 학습하는 데 큰 도움이 되었다. 직접 실험하지는 않았지만, 여러 자료를 찾아보는 것만으로도 화학 구조 분석의 실제적 활용 가능성을 볼 수 있었고, 향후 실험과 연계된 심화 탐구로 확장하고 싶다는 동기를 얻을 수 있었다. 또한 조사 과정에서 라만 분광법, 자외선 분광법 그리고 핵 자기공명 분광법 등 여러 분광법을 알게 되었는데, 이에 대해 추가적으로 탐구해보고 싶다. 또 시간이 부족해 추가하지 못한 일부 특정 작용기의 적외선 스펙트럼과 보고서에서 부족한 부분에 대해 조사해보아야겠다.
물리 보고서 출처
사진1
https://blog.naver.com/qkrdlswns34/223020743933
사진 2
https://blog.naver.com/0621yeri/221434186065
전자기파
https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation#Wave%E2%80%93particle_duality
사진 3
https://blog.naver.com/sbb028/222253388624
사진 4
적외선 영상분석과 파장 분석을 이용한 음주운전 검출 장치
https://patents.google.com/patent/KR20180057078A/ko
사진 5 전자기파 스펙트럼에서 적외선
https://blog.naver.com/iotsensor/221584718207
사진 6
적외선과 분자 운동
출처 : 대한화학회
변각 진동
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=2289561&cid=60227&categoryId=60227
변각 진동 사진 예시
https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_vibration
적외선 분광학
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5827514&cid=62802&categoryId=62802
사진 7
https://blog.naver.com/whwogns135/223140702321
FTIR 분광기 + 사진
https://www.agilent.com/ko-kr/support/molecular-spectroscopy/ftir-spectroscopy/ftir-spectroscopy-basics-faqs
반데르발스 힘 위키백과
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B0%98%EB%8D%B0%EB%A5%B4%EB%B0%9C%EC%8A%A4_%ED%9E%98
교재 참고 :
맥머리 유기화학 9판
저자 : John E. McMurry / 출판사 : Cengage Learning / 출판일: 2015년 3월 25일
앳킨스의 물리화학 11판
저자 : 피터 앳킨스 / 출판 : 교보문고 / 발행 : 2020.02.14.

키워드

물리,   보고서,   IR 분광법,   적외선,   스펙트럼