대기오염공정시험기준 - 원자흡수분광광도법(AAS; Atomic Absorption Spectrophotometry)

1. 원리

 - 시료를 적당한 방법으로 해리시켜 중성원자로 증기화하여 생긴 기저상태의 원자가, 이원자 증기층을 투과하는 특유파장의 빛을 흡수하는 현상을 이용하여 특유 파장에 대한 흡광도를 측정해 시료 중의 원소농도를 정량하는 방법

 

 - 대기나 배출가스 중의 유해 중금속, 기타 원소 분석에 사용

 

 

2. 관련 용어 정리

① 원자흡광도 

 : 어떤 진동수 i의 빛이 목적원자가 들어있지 않은 불꽃을 투과했을 때의 광도를 Iov, 목적원자가 들어있는 불꽃을 투과했을 때의 강도를 Iv라 하고 불꽃중의 목적원자 농도를 C, 불꽃 중의 광도길이를 L이라고 했을 때

로 표시되는 양을 뜻한다.

 

② 공명선

 : 원자가 외부로부터 빛을 흡수했다가 다시 먼저 상태로 돌아갈 때 방사하는 스펙트럼선을 말한다.

③ 멀티패스

 : 불꽃 중에서의 광로를 길게 하고 흡수를 증대시키기 위하여 반사를 이용하여 불꽃 중에 빛을 여러 번 투과시키는 것을 말한다.

④ 중공음극램프

 : 원자흡관분석의 광원이 되는 것으로, 목적원소를 함유하는 중공음극 한개 또는 그 이상을 저압의 네온과 함께 채운 방전관을 말한다.

⑤ 분무실

 : 분무기와 병용하여 분무된 시료용액의 미립자를 더욱 미세하게 하는 한편 큰 입자와 분리시키는 작용을 하는 장치를 말한다. 

⑥ 선프로파일

 : 파장에 대한 스펙트럼선의 강도를 나타내는 곡선을 말한다.

⑦ 소연료 불꽃

 : 가연성가스/조연성가스 의 값을 적게 한 불꽃

⑧ 다연료 불꽃

 : 가연성가스/조연성가스 의 값을 크게 한 불꽃

⑨ 역화

 : 불꽃의 연소속도가 크고 혼합기체의 분출속도가 작을 때 연소현상이 내부로 옮겨지는 것을 말한다.

⑩ 근접선

 : 목적하는 스펙트럽선에 가까운 파장을 갖는 다른 스펙트럼선을 말한다.

⑪ 전체분무버너

 : 시료용액을 빨아올려 미립자로 되게 한 흐 직접 불꽃중으로 분무하여 원자증기화를 하는 방식의 버너를 말한다.

⑫ 슬롯버너

: 가스의 분출구가 세극상으로 된 버너를 말한다.

⑬ 예복합 버너

:  가연성가스, 조연성가스 및 시료를 분무실에서 혼합시켜 불꽃 중에 넣어주는 방식의 버너를 말한다.

 

 

 

3. 원자흡광 분석장치

원자흡광 분석장치의 구성

1) 원자흡광 분석장치

① 장치의 구성순서 

 : 광원부 - 시료원자화부 - 파장선택부(분광부) - 측광부

② 단광속형과 복광속형이 존재한다.

 

2) 광원부

① 광원램프

ⓐ 중공음극램프

 : 원자흡광분석용 광원은 원자흡광 스펙트럼선의 선폭보다 좁은 선폭을 갖고 휘도가 높은 스펙트럼을 방사하는 중공음극램프를 많이 사용한다.

ⓑ 기타램프

 : 나트륨(Na), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 루비듐(Rb), 세슘(Cs) 과 같이 비점이 낮은 원소들은 열음극이나 방전램프를 사용할 수 있다. 또한, 금속의 할로겐화물을 봉입하여 고주파 방전에 의하여 점등하는 방식의 방전램프를 사용할 수 있다.

 

 

② 시료원자화부

 : 시료원자화부는 시료를 원자증기화하기 위한 시료원자화 장치와 원자증기 중에 빛을 투과시키기 위한 광학계로 되어 있다.

 

㉮ 불꽃의 종류 : 수소-공기, 수소-공기-아르곤, 수소-산소, 아세틸렌-공기, 아세틸렌-산소, 아세틸렌-아산화질소, 프로판-공기, 석탄가스-공기 등이 존재한다.

 

ⓐ 수소(H2)-공기, 아세틸렌(C2H2)-공기

 : 거의 대부분의 원소분석에 유효하게 사용된다.

ⓑ 수소(H2)-공기

 : 원자외 영역에서의 불꽃 자체에 의한 흡수가 적기 때문에 이 파장영역에서 분석선을 갖는 원소의 분석에 적합하다.

ⓒ 아세틸렌(C2H2)-아산화질소(N2O) 불꽃

 : 불꽃의 온도가 높기 때문에 불꽃 중에서 해리하기 어려운 내화성산화물을 만들기 쉬운 원소의 분석에 적당하다.

ⓓ 프로판(C3H8) - 공기 불꽃

 : 불꽃 온도가 낮고 일부 원소에 대하여 높은 감도를 나타낸다.

 

 

 

 

4. 검정곡선의 작성과 정량법

1) 검정곡선의 직선영역

 : 원자흡광분석에서 검정곡선은 일반적으로 저농도 영역에서는 양호한 직선성을, 고농도 영역에서는 여러 가지 원인에 의하여 휘어짐이 발생한다. 따라서 정량을 하는 경우에 직선성이 좋은 농도를 사용해야 한다.

 

 

2) 검정곡선법

 - 적어도 3종류 이상 농도의 표준시료용액에 대하여 흡광도를 측정하여 표준물질의 농도를 가로대에, 흡광도를 세로대에 취하여 그래프를 작성한다.

 

 - 분석시료에 대하여 흡광도를 측정하고 검정곡선의 직선영역에 의하여 목적성분의 농도를 구한다.

 

 - 이 방법은 분석시료의 조성과 표준시료와의 조성이 일치하거나 유사해야 한다. 

 

 

3) 표준첨가법

 - 같은 양의 분석시료를 여러개 취하고 여기에 표준물질이 각각 다른 농도로 함유되도록 표준용액을 첨가하여 용액열을 만든다. 

 

 - 이어서 각각의 용액에 대한 흡광도를 측정하여 가로대에 용액영역중의 표준물질농도를, 세로대에 흡광도를 취하여 그래프를 작성한다.

 

 - 목적성분의 농도는 검정곡선이 가로대와 교차하는 점으로부터 첨가표준물질의 농도가 0인 점까지의 거리로써 구한다.

 

 

4) 내부표준물질법

 - 이 방법은 분석시료 중에 다량으로 함유된 공존원소나 새로 분석시료 중에 가한 내부 표준원소와 목적원소와의 흡광도 비를 구하는 동시 측정을 진행한다.

 

 - 목적원소에 의한 흡광도 As와 표준원소에 의한 흡광도 Ar 과의 비를 구하고 As/Ar 값과 표준물질 농도와의 관계를 그래프에 작성한다.

 

 - 이 방법은 측정치가 흩어져 상쇄하기 쉽기 때문에 분석값의 재현성이 높아지고 정밀도가 향상된다.