[화학분석] 화합물, 원소분포, 동위원소 분석

 

[GLOW 방전 질량 분석법 [반도체, 전도체] or 이온원을 이용한 절연체 , 경원소 분석 

 

주성분원소 (%) - ppt 까지 측정 가능, 시료 성형 필요(파괴 조사) 

glow 방전으로 sputtering (가열 시 일어나는 폭발) 시키고 시료의 원자들을 이온화 

이온이 고전압으로 가속되면 전자석에 의해 질량 분석이 이뤄 진다. 

 

 

[XRD] X선 회절 분석법 

 

고체화합물 분석 용이 

분말화 (파괴 조사법)

X선 조사 시 시료의 원소 마다 가지는 특유의 회절 각도와 강도를 이용, 기존 데이터와 분석

측정 시간 30분 

화합물 동정에 용이 

화합물의 결정에 조사된 일정 파장의 평행 X선은 결정을 구성하는 원자에 의해 산란 되어 구면파를 형성

결정 내 원자의 주기적 배열, 각 원자에서 산란된 X선 간섭, 어떤 특별한 방향에 강한 X선이 관찰, 

원자 크기와 결정 구조에 대응하는 스펙트럼은 화합물 특유 패턴을 나타낸다. 

 

 

[경도 측정] 

 

VICKER'S 법을 사용 

 

하중 1Kg 이하 = micro vicker's

하중 1kg 이상 = vicker's 

 

압자에 의한 강압, 1점에 약 15초간 

시료의 열이력에 따라 차이 

열이력 관찰 필요 있음

136도의 사각뿔 입자, 일정 하중(kg, F)으로 강압 시 

피라미드형 패인 곳에 대각선 길이의 평균 

HV = 1.856 (F/d제곱)

 

 

 

[주사 전자 현미경 (SEM)]

전자선을 조사해서 10-100,000배율로 선명한 관찰이 가능, 광학 현미경 대체 가능, 

X선 Micro Analzer 대상에 대한 분석, 진공, 저진공, field Emission 가능

 

시료 표면에 전자선 조사 시 2차 전자, 반사 전자 ,특성 x선 발생 

 2차 전자 or 반사 전자의 양을 측정 하여 이미화 

 

 

 

[moss bauer 분광 측정법 ] Fe , Zn , Eu 의 전자 상태 분석 

 

토기의 소성 온도, 철 산화 상태, 매장 환경 분석 - 산화 환원 분위기를 확인 가능

 

비파괴 조사 방법 

 

투과 흡수법 : 시료 전체의 정보 확인 가능

 

공명 산란법 : 금속 표면의 정보 <토기의 소성 온도, 철의 산화 상태> 

 

모스바우어 효과를 이용, 원자핵이 취할 수 있는 에너지 준위에 따라 핵종간 감마선의 공명 흡수가 일어나는 것을 이용

핵을 둘러싼 전자의 배치가 바뀌면 핵의 에너지 준위가 변화, 공명 흡수선이 이동하여 원소의 산화 상태를 알 수 있다. 

 

 

[ESR 분석]

 

자유 라디칼의 화학종으로 동시 정량 검출 가능

 

비단 합성 수지 등을 분석 가능

 

철 망간 이온으로 

 

1mg 정도의 뼈화석이나 광물 시료도 가능 

탄산염(제 4기 연대 측정 가능, 석영은 수천만년전 까지 가능)

비파괴 검사 

자유 라디칼 화학종은 막대 자석과 비슷, 외부 자기장 존재 시 순방향, 역방향 영향을 받음

에너지 준위 간 천이가 일어나는 공명 흡수 위치를 검출 가능

분자 종이 다르면 주변의 자장 분포가 달라져서 에너지 준위의 분열폭이 변화하여 

공명 위착 변하므로 분자종 동정이 가능하다. 

 

1. 화석 뼈 연대 측정 

2. 토기 소성 온도

 

 

 

 

 

[ESCA] 금속 표면 분석, 금속 녹 피막, 도자기 유약 발색

 

고진공 , 원자의 화학 결합 파악, 금속 원자의 원자가 화합물의 해석에 유용 

고체 시료를 블록, 분말 상태 고정, 저 에너지 X선 시료면 조사 , 최대 1um 크기로 

sputtering 광전자 에너지 값 측정

 

 

단점 : 휘발성 물질과 물을 제거 충분히 제거해야만함, 절연물 분석 시, 광전자 방출되면 플러스로 대전 되므로 , 이 영향으로 피크 위치가 어긋남, 금과 카본 피크, 해석이 어려움, 측정

 

원자의 내각 전자가 광전자 운동 에너지 방출함으로 원자 내의 전자 결합을 구할 수 있다. 

원자가와 화학 상태가 다르면 전자 결합 에너지는 그것에 의해 변화 되기 때문이다. 

그 변화의 정도를 통해 원자가와 화학 결합 상태를 알 수 있다. 

 

 

[열분석법]

 

TG - 열중량 

가열해서 중량 변화 분석, 결정 수, 탈수량 등 열분해 반응의 과정이나 반응이 일어나는 온도 

시료를 저울에 올리고 가열하여 중량 측정 

 

DTA - 시차열 분석 

가열 시 정속으로 승온, 발열 흡열의 움직임을 기록 

융해하여, 결정 전이, 산화 환원의 반응과 그 온도를 관찰, 산화물은 분말 제작, 

20-100mg 정도의 시료를 필요 

질소나 아르곤 등 불활성 가스 환경에 측정, 목적에 가스 선택 

시료 물질과 함께 정속으로 온도를 높여서 발생하는 온도를 측정 

시간과 온도를 기록함 

흡열 반응이 일어나면 온도 상승이 기준 물질보다 늦어져서 마이너스 방향 피크 나타낸다. 

발열은 플러스 피크 

 

 

[원소의 Mapping]

 

비교적 긴 시간, 넓은 범위, 원소 분포 상태 분석 가능

SEM , EPMA 

 

원리 - 대기 환경에서 시료면에 Micro fusing, X선 조사 발생된 2차적인 X선을 에너지 분석

원소 분석치를 얻는 다. 다수의 점 부분 반복 분석 시 컴퓨터 처리 

 

 

[Auger 전자 분광 분석법] 

고체 표면 분석법 - 경원소 (탄소, 산소)

SEM 관찰 시 동시 가능, Sputtering 시 depth profile 가능

chemical shift 를 측정 가능

원소 상태 분석 가능

원자 - 전자를 방출한 후 안정한 상태가 되는 현상 이용 

초진공 상태에서 전자 추출 시 여기된 원자에서 발생한 Auger 전자를 특수한 동심원통경형 분석기로 검출

 

 

[고체 질량 분석법] - 납 동위 원소 분석법 

 

동위 원소비를 측정, 산지 동정 실시 

 

청동기, 유약, 토기, 도자기, 석기의 Pb, Sr 등을 이용

 

시료 채취 후 산 용해, 관심 원소 50-300mg의 화학적 추출 

 

Pb는 수 mg , Sr는 100mg 

 

표면 전리형 질량 분석 장치를 측정하면 측정 시간 

 

시료 당 1시간 가량 소요

 

연속적 측정 가능 

 

0.002% 정밀도를 가진다. 

 

206 Pb - 238 U

 

207 Pb - 235 U

 

208 Pb - 232 Th

 

87 Sr - 87 Rb 

 

 

[감마선 측정법] 운석 , 운철

 

게르마늄 반도체 검출기 

 

비파괴, 26Al의 존재 여부, 알고 있는 양의 동핵종을 넣어서 측정 시료로 성형 

표준 시료를 측정 , 비교, 장시간 

 

단점 우주선 조사 , 26Al 생성, 이 핵종 반감기 72만년 인 방사선 핵종 

베타 붕괴 - 이 때도 감마선 방출, 그러나 지구엔 26Al가 없다 . 

 

 

[SIMS] IMA 

 

2차 이온 질량 분석법