적외선(IR) 분광법 – 시료 준비(전처리) 방법

적외선(IR) 분광법 – 시료 준비(전처리) 방법

 

---------------------------------------------------

▶ 참고: 적외선(IR) 흡수 원리, 적외선 분광법 원리

[ https://ywpop.tistory.com/106 ]

---------------------------------------------------

 

IR을 포함하여 대부분의 분광 스펙트럼은

적당한 형태의 시료 용기(cell)에 시료를 넣어 측정하는데,

적외선 분광법은 이것이 큰 문제가 됩니다.

 

 

 

화학적으로 안정하고, 가격도 저렴하고, 사용하기 편리한 재료인

유리와 플라스틱이 적외선을 강하게 흡수하기 때문에,

안타깝게도 시료 용기로 사용할 수 없습니다.

 

⇨ 유리 안에 시료를 넣고 IR 스펙트럼을 측정하면,

유리가 강한 IR 흡수체이기 때문에

오로지 유리의 IR 흡수 피크만 관찰됩니다.

 

 

 

이 때문에 IR 분광법에서는

NaCl, KBr 등 이온성 물질로 만든 판(salt plate)을

시료 용기로 사용합니다.

( 참고 https://www.orgchemboulder.com/Technique/Procedures/IR/index.shtml )

 

① 판은 떨어뜨리면 쉽게 깨질 수 있기 때문에,

취급 시 주의해야 합니다.

② 이온성 물질은 수분에 의해 변질(용해)되기 때문에,

판은 보관할 때나 시료 준비를 할 때 항상 수분에 주의해야 합니다.

③ 또한, 물 역시 강한 IR 흡수체이기 때문에,

물을 포함한 시료는 IR 분광법으로 연구할 수 없습니다.

이것이 IR 분광법의 단점 중 하나입니다.

④ KBr은 NaCl보다 비싸지만,

4000~400 cm-1 범위에서 IR을 흡수하지 않습니다.

⑤ NaCl은 650 cm-1 이하부터 IR을 흡수하지만,

이 영역 이하에서 얻을 수 있는 정보는 별로 없습니다.

따라서 특별한 경우가 아니면,

일반적으로 저렴한 NaCl 판을 많이 사용합니다.

 

 

 

 

[그림] IR salt plate.

 

 

 

 

[1] 액체(liquid) 시료 측정 방법

 

액체 시료는 순수한 시료 그대로 또는 적절한 용매에 묽혀 측정합니다.

 

 

 

순수한 시료의 준비 방법은 매우 간단합니다.

스포이트를 사용하여 시료 판(salt plate) 위에

1~2 방울의 시료를 떨어뜨린 다음,

그 위에 다른 판을 덮기만 하면 됩니다.

 

이 한 쌍의 시료 판을

IR 분광기의 sample holder (cell holder) 에 걸어서 측정합니다.

( 참고 http://www.organicchem.org/oc1web/exp/ir/irpro.html )

 

 

 

 

[그림] salt plates sample holder ir.

 

 

 

적절한 용매로 묽힐 경우, 용매 선택이 중요합니다.

용매를 선택할 때 고려해야 할 점은, 용매는

① 시료와 반응을 일으키지 않아야 하고,

② 적외선 전 영역에 걸쳐 흡수 피크가 많이 나타나지 않아야 합니다.

 

주요 용매의 적외선 흡수 영역을 보면,

tetrachloromethane (CCl4)은

800∼750 cm-1 영역에서만 흡수하며,

chloroform (CHCl3)은

3019, 1216, 760, 671 cm-1 등 여러 곳에서 흡수합니다.

 

⇨ 이들이 흡수하는 영역에서 시료의 특성 피크가 나타난다면

시료의 스펙트럼을 해석하기 곤란합니다.

 

⇨ 만약 시료가 CCl4와 CHCl3에 모두 잘 용해되며,

800∼750 cm-1 사이의 스펙트럼이 그다지 중요하지 않다면,

CHCl3보다는 CCl4를 선택하는 것이 좋습니다.

 

 

 

 

[그림] IR spectrum of tetrachloromethane.

 

 

 

 

[그림] IR spectrum of chloroform.

 

 

 

시료의 농도는 2∼10％ 정도가 적당하며,

특수하게 고안된 시료 용기에 넣어 측정합니다.

 

또한 시료 용액을 담은 용기와 용매만을 담은 용기를

나란히 IR 분광기의 시료 용기 및 표준 용기(reference cell) 걸이에 걸어서 측정합니다.

 

⇨ 용매에 의한 스펙트럼을 보정하여,

시료만의 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.

( 용매의 스펙트럼이 완전히 보정되지 않을 수도 있기에,

용매의 선택은 여전히 중요합니다. )

 

 

 

 

[2] 고체(solid) 시료 측정 방법

 

고체 시료의 전처리 방법은 크게 3가지가 있습니다.

 

 

 

첫째, 건조된 고체 시료 1 mg 정도를

분광학적 순도를 가진 KBr 100∼200 mg과 잘 분쇄하여 혼합한 다음,

14,000 psi 정도의 높은 압력을 가하여 얇은 막(박막)으로 만듭니다.

이렇게 만든 것을 KBr 펠렛(pellet)이라 하며,

이 KBr 펠렛을 IR 분광기의 sample holder에 걸어서 측정합니다.

 

⇨ KBr이 물을 흡수하므로, 수분에 주의해야 합니다.

 

⇨ 박막(pellet)을 만들 때 공기가 포함되면 빛이 산란되어

바탕값(background)이 커지므로, 진공 중에서 만들면 좋습니다.

 

 

 

 

[그림] KBr pellet (빨강색 화살표 끝부분).

 

 

 

둘째, 시료를 갈아서 5 μ 정도의 고운 분말 상태로 만든 다음,

Nujol(liquid paraffin, mineral oil)과 혼합하여 죽(mull) 상태로 만듭니다.

이 Nujol 반죽을 KBr 등의 salt plate에 바른 다음,

이 판을 IR 분광기의 sample holder에 걸어서 측정합니다.

 

⇨ Nujol의 흡수 피크가 시료와 함께 나타나므로,

시료만의 피크를 구분하기 곤란합니다.

 

⇨ Nujol의 흡수 피크는

2890, 1462, 1377 cm-1에서 나타납니다.

 

 

 

 

[그림] IR spectrum of Nujol (liquid paraffin).

 

 

 

셋째, 고체 시료를 적절한 용매에 용해시켜 준비하는데,

보통 CCl4를 용매로 사용합니다.

 

⇨ 용매의 흡수 피크가 시료와 함께 나타나므로,

시료만의 피크를 구분하기 곤란합니다.

 

 

 

한편, 폴리스티렌과 같이 투명한 필름 형태의 고분자 물질은

적당한 두께로 만든 다음, 다른 전처리 없이

시료 자체를 IR 분광기의 cell holder에 걸어서 측정합니다.

 

 

 

[참고] 고체 시료의 전처리 방법은 크게 3가지가 있는데,

이처럼 다양한 전처리 방법이 있는 가장 큰 이유는

전처리에 사용되는 물질(KBr, Nujol) 역시 IR을 흡수하기 때문입니다.

 

따라서 전처리에 사용되는 물질의 IR 피크와

시료의 특정 IR 피크가 겹쳐져서 중요한 해석을 방해한다면,

겹쳐지지 않는 또는 덜 겹쳐지는 방법으로 전처리를 해야 되므로,

다양한 전처리 방법이 개발된 것입니다.

 

 

 

 

[3] 기체(gas) 시료 측정 방법

 

기체 시료용 용기의 길이는 수 cm에서 수 m에 이르며,

양쪽 끝에는 적외선을 흡수 또는 산란시키지 않는

재질(KBr 등)로 된 창(window)이 부착되어 있습니다.

 

직접 또는 진공 펌프를 이용하여

50∼760 mmHg 정도의 압력으로 시료를 용기에 넣은 다음,

이 용기를 IR 분광기의 cell holder에 걸어서 측정합니다.

 

⇨ 이때도 적당한 방법으로 수분을 반드시 제거해야 합니다.

 

 

 

 

[참고] FT-IR Spectrometer Accessories

[ https://www.perkinelmer.com/category/ftir-consumables-accessories ]

[ https://jascoinc.com/products/spectroscopy/ftir-spectrometers/ftir-accessories/ ]

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/19570 ] IR 분광법 일반. 적외선 분광법 일반

 

 

 

[키워드] ir 시료 전처리 기준문서, 적외선 분광법 시료 전처리 기준문서, ir 시료 전처리 사전, 적외선 분광법 시료 전처리 사전, 적외선 분광법 사전, ir dic, 적외선 시료 전처리 기준문서, 적외선 시료 전처리 사전

 

[23/02/18 수정]