#3. 적외선 분광법의 원리?

적외선은 눈에 보이지 않는 전자기파 중 하나입니다. 적외선은 가시광선보다 짧은 파장을 가지며, 열을 발생시키는 데 사용됩니다.

적외선은 일상 생활에서 많이 사용됩니다. 예를 들어, 원격 제어를 위해 사용되는 TV 리모컨이나, 열화상 카메라는 모두 적외선을 사용합니다. 또한, 사람들이 직접 만질 수 없는 물체의 온도를 측정하는 데에도 적외선이 사용됩니다.

적외선은 자연에서도 발견됩니다. 예를 들어, 태양은 적외선을 포함한 다양한 전자기파를 방출합니다. 또한, 동물들은 밤에 시야를 유지하는 데에 적외선을 사용합니다.

즉, 적외선은 일상 생활에서 많이 사용되며, 자연에서도 발견되는 중요한 전자기파 중 하나입니다.

1. 적외선 분광법이란

적외선 분광법은 적외선 스펙트럼에서 특정 물질의 흡수 스펙트럼을 분석하여 물질의 구성과 성질을 알아내는 분석 기술입니다.

물질은 적외선 영역에서도 특정한 주파수를 가지는 전자진동을 하게 되는데, 이 전자진동의 주파수는 물질의 종류에 따라 다릅니다. 따라서 물질이 적외선 영역에서 흡수하는 주파수 영역을 분석함으로써 물질의 구성과 성질을 파악할 수 있습니다.

적외선 분광법은 매우 다양한 분야에서 사용됩니다. 예를 들어 의약품 산업에서는 적외선 분광법을 이용하여 약품의 성분을 분석하고 품질을 검사합니다. 농업 분야에서는 작물의 건강 상태를 진단하기 위해 사용되며, 환경 분야에서는 대기 오염 물질을 감지하기 위해 사용됩니다.

또한, 적외선 분광법은 우주 탐사 분야에서도 사용됩니다. 우주선이 행성이나 혜성을 탐사할 때, 그 표면에서 흡수되는 적외선 영역의 스펙트럼을 분석함으로써 그 표면의 물질 구성을 파악할 수 있습니다.

이처럼 적외선 분광법은 다양한 분야에서 사용되며, 물질의 구성과 성질을 파악함으로써 우리 삶에 많은 도움을 주고 있습니다.

2. 적외선 분광법의 원리

적외선 분광법은 먼저 적외선 광원으로부터 나온 광선을 표본에 비추어 흡수되는 광선의 양을 측정합니다. 이때, 측정된 광선의 세기와 적외선 광원에서 발생하는 주파수 스펙트럼을 비교하여 물질이 어떤 주파수 스펙트럼을 흡수하는지 분석합니다. 즉, 물질이 흡수한 적외선 스펙트럼의 패턴을 분석하여 물질의 구성과 성질을 파악하는 것입니다.

예를 들어, 의약품에서는 약물 분자가 특정한 주파수를 흡수하는데, 이를 분석하여 약물의 성분을 식별하거나 품질을 검사할 수 있습니다. 또한, 적외선 분광법은 환경 분야에서 대기 오염 물질을 감지하거나 농업 분야에서 작물의 건강 상태를 진단하는 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

이처럼, 적외선 분광법은 적외선 영역에서 흡수되는 주파수를 분석하여 물질의 구성과 성질을 파악하는 원리를 가지고 있습니다.

3. IR 스펙트럼 해석

적외선 스펙트럼은 물질이 흡수한 적외선 영역에서의 주파수를 나타내는 그래프입니다. 적외선 스펙트럼을 해석하기 위해서는 주요한 두 가지 정보를 파악해야 합니다.

첫 번째는 주파수의 위치입니다. 적외선 스펙트럼에서 나타나는 주파수는 물질이 흡수한 적외선 영역에서의 주파수를 나타내며, 이를 통해 물질의 성분을 파악할 수 있습니다. 적외선 스펙트럼에서 각각의 주파수 위치는 웨이브넘버라는 단위로 표시됩니다.

두 번째는 주파수의 강도입니다. 적외선 스펙트럼에서 나타나는 주파수의 강도는 물질이 해당 주파수에서 흡수한 양을 나타내며, 이를 통해 물질의 농도나 상태를 파악할 수 있습니다. 적외선 스펙트럼에서 각각의 주파수 강도는 흡수율이나 투과율로 표시됩니다.

따라서, 적외선 스펙트럼을 해석하려면 주요한 주파수 위치와 강도를 파악하여 물질의 성분과 상태를 분석해야 합니다. 이를 통해 다양한 분야에서 적외선 분광법이 사용됩니다. 예를 들어, 의약품에서는 약물 분자가 특정한 주파수를 흡수하는데, 이를 분석하여 약물의 성분을 식별하거나 품질을 검사할 수 있습니다. 또한, 적외선 분광법은 환경 분야에서 대기 오염 물질을 감지하거나 농업 분야에서 작물의 건강 상태를 진단하는 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

열화상 카메라

4.적외선 분광기 실험

적외선 분광기 실험을 진행해보겠습니다. 이 실험을 위해서는 적외선 분광기, 적외선 램프, 적외선 검출기, 샘플 등의 장비와 물품이 필요합니다.

 

-실험 준비

먼저 실험을 위한 적외선 분광기를 준비합니다. 적외선 램프와 검출기도 연결합니다. 그 다음, 검출기를 조정하고 샘플에 대한 적외선 스펙트럼을 측정할 수 있는 적외선 분광기 프로그램을 실행합니다.

 

-실험 실행

실험에 사용할 샘플을 적외선 분광기에 넣습니다. 이후 프로그램에서 스펙트럼 측정 모드로 전환한 후, 분광기에서 나오는 빛을 샘플에 쏘아주면서 적외선 스펙트럼을 측정합니다-

 

-데이터 분석

측정된 적외선 스펙트럼 데이터를 분석합니다. 이를 통해 샘플의 분자 구조와 성질을 파악할 수 있습니다. 또한, 이러한 데이터를 이용해 샘플의 정체성을 확인하거나, 화학 반응이나 생물학적 반응 등을 분석할 수 있습니다.

적외선 분광기 실험은 화학, 생물학, 재료공학 등 다양한 분야에서 활용되며, 매우 유용한 분석 기술 중 하나입니다.

5. 최신 적외선 기술

 

-적외선 카메라: 적외선 카메라는 일반적인 카메라와 비슷하지만, 적외선 영역에서 빛을 감지할 수 있는 센서를 사용합니다. 이러한 카메라는 밤에도 사물의 온도 차이를 감지하여 촬영할 수 있기 때문에 밤에도 사물을 관측하거나 탐지하는 데 사용됩니다.

-적외선 센서: 적외선 센서는 적외선 영역에서 물체의 온도를 측정하는 센서입니다. 이러한 센서는 냉장고나 에어컨과 같은 가전제품, 자동차의 엔진 등에서 사용되며, 온도 조절을 위한 자동 제어 시스템 등에 활용됩니다

-적외선 발열체크 카메라: 최근 코로나19 대유행으로 인해 발열체크가 중요해졌습니다. 이에 따라 적외선 발열체크 카메라가 개발되어 사용되고 있습니다. 이 카메라는 인체의 온도를 측정하여 발열이 있는지 여부를 판단합니다. 이를 통해 대규모 이동성 질병 예방 및 관리 등에 활용됩니다

-적외선 투시영상: 적외선 투시영상은 적외선 스펙트럼에서 이미지를 만들어내는 기술입니다. 이를 통해 인체나 동물의 체온 변화, 열분포, 열손실 등을 관측할 수 있습니다. 이는 의료 분야에서 체온 측정, 열상 치료 등에 활용되며, 건축, 전기, 자동차 등에서도 사용됩니다.

 

최신 적외선 기술은 매우 다양하게 활용되고 있으며, 다양한 분야에서 인간의 생활과 안전에 기여하고 있습니다.

 

7. 적외선으로 2차전지 전지의 성능을 향상 시킬 수 있을까? 

적외선 분광법은 분자의 진동에 의해 방출되는 적외선 복사선을 이용하여 물질의 구조와 성질을 파악하는 기술입니다. 분자는 분광계에 의해 적외선 복사선을 흡수하게 되면 분자 내부의 결합 진동수가 일치하게 되어 일정한 빈도로 진동하게 되고, 그 결과로 적외선 스펙트럼이 나타나게 됩니다.

원통형 2차 전지

이차전지의 경우, 양극재와 음극재 사이에 존재하는 전해질인 전해액의 화학적 성질을 적외선 분광법을 통해 분석할 수 있습니다. 전해액은 이온이 녹아있는 용액이기 때문에, 이온 결합의 진동수에 따라 적외선 스펙트럼이 나타나게 됩니다. 이를 통해 전해액 내부의 이온 결합 상태와 농도, 이온의 이동성 등을 파악할 수 있습니다.

따라서 적외선 분광법은 이차전지 분야에서도 활용될 수 있으며, 이를 통해 전해액 내부의 화학적 성질을 파악하여 전지의 성능을 향상시키는 등의 연구가 가능합니다.