가시선 분광기(UV-Vis)를 이용한 약산(티몰 블루)의 해리 상수 결정

1) 자외선-가시광선 분광기(UV-Vis Spectroscopy)
모든 종류의 분자들은 일반적으로 분자 고유의 진동 에너지 준위(Vibrational Energy Level), 회전 에너지 준위(Rotational Energy Level), 전자 에너지 준위(Energy Level) 등을 갖는다. 밑의 그림 1은 에너지에 따른 전자 전이에 대한 모식도이다.

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2) 흡광도왿� Beer-Lambert 법칙
앞선 설명에서 실험 시료에 빛을 투과시키면 빛의 일부가 흡수되어 투과광의 강도는 입사광의 강도보다 감소한다고 하였다. 이 때 투과광의 강도가 감소하는 정도는 감소하게 되고, 그 정도는 빛 흡수물질의 농도에 비례한다. 즉, 농도가 증가할수록 빛 용액 속 특정 파장의 빛을 흡수하는 물질의 양이 증가하여 입사광을 더 흡수하게 되고, 흡수된 색상의 보색이 실험자가 관찰하게 되는 용액의 색상이 된다.
일반적으로 분자는 빛 혹은 열 에너지를 받으면 들뜬 상태(Excited State)가 되면서 전자가 높은 에너지 레벨로 이동하게 된다. 이때, 분자는 들뜬 상태가 되면서 에너지를 흡수하게 되고, 광자를 흡수할 수 있다. 이렇게 시료에 들어있는 분자에 의해서 빛이 흡수되면 통과하게 되는 빛살(Beam of Light)의 복사세기는 감소한다. 여기서 복사 세기(Iradiance, P)는 빛살의 단위 면적당, 초당 에너지를 의미한다. 이 과정에서 시료가 빛을 흡수한 정도를 흡광도(Absorbance, A)라 하고 의 역수를 투과도(Transmitance, T)로 정의한다. 이들 간의 관계를 정리하면 다음과 같다.

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4) 흡광도를 이용한 해리상수 구하기
이번 실험에서는 자외선-가시선 분광계를 통해 흡광도를 측정하고, 그 결과를 이용하여 티몰 블루(Thymol Blue)의 해리 상수를 구하는 과정을 수행하게 된다. (티몰 블루의 구조왿� 해리 상수에 대한 내용은 Discussion 부분에서 보다 세밀하게 설명하겠다)