분광광도계를 이용한 용액의 농도 측정

1. 실험제목: 분광광도계를 이용한 용액의 농도 측정

2. 실험목적: 분광광도계를 이용하여 물질의 흡광도를 측정하고 미지시료의 농도를 예측한다.

3. 실험원리
(1) 흡광도법
일반적으로 빛(백색광)이 물체에 닿으면 그 빛은 물체의 표면에서 반사하는 빛, 물체의 표면에서 조금 내부로 들어간 후 반사하는 빛, 물체에 흡수되는 빛, 물체를 통과하는 빛으로 나누어지는데, 물체에 의하여 흡수되는 빛의 양은 그 농도에 따라 다르다.
따라서 이왿� 같은 빛의 흡수 현상을 이용하면 시료 용액 중의 빛을 흡수하는 화학물질의 양을 정량할 수 있다. 이왿� 같이 시료용액 또는 적당한 시약을 넣어 발색시킨 용액의 농도를 각각의 물질의 고유한 파장과 빛의 투과성질을 이용하여 측정하는 방법을 흡광도법이라고 한다. 주로 자외선 (ultraviolet, 180~320㎚)및 가시광선(visible, 320~800㎚) 영역에서 빛의 흡수를 이용한다.

(2) 광학밀도(optical density)
일정한 세기를 가진 어떤 파장의 빛이 용액층을 통과한 후, 광도가 그 일정세기로 될 때의 양.
흡광도·사진밀도라고도 한다. 세기 I0를 가진 어떤 빛이 용액층을 통과한 후에 광도가 I가 되면, 그 양은 log10(I0/I)으로 정의된다. 람베르트-베르의 법칙이 성립하는 경우에는 log10(I0/I)＝εcd의 관계가 성립한다. ε은 몰흡광계수, c는 용액의 몰농도, d는 액층의 두께를 나타낸다. 따라서 ε과 d를 알면 광학밀도 측정으로 농도 c를 결정할 수 있다.
그러나 광학밀도·흡광도 등의 정의는 상당히 애매하며, log10(I0/I)를 흡광도라 하고 흡광도를 d로 나눈 값을 광학밀도라고 하는 경우도 있다. 이 경우 O.D.는 람베르트베르의 법칙이 성립하는 한 εc왿� 같고, 따라서 용질의 농도에 비례한다. 그러므로 어떤 표준상황에서 O.D.를 알면 그 물질의 용액의 O.D.를 측정함으로써 농도를 구할 수 있다.

(3) 흡광도에 영향을 주는 것
그림 1에서 보는 바왿� 같이 빛이 시료를 통과하게 되면 시료에 의하여 빛이 흡수되기 때문에 빛의 강도는 약해진다. 시료용액을 통과한 빛의 양(transmittance, T)은 흡광물질이 존재하지 않았을 때의 빛의 강도(IO)에 대한 흡광물질이 존재할 때의 빛의 강도(I), 즉 T=I/IO로 표시되기 때문에 빛의 투과율은 항상 1보다 작으며 다음과 같이 %로 표시될 수 있다.