어플리케이션
FTIR
높은 pH의 시료 측정을 위한 ATR과 Transmission의 비교 (ATR vs. Transmission for High pH Samples)
[오늘의 핵심 미리보기]
Q. 염기성(Basic) 액체를 IR로 측정할 때 어떤 액세서리를 사용하는 것이 좋을까요?
A. 게르마늄 투과 윈도우는 프린징(Fringing)의 영향이 클 수 있으므로,
ATR 방식이 더 적합한 선택이 될 수 있습니다.
염기성 액체를 IR로 측정할 때 적합한 액세서리 선택에 대해 소개합니다.
액체 시료를 측정할 때는 일반적으로 투과(Transmission) 방식과 ATR 방식을 고려할 수 있습니다.
하지만 시료의 pH가 높은 경우에는 사용할 수 있는 윈도우 재질이 제한될 수 있습니다.
1. 투과 측정 시 고려해야 할 요소
액체 투과 셀의 윈도우를 선택할 때는 다음과 같은 특성을 확인해야 합니다.
- 파수 컷오프(Cutoff)
- 용해도(Solubility)
- pH 내성(pH Tolerance)
특히 염기성 시료의 경우 pH 내성이 중요한 요소가 됩니다.
2. 각 윈도우 재질의 특징
1) Diamond
- pH 내성이 우수합니다.
- 하지만 액체 투과 셀에는 큰 다이아몬드 윈도우가 필요하므로 일반적인 선택지는 아닙니다.
2) Quartz
- 약 2000 cm⁻¹ 부근에서 컷오프가 발생합니다.
- 따라서 Fingerprint 영역 분석에는 적합하지 않습니다.
3) Silicon
- 액체 셀에서는 3 mm 두께의 윈도우 두 장을 사용하기 때문에 전체 두께가 두꺼워집니다.
- 이 경우, 실리콘 포논 밴드(Phonon Band)에 의한 흡수가 나타날 수 있습니다.
4) Germanium
- pH 1~14까지 사용할 수 있습니다.
- 용해 문제도 없고 측정 범위도 적절합니다.
겉으로 보기에는 매우 좋은 선택처럼 보입니다.
3. 게르마늄 윈도우의 한계
게르마늄의 가장 큰 특징은 굴절률(Refractive Index)이 약 4라는 점입니다.
굴절률이 높으면 IR 빔이 윈도우 내부에서 여러 번 반사되면서
IR 프린징(IR Fringing)이 크게 발생할 수 있습니다.
실제 측정에서는
- 베이스라인이 약 35% 수준까지 낮아질 수 있으며
- 프린징 패턴의 크기도 상당히 크게 나타날 수 있습니다.
이 경우 시료의 흡수 밴드가 약하면 프린징에 가려 원하는 정보를 확인하기 어려울 수 있습니다.
4. ATR 방식의 장점
예시로 데케인(Decane)을
- Miracle 단일 반사 Diamond ATR
- HATR 10회 반사 Germanium Plate
에서 측정한 결과,
ATR에서는
- C-H Stretch
- C-H Bending
등의 밴드를 명확하게 확인할 수 있었습니다.
반면 게르마늄 투과 측정에서는 프린징의 영향으로 일부 밴드가 잘 구분되지 않았습니다.
광로 길이를 늘리면 일부 문제를 개선할 수 있지만,
신축 영역에서는 흡광도가 매우 높아져 포화(saturation)가 발생할 수도 있습니다.
5. 염기성 액체 측정 시 고려할 수 있는 ATR 옵션
염기성 용액을 측정해야 한다면 ATR 방식도 좋은 선택지가 될 수 있습니다.
예를 들어 PIKE에서는 다음과 같은 ATR 액세서리를 제공합니다.
1) Miracle Diamond ATR
2) HATR Germanium Plate
- 단일 반사 또는 다중 반사 선택 가능
- pH 1~14 시료 측정 가능
3) ATR Max
다중 반사 ATR
입사각 조절이 가능하여 다양한 측정 조건에 대응 가능
염기성 액체를 IR로 측정할 때는 단순히 pH 내성만 고려하기보다,
✔ 윈도우의 굴절률
✔ 프린징 발생 가능성
✔ 측정하려는 스펙트럼 영역
까지 함께 검토하여 적절한 측정 방식을 선택하는 것이 중요합니다.
