KBr은 왜 IR에 사용될까요? 정확한 고체 샘플 분석을 위한 투명 펠릿 만들기

간단히 말해, 브롬화칼륨(KBr)은 IR 분광법에 사용됩니다. 그 이유는 적외선에 투명하고 고체 상태의 유리 같은 펠릿으로 압축될 수 있기 때문입니다. 이를 통해 일반적으로 불투명한 고체 샘플을 분광계의 빔 경로에 배치하여 빛이 통과하여 분석될 수 있도록 합니다.

KBr의 핵심 기능은 고체 상태의 "용매" 역할을 하는 것입니다. 이는 샘플을 매달아 놓는 광학적으로 투명하고 간섭하지 않는 매트릭스를 생성하여, 쉽게 용해되거나 녹일 수 없는 고체 물질의 적외선 스펙트럼을 측정할 수 있도록 합니다.

KBr의 독특한 특성

적외선 영역에서의 투명성

KBr의 가장 중요한 특성은 중적외선 범위(일반적으로 4000~400 cm⁻¹)에서 흡수가 없다는 것입니다.

KBr 자체는 이 빛을 흡수하지 않으므로 깨끗한 배경을 제공합니다. 최종 스펙트럼에서 보이는 모든 흡수 피크는 KBr 매트릭스가 아닌 샘플에 의한 것으로 확신할 수 있습니다.

압력 하에서의 가소성

KBr은 알칼리 할로겐화물로, 소성 변형을 나타내는 염의 한 종류입니다. 수 톤의 압력을 가하면 결정질 KBr 분말이 흘러 하나의 투명하고 유리 같은 디스크로 융합됩니다.

이 과정은 미세하게 분쇄된 샘플 입자를 새로 형성된 KBr 시트 내에 물리적으로 가두어 분석을 위해 제자리에 고정시킵니다.

화학적으로 불활성인 매트릭스

대부분의 유기 및 많은 무기 화합물에 대해 KBr은 화학적으로 불활성입니다. 준비 또는 측정 중에 샘플과 반응하지 않습니다.

이는 결과 스펙트럼이 매트릭스와의 반응으로 형성된 새로운 화합물이 아닌 원래 샘플을 대표하도록 보장합니다.

KBr 펠릿 방법 설명

1단계: 혼합 및 분쇄

아주 소량의 고체 샘플(일반적으로 1-2mg)을 훨씬 많은 양의 고순도 건조 KBr 분말(약 100-200mg)에 첨가합니다.

이 혼합물은 마노 막자사발과 막자로 광범위하게 분쇄됩니다. 목표는 빛 산란을 최소화하기 위해 샘플의 입자 크기를 IR 빛의 파장보다 작게 줄이는 것입니다.

2단계: 펠릿 압축

미세하게 분쇄된 분말은 특수 다이에 넣습니다. 다이는 종종 갇힌 공기와 더 중요하게는 대기 중 수분을 제거하기 위해 진공 상태에 놓입니다.

그런 다음 유압 프레스를 사용하여 다이에 엄청난 압력(8-10톤)을 가하여 분말을 압축하고 KBr이 투명한 펠릿으로 융합되도록 합니다.

3단계: 배경 보정

샘플을 실행하기 전이나 후에 순수 KBr로 만든 펠릿을 사용하여 "빈" 스펙트럼을 기록하는 경우가 많습니다. 이를 통해 기기 소프트웨어가 잔류 수분이나 기기적 인공물로 인한 미미한 흡수를 빼내어 더 깨끗한 샘플 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.

장단점 및 문제점 이해

수분 문제

KBr은 흡습성이 있어 대기 중의 수분을 쉽게 흡수합니다. 이는 KBr 방법을 사용할 때 가장 흔한 문제입니다.

물은 매우 강하고 넓은 IR 흡수 밴드(3400 cm⁻¹ 근처의 넓은 피크와 1640 cm⁻¹ 근처의 또 다른 피크)를 가지고 있습니다. KBr이 "젖어" 있다면, 이러한 큰 물 피크는 실제 샘플의 중요한 피크를 완전히 가릴 수 있습니다. 건조된 KBr을 사용하고 공기 노출을 최소화하는 것이 중요합니다.

빛 산란 효과

샘플이 충분히 미세하게 분쇄되지 않으면, 입자들이 적외선을 단순히 흡수하는 대신 산란시킬 것입니다. 이는 기울어진 베이스라인과 불분명한 피크를 가진 왜곡된 스펙트럼으로 이어집니다(크리스티안센 효과로 알려진 문제).

샘플 변화 가능성

펠릿을 형성하는 데 사용되는 고압은 때때로 샘플 결정 구조의 상 변화(다형성)를 유도할 수 있습니다. 이는 측정하는 스펙트럼이 시작했던 것과 정확히 동일한 결정 형태가 아닐 수 있음을 의미합니다.

불균일한 분포

샘플이 KBr과 철저히 혼합되지 않으면 펠릿 전체에 걸쳐 농도가 균일하지 않습니다. 이는 부정확하고 재현 불가능한 결과로 이어질 수 있으며, 이는 정량 분석에 있어 심각한 문제입니다.

분석을 위한 올바른 선택

펠릿 제작 과정을 간략하게 준비하면 샘플을 정확하게 반영하는 고품질 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.

• 주요 초점이 간단한 화합물 식별인 경우: 물과 산란 인공물로부터 자유로운 깨끗하고 잘 정의된 피크를 얻기 위해 완전히 건조된 KBr을 사용하고 샘플을 철저히 분쇄하는 것을 우선시하십시오.
• 주요 초점이 정량 측정인 경우: 재현 가능한 결과를 얻기 위해서는 샘플과 KBr의 세심한 무게 측정과 완벽하게 균일한 혼합을 보장하는 것이 필수적입니다.
• 압력에 민감한 물질을 분석하는 경우: 미네랄 오일에 샘플을 분쇄하고 고압을 필요로 하지 않는 Nujol mull과 같은 대체 고체 샘플링 방법을 고려하십시오.

궁극적으로 KBr 펠릿 기술을 숙달하면 광범위한 고체 물질의 분자 구조를 파악하는 강력하고 신뢰할 수 있는 창을 제공합니다.

요약표:

특성	IR 분광법에 대한 이점
IR 투명성	간섭하는 흡수 피크 없이 깨끗한 배경을 제공합니다.
압력 하에서의 가소성	샘플을 고정하는 투명한 펠릿으로 융합됩니다.
화학적 불활성	대부분의 샘플과 반응하지 않아 무결성을 보존합니다.

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