실험분석기법 - 전자기파와 물질의 상호작용
1. 빛의 흡수
원자, 분자 또는 이온이 광자의 에너지를 흡수하고 기본 에너지와 들뜬 상태 에너지의 차이가 ΔE=mv를 만족할 때 바닥 상태에서 여기 상태로 전이하는 과정을 소위 흡수. 흡수 스펙트럼을 연구하면 시료의 구성, 함량 및 구조를 결정할 수 있습니다. 흡수분광학을 기반으로 확립된 분석법을 흡수분광학이라고 합니다.
2. 빛의 방출
물질이 에너지를 흡수하여 바닥 상태에서 들뜬 상태로 전환되면 들뜬 상태는 불안정하며 약 10-8초 후에 다시 바닥 상태로 전환됩니다. 이때 에너지가 빛의 형태로 방출되면 이 과정을 방출이라고 합니다.
3. 빛의 산란
빛이 매질을 통과하면 방출 현상이 발생합니다. 매질 입자(예: 유제, 현탁액, 콜로이드 용액)의 크기가 빛의 파장과 유사하면 방출되는 빛의 강도가 증가하며 이는 육안으로도 틴들 효과로 볼 수 있습니다. 산란광의 강도는 입사광 길이의 제곱에 반비례하며, 고분자 분자와 콜로이드 입자의 크기와 형태를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 매질의 분자가 빛의 파장보다 작을 때 레일리 M9 방출이 발생합니다. 이 산란은 광자와 분자 분자 사이의 탄성 충돌로 인해 발생합니다. 충돌 중에는 에너지 교환이 없으며 광자의 운동 방향만 변경되므로 산란된 빛의 주파수는 변하지 않고 유지되며 산란된 빛의 강도는 입사된 빛 파장의 4제곱에 반비례합니다. 광자가 중간 분자와 비탄성적으로 충돌하면 운동 방향이 바뀔 뿐만 아니라 에너지도 교환되어 산란된 빛의 주파수가 변경됩니다. 이러한 산란 현상을 라만 산란이라고 합니다.
4. 반사와 굴절
매질(1)에서 다른 매질(2)의 경계면으로 빛이 조사되면 빛의 일부가 경계면에서 방향을 바꾸고 다시 경계면(1)으로 돌아오는 현상을 빛 반사라고 합니다. 빛의 또 다른 부분은 방향을 바꾸고 r(굴절각) 각도로 매체(2)로 들어갑니다. 이를 빛 굴절이라고 합니다.
5. 간섭
특정 조건에서 광파는 서로 상호 작용합니다. 그것들이 겹쳐지면 각 파동의 위상에 따라 강도가 달라지는 복합 파동이 생성됩니다. 두 파동의 위상차가 180도일 때 최대 상쇄 간섭이 발생합니다. 두 파동의 위상이 같을 때 최대 보강 간섭이 발생합니다. 간섭 현상을 통해 밝고 어두운 줄무늬를 얻을 수 있습니다. 두 개의 파도가 서로 강화되면 밝은 줄무늬가 나타납니다. 서로 상쇄되면 어두운 줄무늬가 나타납니다
6. 회절
빛의 파동이 장애물이나 좁은 슬릿을 통과할 때 직선을 벗어나는 현상을 회절 현상이라고 합니다. 간섭의 결과입니다.
