어플리케이션
FTIR
ATR 크리스탈로 사용되는 실리콘의 특성 (Attributes of silicon as an ATR crystal)
[오늘의 핵심 미리보기]
Q. 실리콘(Silicon) ATR 크리스탈을 선택할 때 무엇을 고려해야 할까요?
A. 실리콘의 pH 허용 범위뿐만 아니라,
크리스탈의 광로 길이(Path Length)에 따른 측정 가능한 스펙트럼 범위를 확인해야 합니다.
ATR 크리스탈로 사용되는 실리콘(Silicon)의 특징과,
실리콘 크리스탈을 선택할 때 고려해야 할 스펙트럼 범위에 대해 알아보겠습니다.
실리콘은 pH 1부터 12까지의 시료를 측정할 수 있다는 장점이 있어
다양한 시료 분석에 활용할 수 있습니다.
하지만 실리콘을 ATR 크리스탈로 선택할 때는 pH 허용 범위뿐만 아니라
어느 파수 영역까지 측정할 수 있는지도 함께 확인해야 합니다.
1. 실리콘의 스펙트럼 범위가 중요한 이유
실리콘에는 지문 영역(Fingerprint Region)에
실리콘 포논 밴드(Silicon Phonon Bands)가 존재합니다.
이 포논 밴드는 IR을 강하게 흡수하기 때문에 빛이 실리콘 크리스탈을 통과하는 광로 길이가 길어질수록 측정 가능한 스펙트럼 범위가 줄어들게 됩니다.
즉,
광로 길이가 짧을수록 → 넓은 스펙트럼 범위 측정 가능
광로 길이가 길수록 → 측정 가능한 스펙트럼 범위 감소
따라서 동일한 실리콘 크리스탈이라도 크리스탈의 구조와 광로 길이에 따라 측정 가능한 영역이 달라질 수 있습니다.
2. 마이크로 가공 실리콘 웨이퍼
먼저 마이크로 가공(Micromachined) 실리콘 웨이퍼를 살펴보겠습니다.
이 웨이퍼는 PIKE Automated AutoATR과 전기화학 실험에 사용되는 Veemax에 활용됩니다.
웨이퍼의 두께는 약 1 mm로 매우 얇기 때문에 광로 길이가 짧습니다.
따라서 약 500 cm⁻¹까지 데이터를 얻을 수 있어 비교적 넓은 스펙트럼 범위를 측정할 수 있습니다.
3. Veemax 실리콘 크리스탈
다음은 Veemax 실리콘 크리스탈입니다.
Veemax에는 20 mm 프리즘(Prism)이 사용됩니다.
앞서 살펴본 얇은 실리콘 웨이퍼보다 광로 길이가 길어지면서
실리콘 포논 밴드의 흡수가 더욱 강해집니다.
그 결과 측정 가능한 스펙트럼 범위가 감소하게 됩니다.
4. PIKE HATR 다중 반사 실리콘 크리스탈
이번에는 PIKE HATR 다중 반사 실리콘 크리스탈을 살펴보겠습니다.
이 크리스탈은 80 mm 길이이며, 빔이 크리스탈 내부로 들어간 후
크리스탈을 따라 이동하면서 시료 측과 크리스탈 하부에서 총 20회 반사됩니다.
따라서 빔이 이동하는 전체 광로 길이가 상당히 길어집니다.
그 결과 실리콘 포논 밴드의 흡수가 매우 강해지면서 측정 가능한 스펙트럼 범위가 크게 줄어들고, 약 1,500 cm⁻¹부터 측정할 수 있게 됩니다.
5. 분석하려는 영역을 먼저 확인하세요
그렇다면 이러한 차이가 실제 분석에서는 어떤 의미를 가질까요?
만약 분석하려는 시료의 주요 흡수 밴드가 약 1,500~400 cm⁻¹ 영역에 있다면,
광로 길이가 긴 실리콘 ATR 크리스탈에서는 해당 영역을 확인하기 어렵습니다.
따라서 실리콘 ATR 크리스탈을 선택할 때는
크리스탈의 구조
광로 길이
측정 가능한 스펙트럼 범위
분석하려는 시료의 주요 흡수 밴드
를 함께 고려하는 것이 중요합니다.
