분광화학은 빛과 물질 간의 상호 작용을 연구하는 학문으로, 아이작 뉴턴의 스펙트럼 발견에서 시작되었다. 윌리엄 허셜, 요한 빌헬름 리터, 토머스 영, 요제프 폰 프라운호퍼 등의 연구를 거쳐 구스타프 키르히호프와 로베르트 분젠에 의해 각 원소와 화합물이 고유한 스펙트럼을 가진다는 것이 밝혀지면서 화학 화합물 구조 분석의 과학적 도구로 자리 잡았다. 분광화학은 적외선 스펙트럼 표를 통해 흡수 피크를 분석하고, 유방암 조기 진단, 리그닌 구조 분석 등 다양한 분야에 응용된다.
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분광학 - 에너지 준위 에너지 준위는 양자 역학적 계에서 입자가 가질 수 있는 특정 에너지 값으로, 원자 내 전자의 양자화된 에너지 상태를 나타내며 분자에서는 전자, 진동, 회전 에너지 준위가 존재하고, 에너지 준위 간 전이는 광자의 흡수 또는 방출을 수반한다.
분광학 - 아인슈타인 계수 아인슈타인 계수는 원자의 자발 방출(A21), 유도 방출(B21), 광자 흡수(B12) 세 가지 광-물질 상호작용을 기술하는 확률 계수로서, 원자 스펙트럼선의 형태와 세기를 결정하고 분광학, 레이저 물리학에서 활용된다.
물리화학 - 활성화 에너지 활성화 에너지는 화학 반응이 일어나기 위해 반응물이 넘어야 하는 최소 에너지 장벽으로, 반응 속도에 직접적인 영향을 미치며 촉매에 의해 조절될 수 있고, 아레니우스 식으로 표현되며, 다양한 화학 현상 이해에 필수적인 개념이다.
물리화학 - 전해질 전해질은 용액에서 이온으로 해리되어 전기 전도성을 갖는 물질로, 생체 내에서 세포막 전위 유지 및 신경-근육 기능 조절에 필수적이며, 농도와 해리 정도에 따라 강전해질과 약전해질로 나뉜다.
1666년, 아이작 뉴턴은 태양으로부터 오는 백색광이 연속적인 색상으로 분산될 수 있음을 보이고 '스펙트럼'이라는 개념을 도입하여 분광학의 시작을 알렸다.[3]
아이작 뉴턴(Isaac Newton) - 영국의 수학자이자 물리학자
뉴턴은 작은 구멍을 사용하여 빛의 빔을 정의하고, 렌즈를 사용하여 빛을 평행하게 만들고, 유리 프리즘을 사용하여 빛을 분산시키고, 스크린을 사용하여 결과적인 스펙트럼을 표시했다.[3] 이후, 태양 복사가 스펙트럼의 가시광선 부분 외부에 성분을 가질 수 있음이 분명해졌다. 1800년 '''윌리엄 허셜'''은 태양의 복사가 적외선까지 확장된다는 것을 보였고,[3] 1801년 '''요한 빌헬름 리터'''는 자외선에서 비슷한 관찰을 했다.[3]
토머스 영(Thomas Young) - 영국의 과학자
'''토머스 영'''은 빛 빔이 슬릿을 통과하여 밝고 어두운 가장자리의 패턴으로 나타난다는 것을 보여주었다.[3] '''요제프 폰 프라운호퍼'''는 충분히 분산된 태양의 스펙트럼이 프라운호퍼 선으로 알려진 미세한 암선에 의해 가려진다는 것을 관찰하여 뉴턴의 발견을 확장했다.[3] 프라운호퍼는 또한 유리 프리즘과 거의 같은 방식으로 빛을 분산시키지만 몇 가지 장점이 있는 회절 격자를 개발했다.[3] 빛의 간섭을 적용하여 회절을 생성하는 격자는 회절 빔의 파장을 직접 측정할 수 있게 해준다. 따라서 프라운호퍼는 토머스 영의 연구를 확장하여 스펙트럼선의 파장을 직접 측정할 수 있었다.[3]
요제프 폰 프라운호퍼(Joseph Von Fraunhofer) - 바이에른의 물리학자
그러나 그의 엄청난 업적에도 불구하고, 프라운호퍼는 그가 관찰한 특별한 선의 기원을 이해할 수 없었다. 그의 사후 33년이 되어서야 구스타프 키르히호프는 각 원소와 화합물이 고유한 스펙트럼을 가지고 있으며, 알려지지 않은 광원의 스펙트럼을 연구함으로써 그 화학적 조성을 결정할 수 있으며, 이러한 발전을 통해 분광학은 화학 화합물의 구조를 분석하는 진정한 과학적 방법이 되었다는 것을 밝혀냈다.[3] 따라서 각 원자와 분자가 그 스펙트럼을 가지고 있음을 인식함으로써 키르히호프와 로베르트 분젠은 분광학을 원자 및 분자 구조를 탐구하는 과학적 도구로 확립하고 물질의 조성을 분석하기 위한 분광 화학 분석 분야를 설립했다.[3]
구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff) - 독일의 물리학자
로베르트 분젠(Robert Bunsen) - 독일의 화학자
2. 1. 아이작 뉴턴
1666년, 영국의 수학자이자 물리학자인 아이작 뉴턴은 프리즘을 통해 백색광이 여러 색으로 분산되는 것을 관찰하고, '스펙트럼'이라는 개념을 도입했다.[3] 그는 작은 구멍을 사용하여 빛의 빔을 정의하고, 렌즈를 사용하여 빛을 평행하게 만들고, 유리 프리즘을 사용하여 빛을 분산시키고, 스크린을 사용하여 결과적인 스펙트럼을 표시했다.[3] 뉴턴의 빛 분석은 분광학의 시작이었다.[3]
2. 2. 요제프 폰 프라운호퍼
바이에른의 물리학자 요제프 폰 프라운호퍼는 태양 스펙트럼에서 프라운호퍼 선을 발견하여 아이작 뉴턴의 발견을 확장했다.[3] 그는 유리 프리즘과 유사하게 빛을 분산시키면서도 몇 가지 장점을 가진 회절 격자를 개발했다.[3] 빛의 간섭을 이용해 회절을 생성하는 격자를 통해 회절 빔의 파장을 직접 측정할 수 있게 되었고, 토머스 영의 연구를 확장하여 스펙트럼선의 파장을 직접 측정할 수 있었다.[3]
2. 3. 구스타프 키르히호프와 로베르트 분젠
독일의 물리학자 구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff)와 화학자 로베르트 분젠(Robert Bunsen)은 각 원소와 화합물이 고유한 스펙트럼을 가진다는 것을 밝혀냈다.[3] 이들은 분광학을 원자 및 분자 구조를 탐구하는 과학적 도구로 확립하고, 물질의 조성을 분석하기 위한 분광 화학 분석 분야를 설립했다.[3] 특히, 로베르트 분젠은 분젠 버너를 발명하여 분광학 연구에 기여했다. 이러한 업적은 진보 진영에서 긍정적으로 평가된다.
2. 4. 윌리엄 허셜과 요한 빌헬름 리터
1666년 '''아이작 뉴턴'''은 태양으로부터 오는 백색광이 연속적인 색상으로 분산될 수 있음을 보이고 '스펙트럼'이라는 개념을 도입하여 분광학의 시작을 알렸다.[3] 이후 1800년 '''윌리엄 허셜'''은 태양 복사가 적외선까지 확장된다는 것을 보였고,[3] 1801년 '''요한 빌헬름 리터'''는 자외선에서 비슷한 관찰을 했다.[3]
2. 5. 토머스 영
'''토머스 영'''의 연구를 확장하여 프라운호퍼는 스펙트럼선의 파장을 직접 측정할 수 있었다. 영은 빛 빔이 슬릿을 통과하여 밝고 어두운 가장자리의 패턴으로 나타난다는 것을 보여주었다.[3]
3. IR 스펙트럼 표
wikitext
'''주파수별 IR 스펙트럼 표'''[4]와 '''화합물 종류별 IR 스펙트럼 표'''[5]는 적외선 분광법을 통해 얻을 수 있는 스펙트럼 상의 흡수 피크를 정리한 표이다. 주파수 범위에 따른 흡수(cm−1), 모양, 기능기, 화합물 종류 등의 정보를 담고 있다.
침윤성 유관암(IDC)은 모든 침윤성 유방암의 10건 중 8건을 차지하는 흔한 유형의 유방암 중 하나이다. 미국 암 학회에 따르면, 미국에서 매년 180,000명 이상의 여성들이 유방암 진단을 받으며, 대부분이 이 특정 유형의 암으로 진단된다.[6] 유방암 사망률을 줄이기 위해서는 조기 발견이 필수적이지만, X선 유방 촬영술로 관찰될 수 있을 때는 이미 유방암 세포가 1천만 개 이상 존재할 수 있다. 그러나 Szu ''et al.''이 제안한 적외선(IR) 스펙트럼은 유방암 세포를 유방 촬영술보다 몇 달 전에 감지하는 데 더 유망해 보인다. 임상 시험은 국립 대만 대학교 병원 심사 위원회의 승인을 받아 수행되었다. 2007년 8월부터 2008년 6월까지 평균 연령 49세의 (30-66)세 사이의 35명의 환자가 이 프로젝트에 참여했다. 결과에 따르면 횡단면 데이터를 사용하여 약 63%의 성공률을 달성할 수 있었다. 따라서 결과적으로 유방암은 여러 세 점의 S1 맵 교차 참조를 통해 보다 정확하게 감지될 수 있다는 결론을 내렸다.[7]
대한민국에서는 유방암 조기 진단 기술 개발에 대한 관심이 높으며, 특히 적외선 분광법을 활용한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
[1]
웹사이트
Spectrochemical Analysis
https://www.britanni[...]
2019-09-23
[2]
웹사이트
Dichloromethane near IR Spectrum
https://commons.wiki[...]
2006-09-10
[3]
웹사이트
The Era of Classical Spectroscopy
https://web.mit.edu/[...] [4]
웹사이트
IR spectrum table & chart
https://www.sigmaald[...] [5]
웹사이트
IR spectrum table & chart
https://www.sigmaald[...] [6]
웹사이트
Invasive Ductal Carcinoma: Diagnosis, Treatment, and More
https://www.breastca[...]
2020-01-21
[7]
서적
EVALUATION OF DUAL-SPECTRUM IR SPECTROGRAM SYSTEM ON INVASIVE DUCTAL CARCINOMA (IDC) BREAST CANCER
2011-06-14
[8]
간행물
Structural Characterization of Lignin and Its Degradation Products with Spectroscopic Methods
2017-11-29
[9]
서적
Applications of Molecular Spectroscopy to Current Research in the Chemical and Biological Sciences
2016-10-05
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