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기기 분석

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목차

1. 개요

기기 분석은 물질의 물리적, 화학적 특성을 분석하기 위해 사용되는 다양한 기술과 장치를 포괄하는 분야이다. 주요 방법으로는 분광학, 핵 분광학, 질량 분석법, 결정학, 전기화학 분석, 열 분석, 분리 분석, 하이브리드 기술, 현미경, 랩온어칩 등이 있으며, 각 기술은 고유한 원리를 이용하여 물질의 구조, 조성, 반응 등을 분석한다. 예를 들어, 분광학은 전자기파와 물질 간의 상호 작용을 측정하고, 질량 분석법은 이온화된 분자의 질량 대 전하 비율을 분석하며, 결정학은 X선 회절 패턴을 통해 물질의 원자 수준 구조를 파악한다. 최근에는 여러 기술을 융합한 하이브리드 기술과 랩온어칩과 같은 소형화된 분석 기술의 발전이 두드러진다.

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기기 분석
개요
학문 분야분석 화학
주요 목표분석물 연구를 위한 과학 기기 사용
세부 분야
주요 분야분광법
전기화학
크로마토그래피
관련 학문
관련 학문화학, 물리학

2. 분광학

분광학은 물질과 전자기 복사 간의 상호작용을 연구하는 분야이다. 빛의 흡수, 방출, 산란 등을 측정하여 물질의 성분, 구조, 농도 등을 분석한다. 적외선 분광법(IR), 근적외선 분광법(NIR), 라만 분광법(라만 효과를 이용한 방법), 핵자기 공명 분광법(NMR), 질량 분석법(MS), X선 회절법 등 다양한 방법들을 포함한다.[8]

2. 1. 종류

분광학은 분자와 전자기 복사 간의 상호 작용을 측정한다. 분광학은 원자 흡수 분광법, 원자 방출 분광법, 자외선-가시광선 분광법, X선 형광 분광법, 적외선 분광법, 라만 분광법, 핵자기 공명 분광법, 광전자 방출 분광법, 뫼스바우어 분광법, 원편광 이색성 분광법과 같은 다양한 응용 분야로 구성된다.[8]

정량 분석에서는 UV, VIS(흡광 광도법), 형광 광도법(형광 광도계), AAS(원자 흡광법), ICP 발광 분석법 등을 다루며, 이 외에 크로마토그래피 등의 분리 분석법 및 볼타메트리 등의 전기 분석법도 다룬다.

그 외에 DSC (열 분석 장치: 분자 구조 등에 따른 열에너지 변화를 해석)와 TOC 측정기를 이용한 총 유기 탄소의 정량 등도 있다.

또한, 최근 기술적인 진보에 따라, 이러한 장치를 응용한 GC-MS 등과 같이 조합, 복합화한 장치도 있다.

기기 분석에 사용되는 주요 방법[8]
번호실험 방법얻을 수 있는 정보/효과
1광 산란분자량, 확산 계수, 회전 반경
2형광 스펙트럼프로브 분자가 존재하는 미세 환경의 성질
3원편광 이색성 스펙트럼α 나선 함량, β 시트 함량
4침강 속도침강 계수, 분자의 형태, 스토크스 반경, 시료의 순도
5침강 평형분자량, 시료의 순도
6전기 영동시료의 순도
7겔 크로마토그래피스토크스 반경, 시료의 순도
8전자 현미경분자의 형태
9ELISA특정 항원 또는 항체의 존재
10자동 방사선 촬영법방사성 원소의 조직 내 분포
11 SDS 전기 영동분자량
12핵자기 공명 흡수분자의 입체 구조, β 시트 함량, 프로톤의 자기 환경
13X선 결정 해석분자량, α 나선 함량, 분자의 입체 구조, 분자의 형태, β 시트 함량, 원자간 거리
14아미노산 분석아미노산 함량
15에드만 분해N말단 아미노산, 아미노산 서열


3. 핵 분광학

핵 분광법은 원자핵의 특성을 이용하여 물질, 특히 국소 구조를 연구하는 방법이다.

3. 1. 종류

핵 분광법은 물질의 특성, 특히 물질의 국소 구조를 탐구하기 위해 원자핵의 특성을 활용하는 방법이다. 일반적인 방법으로는 핵자기 공명 분광법(NMR), 뫼스바우어 분광법(MBS), 섭동 각 상관 관계(PAC) 등이 있다.

4. 질량 분석법

질량 분석법(MS)은 이온화된 분자의 질량 대 전하 비율을 측정하여 분자의 질량, 구조, 동위원소 조성 등을 분석하는 방법이다.[8] 전기장과 자기장을 이용하여 이온화된 분자의 질량 대 전하 비율을 측정한다.

질량 분석법은 이온화 방법과 질량 분석기의 접근 방식에 따라 다양하게 분류된다.

4. 1. 이온화 방법

질량 분석법은 전기장과 자기장을 사용하여 분자의 질량 대 전하 비율을 측정한다. 여러 이온화 방법에는 전자 이온화, 화학 이온화, 전기분무 이온화, 급속 원자 충격, 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 등이 있다. 질량 분석기는 자기 부문, 사중극자 질량 분석기, 사중극자 이온 트랩, 비행 시간형, 푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명 등 다양한 방식으로 분류된다.

4. 2. 질량 분석기 종류

질량 분석법은 전기장과 자기장을 사용하여 분자의 질량 대 전하 비율을 측정한다. 여러 이온화 방법은 다음과 같다.

  • 전자 이온화
  • 화학 이온화
  • 전기분무 이온화
  • 급속 원자 충격
  • 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화


질량 분석법은 질량 분석기의 접근 방식에 따라 다음과 같이 분류된다.

  • 자기 부문
  • 사중극자 질량 분석기
  • 사중극자 이온 트랩
  • 비행 시간형
  • 푸리에 변환 이온 사이클로트론 공명

5. 결정학

결정학은 물질 내 원자에 의해 굴절된 전자기파 또는 기본 입자의 회절 패턴을 분석하여 물질의 원자 수준에서의 화학적 구조를 분석하는 기술이다.[8] X선이 가장 일반적으로 사용된다.[8] 원시 데이터로부터 공간 내 원자의 상대적 위치를 결정할 수 있다.[8]

기기 분석에 사용되는 주요 방법[8]
번호실험 방법얻을 수 있는 정보/효과
13X선 결정 해석분자량, α 나선 함량, 분자의 입체 구조, 분자의 형태, β 시트 함량, 원자간 거리


6. 전기화학 분석

전기화학 분석은 분석물을 포함하는 전기화학 전지 내에서 전위(volt) 및/또는 전류(ampere)를 측정하는 방법이다.[1][2]

6. 1. 종류

전기분석법은 분석물을 포함하는 전기화학 전지 내의 전위(volt) 및/또는 전류(ampere, 암페어)를 측정한다.[1][2] 이러한 방법은 전지의 어떤 측면을 제어하고 어떤 것을 측정하는지에 따라 분류할 수 있다. 세 가지 주요 범주는 전위차법 (전극 전위의 차이를 측정), 전량분석법 (시간 경과에 따른 전지의 전류를 측정), 전압전류법 (전위 변화를 주면서 전지의 전류를 측정)이다.

7. 열 분석

열 분석은 물질의 온도 변화에 따라 물리적, 화학적 성질이 변하는 것을 측정하는 방법으로, DSC 등(열 분석 장치)을 통해 분자 구조 등에 따른 열에너지 변화를 해석한다.[8]

7. 1. 종류



열량 측정법과 열 중량 분석은 물질과 열의 상호 작용을 측정한다.

8. 분리 분석

분리 분석은 혼합물을 구성 성분별로 분리하여 각 성분의 종류와 양을 분석하는 방법이다.[8] 분리 공정은 물질 혼합물의 복잡성을 줄이는 데 사용되며, 크로마토그래피, 전기영동 등이 대표적이다.

8. 1. 종류

분리 공정은 물질 혼합물의 복잡성을 줄이는 데 사용된다. 크로마토그래피와 전기영동은 이 분야의 대표적인 예이다.

9. 하이브리드 기술

여러 분석 기술들을 조합하여 만든 기술을 하이브리드 기술이라고 한다.[3][4][5][6][7] 이러한 하이브리드 기술은 기존 기술의 한계를 극복하고, 더욱 정확하고 다양한 정보를 얻을 수 있게 해준다. 예를 들어 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS) 등이 있다.

9. 1. 종류

오늘날 널리 사용되는 몇 가지 예가 있으며 새로운 하이브리드 기술이 개발 중이다. 결합된 분리 기술은 용액에서 화학 물질을 분리하고 검출하기 위해 두 가지 이상의 기술을 결합하는 것을 말한다. 대부분 다른 기술은 어떤 형태의 크로마토그래피이다. 결합된 기술은 화학 및 생화학에서 널리 사용된다. 한 방법의 이름 자체에 하이픈이 포함된 경우, 특히 하이픈 대신 때때로 슬래시가 사용된다.[3][4][5][6][7]

결합된 기술의 예는 다음과 같다.

10. 현미경

현미경은 미세한 물체의 구조를 확대하여 관찰하는 장치이다. 단일 분자, 단일 세포, 조직, 나노물질의 시각화는 분석 과학에서 매우 중요하고 매력적인 접근 방식이며,[1] 다른 전통적인 분석 도구와의 결합은 분석 과학에 혁명을 일으키고 있다.[1]

10. 1. 종류

현미경은 광학 현미경, 전자 현미경, 주사 탐침 현미경의 세 가지 분야로 분류할 수 있다. 최근 이 분야는 컴퓨터 및 카메라 산업의 급속한 발전으로 인해 빠르게 발전하고 있다.[1] 단일 분자, 단일 세포, 조직, 나노물질의 시각화는 분석 과학에서 매우 중요하고 매력적인 접근 방식이며,[1] 다른 전통적인 분석 도구와의 결합은 분석 과학에 혁명을 일으키고 있다.[1]

11. 랩온어칩 (Lab-on-a-chip)

랩온어칩은 수 밀리미터 또는 센티미터 크기의 단일 칩에 여러 실험실 기능을 통합하고 1pl 미만의 극소량의 유체를 처리할 수 있는 장치이다.

참조

[1] 서적 Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons
[2] 서적 Fundamentals of Analytical Chemistry Saunders College Publishing
[3] 논문 Hyphenated techniques for analysis of complex organic mixtures
[4] 논문 High-performance liquid chromatography/NMR spectrometry/mass spectrometry: further advances in hyphenated technology
[5] 논문 Chromatographic and hyphenated methods for elemental speciation analysis in environmental media
[6] 논문 Hyphenated techniques in anticancer drug monitoring. I. Capillary gas chromatography-mass spectrometry
[7] 논문 Hyphenated techniques in anticancer drug monitoring. II. Liquid chromatography-mass spectrometry and capillary electrophoresis-mass spectrometry
[8] 서적 「生化学・分子生物学演習」 東京化学同人 1995-06


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