[제약 QC 분석기기] FT-IR(푸리에 변환 적외선 분광법) 적외선, 분자운동, 분석 예시 - 2탄

FT-IR(푸리에 변환 적외선 분광법)의 이해

안녕하세요, 지난 FI-IR 원리, 기본 교육에 이어 분자운동, 적외선, 분석 예시, 시료 전처리 방법 및 스펙트럼 표를 설명하며 결과를 해석하는 방법에 대해 소개드릴게요. 지난번 1탄을 못 보신 분들은 아래 글을 먼저 확인해 주세요. 이론, 원리, 작동방법, 장단점, 단위, 구성요소, 제약회사에서의 활용 등에 대해 소개해두었습니다.
 

[제약 QC 분석기기] FT-IR(푸리에 변환 적외선 분광법) 원리, 기본 교육

 
 

적외선 분광법 이론 간단 요약

FT-IR-이론-분석-예시

적외선 분광법이란?

고유한 진동 운동을 하는 분자에 연속적으로 변화하는 IR(적외선, Infrared)을 조사하고 이 때 흡수된 빛을 스펙트럼으로 나타내는 분석 방법
 

IR 스펙트럼 얻는 방법

모든 빛의 주파수가 동시에 측정되고 이후 푸리에 변환이라는 수학적 변환을 거쳐 적외선 스펙트럼이 얻어진다.
 

IR 원리

적외선(IR) 빛은 분자 진동을 일으킬 수 있고, 필요한 에너지는 결합 강도와 부착된 질량에 따라 다르다.
 
 

IR 분석을 위한 분자 운동

모든 화학적 결합은 고유한 성질을 가지고 있으며, 원자 간의 결합은 구부려지거나 늘려질 수 있는 단단한 스프링의 형태이다. 그렇기 때문에 각각의 결합은 적외선 에너지를 받았을 때 그 에너지를 흡수해서 진동하게 된다. 이때, 원자의 종류 혹은 결합의 종류에 따라 적외선을 받았을 시 각각의 독특한 진동을 일으키게 되며 이를 통해 화학 물질이 어떠한 원자와 결합들로 이루어져 있는지 분석하는 것이다.
 
분자 운동은 크게 신축 운동(Stretching Vibrations)과 굽힘 운동(Bending Vibartions)으로 나뉜다.
 

분자운동-신축운동-streching-vibrations

신축 운동은 다시 대칭 신축 운동과 비대칭 신축 운동으로 나뉜다.
 

분자운동-굽힘운동-bending-vibrations

굽힘 운동은 크게 한 평명 안에서 원자 사이의 결합각이 변하는 in plane bending과 out of plane bending으로 나뉘며, 세부적으로는 Scissoring, Rocking, Twisting, Wagging 운동으로 나뉜다.
 
분자는 쌍극자모멘트(dipole moment)가 변하지 않는 파수를 가지는 IR에 대해서는 활성을 가지지 않는다. 즉, dipole moment를 변화시키지 못하는 파장의 빛은 흡수하지 않는다.
 
 
요약하자면, 분자가 적외선을 받으면 진동을 하는데, 각각의 진동에 따라 적외선 에너지를 흡수하는 양이 다르므로, 이를 이용하여 IR Spectra를 얻을 수 있다는 것이다.
 
 

IR 분석 예시

N2와 CO2를 분석한다고 할 때, 둘 중 IR로 확인할 수 없는 물질은 무엇인지 생각해보자.
 
> N2는 IR 스펙트럼에서 확인할 수 없다. 이는 N2가 질소 원자끼리 비극성 공유 결합을 하고 있는 분자이기 때문이다. 분자가 아무리 진동을 해도 dipole momnet가 변화하지 않기 때문에, IR을 흡수하지 않는다.
 
> CO2는 두 가지 신축 운동(대칭 신축, 비대칭 신축)과 굽힙 운동을 한다. 그래서 실제로 IR스펙트럼을 찍으면 해당 운동에 대한 피크가 잘 나타나는 것을 볼 수 있다.
 
 

IR로 분석 불가능한 물질 분석 방법

쌍극자모먼트(dipole moment)가 변화하지 않는 대칭 신축 운동을 스펙트럼에 나타나지 않는데, 이러한 물질은 라만 분광법으로 분석하면 분석가능하다.
 
 

마무리

이렇게 적외선에 대한 설명, IR 요약, 원리, 분자 운동, 분석 예시까지 소개드렸습니다. 다음 마지막 편으로 시료 전처리 방법, 스펙트럼 표를 알려드릴게요.