Dynamic light scattering, Fluorescence spectroscopy

Dynamic light scattering

DLS는 입자를 산란시켜 그 입자의 크기를 측정하는 방법이다. 입자는 용액속에서 열에 의한 운동을 한다. 열에의하여 용액 내에서 입자들이 브라운 운동을 하는 것을 브라운 운동이라한다. 이는 지속적인 랜덤 열 운동 상태의 입자에 의한 크기에 따른 속도를 차이를 발생시킨다. 간단히 말하면, 작은 입자가 큰 입자보다 빠르게 확산되는 것이다. 이 때 입자의 속도는 입자의 크기, 열 에너지, 분산된 용매의 종류 등에 의해 영향을 받는다.

 DLS 측정값으로 원하는 값은 입자의 크기이다. 입자의 크기를 측정하기 위해서는 입자의 정보를 정확하게 프로그램의 셋팅값에 넣는 것이 중요하다. 이는 측정방식과 관련이 있다.

 입자를 측정하기 위해서는 시료를 cell에 넣고 기계에 넣는다. 측정이 시작되면 샘플 한면에 광선이 쏘여지는데, 반대편으로 도달하는 광선을 측정하여, 빛의 산란정도가 프로그램으로 측정이 된다. 이 빛의 산란정도를 프로그램이 사이즈 분포로 변환한다. 입자 또는 분자의 브라운 운동은 레이저 광이 여러 강도로 산란되도록 하면, 강도 변동의 분석을 통해 브라운 운동의 속도를 산출하고 Stokes-Einstein relationship를 이용해서 결과값을 만든다. 

 빠르게 결과값을 산출할수있고, 그 과정이 간편하지만, 용액 속의 입자가 aggregation되어 생기는 오류, 용액의 reflextance index, 온도, 입자의 종류를 명확히 알아야하지만, 이 값들을 모든 상황에 대해 정확히 알고, 온도 등 브라운 운동에 영향을 주는 값을 제어하기가 어렵기 때문에 정확성에 대해서는 신뢰가 어렵다. 

DLS 사용법

작은 입자와 큰 입자를 측정할 때 차이 및 입자의 크기 측정 원리

Fluorescence spectroscopy

 형광 분광은 형광발색단을 가지는 시료를 측정하는 분석이다. 형광물질 용액에 특정한 파정 영역의 광을 주었을 때 방사되는 형광의 광도를 측정하는 분석이다. 원리는 물질은 흡수한 에너지를 빛으로 방출한다. (루미네센스라 불린다.)

 물질이 빛을 흡수하면 전자의 전위에 변화가 발생한다. 이는 전자의 진동과 회전 전위에 변화를 준다. 이러한 현상으로 원자 혹은 전자의 배열은 바닥상태로부터 들뜬 상태로 변한다. 들뜬 상태의 원자 혹은 분자는 불안정하다. 그래서 흡수한 빛 에너지를 다른 형태의 에너지로 발산하고, 안정되고 싶어한다. 이 때 빛의 형태로 에너지를 방출하여, 원래의 안정한 상태로 돌아가는 현상을 발광이라 한다. 발광에는 형광과 인광이 있다. 형광은 전자 스핀의 변화가 없이 전자 에너지의 변화가 일어난다. 수명은 인광에 비해 짧다. 인광의 경우 전자 스핀의 변화가 있어 형광에 비해 조금 더 긴 시간의 발광이 계속된다. 측정방식은 시료의 cell에 광원으로 부터 빛이 diffration되어 들어가게 되면 시료에 있는 원자 혹은 분자가 에너지를 받아서 들뜬 상태에서 안정된 상태로 변화하는데 이 때 시료로 부터 방출되는 파장을 측정하는 것이 원리이다.

 방출되는 파장을 필터를 거쳐서 detector로 들어가 프로그램에 의해 변환되어, 사용자가 편안하게 해석할수있도록 결과를 보여준다. 이 때 사용되는 식은 beer의 법칙이다. beer의 법칙에 따라 형광물질의 농도에 비례하게 되는데, 이러한 법칙 때문에 형광물질의 농도가 높을수록 강한 결과값이 나타난다.