[분석화학] IR Spectroscopy - ATR-IR, 감쇠전반사 기법과 측정과정 -

기본적인 ATR-FTIR에서 ATR (Attenuated Total internal Reflectance)과 이를 이용한 측정기법에 대해 소개하는 내용의 동영상입니다. ATR은 한국어로 감쇠 전반사 기법입니다.

[@user-ft3sb5iv6o]

감사합니다.

[@user-tc9ou1ui5d]

화학 튜터님! 영상에서는 광원->ATR module(sample)->간섭계->검출기 순서로 빛이 통과하는 것으로 이해가 됩니다. 그런데 제가 알기로는 간섭계가 sample보다 먼저 위치하는 것으로 알고 있는데 제가 잘못알고 있는것일까요?

[@choijaesun]

"승1"님 안녕하세요. 제가 실수한 부분입니다;; 광원 앞에 위치하는 것이 일반적인 구성인데, 영상을 만들면서 간섭계가 가진 분석적인 성격 때문에 검출기 앞에 위치하는 것으로 순간 착각했습니다. 죄송합니다. 간섭계의 위치가 일반적인 FTIR 분석에 문제를 유발하는 부분은 아니지만 오해를 유발하는 내용이니, 일정을 때로잡아서 해당 내용을 수정한 영상을 새로 올릴께요!! 실수한 부분을 알려주셔서 감사합니다 ㅎㅎ

[@cck3750]

좋은 자료 감사합니다! 이번에 FT-IR 장비 사용하게 되면서 배우는 중인데 많은 도움 되는것 같아요! 질문 하나 드려도 될까요?? 논문을 찾아 보니까 film의 Reflectivity를 FT-IR을 이용하여 구한다는 것을 봤는데 FT-IR을 사용하는 많은 곳에서 반사율은 측정이 안된다고 하여 혹시 어떤 식으로 측정하는지, 혹은 측정이 가능한건지 궁금합니다!!

[@choijaesun]

"cc k"님 안녕하세요! 실험을 막 배우시는 과정이신가봐요. ㅎㅎ Film등의 소재는 보통 intergrating sphere가 장착된 분석기를 사용해서 reflectivity를 측정합니다. UV-vis-IR 영역을 모두 다루는 장비도 있고, IR 영역을 위주로 다루는 장비도 따로 있죠. 간단히 적분구라는 키워드를 넣어서 검색해보시면 근처 대학이나 연구소에서 분석을 수행하실 수 있을꺼예요!

[@mememimi_]

안녕하세요😊 영상보고 많은 도움이 되었습니다! 자세하게 설명해주셔서 감사합니다~ 한가지 질문이 있어 댓글 남겨드립니다. Atr 측정시 침투깊이 때문에 샘플의 두께가 어느기준 이상 되어야하는 것으로 알고 있습니다. 져마늄 atr을 사용하여 60nm 정도 두께의 샘플의 측정해야하는 경우 어떻게 진행할 수 있을지 여쭤봅니다. 제가 알기론 져마늄 atr을 사용할 경우 빔의 침투 깊이가 660nm로 알고 있습니다. Atr모드가 아니라도 위와 같이 얇은 두께의 샘플을 어떻게 측정할 수 있는지 궁금합니다. Si 기판에 코팅된 것인데 코팅을 긁어낼 수는 없고 선행논문에도 atr로 측정하였다고 되어있습니다. 조언부탁드립니다. 감사합니다:)

[@choijaesun]

"지선"님 안녕하세요. 좋은 질문 감사합니다. 예전에 ATR 방식의 IR을 설명하면서, 해당 내용을 지나치게 생략하고 영상을 제작했네요. 나중에 다시 만들면 해당 내용을 보충해서 제작할께요! 질문주신 60 nm 두께의 시료 측정은, 제 생각에는 큰 문제가 없을 것 같아요. 1000 cm-1에서 Ge, 45° 조건이면 660 nm의 침투 깊이를 가지는 것은 맞지만, 침투깊이 영향으로 나오는 Si 기판 peak 들은 Si 기판을 background로 측정하고 subtract하면 문제없을 것 같거든요. 분명히 Si 기판에 단분자층으로 1-5 nm정도까지 얇게 coating 했으면, ATR 방식의 FTIR로는 신호가 너무 작게 나타나는 것은 맞아요. 그런 조건에서는 훨씬 민감도가 높은 표면 분석법들_ToF-SIMS, XPS로 넘어가거나 혹은 Nano-FITR을 선택하는 것이 좋죠. 단분자층이면 ATR-FTIR로는 아무리 노력해도 쓸만한 스펙트럼이 안 나오니까요;; 하지만 60 nm 정도면 꽤 두꺼우니까. ATR mode 측정에서 신호가 조금 작게 나타나도(low S/N, noise가 크게 나타나도) scan number같은 조건을 바꾸면 충분히 측정할 수 있을 것 같아요. 즉, 침투 깊이 보다 얇게 코팅된 시료를 측정해도 S/N 값이 문제가 되서 만족스러운 스펙트럼을 얻기 힘들 뿐, 분석자체가 불가능한 것은 아닙니다. 어느정도는 측정 파라미터를 조절해서 S/N 값을 증가시킬 수 있을 테니 자신감있게 분석을 시도하는 것을 추천드릴께요! 측정한다고 시료가 파괴되는 것도 아니며, 대량의 시료가 필요한 것도 아니고, ATR-FTIR이 비싼 장비도 아니니 부담없이 한번 시도해보세요. 응원드릴게요!!

[@mememimi_]

@@choijaesun 자세히 댓글 달아주셔서 감사합니다ㅠㅠ 스캔횟수를 많이 늘려서 다시 시도해보겠습니다! 좋은 영상 많이 올려주셔서 감사합니다 :) 오늘도 좋은 하루 보내세요☺️

[@ocg1519]

어떤분이 샘플의 색상 문제로 IR 분석이 안된다는 얘기를 하는데요, 이게 무슨 말인가요? 시료 색상에 제약이 있나요? 알려주세요~

[@choijaesun]

"oc g"님 안녕하세요. IR분석에 색상문제가 있나요?? 저도 처음 듣는 이야기인데요. 자세한 조건을 알려주실 수 있나요??

[@ocg1519]

@@choijaesun 샘플 성분은 모르겠습니다만 검정색 파우더 라고 합니다. 검정색 샘플은 적외선을 흡수해서 ATR로 분석이 안된다며 KBr펠렛을 만들어야된다는데요.. 저는 검은색 샘플을 ATR측정한 경험이 많이 있어서 이해가 안돼서요. 교재에도 못찾겠어서 질문 남겼습니다.

[@choijaesun]

@@ocg1519 님 안녕하세요. 댓글이 아니라 대댓글이라 알림을 미처 못봤네요; 시료마다 IR 흡수와 관련한 이슈가 있는 건 맞지만 오히려 그렇기 때문에 ATR 방식이 선호되거든요. ATR방식에서는 시료 표면 일부만 분석하기에, 투과모드에서는 불가능한 시료의 분석도 가능하니까요. 그래서 검은색 시료가 무엇인지는 모르지만 아마도 Carbon black(CB)이 아닐까 생각되네요. CB의 경우 굴절율이 ATR의 다이아몬드와 비슷할 정도로 높아서, 일반적인 다이아몬드 window의 ATR로는 분석이 어렵다고 알려졌거든요. 하단의 링크를 참고하시면 좋을 것 같아요. www.thermofisher.com/blog/materials/is-atr-an-effective-sampling-technique-for-carbon-black-analysis/ 저의 작은 결론은 색상이 IR분석에 영향을 주는 요소는 맞지만, ATR 방식 IR에서는 크게 영향을 주지 못하며 오히려 ATR window소재와 시료의 굴절율이 큰 영향을 주는 경우가 종종 발생한다는 겁니다. 그러니 일반적인 ATR 방식 IR에서는 문제가 없는 경우가 대다수인거죠. 혹시 그 친구분의 시료가 다른 성질이 있는 것이라면 다시 댓글을 달아주세요. 흥미로운 디테일이 있다면, 제가 추가로 공부해서 영상으로 답변드릴께요!!

[@ocg1519]

@@choijaesun 자세한 답변 고맙습니다. 굴절률 관련 하나 배웠네요^^ 지인에게 아는척 좀 해줘야겠습니다ㅎㅎ 그리고 그 샘플이 뭔지 알아보니, carbon fiber 라고 합니다. 샘플 제조사에서 PAN계 구조가 포함되어 있다해서 IR로 -CN 구조를 찾으려고 했는데 ATR로 어떤피크도 안나왔나봅니다. 이걸보고 지인이 샘플색상이 검은색이라 그렇다고 Pyrolyzer-GC/MS 를 추천했다고 하는군요. 저는 처음에 샘플이 단단해서 ATR과 접촉이 잘 안됐나 생각했습니다. 단단하다는것은 제 추측입니다. 참고로 Pyrolyzer에서도 CN은 안나왔습니다.

[@choijaesun]

@@ocg1519 오, 흥미롭네요. 그런데 개인적인 경험으로 Carbon base인 물질이라면 IR보다는 Raman 장비를 추천드릴께요. 그래핀이나 CNT 분석을 주로 Raman으로 수행하는 이유가 있거든요! 관련 문헌도 IR보다는 Raman으로 찾기 수월하고요.

[@user-ok7ru8xv9s]

와... 너무 쉽게 이해됐습니다.. 감사합니다.

[@choijaesun]

"민경빈"님 친절한 댓글 감사합니다! 나중에 더 쉽고 도움이 되는 영상으로 리뉴얼해서 올릴께요!

[@user-pg3pl5ox4b]

ATR 과 일반적인 IR 스펙트럼이 얻어지는 형태는 비슷한가요?

[@choijaesun]

"빰바밤"님 안녕하세요. 특별한 언급이 없으면 2000년대에 측정된 IR은 거의 다 ATR방식으로 측정되었어요. ATR방식이 일반적인 IR측정법이죠. 다른 KBr 펠렛방식과 비교하면, KBr 펠렛을 사용하면 KBr의 peak가 나오는 것 외에는 큰 차이점도 없고요.

[@user-vg2fu8eo4z]

교육자료로 참고하고싶은데 이미지를 사용해도 괜찮을까요 ?

[@choijaesun]

네 출처만 남겨주시면 얼마든지 사용하셔도 됩니다! 사용해주시면 제가 고맙지요. 감사합니다

[@I.m_dokyoeung]

정말 쉽고 재미있게 그리고 심플하게 설명해주셔서 감사합니다. 피피티가 너무 간결하고 이해가 잘 되는데요. 혹시 피피티에 나오는 그림 그리는 꿀팁 같은 거 있을까요?

[@choijaesun]

"DOKYEOUNG LIM"님 안녕하세요. 꿀팁은... 생각나는 내용이 없네요;; 많이 그리다보면 늘더라고요. ㅎㅎ;;

[@I.m_dokyoeung]

@@choijaesun 아 그럼 혹시 피피티로 직접 그리시는 건가요?

[@choijaesun]

@@I.m_dokyoeung 네, 모든 그림을 PPT에서 그리고 있어요! 따로 대학원이나 연구소에서 이미지작업을 배운 적이 없어서, 학부때부터 써오던 PPT만 쓰고있어요 ㅎㅎ;; 그래도 하다보니 속도나 퀄리티가 점점 좋아져서 최근에는, 시간대비 만족스러운 그림들이 나오는 것 같아 좋아하고 있었거든요.