모발에 축적된 수은이나 납을 분석하기 위해 시료를 산으로 완전히 녹인 후, 유도결합 플라즈마 원자방출분광법을 통해 금속 고유의 발광 파장과 세기를 측정하는 원리로 설명해 주세요.

Question

유황 성분이 많은 모발에 축적된 수은이나 납을 분석하기 위해 시료를 산으로 완전히 녹인 후, 유도결합 플라즈마 원자방출분광법을 통해 금속 고유의 발광 파장과 세기를 측정하는 원리로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

모발은 황 성분이 풍부한 케라틴 단백질로 이루어져 있어 구조가 매우 단단합니다. 이 조직 내부에 축적된 수은이나 납 같은 중금속을 분석하기 위해서는 우선 단단한 유기물 구조를 완전히 깨뜨려야 합니다. 이를 위해 시료에 강산인 질산을 가하고 열을 가하는 전산화 분해 과정을 거칩니다. 이 과정에서 모발의 유기물 성분은 기체로 날아가거나 산화되어 사라지고, 내부에 갇혀 있던 수은과 납은 용액 속에 녹아 있는 액체 시료 상태가 됩니다.

​이렇게 준비된 액체 시료를 유도결합 플라즈마 원자방출분광기 내부로 분사하면, 시료는 미세한 안개 형태로 바뀌어 약 6000에서 10000 켈빈에 달하는 초고온의 아르곤 플라즈마 중심으로 들어갑니다. 플라즈마의 극심한 열에너지에 의해 용매는 증발하고 분자는 원자 상태로 쪼개집니다. 이어서 원자 외각의 전자들이 열을 흡수하여 에너지가 높은 불안정한 들뜬 상태로 이동합니다.

​들뜬 전자는 곧바로 안정한 원래 상태로 돌아오는데, 이때 두 에너지 준위의 차이만큼 빛을 방출합니다. 원소마다 전자 궤도의 구조가 다르기 때문에 방출되는 빛의 파장 역시 고유한 값을 가집니다. 따라서 검출기에 도달한 빛의 파장을 확인하면 수은이나 납의 존재 여부를 알 수 있고, 그 파장의 세기를 측정하면 용액 속에 금속이 얼마나 많이 들어 있는지 정확하게 계산할 수 있습니다.