UV-vis spectroscopy (UV-visible spectroscopy)

UV-visible spectroscopy는 물질의 흡수 또는 반사 특성을 측정하여 그 물질의 분자 구조와 농도에 대한 정보를 제공하는 분석 기법이다. 

 

1. 원리
   • UV-visible spectroscopy는 자외선(UV) 및 가시광선(visible) 영역의 전자기파를 사용하여 물질의 흡수 특성을 측정한다.
   • 물질이 특정 파장의 빛을 흡수하면, 그 물질의 분자 내에서 전자가 더 높은 에너지 상태로 이동한다. 이러한 전자 전이는 물질의 분자 구조와 관련이 있다.
2. 응용
   • 농도 측정: 빛의 흡수 강도는 물질의 농도와 직접적으로 관련이 있다.
   • 분자 구조 및 결합 정보: 특정 파장에서의 흡수 특성은 물질의 분자 구조와 결합 유형에 따라 달라진다.
   • 물질의 순도 및 품질 검사.
3. 장비
   • UV-visible spectrophotometer는 샘플의 흡수 스펙트럼을 측정하는 데 사용된다.
   • 이 장비는 광원, 샘플 홀더, 분산 요소(예: 프리즘 또는 회절격자) 및 검출기로 구성된다.
4. 범위
   • UV-visible spectroscopy는 대체로 200nm에서 800nm 사이의 파장 범위에서 수행된다.

 

UV-visible 스펙트럼 분석을 통해 물질의 밴드 갭을 추정할 수 있다.

 

밴드 갭은 반도체 물질의 최고 점유 원자 오비탈(밸런스 밴드)과 최저 빈 원자 오비탈(전도 밴드) 사이의 에너지 차이를 나타낸다.

 

UV-visible 스펙트럼에서 물질이 빛을 흡수하기 시작하는 파장은 전자가 밸런스 밴드에서 전도 밴드로 전이되는 데 필요한 에너지와 관련이 있다. 이 에너지는 밴드 갭의 크기와 일치한다.

 

 

 

밴드 갭의 크기를 추정하는 방법

1. 스펙트럼 분석: UV-visible 스펙트럼에서 물질이 빛을 흡수하기 시작하는 파장(즉, 흡수 가장자리)을 파악한다.
2. 에너지 계산: 해당 파장에서의 에너지는 플랑크 상수(h)와 빛의 속도(c)를 사용하여 계산된다.