Fluorescence Spectrometer, Synchronous Scan, PAHs mixture, Quantification

PAHs (Polycyclic aromatic hydrocarbons) 물질은 방향족 고리를 가진 다종의 오염물질을 일컫는다. 발암물질, 돌연변이 유발 물질로 알려져 있고, 석탄, 가스 나무, 자동차 원료 등이 불완전 연소될 때 생성되는 부산물이다.1 이 물질은 토양, 대기, 음식 등에서 발견되며, 자동차 배기가스, 산림 화재 등에서 많이 생성되고 고기나 생선을 구울 때도 생성된다.

PAHs 물질들은 적은 양으로도 인체에 심각한 문제를 유발할 수 있기 때문에, 미량으로 존재하는 물질도 분석할 필요가 있다. 형광 분광광도계는 흡광 분광 분석 장비들보다 높은 감도를 갖고 있기 때문에, 미량 물질 감지와 분석에 유용하다.

형광 분광광도계에서는 excitation (EX) 파장을 고정하고 emission (EM) 파장을 스캔 하는 방법을 일반적으로 사용한다. 이 측정법은 단일 형광물질은 극 미량까지 감지하지만, 형광 특성이 다른 여러 형광 물질들이 혼합된 경우에는 모든 성분의 감지가 어렵다. 혼합물의 경우 각 성분들의 흡수, 방출 파장이 다르기 때문에, EX 파장을 고정하여 측정하면 고정된 파장에서 먼 광흡수 특성을 갖는 형광 성분들은 에너지를 받지 못해 형광을 얻을 수 없다.

형광 분광광도계를 이용하여 혼합물을 성분 별로 정성 정량 하는 방법으로 3D Scan과 Synchronous Scan 방법이 있다. EM, EX 파장의 범위를 설정하여 전체 영역을 측정하는 3D Scan는 분리와 감도 문제는 해결 할 수 있지만, 전체 영역을 측정하므로 시간이 오래 걸린다. Synchronous Scan은 3D Scan에 비해 전체 패턴을 보기는 힘들지만 측정시간이 짧다는 장점이 있다. ²

Synchronous Scan은 EX 파장과 EM 파장 사이에 일정한 간격 (Delta λ)을 유지시키며 측정하는 방식이다. 일반적인 Scan 방법은 하나의 monochromator만 움직이지만 (그림 1 (a)), Synchronous Scan은 EX과 EM monochromator가 동시에 움직인다 (그림 1 (b)).

그림 1. Emission Scan (a)과 Synchronous Scan (b)의 비교

즉 Synchronous Scan에서 Delta λ 를 10nm로 설정하면 EX 파장이 390nm에 위치 할 때, EM 파장은 400nm, EX 파장이 440nm에 위치 할 때 EM 파장은 450nm에 위치하며 두 파장 값이 10nm의 간격을 유지하며 움직인다.

Synchronous Scan으로 분산된 형광 파장 특성을 갖는 혼합물을 측정할 때 EM 파장에 따라 EX 파장도 변하므로, 고유 파장이 분산 되어도 모든 성분이 에너지를 받아 감지가 가능하다.

이번 실험을 통해 FluoroMaster Plus Software의 다양한 Scan mode를 이용하여 PAHs 물질 중 Fluorene, Anthracene, Perylene의 혼합물 분리 성능을 비교하고, Synchronous Scan를 이용하여 정량을 위한 검량선을 제작해 보았다.