㈜신코 Mega-2100 Double Beam UV-Vis 분광광도계의 난반사를 측정하는 액세서리인 적분구를 소개 드립니다.

Mega-2100 Double Beam UV-Vis Spectrophotometer (왼쪽)
Integrating Sphere Accessory (오른쪽)

Figure 1. 정반사와 난반사

고체 시료에 빛을 입사시키면, 시료의 표면에서는 반사가 일어나는데, 표면 상태에 따라 크게 두 가지 형태의 반사가 일어나게 됩니다. 거울과 같이 표면이 매끄러운 샘플의 경우 입사각과 반사각이 같은 정반사 (거울 반사 ; Specular Reflection)가 일어나는 반면 거친 표면의 샘플에서는 입사각과 다른 각도로 일어나는 난반사 (확산 반사 ; Diffuse Reflection)가 나타납니다 (Figure 1). 일반적인 경우 정반사와 난반사가 함께 발생하는데 이를 통틀어 전반사 (전체 반사 Total Reflection)라고 합니다.

적분구(Integrating sphere)는 내부 표면의 반사도가 매우 높은 속이 빈 구체 형태로 시료에서 산란되고 방출된 빛을 포집 하도록 만든 액세서리 입니다. 광원의 빛이 물질의 표면에 도달하면 전반사가 발생하게 되는데, 반사된 빛은 구체 내부 표면에서 지속적으로 반사가 되다 최종적으로 모두 검출기로 향하게 되는데 이를 통해 물질의 전반사율을 확인할 수 있습니다.

적분구를 이용하여 반사도를 측정하는 방법에는 SCI(Specular Component Inclusion)와 SCE(Specular Component Exclusion) 두 가지가 있습니다. SCI는 전반사, 즉 난반사와 정반사 모두 측정하는 방법이며, SCE는 정반사를 제외한 난반사만을 측정하는 방법입니다. 기본적으로 적분구는 전반사를 측정하는 도구이지만 정반사가 발생하는 위치에 가림막(baffle)이나 trap을 설치하여 난반사만을 측정하는 것이 가능합니다 (Figure 2).
Mega-2100의 적분구는 Figure 2-(b)처럼 내부에 가림막이 설치되어 있어 난반사를 측정하는 SCE모드를 지원합니다.

Figure 2. (a) trap을 이용한 SCI와 SCE 측정

(b) baffle을 이용한 SCE 측정

투과의 경우도 마찬가지로 적분구를 이용하여 확산 투과와 전체투과를 측정할 수 있습니다. 빛이 물질을 통과할 때 입사된 방향과 평행하게 투과할 수도 있지만 굴절이 일어나 평행하지 않게 투과가 발생할 수도 있습니다. Mega-2100의 적분구를 이용하면 입사광과 평행한 위치에 trap이나 White Reference를 두어 확산투과 및 전체투과를 측정하는 것이 가능합니다 (Figure 3).

Figure 3. 적분구에서 trap을 이용한 확산투과 측정원리