자외선 형광법(UVF)

목차

• 자외선(UV) 형광법(UVF)은 무엇입니까?
• UVF를 이용한 가스 분석기의 구조 및 작동 원리
• 이산화황(SO₂) 가스 분석기의 구조 및 작동 원리
• 측정에 영향을 미치는 요소의 저감
• 비분산적외선흡수법(NDIR)과의 비교
• 관련 제품

형광은 자외선과 같은 빛 에너지를 흡수한 물질이 빛을 방출하는 것입니다. 분자가 빛 에너지를 흡수하면 불안정하고 고에너지 상태(여기 상태)가 되고, 빛을 방출한 후 원래 에너지 상태(기저 상태)로 돌아갑니다.

예를 들어, 측정된 성분이 이산화황(SO₂)를 샘플 가스에 넣고 특정 파장 (190nm-230nm)의 자외선을 샘플 가스에 조사하면 형광이 발생합니다. SO₂분자에 자외선을 조사하면 UV방사선을 흡수하여 일정한 비율로 여기상태(SO₂*)로 전이되고,SO₂* 흡수 된 자외선의 파장보다 긴 파장의 자외선을 방출하여 기저 상태로 돌아갑니다. (수식 1)

방정식 1: 형광 반응(SO₂의 경우)

(1)은 SO₂가 자외선의 에너지 hv1을 흡수하여 여기 상태가 되는 것을 보여주고,
(2)는 여기 상태의 SO₂*가 기저 상태로 복귀할 때 UV 방사선의 에너지(hv2)가 방출되는 것을 나타낸다.

SO₂농도는 SO₂*에 의해 발생하는 형광 강도 (240-420nm)에 비례하기 때문에 SO₂농도는 형광의 감도를 감지하여 측정됩니다. 

이 원리는 샘플 가스에서 이산화황 (SO₂)의 연속 농도 측정에 사용됩니다.
다음 섹션에서는 UVF를 사용하여 샘플 가스에서 SO₂농도를 측정하는 방법에 대해 설명합니다.

UVF를 이용한 가스 분석기는 샘플 가스를 형광 셀로 유입시키고, 형광 셀 내에 UV 방사선 및 SO₂에 의해 발생하는 UV 형광(수학식 1) 은 광학 필터를 통해 선택적으로 전송되고 포토디텍터에 의해 감지되어 가스 농도를 측정합니다(그림 1).

그림 1: UVF를 이용한 가스분석기의 구조 및 작동 원리

이산화황(SO₂) 가스 분석기의 구조 및 작동 원리

이 섹션에서는 대기 중에서 SO₂를 지속적으로 측정하는 가스 분석기의 구성 및 작동 원리에 대해 설명합니다.

분석기의 전체 구조의 예는 그림 2에 나와 있습니다. Xenon Flash Lamp가 UV 광원으로 사용됩니다. 높은 정확도로 SO₂농도를 지속적으로 측정하기 위해 분석기는 검출기를 포함하여 측정 오류 요소를 줄이기 위한 다양한 메커니즘을 통합합니다. Xenon Flash Lamp의 빛 강도 변화를 보정합니다.

그림 2: UV 형광가스 분석기의 구조 및 동작 원리

작동 원리는 다음과 같습니다.

샘플 가스는 형광 셀을 통과하는 동안 특정 파장의 자외선을 조사합니다. 샘플 가스의 SO₂농도에 따라 UV 광 흡수가 변경되고 형광에서 나오는 빛의 강도도 변경됩니다. 형광은 광학 필터에 의해 선택된 투과광으로 검출기에 들어가고 광검출기(광전자 증배관)에 의해 감지됩니다. 이 검출된 신호는 SO₂농도를 계산하기 위해 처리되며, 이에 따라 샘플 가스 내의 SO₂농도를 연속적으로 측정합니다.

UVF를 사용한 SO₂농도 측정은 UV 광원의 감소된 빛의 강도와 샘플 가스 내의 특정 방향족 탄화수소에 의해 영향을 받습니다. UVF를 사용하는 분석기는 다양한 메커니즘과 기능을 통해 이러한 영향 요인을 줄입니다.

그림 3: 측정에 영향을 미치는 요소의 저감.

HORIBA는 자외선 형광법 (UVF) 또는 비분산 적외선 흡수법 (NDIR)을 분석기의 측정 방법으로 사용하여 SO₂를 측정합니다. HORIBA는 각 방식의 특징을 살려 사용 목적과 운영 환경에 맞는 최적의 분석기를 제공합니다. 이 섹션에서는 두 가지 방법의 기능을 요약합니다. (표 1)

비분산 적외선 흡수(NDIR)에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하세요.

이 표는 자사 제품을 비교한 것입니다.

표 1: 자외선 형광법 (UVF)과 비분산적외선흡수법(NDIR)의 비교(SO₂)

최적의 방법은 주로 SO₂측정 농도 범위를 기준으로 선택됩니다. 예를 들어, 주변 공기에서 SO₂를 측정 할 때는 UVF 분석기가 사용되고, 배기 가스에서 SO₂를 측정 할 때는 NDIR 분석기가 사용됩니다.