분광기(Spectrometer) 선택시 기본 점검 사항
- KIS Instrument
- 5 days ago
- 3 min read
분광기(Spectrometer) 선택 시, 분석하고자 하는 샘플의 특성과 실험 목적에 맞게 다음과 같은 핵심 성능 규격을 우선 점검해야 합니다.
연구목적에 맞게 분광기를 도입하고, 이를 통해 최선의 연구성과를 얻을 수 있도록 사전에 기본적으로 점검해야할 필수 사항에 대해 말씀드립니다.
1. 주요 사양 및 성능 점검
파장 범위 (Wavelength Range): 측정하려는 시료의 흡수 또는 발광 파장이 포함되는지 확인합니다(예: UV, Vis, NIR 등).
막연히 넓은 파장대(예. UV-VIS-NIR 대역, 200~1100nm 등)를 측정할 수 있도록 선택하는 방법도 있겠으나, 필요 이상으로 넓은 Band Width는 Spectral Resolution의 손실을 초래하기에 필요한 파장 대역을 선정하는 것이 효율적입니다. 예를 들어, VIS 영역(380~780nm)만 측정하면 되는 연구 항목이라면 해당 파장 대역(Band Width 400nm) 설정으로 얻을 수 있는 Spectral Resolution과 광 효율을 확보하는 방법이 좋은지, 다른 연구에도 다양하게 분광기를 이용할 수 있도록 넓은 Band Width를 확보하는 것이 좋은지 미리 구상해 놓으면 좋습니다. 학교에서 분광기를 다양한 용도로 이용하는 것을 염두에 둔다면 UV-VIS-NIR을 모두 수광 할 수 있는 제품을 선택하는 것이 좋을 것 같습니다.
분해능 (Spectral Resolution): 인접한 두 파장을 얼마나 정밀하게 구별할 수 있는지 확인하십시오. 좁은 슬릿을 사용하면 분해능은 높아지지만 광량(감도)은 줄어들 수 있으므로 균형이 필요합니다.
위에서 말씀드린 파장 범위의 선택에 더해 어떤 크기의 Slit을 선택하는가에 따라 Spectral Resolution이 결정됩니다. High Resolution을 원하는 경우에 Slit 크기를 10um 등으로 최소화하면 좋으나, 줄어드는 광량(감도)에 의해 노출시간이 길어질 수밖에 없습니다. 긴 노출시간은 노이즈의 증가를 유발할 수 있으므로 Slit 크기를 선택할 때는 필요로 하는 분해능과 파장 범위가 모두 고려되어야 합니다.
감도 및 신호 대 잡음비 (S/N Ratio): 미세한 신호를 측정해야 한다면 냉각 방식(TE Cooling) 유무와 검출기의 양자 효율을 점검해야 합니다.
파장 범위 및 분해능과는 별개로, 분광기에 사용되는 이미지센서의 신호 대 잡음비는 해당 모델이 가지고 있는 태생적인 문제로 어떻게 보면 장비의 성능 한계라고 보셔도 무방할 듯합니다. 다양한 모델에서 TE Cooling 방식으로 센서의 온도를 컨트롤하여 센서 열 화로 인한 노이즈 레벨을 관리할 수 있도록 하고 있습니다.냉각온도 정도에 따라 등급이 나뉘어 있습니다.
TE Cooling 방식 분광기 제품 - OtO Photonics EagleEye, StellarNet Silver-Nova, Black-Cormet(Option) 등
측정 속도 (Integration Time): 빠른 화학 반응이나 대량의 시료를 분석할 경우 장비의 데이터 처리 속도가 중요합니다.
연구 항목에 따라 특별히 최소 노출시간이 필요한 경우가 있습니다.(예. OtO Photonics SE2030, Short Exposure Time Model: 0.2ms)
2. 시료 특성 및 측정 환경
시료 상태: 액체(큐벳 측정), 고체(반사 측정), 가스 등 시료의 상태에 적합한 액세서리 호환성을 확인하십시오.
액상 시료의 투과, 흡광, 형광 등을 측정할 것인지, 고체 시료의 반사 분광 특성을 측정할 것인지에 따라 적당한 액세서리를 구성해야 합니다. 액상의 투과 분광 특성을 측정하는 경우, Quartz Cuvette을 사용하시길 권장합니다만, 측정하고자 하는 파장 범위에 따라서 Optical Glass Cuvette도 이용하실 수 있습니다.
광학계 구조: 투과형, 반사형, 산란형 등 실험 목적에 맞는 광학 벤치 설계인지 점검합니다.
설치 공간 및 휴대성: 실험실 내 고정형으로 사용할 것인지, 현장 측정을 위해 휴대용(USB 타입 등)이 필요한지 고려하십시오.
대부분의 모듈형 분광기는 USB로 전원이 공급되고, 통신 또한 USB Port를 통해 이루어져 실험 현장에서 노트북 PC만으로도 충분히 사용할 수 있습니다. 소형 분광기를 이용하여 휴대용 장비를 직접 개발하실 수도 있습니다.
3. 운용 및 유지보수
소프트웨어 편의성: 데이터 분석 및 처리 소프트웨어가 직관적이며 기존 시스템과 통합이 가능한지 확인합니다.
StellarNet 제품의 경우, SpectraWiz를 기본 제공합니다. 분광기 사용에 필수적인 요소가 직관적인 기능으로 구성되어 있어 복잡하지 않습니다. 또한, 새로운 버전으로 StellarPro도 편리하게 사용할 수 있습니다.
OtO Photonics 제품의 경우는 SpectraSmart로 분광기의 다양한 기능을 사용할 수 있도록 구성되어 있으며, 역시 직관적인 아이콘 등으로 구성되어 있어 편리합니다.
소모품 비용: 램프(D2, 텅스텐 등)의 수명과 교체 비용, 필요 시 재순환 냉각기 등의 부대 시설 요구 사항을 점검하십시오.
어떤 램프든지 분명 소모성 액세서리입니다만, 램프 수명이 다해서 교체해야 하는 경우는 별로 없었던 것 같습니다. Deuterium Lamp나 Halogen 램프를 사용하지 않을 때도 장시간 켜놓는 경우는 거의 없을 테니 특별히 신경 쓰지 않아도 되는 수준입니다.
기술 지원: 장비의 정확성을 유지하기 위한 정기적인 교정(Calibration) 서비스와 사후 관리(A/S) 체계를 확인하는 것이 중요합니다.
어떤 용도로 사용하는지에 따라 교정의 종류가 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 공인교정기관을 통해 Irradiance Calibration을 진행하여 분광 복사에너지를 측정하는 용도로 사용했다면 보통은 수광부 (Cosine Receptor) 및 Optical fiber 구성을 유지하여 정해진 교정 주기 또는 권장되는 교정 주기마다 교정하는 것이 권장됩니다. 이때 파장 검증도 함께 진행됩니다.
제조사(StellarNet)으로 반송하여 제조사 교정을 재진행 하는 경우에는 X-Cal이라고 불리는 파장 검증 및 교정을 필수로 진행하게 됩니다. 왕복 운송비 + 교정비(교정 파장 대역별)에 대한 비용이 발생합니다.
UV 대역의 Irradiance Calibration은 국내 인증기관에서 진행할 수 없는 상황입니다. StellarNet 제품에 대한 400nm 이하 대역의 교정은 StellarNet 본사로 제품을 보내서 진행해 드리고 있으며, 이 경우 제조사 교정 성적서가 발행됩니다. 참고로, 저희 키스인스트루먼트는 350~1020nm 구간에 대한 KOLAS 인증 검교정 서비스를 제공해 드리고 있습니다.(한국산업기술시험원)
제품 수거 → 한국산업기술시험원 교정 진행 → 교정 제품 반납 → KOLAS 인증 성적서 전달
기타 궁금하신 점이나 문의 사항이 있으시면 키스인스트루먼트로 연락주십시오.
Comments