다파장-전반사계를 이용한 액상 혼합물 구성 체적비율의 신속측정

Abstract

다파장-전반사계는 액상 혼합물의 구성 성분의 체적비를 정량적으로 해석할 수 있는 방법이다. 본 논문에서는 이러한 해석을 위해서 두개의 기초이론이 사용되었으며 각각은 내부전반사 이론과 혼합이론(Mixing-rule)이다. 내부전반사는 빛이 상대적으로 높은 굴절률에서 낮은 굴절률로 진행해 나갈때 발생하는 광학적 현상으로 내부전반사를 일으키는 임계각은 측정 물질의 고유한 특성이 될 수 있다. 혼합이론(Mixing-rule)은 로렌츠-로렌즈 법칙을 만족하며 기본적으로 혼합시 화학반응을 일으키지 않으며 체적보존식이 성립한다는 가정을 전제로 한다. 혼합법칙을 이용하여 혼합물의 굴절률은 각 구성물질의 굴절률과 그 체적 성분비로서 표현될 수 있다. 다파장-전반사계는 6개의 구성품으로 이루어져 있으며 각각은 LED광원, 슬릿, 프리즘, 플로우셀, 색지움렌즈, CCD카메라 이다. 각각의 구성품은 기하광학 이론들을 토대로 이론적으로 해석되고 최적설계 되었으며 이러한 이론적인 관계식은 본 논문에 수록되어 있다. 다파장-전반사계를 이용한 실험은 두 부분으로 나눌 수 있다. 하나는 순수한 물질의 픽셀 정보로 부터 다파장-전반사계의 시스템 보정 상수값을 찾는 것이며, 다른 하나는 이러한 정보로 부터 혼합물의 특정 혼합비에서의 파장별 픽셀정보의 변화를 측정하는 것이다. 각각의 실험들은 아세톤, 부탄올, 싸이클로핵산의 세가지 물질에 대해서 특정한 혼합비로 혼합한 혼합물질에 대해 수행되었으며 결과적으로 구성 체적 성분비 이론적인 값과 최대 2.6% 차이가 있음을 확인 하였다.