청소년을 위한 교양 화학: IR 분광법

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 07월 05일 출간

작품소개

책소개

적외선 분광법은 분자가 적외선을 흡수할 때 나타나는 고유한 진동 패턴을 분석하여 물질의 정체를 밝혀내는 화학 분석 기술입니다. 19세기 윌리엄 허셜이 태양빛 너머에서 보이지 않는 열을 발견한 순간부터 시작된 이 기술은 오늘날 의학, 환경, 식품, 재료과학 등 거의 모든 분야에서 없어서는 안 될 도구가 되었습니다. 물 한 방울에서 미세한 불순물을 찾아내고, 혈액 한 방울로 질병을 진단하며, 우주에서 생명체의 흔적을 탐지하는 일까지 가능하게 만든 것이 바로 적외선 분광법입니다. 보이지 않는 빛이 들려주는 분자들의 이야기를 통해 우리는 세상을 이해하는 새로운 눈을 갖게 됩니다.

분자들이 춤추듯 진동하는 모습을 파악하기 위해 과학자들은 오랜 시간 도전해왔습니다. 초기 분산형 분광기의 한계를 극복하기 위해 등장한 푸리에 변환 적외선 분광법은 마이켈슨 간섭계와 수학적 변환을 결합하여 분석 속도와 정확도를 혁신적으로 향상시켰습니다. 고체에서는 KBr 펠릿을 만들고, 액체에서는 특수한 창재료를 사용하며, 기체에서는 긴 경로를 확보하는 등 시료 상태에 따른 정교한 준비 과정이 필요합니다. 최근에는 ATR 기법의 도입으로 복잡한 전처리 없이도 간편하게 측정할 수 있게 되었고, 현미경과의 결합으로 미세한 영역까지 분석하는 것이 가능해졌습니다.

적외선 분광법의 응용 범위는 놀라울 정도로 광범위합니다. 의료진은 환자의 혈액이나 조직에서 질병의 신호를 찾아내고, 환경 과학자들은 대기 중 온실가스 농도를 실시간으로 모니터링합니다. 식품 업계에서는 원료의 품질을 확인하고 유해한 첨가물을 검출하며, 고고학자들은 수천 년 된 유물의 성분을 밝혀내어 역사의 비밀을 풀어냅니다. 석유 화학 산업에서는 원유의 성분 분석부터 플라스틱의 품질 관리까지, 신소재 개발에서는 나노 입자의 표면 특성 연구까지 활용됩니다. 심지어 우주 탐사선에 탑재되어 외계 행성의 대기 성분을 분석하고 생명체 존재 가능성을 탐구하는 도구로도 사용되고 있습니다.

인공지능과 기계학습 기술의 발전으로 적외선 분광법은 더욱 강력한 분석 도구로 진화하고 있습니다. 휴대용 장비의 등장으로 실험실을 벗어나 현장에서 즉시 분석하는 것이 가능해졌고, 양자 기술을 활용한 초고감도 검출기 개발로 극미량 물질까지 검출할 수 있게 되었습니다. 개인 맞춤 의료 시대에는 실시간 생체 분석을 통해 질병을 예방하고 치료 효과를 모니터링하는 기술로 발전할 것입니다. 이 책은 복잡해 보이는 분광학의 원리부터 최신 응용 기술까지를 중학생도 이해할 수 있도록 체계적으로 정리했습니다. 과학에 관심 있는 청소년이라면 이 책을 통해 현대 화학 분석의 핵심 기술을 이해하고 미래 과학자로서의 꿈을 키울 수 있을 것입니다.

목차

1. 빛과 분자의 만남
2. 분자의 춤추는 움직임
3. IR 분광법의 탄생 이야기
4. IR 스펙트럼 읽는 법
5. 분산형 IR 분광기의 원리
6. 푸리에 변환의 혁명
7. 시료 준비의 기술
8. 물 분자의 특별한 신호
9. 탄화수소의 지문
10. 산소 화합물의 세계
11. 질소 화합물의 신호
12. 황과 인 화합물 분석
13. 할로겐 화합물의 특징
14. 금속 화합물과 배위 결합
15. 중수소와 동위원소 효과
16. 온도와 압력의 영향
17. 시간 분해 IR 분광법
18. 현미경과 IR의 결합
19. ATR 기법의 혁신
20. 라만 분광법과의 비교
21. 생체 분자의 IR 분석
22. 환경 모니터링의 도구
23. 식품과 농업 분야 응용
24. 신소재와 나노기술
25. IR 분광법의 미래

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.