가. 광원

원자 흡수 현상은 원자마다 고유한 파장의 복사선을 원자에 쬐어 줄  때 일어나지만 원자 흡수선의 폭이 대단히 좁기 때문에 광원으로부터 방출되는 에너지를 원자들이 완전히 흡수하기 위해서는 Uv-Vis의 수소 램프와 같은 넓은 폭(5 Å 정도)의 스펙트럼은 방출하는 연속 광원을 사용할 수 없고, 각 원자마다 뜰뜨기에 알맞은 좁은 복사선, 즉 공명선을 방출하는 특수한 장치의 광원이 필요하다. AAS에서는 주로 저압 음극 방전 장치로 된 속 빈 음극램프(hollow cathode lamp, HCL)를 광원으로 사용한다.

속 빈 음극램프

HCL은 분석하고자 하는 원소의 순수한 금속이나 합금을 음극으로 하고, 낮은 압력(약 1~10mmHg)의 아르곤 또는 네온과 같은 불활성 기체를 채워 놓은 관이다. HCL의 양극에 높은 전압을 걸어 주어 기체를 방전, 이온화시키고, 이 때 생기는 불활성 기체의 양이온으로 음극을 때리게 하면 음극 표면의 금속 원나가 음극 표면으로부터 떨어져 나오면서 원자 구름을 만든다 (sputtering). 퉁겨 나온 원자는 불활성 기체와 충돌하여 그 원자의 고유한 공명 흡수선을 방출한다.

양극 사이에 흘려주는 전류의 세기는 100 ~ 200V에서 5 ~10mA가 가장 적당하며, 충전 기체의 선택은 음극 물질에 따라 달라진다. 즉 Fe나 Ni와 같이 휘발성이 큰 금속은 강한 Ne의 방출선이 이들 원소의 방출선과 겹치므로 Ne는 오히려 부적당하다. 일반적으로 Ne나 He보다 Ar를 주로 사용하는 데 이것은 Ar의 이온화 전압이 낮고 질량이 큰 관계로 음극 물질의 튕김을 크게 하기 때문이다. 충전 기체의 압력이 커지면 이온선(ionic line)의 세기도 따라서 커지므로 이를 줄이기 위하여 3mmHg 정도의 낮은 압력이 적당하다.

HCL은 사용 횟수가 증가함에 따라 음극 물질이 소실되고 충전 기체의 압력이 감소하므로 자연히 소멸되어 재생되지 않는다. HCL의 수명은 음극 물질의 종류에 따라 따르며 걸어 주는 전류량이 비례하는 데 보통 약 100mA에서 1,000시간 정도 사용할 수 있다. 또 HCL를 사용하지 않고 방치해도 그 수명이 단축된다. 이는 램프 내의 비활성 기체가 음극 물질 표면을 덛게 되어 음극 물질의 활성을 감소시키기 때문이다. 따라서 램프를 주기적으로 활설화시킬 필요가 있다.

음극 물질로 되어 있는 HCL를 단일 원소등이라 하는데 가격이 비싸고 각 원소를 분석할 때마다 해당 원소의 램프로 갈아 끼워야 한다. 이러한 불편함 때문에 공명 흡수선이 서로 겹치지 않는 3 ~ 4개 원소들의 합금을 음극 물질로 한 다중 원소등이 몇 가지 제작되어 이용되고 있다. 그러나 사용하기는 편리하지만 단일원소등에 비하여 감도가 낮다.

또 HCL의 방출선 강도를 증가시키기 위해서 전자를 쉽게 방출할 수 있는 물질을 입힌 보조 음극을 가진 강한 밝기등을 사용하면 낮은 전압에서도 많은 전자가 생성되어 방출선의 세기는 보통 등보다 10 ~ 100배 가량 증가되므로 감도도 좋아진다. 한편, As, Se, Te 등과 같이 비교적 휘발성이 큰 원소등은 안전하며 수명이 긴 속 빈 음극등을 만들기가 곤란하다. 현재 이들 원소의 HCL도 상품화되어 있지만 주로 전극없는 방전등(electrodeless discharge lamp, EDL)을 광원으로 사용한다. EDL은 적은 양의 순수한 금속이나 요오드화물을 넣은 실리카제 진공관을 낮은 압력의 불활성 기체와 함께 라디오 주파수의 코일이 감긴 공동에 넣고  주파수 코일에 27MHz의 주파수가 발생하므로 전력을 걸어서 이를 유도 방전시킨다. 이 때, 안정되고 고른 출력을 얻기 위해서는 측정하기 전에 미리 약 30분 이상 작동을 해 주어야 한다. EDL은 속 빈 음극등에 비하여 수명이 훨씬 더 길며, Na, K, Cs, Rb 등에서는 20배 이상의 방출선 세기를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.