[2025년 EBS 수능특강 독서(2026학년도 수능 대비)] 과학지문 수능 예상편!
안녕하세요! 수능 독서 과학 지문이 어렵게 느껴지는 분들 많으시죠?
오늘은 그중에서도 특히 복잡한 개념으로 꼽히는 ‘질량 분석기’와 ‘4중 극자 질량 필터’에 대해
누구나 쉽게 이해할 수 있도록 꼼꼼하게 분석해 드릴게요.
이 글을 통해 개념은 물론, 출제 포인트까지 깔끔하게 정리하고 가세요!
수능 출제 유력! 과학기술 지문, 지금 완벽하게 대비하세요. 🔍
📋 목차
질량 분석기의 원리와 발전
질량 분석기는 이온화된 원자나 입자의 질량 대 전하량 비(m/z)를 측정하는 장치입니다.
초기에는 전기장과 자기장을 이용해 이온의 궤적을 조절했지만, 균일한 자기장을 만드는 데 한계가 있어 질량 분해능이 낮았습니다.
이를 개선하기 위해 파울은 2개의 양 전극과 음 전극을 번갈아 배치하여 자기장을 배제한 장치를 고안했고,
이 방식은 안정성과 분해능이 뛰어나 유기 화합물 구조 분석 등에 널리 사용됩니다.
| 기존 방식 | 파울의 방식 |
|---|---|
| 전기장+자기장 사용 | 전기장만 사용 |
| 자기장 균일성 유지 어려움 | 안정적인 전기장 구성 가능 |
| 분해능 낮음 | 분해능 높음 |
4중 극자 질량 필터의 구조 ⚙️
4중 극자 질량 필터는 같은 간격으로 평행하게 배치된 4개의 금속 막대로 구성되어 있습니다.
가로축 막대에는 U + V(t), 세로축 막대에는 -(U + V(t))의 전압이 걸립니다.
여기서 U는 직류(DC), V(t)는 교류(AC) 전압으로, 이 전압은 이온의 궤적에 직접적인 영향을 미칩니다.
이온 발생기에서 생성된 이온은 이 금속 막대 사이의 축 방향을 따라 이동하게 됩니다.
| 구성 요소 | 설명 |
|---|---|
| 금속 막대 4개 | 정사각형 모양으로 평행 배치 |
| 가로축 전압 | U + V(t) |
| 세로축 전압 | -(U + V(t)) |
작동 원리와 이온의 궤적 분석 🔍
중심축에 정확히 위치한 양이온은 모든 전극에서 동일한 전기력을 받아 안정하게 이동합니다.
가로 방향(양의 직류 전압)에서는 중심축에서 벗어나면 복원력이 작용해 이온이 중심으로 돌아오고,
세로 방향(음의 직류 전압)에서는 벗어나면 더 멀어지게 되는 불안정한 평형이 형성됩니다.
여기에 교류 전압이 추가되면 이온의 질량에 따라 반응이 달라집니다.
가벼운 이온은 큰 진폭으로 진동하며 전극에 부딪히는 반면,
무거운 이온은 안정적으로 중심축을 따라 필터를 통과할 수 있게 됩니다.
가벼운 이온 vs 무거운 이온 필터링 🧲
4중 극자 질량 필터는 전압의 효과에 따라 이온을 질량 대 전하량 비(m/z)에 따라 선별합니다.
이 필터는 가로 방향 필터와 세로 방향 필터의 역할이 다릅니다.
| 전극 방향 | 작용 방식 | 통과 이온 |
|---|---|---|
| 가로 방향 | 가벼운 이온은 교류 전압에 의해 진폭 커져 충돌 | 무거운 양이온 |
| 세로 방향 | 무거운 이온은 불안정해져 충돌 | 가벼운 양이온 |
여기에 음이온이 투입될 경우에는 필터 역할이 반대로 작용하게 되며,
교류 전압 대 직류 전압의 비율을 조절하여 특정 m/z의 이온만 선택적으로 검출할 수 있습니다.
지문 속 출제 포인트 완벽 정리 🎯
✅ 전압의 종류: 직류와 교류의 의미, 역할 이해 필수
✅ 이온의 반응 차이: 질량 대 전하량 비에 따른 궤적 변화
✅ 가로 vs 세로 전극의 역할: 복잡하지만 가장 중요한 부분
✅ 이온 필터링 조건: 특정 m/z만 필터 통과하는 원리 숙지
✅ 음이온 vs 양이온: 전압 작용 방향이 바뀜 → 출제 포인트!
지문 핵심 요약 및 꿀팁 정리 📚
💎 핵심 포인트:
4중 극자 질량 필터는 전압의 조절을 통해 원하는 질량의 이온만을 선택적으로 통과시키는 장치입니다.
직류 전압은 평형점을 조절하고, 교류 전압은 진동을 유도해 이온을 분리합니다.
가로 전극은 무거운 이온을, 세로 전극은 가벼운 이온을 통과시키며, 이온의 유형에 따라 반응이 달라지는 점이 출제 포인트입니다.
수능 대비를 위한 FAQ 모음 ❓
Q1. '질량 대 전하량 비'란 무엇인가요?
이온의 질량을 그 이온이 띤 전하의 양으로 나눈 값을 의미해요. 단위는 일반적으로 m/z로 쓰이며, 질량 분석에서는 이 비율이 특정한 이온을 식별하는 기준이 됩니다.
Q2. 왜 직류 전압과 교류 전압을 동시에 사용하는 건가요?
직류 전압은 이온을 중심축 쪽으로 복원시키거나 밀어내는 힘을 만들고,
교류 전압은 이온의 진동을 유도해서 특정 질량만 통과하도록 필터링하는 역할을 해요.
Q3. 가벼운 이온과 무거운 이온은 왜 다르게 반응하나요?
가벼운 이온은 교류 전압에 민감하게 반응해서 궤적이 쉽게 흔들려 전극에 부딪히기 쉽고,
무거운 이온은 진동이 작아 상대적으로 안정적으로 필터를 통과할 수 있어요.
마무리 인사와 함께하는 개념 복습 💬
여기까지 잘 따라오셨나요? 😊
과학기술 지문 중에서도 난도가 높은 ‘4중 극자 질량 분석기’ 내용을 이렇게 차근차근 정리해보니 훨씬 이해가 잘 되셨을 거예요.
이 글을 반복해서 읽고, 표와 요약 부분은 특히 복습용으로 자주 활용해 주세요.
그리고 꼭! 질문으로 출제될 포인트들을 중심으로 개념을 내면화하는 것, 잊지 마세요.
앞으로도 EBS 지문 분석은 외솔과 함께 하세요!
내용 태그: 수능국어, 과학지문, 질량분석기, 4중극자, EBS독서
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