실험실습 방법

세명대학교 자원환경공학과 환경지질 및 응용지구화학실험실 자료임.

1. Neutralization Potential의 측정

1.1 원리

  • 탄산염을 포함하는 염을 산으로 중화함

  • 시료의 CaCO3 함량을 NaOH로 적정하여 소모되지 않은 산의 양을 측정함

    1.2. 설명 : fizz-test를 통하여 산의 양을 조절

    1.3. 준비물

  • 이산화탄소가 없는 증류수 (필요하면 가열하여 이산화탄소를 제거)

  • 0.1N HCl : 염산원액 8.58ml에 증류수를 넣어 1L로 제조

  • 0.5N HCl : 염산원액 42.9ml에 증류수를 넣어 1L로 제조

  • 0.1N NaOH : NaOH 4.0g을 증류수로 녹여 최종용액 1L로 제조

  • 0.5N NaOH : NaOH 20.0g을 증류수로 녹여 최종용액 1L로 제조

  • 1:3 염산 : 염산원액 250ml + 증류수 750ml

  • 기기 : 250ml용 플라스크, 100ml용 뷰렛 2개 (산, 염기용), Hotplate, pH meter, 저울

    1.4. 방법

  • -60mesh 시료 0.5g을 알루미늄 호일 또는 유리판에 두고 1:3 염산 1-3방울 떨어뜨림

  • CaCO3가 존재하면 소리를 내면서 반응 -> 반응정도를 관찰

    무반응: 0.1N HCl 20ml

    약간반응: 0.1N HCl 40ml

    중간반응: 0.5N HCl 40ml

    격렬한 반응: 0.5N HCl 80ml

  • 2.0g의 시료를 플라스크에 넣고 ?번의 fizz test 결과에 따라 염산을 첨가한다

  • 반응이 완료될 때 까지 끓인다 (5분간격으로 흔들어준다)

    반응이 완료되면 가스의 방출이 없으며 바닥에 입자가 깔림

  • 증류수를 채워 125ml가 되도록 한다

  • 1분간 더 끓인 후 상온보다 약간 높은 온도에서 랩으로 입구를 싼 후 상온에 방치

  • 0.1N NaOH 또는 0.5N NaOH로 pH가 7.0이 되도록 적정한다

    (이때 ?에서 사용한 염산의 노르말농도와 동일한 NaOH 농도를 사용해야 한다)

  • 만일 첨가된 NaOH가 3ml 이하에서 pH가 7.0이 되면 적은량의 HCl의 첨가된것임

    (중복시료를 만들어 반응성에 맞거나 더 많은량의 염산을 첨가할 것)

  • 각각에 대한 공시료를 첨거할 것 (? -> ? -> ? -> ?)

  • 와 같은 염산을 첨가 -> 물로 채워 125ml로 제조 -> 1분간 끓여서 적정

    1.5. 계산

  • 상수 C = ml acid in blank / ml base in blank

  • ml acid consumed = ml acid added - ml base added X C

  • tons CaCO3 equivalent/1000tons of materials = ml of acid consumed X 25 X N of acid

    2. Lime requirement의 측정

    2.1. Ca(OH)2 적정을 이용한 방법

    1) 원리

  • 토양에 Ca(OH)2를 첨가하면 먼저 토양수를 중화시키고 토양입자를 중화시킨다

  • 보통 1000톤의 물질에 대해 1톤의 분쇄된 석회암으로 중화시키는 양(pH = 6.5)은 5ml의 0.04N Ca(OH)2의 양과 동일하므로 이를 이용하여 측정함

  • 4일간 평형을 유지시킴

  • pH = 6.5일 때 석회석의 필요양을 측정함

    2) 설명

  • Ca(OH)2에는 이산화탄소가 없어야 한다

  • 4일이 소요되지만 석회석요구량을 측정하는데 효과적임

    3) 준비물

  • Ca(OH)2 0.04N : 1.5g의 Ca(OH)2를 넣고 증류수로 1L를 만듦 -> filtering 할 것

  • 표준완충용액 pH 4, 7

  • 클로로포름(CHCl3)

  • 250ml 삼각플라스크

  • 0.1g까지 측정할 수 있는 저울

  • pH meter

    4) 방법

  • -60mesh (250?m)로 체질한 시료를 10g을 7개의 플라스크에 넣는다

  • 1톤석회암/1000톤물질과 동등한 0.04N Ca(OH)2 5ml를 1/2, 1, 2, 3, 4, 5, 6톤의 양에 맞게 넣는다. 즉 0.04N Ca(OH)2를 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30ml씩 넣는다

  • 증류수로 채워 100ml를 만든다

  • 유기물활동을 억제하기 위해 클로로포름 3방울을 넣고 4일간 방치한다 (가끔 흔듦)

  • 완충용액을 이용하여 pH meter를 표준화한다

  • 삼각플라스크에 들어있는 용액의 pH를 측정한다

    5) 계산

  • X축은 용액의 pH를 Y축은 7개 용액의 석회석요구량(1톤/1000톤)을 도시한다

  • pH가 6.5일 때, Y축의 lime requirement를 결정한다 (회귀식을 이용)

    2.2. 5분간 끓여서 측정

    1) 원리

  • 토양에 Ca(OH)2를 첨가하면 먼저 토양수를 중화시키고 토양입자를 중화시킨다

  • 보통 1000톤의 물질에 대해 1톤의 분쇄된 석회암으로 중화시키는 양(pH = 6.5)은 5ml의 0.04N Ca(OH)2의 양과 동일하므로 이를 이용하여 측정함

  • 5분간 끓여서 반응을 빨리 진행시킴 -> 시간 절약

  • pH = 6.5일 때 해당되는 석회석의 필요양을 측정함

    2) 설명 : 5분간 끓이므로 1시간 안에 처리 가능함

    3) 준비물

  • Ca(OH)2 0.04N : 1.5g의 Ca(OH)2를 넣고 증류수로 1L를 만듦 -> filtering 할 것

  • 표준완충용액 pH 4, 7, hot plate, 온도계, 250ml 삼각플라스크, 0.1g까지 측정할 수 있는 저울, pH meter

    4) 방법

  • -60mesh (250?m)로 체질한 시료를 10g을 7개의 플라스크에 넣는다

  • 1톤석회암/1000톤물질과 동등한 0.04N Ca(OH)2 5ml를 1/2, 1, 2, 3, 4, 5, 6톤의 양에 맞게 넣는다. 즉 0.04N Ca(OH)2를 2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 30ml씩 넣는다

  • 증류수 50ml를 넣는다

  • hot plate에서 5분간 끓인다 (가끔 흔들어 준다)

  • 상온 (25℃)으로 냉각시킨다

  • 완충용액을 이용하여 pH meter를 표준화한다

  • 삼각플라스크에 들어있는 용액의 pH를 측정한다

    5) 계산

  • X축은 용액의 pH를 Y축은 7개 용액의 석회석요구량(1톤/1000톤)을 도시한다

  • pH가 6.5일 때, Y축의 lime requirement를 결정한다 (회귀식을 이용)

    2.3. Woodruff 완충용액을 이용한 방법

    1) 원리

  • p-nitrophenol에 의해 완충된 Ca(CH3COO)2 2H2O를 사용

  • pH 7인 완충용액을 물질에 첨가하여 한시간 방치한 후, pH를 측정

  • 필요한 석회석의 양은 완충용액의 pH에 관계된다

  • 용액으로부터 Ca이온이 포화되고 수소이온이 용액으로 들어가면서 pH가 낮아진다

    2) 설명

  • 다양한 교환능력을 가진 물질의 석회석요구량을 빠르게 측정할 수 있다

  • Woodruff 완충용액은 완충작용이 강해서 낮은 산도의 물질에는 적합하지 않다

    3) 준비물

  • p-nitrophenol (NO2C6H4OH)

  • calcium acetate (Ca(CH3COO)2 2H2O)

  • magnesium oxide (MgO), heavy, powder

  • pH 완충용액 4, 7

  • Woodruff 완충용액, stock solution : 80g p-nitrophenol (NO2C6H4OH), 400g calcium acetate (Ca(CH3COO)2 2H2O), 6.2g MgO를 넣고 증류수를 채워 10L를 만듦

  • 완충용액을 12시간 흔듦 -> filtering 한 후 HCl/MgO를 이용하여 pH 7.0으로 만듦

  • Woodruff 완충용액을 희석한 것 : 20ml의 완충용액 + 10ml의 증류수

  • 기구 : 10L 유리병, 수평진동기 (6.3cm 진동, 120rpm), 종이컵, 자동피펫

    교반기, pH meter, 0.01g까지 측정할 수 있는 저울

    4) 방법

  • -60mesh (250?m)로 체질한 시료를 5g을 종이컵에 넣는다

  • 5ml의 증류수를 넣고 섞은 후 1시간 동안 방치한다 (간혹 흔들어준다)

  • pH 4, 7 완충용액으로 pH meter를 표준화한다

  • 종이컵에 담긴 용액의 pH를 측정한다 (pH가 6.5이상이면 석회석의 요구량이 없다)

  • 5ml의 Woodruff stock solution을 넣는다

  • 30분간 섞어준다

  • 희석된 Woodruff 완충용액을 넣어 pH가 7이 되도록 조절한다

  • 컵에 들어있는 용액의 pH를 측정한다

    5) 계산 단위 : (tons pulverized limestone / 1000 tons of materials)

  • pH depression = 7.0 - (buffered pH reading)

  • lime requirement = 0.5 X pH depression

    2.4. S.M.P. 완충용액을 이용한 lime requirement 측정

    1) 원리 : S.M.P. 완충용액을 첨가한 후 pH를 측정하여 표를 이용하여 측정

    2) 설명

  • S.M.P. 완충용액은 석회석 2톤/ 1000톤의 물질에 가장 잘 맞는다

  • pH 5.8 이하이고 유기물 함량이 10% 이하인 토양에 적합하다

  • pH의 측정범위가 0.1단위인 기기를 사용 (0.1단위당 0.5 - 0.9톤/1000톤의 차이)

  • 이 방법을 사용하기 위해서는 수산기, 알루미늄수산기와 간섭현상을 배제

    3) 준비물

  • pH 4, 7 완충용액

  • SMP 완충용액 : 1.8g p-nitrophenol + 2.5ml triethanolamine(C6H15NO3) + 3g potassium chromate(K2CrO4) + 2.0g calcium acetate + 53.1g calcium chloride(CaCl2) 2H2O) -> 증류수로 채워 1L 만듦

  • 이 용액을 filtering하고 2.54X30.5cm drierite cylinder, 2.54X30.5cm ascarite cylinder 그리고 이들의 조합인 실린더로 공기를 계속 주입

  • 50ml 종이컵? 10ml 용량의 피펫

  • 수평진동기(진폭 6.3cm, 250prm)? pH meter? 저울

    4) 방법

  • -60mesh (250?m)로 체질한 시료를 5g을 종이컵에 넣는다

  • 5ml의 증류수를 넣고 5초동안 섞는다

  • 10분간 방치한 후 pH를 잰다

  • 10ml의 SMP 완충용액을 넣는다 (토양의 pH는 6.5 이하이어야 한다)

  • 10분간 진동(250rpm)한다 (또는 저어준다)

  • 30분간 방치한 후 용액의 pH를 측정한다

    pH

    lime requirement

    pH

    lime requirement

    pH

    lime requirement

    6.9

    0.3

    5.9

    5.9

    4.9

    14.7

    6.8

    1.0

    5.8

    8.1

    4.8

    15.5

    6.7

    1.8

    5.7

    8.9

     

     

    6.6

    2.4

    5.6

    9.6

     

     

    6.5

    3.1

    5.5

    10.4

     

     

    6.4

    3.9

    5.4

    11.1

     

     

    6.3

    4.6

    5.3

    11.7

     

     

    6.2

    5.3

    5.2

    12.5

     

     

    6.1

    6.1

    5.1

    13.2

     

     

    6.0

    6.0

    5.0

    14.0

     

     

    3. Paste pH의 측정

    3.1 원리

    토양 : 물 = 2 : 1의 비율로 토양의 pH를 측정

    3.2 설명

    pH측정에 영향을 주는 인자 6가지

  • 토양의 건조, 토양 : 물의 비율, 용해염의 농도, 계절에 따른 CO2의 함량, 토양의 입도, pH 전극의 효율

    3.3 주의

  • pH가 9이상인 경우 가능한 전극을 빨리 제거

  • 측정한 후 전극을 세척

  • pH가 높은 시료의 경우, 측정 후 묽은 염산(1:3)에 수초동안 담근 이후 사용

  • 전극이 완전 건조되는 것을 막자

  • 표준용액 (pH = 4, 7, 10 등)을 사용한 후 다시 원래 용액에 섞지 말자

    3.4. 준비물

    표준완충용액 (pH = 4, 7), 증류수, pH meter, 종이컵 (30ml 용량), 플라스틱 컵, 유리막대, washing bottle containing distilled water, 저울(0.1g 까지)

    3.5 방법

  • pH meter를 켜고 두 개의 플라스틱 용기에 pH 4, 7용 완충용액을 담는다

  • pH 7짜리 완충용액으로 보정

  • 전극을 세척하고 pH 4짜리 완충용액으로 보정

  • -60mesh (250?m)로 체질한 건조시료 10g을 종이컵에 넣는다

  • 종이컵에 증류수 5ml를 넣는다 : 강제로 섞지 말고 그대로 둔다

  • 필요한 경우에는 약간의 물을 더 넣어 반죽이 되도록 한다

  • pH meter로 pH값을 읽는다

    3.6 참고문헌

    Sobek, A. A. et al., 1978, Field and laboratory methods applicable to overburdens and minesoils, EPA-600/2-78-054, USEPA

    4. 과산화수소수를 이용한 total sulfur의 측정

    4.1. 원리

  • 황화철을 함유한 물질은 산소, 물과 반응하여 yellowboy 현상과 황산을 만든다

  • 이 반응은 매우 천천히 발생하지만 과산화수소수를 이용하면 빨리 진행이 된다

  • 반응식 : 황철석 + 산소 + 물 -> yellowboy + 황산

    4FeS2 + 15O2 + 14H2O -> 4Fe(OH)3 + 8H2SO4

    4.2 설명(주의)

  • 황철석의 산화에 과산화수소수의 효과는 탁월함

  • 탄산염을 함유한 시료는 방법의 ? - ? 까지의 단계를 통해 산으로 추출해야한다

  • 유기물이 많은 경우 방법 ?에서 완전히 유기물을 제거 해야 한다

  • 과산화수소수는 30%짜리를 사용한다

    4.3 준비물

  • 질산은, silver nitrate (AgNO3) 10% : 10.0g AgNO3에 증류수로 채워 100ml만듦

  • 염산, hydrochloric acid (HCl) 2 : 3 용액 : 400ml 염산 + 600ml 증류수

  • 과산화수소수, hydrogen peroxide 30%

  • 수산화나트륨, sodium hydroxide (NaOH) 1.0N : 40.0g NaOH 넣고 증류수로 1L만듦

  • 0.01N NaOH : 0.4g NaOH 넣고 증류수로 1L만듦 또는 1.0N NaOH를 100배 희석

  • 장비 : 깔대기, Hot plate, 온도계, 300ml 비이커 (원통형), 저울, 여과지, 25ml 비이커(눈금이 있는 것), 뷰렛 (50ml), pH meter

    4.4. 방법

  • 깔대기위에 여과지를 깔고 -60mesh(250?m) 시료 2.0g을 넣는다

  • 2:3 염산 200ml를 붓고 탄산염, 황산염 등을 추출한다

  • 추출이 완료되면 증류수로 시료를 세척하여 염소를 제거한다

    (10% 질산은용액을 세방울 정도 떨어뜨려 백색침전이 생기면 염소가 존재함)

  • filter와 시료를 건조시킨다 (overnight or 50℃ 건조기 이용)

  • filter에서 건조된 시료를 제거하여 300ml 비이커에 담는다

  • 30% H2O2 24ml를 넣고 약 40℃까지 가열한다

  • 비이커를 냉각시키면서 반응이 계속되도록 한다 (커품이 없어질 때 까지)

    ※ 각 배치마다 3개의 공시료(blank)를 첨가하여 동일한 방법으로 처리한다

    ※ 0.1% 이상의 황을 함유한 시료에서는 격렬한 반응이 일어난다

  • H2O2 12ml를 더 넣고 반응이 완료되면 90-95℃까지 가열한다 (완전건조시키지 말것)

  • 벽부분의 시료를 증류수로 세척하여 용액의 부피가 100ml가 되도록 한다

  • 이산화탄소를 제거하기 위하여 약간 가열한 후 냉각시킨다

  • 0.01N NaOH를 이용하여 pH가 7이 될 때까지 적정한다

    4.5 계산

  • meq H+/100g = (ml of NaOH) X (N of NaOH) X (100g/weight of sample)

  • % S = 0.0185 (meq H+/100g) - 0.0806

  • % S를 이용하여 CaCO3로 변환하기 위해 31.25를 곱한다(톤CaCO3/1000톤물질)

    5. 물의 경도측정

    5.1 정의와 의의

    경도라 함은 물속에 용해되어 있는 Ca2+, Mg2+ 등의 2가 양이온 금속이온에 의하여 발생하며 이에 대응하는 CaCO3 (PPm) 으로 환산 표시한 값으로 물의 세기를 나타낸다

    <경도를 유발한 주요 양 음이온>

    양이온

    음이온

    Ca2+, Mg2+, Sr2+, Fe2+, Mn2+

    HCO3-, SO42-, Cℓ-, NO3-, SiO32-

    <경도의 분류>

    mg/ℓ

    경도(DEGREE OF HARDNESS)

    0~75

    76~150

    150~300

    300 이상

    단물 (soft)

    약한센물 (moderately hard)

    센물 (hard)

    대단히 센물 (Very hard)

    물이 센물이 되면 물의 이용에 다음과 같은 문제점을 발생시킨다.

    ① 센물은 세탁효과를 저하시킨다. 센물속의 이온들이 비누와 먼저 결합 반응하여 세척효과를 떨어뜨리며, 비누의 거품을 만드는데 다량의 비누가 소비된다.

    ② 보일러, 온수관등의 설비에 물때(scale)를 만들어 각종 장치의 장애를 일으키며 열효율을 떨어 뜨린다.

    ③ 위생적인 면에서 경도가 높은 물을 마실때는 설사, 복통을 유발시킨다.

    5.2. 측정원리

    Ca2+, Mg2+ 에 EBT 지시약을 넣어 착염을 형성 시키면 포도주색으로 변한다. 여기에 0.01M의 EDTA를 적정시키면 Ca2+, Mg2+ 와 결합해서 청색을 나타내게 된다.

    Ca2+, Mg2+ + EBT → Ca2+ ~ EBT + EDTA

    Mg2+ ~ EBT

    EBT + Mg2+(Ca2+) EDTA

    5.3. 필요한 시약

    ① EBT 시액 : 에리오크롬 블랙 T 0.5g과 염산 히드록 실아민 45g을 에탄올에 녹여 100㎖로 한다.

    ② EDTA 용액 (0.01M) : 에칠렌 디아민 4초산 2나트륨(2수염)을 80℃에서 5시간 건 조하고, 데시게이터에서 식힌다음 3.722g을 증류수에 녹여 1ℓ로 한후 갈색병에 넣어 보존한다. (이 용액 1㎖는 탄산칼슘으로서 1㎎을 함유하는 양에 상당한다.)

    5.4. 필요한 기구 및 장비

    ① 삼각 플라스크 (50㎖ 이상) ② 뷰렛, 스탠드, 클램프 ③ 피펫

    5.5. 실험절차

    ① 물 50㎖를 삼각 플라스크에 넣는다.

    ② EDTA 0.01M을 만든다. → 2.92g을 증류수에 넣어 1ℓ로 한다.

    ③ EBT 시액 수방울을 지시약으로 하여 EDTA 용액 (0.01M)으로 검액이 적자색으 로부터 청색이 될때까지 적정한다.

    ④ 이때에 소비된 EDTA 용액 (0.01M)의㎖수(a)로 부터 다음식에 따라 검수에 함유된 탄산칼슘의 양으로서 경도(㎎/ℓ)를 측정한다.

    << 경도(㎎/ℓ) = (a-1) * 1000/검수(㎖) >>

    5.6. 자료의 계산

    경도(㎎/ℓ) = (a-1) * 1000/검수(㎖)

    ● 수돗물 1차 결과

    경도 = (7.0-1) * 1000/50 = 120

    ● 수돗물 2차 결과

    경도 = (6.9-1) * 1000/50 = 118

    ● 1, 2차 평균값 : 119 ㎎/ℓ

    <조별 EDTA 적정량(수돗물)>

    구 분

    1차(㎖)

    2차(㎖)

    1조

    2조

    3조

    4조

    7.7

    5.6

    7.0

    6.1

    7.9

    5.5

    6.9

    6.2

    5.7. Review

    센물은센물은 주로 표토층이 두텁고 석회암층이 존재하는 곳 즉, 지하수가 해당되고, 단물 은 표토층이 얇고 석회암층이 거의없는 지표수에 해당된다. 위 실험에서 보면 경도가 평균 119㎎/ℓ로 나타 났으므로 약한센물(moderately hard) 에 해당된다. 지하수 실험결과는 오차가 생겨 경도가 매우 낮게 나타났는데, 이는 물 속에 탄산염이 포함되어 있어, 이것이 염기성으로 되면 탄산염의 침전을 만들어 방해 하는 수도 있기 때문에 오차가 생겼다고 생각된다. 해결방법은 미리 산을 가하여 분 해한후 실험을 해야 할 것 같다. 주로 표토층이 두텁고 석회암층이 존재하는 곳 즉, 지하수가 해당되고, 단물 은 표토층이 얇고 석회암층이 거의없는 지표수에 해당된다. 위 실험에서 보면 경도가 평균 119㎎/ℓ로 나타 났으므로 약한센물(moderately hard) 에 해당된다. 지하수 실험결과는 오차가 생겨 경도가 매우 낮게 나타났는데, 이는 물 속에 탄산염이 포함되어 있어, 이것이 염기성으로 되면 탄산염의 침전을 만들어 방해 하는 수도 있기 때문에 오차가 생겼다고 생각된다. 해결방법은 미리 산을 가하여 분 해한후 실험을 해야 할 것 같다.

    분해 방법은 시안화 칼륨 시액 수방울, 염화 마그네슘 용액 1㎖ 및 암모니아 완충용 액 2㎖를 넣으면 된다. 만일, 위 문제가 아니라면 검수를 잘못 채취했거나, 운반, 보관 상 문제가 생겼을 것이다.

    5.8. 참고

    1) 실험실에서 사용되는 물

    물은 여러 등급의 정제가 필요시 되는 절차에 이용되어질때, 실험실에서 필요로 한다.

    물의 정제 설명 : 전기적 흐름이 있는 용액을 전기 전도성이 있다고 한다. 그리고 그 전기적 흐름은 용액의 이온에 의해 옮겨진다. 이 전기전도성은 특별한 전도력 이라고도 불리운다. 그리고 이 전도력은 지멘/Cm 의 단위로 측정한다. 여기에 상반되는 저항은 옴/Cm로 측정한다. 이 특성은 물의 순도를 열거하는데 이용된다. 1 마이크로 지멘스는 지멘스의 일백만분의 일이다. 저항의 측정은 휘트스톤 브리지(전기저항 측정기), 전도성 전지, 반응없는 지시약의 이용에 요구된다. 교류의 흐름은 전기적 극성을 피하기 위해 정상적으로 이용된다.

    빗물은 O2, N2, CO2 등의 개스와 산화물이나 질소등이 녹아있기 때문에 절대적으로 순수한 물은 아니다. 빗물이 땅이나 도시의 저수지에 떨어질때 미네랄이나 다른 녹는 원소들이 빗물에 녹는다. 결과적으로 표면물은 Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe3+와 같은 양성이온과 CO32-, HCO3-, SO42-, NO3-, Cℓ-과 같은 음성이온을 포함한다. 빗물은 적당히 처리한후 자주 수도물로 사용된다.

    물의 순도에 특별한 처리가 이용되고, 이런 가공처리의 능률로 대개의 수도물에 무기물, 미생물 등이 녹아 포함되고 야채와 식물의 유기화합물과 특정 물질이 녹아있다.

    이 관 물에는 실험진행과 분해의 값을 이용할 수 없는 이런 불순물들이 충분히 많이 포함된다. 이것을 또한 센물이라 한다. 센물은 Ca2+, Mg2+, Fe2+를 약간 포함한다. 이런 미네랄은 불용성의 응유(우유를 응고시킨것)와 비누같은 형태로 재반응한다. 이런 센물은 쉽게 거품이 일어나지 않는다. 단물은 약간의 미네랄을 포함하며 거품이 잘 일고 실험실에서 이용하기에 필요하다.

    2) 센물을 단물로 바꾸기

    일시적 센물 : 어떤 물은 칼슘이나 마그네슘의 +,- 중탄산염 이온을 포함하기 때문에 일시적으로 센물이다. 이런 중탄산염(HCO3) 열에 의해 간단히 움직일수 있고 여과기로 제거 하여 불용성 탄산염을 녹는 중탄산염으로 변화시킨다. 일시적인 센물은 끓임으로 서 단물로 변화 시킬수 있다.

    영구적인 센물 : 물이 칼슘이나 마그네슘 이온의 황산이나 염화물을 포함하고 있을때 영구적 센물 이고 많은 실험실에서 실험하는데 부적당하다. 센물은 여러가지 방법에 의해 단물 로 바꿔야 한다. 처음 구성에서 녹는 칼슘, 마그네슘, 염화철 등의 불순물을 변하 게 하기위해 적당히 여과하여 센물에 첨가한다. 대부분의 물의 단물화 원인은 다음과 같다.

    붕산 나트륨 (Na2B4O7) 수산화 암모늄 (NH4OH)

    탄산 나트륨 (Na2CO3) 수산화 나트륨 (NaOH)

    수산화 칼륨 (KOH) 인산 나트륨 (Na3PO4)

    수산화 칼슘(Ca(OH)2), 탄산 나트륨(Na2CO3)

    합성이온 변화 : 단물은 특별한 합성에 센물을 통과 시킴으로 얻을수 있다. 이런 합성은 센 칼슘, 마그네슘, 철이온이 물에 의해 부드러운 나트륨 이온과 교환된다. 그 합성에 의해 나트륨 이온과 칼슘이온이 교환하여 물이 단물와 될 것이다. 하여튼 모든 나트륨 이온이 교환되어 이 변화에 더이상 효과가 없을때 이 합성은 다 되었다고 말할 수 있고 나트륨 이온을 또 넣어야만 한다. 다시 진행이 되면 그 합성에서 나트륨 이온은 대치되고 칼슘이온은 버려진다. 이런 방법에 의해 얻어진 물을 이온이 제거된 물이라 한다.

    3) 역삼투압에 의한 물의 정제

    정화가 된 높은 질의 물은 역 삼투압 방식으로 얻을수 있다. 그것에 의해 녹아 있는 고체는 얇은 반투성 막을 통과할 때의 압력차에 의해 물로부터 분리된다. 이 반투성 막은 물은 흐를수 있으나 불용성 이온이나 분자, 고체는 통과하지 못한다. 이 압력차 에 의해 물은 그 막을 통과해 나가고 불용성 부분들은 뒤에 남는다. 이것으로 물의 실험 등급을 만든다.

    4) 증류수

    증류에 의해 정제된 물을 증류수라 한다. 전기적 으로나 스팀에 의해 데워진 물은 정제되지 않은 물을 증류할 때보다 높은 등급의 정제된 물이 된다. 정제되지 않은 휘발성을 분출할때 높은 순도의 증류수는 마이크로 지멘스/Cm 보다도 더적은 특 별한 전도력을 가진다. 불용성 소금의 약 0.5PPm과 일치한다. 위에 언급된것에 의 해, 이 특성은 물의 특별한 정격에 이용된다.

    5) 물의 광물질 제거하기

    실험실에서 물에 존재하는 나트륨 이온은 바람직하지 않거나 허용되지 않는다. 물에 서 모든 무기물 이온은 자유로워야 한다. 광물질 제거는 물에서 미네랄 이온들을 움 직이는데 이용된다. 광물질 제거에는 합성된 여러 층들이 포함되고, 카트리지 안에 포 장되어 있다. 물은 이 방법에 의해 미네랄 양 이온과 음 이온이 자유로와진다.

    6) 경 고

    광물질 제거는 물에서 유기물질이나 비전해질을 움직일 수 없다. 그들은 증류에 의해 서만 움직일수 있다. 모든 경우에 증류된 물을 광물질이 제거된 물로 대신 할 수 없다.

    7) 시약 - 등급물

    높은 순도의 시약-등급 물은 부분적 관점에서 이용할 수 있다. 이것은 3번 증류된 물 보다 순수하다. 이 물은 무기물, 유기물, 정지된 미립자, 박테리아를 녹이는데 굉장히 중요하다고 할 수 있다. 이런 물질들은 원자를 흡수하여 광도 측정, 색층분석, 조직배 양을 하는 분석적인 진행에서 방해하거나 불리한 영향을 줄 수 있다. 물을 증류하고 이온을 제거하고 역 삼투압 등으로 불용성 유기물질이 움직여 탄소 카트리지를 통과 하고 다른 불용성 무기물질이 2개의 이온을 제거한 카트리지를 통과하고 미 유기물과 지름이 0.22마이크로 미터 보다 큰 미립자가 필터막을 통과 할때 시약-등급 물은 위 의 방법으로 미리 처리된 물에서 얻을 수 있다.

    6. 화학적 산소 요구량 (COD) 측정

    1. 정의와 의의

    하천 물이나 하수도 물 속의 유기물 함량의 지표의 하나로서, 물속의 환원성 유기물 을 일정한 산화조건으로 반응시켜, 그것에 요하는 산화제의 양을 당량산소량으로 환 산하여 나타낸것. 보통 산화제로서 과망간산칼륨을, 산화조건으로는 산성, 100℃, 30min 값을 씀. 측정이 쉬우므로 해역이나 호소의 환경기준 등에 널리 쓰이고 있으나, 유기물의 종류에 따라 산화분해의 정도가 다르고, 또 무기성인 환원물질도 측정에 걸 리므로, COD값을 나타내는 내용은 명확하지 않음. 그러나 수질검사에는 중요 항목으 로서 널리 쓰이고 있음.

    다른 실험 방법

    ※ K2Cr2O7 법

    원리 : K2Cr2O7 은 산성용액 중 다음식에 따라 반응하여 강한 산화력을 나타낸다.

    Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

    산성으로 한 시료액에 일정량의 K2Cr2O7 을 가하여 일정조건으로 한 시료액 중의 피산화성물질을 산화한다. 이후 남아있는 Cr2O72- 를 산화철(II) 암모니움으로 적정 하고 시료액 중 피산화물질과 반응한 Cr2O72- 의 양을 구한다.

    6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

    실험방법

    1) 시료액 적당량을 피펫으로 300㎖의 바닥이 둥근 플라스크, 또는 삼각 플라스크 에 취한다. 증류수를 가하여 전량을 50㎖로 한다.

    2) HgSO4 0.4g과 H2SO4 5㎖를 가하여 잘 혼합한다.

    3) 0.025N K2Cr2O7 표준용액 25㎖를 피펫을 사용하여 다시 H2SO4 70㎖를 가하여 혼합한다.

    4) Ag2SO4 1g을 가하여 잘 혼합한후 비등석을 넣는다.

    5) 환류 냉각기를 플라스크에 연결하여 2시간 끓인다.

    6) 플라스크를 냉각 한 후 약 25㎖의 증류수로 냉각기를 세척하고 냉각기를 떼어 내어 플라스크 중의 액을 500㎖ 삼각 플라스크에 옮겨 플라스크를 3~4회 씻는다.

    7) 증류수를 가하여 전량 약 350㎖로 희석하고 냉각후 지시약으로서 1,10-phenant hrorine철(II)용액 2 ~ 3 drops를 가하고 과잉의 Cr2O72- 을 0.025N FeSO4(NH4) 2SO4 용액으로 적정한다. 청록색에서 청자색으로 변하는 점을 종말점으로 한다.

    8) 시료액 대신 증류수 50㎖를 사용하여 대조실험에 의한 역적정값을 구한다.

    2. 측정원리

    KMnO4는 산성용액으로서 다음식과 같이 반응하여 강한 산화력을 나타낸다.

    MnO4- + 8H+ +5e → Mn2+ + 4H2O

    산성으로 한 시료액에 일정량의 KMnO4 를 가하여 일정조건으로 하여 시료액 중의 피산화성 물질을 산화한다. 이 후 일정과잉량의 수산나트륨을 가하여 미반응의 MnO4 을 분해한다.

    2MnO4 + 5C2O42- + 16H+ → 2Mn2+ +10CO2 + 8H20

    이어 과잉의 C2O42-을 KMnO4 표준 용액으로 적정하여 계산에 의하면 시료액 중에 함유한 피산화성 물질과 반응한 MnO4-의 양을 구한다. 염화물 이온의 방해는 질산을 을 가하여 억제한다.

    3. 필요한 시약

    ① 0.025N 수산 나트륨 표준용액 : Na2C2O4 150 ~ 200℃로 40~60분간 건조하여 데시 케이타에 방냉 한 후 1,675g을 정량한다. 이것을 증류수에 용해하여 volumetric flask에서 11로 한다.

    ② 0.025N 과망간산 칼륨 표준용액 : KMnO4 0.8g을 증류수 11에 용해하여 이것을 끓이고 있는 수욕상에서 그시간이상 가열하여 1일정도 방치후 유리여과기로 여과 하여 갈색병에 보존한다.

    이 용액은 대략 0.025N으로서 다음과 같이 표정한다. 증류수 100㎖를 300㎖의 삼 각플라스크에 H2SO4 (1+2) 10㎖를 가하여 이어서 pipette으로 0.025N Na2C2O4 표 준용액 10㎖를 가하여 60 ~ 80℃로 가온한다. 0.025N KMnO4 표준용액으로 적정 한다. 용 액이 무색에서 약간의 담홍색으로 되는 점을 종말점(end point)으로 한다.

    ③ 황산 (1+2)

    ④ 질산은 용액

    4. 필요한 기구 및 장비

    ① 50㎖ burette

    ② 5㎖, 10㎖ pipette

    ③ 300㎖ 삼각 플라스크

    ④ 수욕

    5. 시료채취

  • 채취장소 : 폐수 처리장

  • 채취시간 : 26일 오전 10시

    6. 실험절차

    ① 시료 100㎖ (검수2㎖ + 증류수98㎖)를 삼각 플라스크에 취하여 질산은 용액1g, 황 산(1+2) 10㎖를 가한다.

    ② 0.025N KMnO4 표준용액을 뷰렛을 사용하여 적정한다.

    ③ 즉시 수욕중에서 30분간 가열한다. (100℃)

    ④ 수욕중에서 꺼내어서 0.025N 수산 나트륨(Na2C2O4)표준용액 10㎖를 가하여 잘 혼합한다. (60 ~ 80℃)

    ⑤ 0.025N KMnO4 표준용액으로 적정하여 용액이 무색에서 분홍색으로 되는 점을 종말점으로 한다.

    7. 자료의 계산

    1000 COD(mg/ℓ) = (b-a) * f * ----- * 0.2 V

  • b : KMnO4 소비량

  • a : 표준용액의 양

  • V : 시료량

    ※ 실험 결과

    COD = (3.5 - 1.9) * 1 * 1000/100 * 0.2 * 50(희석배수) = 160㎎/ℓ

    구 분

    COD(㎎/ℓ)

    1조

    440

    2조

    360

    3조

    306.67

    4조

    160

    5조

    267.5

    8. 결과 및 토의

    COD가 160mg/ℓ으로 나왔는데, 실험 과정에서 오차로 인해 너무 낮게 나왔다고 볼 수 있다. 그 요인으로는 산화제의 농도, 산농도, 피산화물질의 농도, 반응시간등이 중 요하다. 이들의 조건을 될 수 있는 한 일정하게 유지하여야 한다. 또 질산은 황산은 을 첨가하면 반응속도가 크게되어 산화율이 크게 되므로 염화물 이온의 방해는 문제 가 되지 않는다.

    실험조 중 360mg/ℓ가 가장 가깝게 나왔다.

    7. 해수중의 염소이온의 정량

    1. 정의와 의의

    해수중의 Cℓ- 의 농도를 구하는 실험으로, 염분의 량도 산출할 수 있다.

    방법으로는 질산은 적정법(모르법)과 전기 전도도법이 있다.

    2. 측정원리 (Principle)

    시료중의 염소이온과 질산은액 중의 은이온이 정량적으로 반응해서 황적색에서 주황색으로 변하게 되는 점을 종말점으로하여 소요된 AgNO3 측정후 염소이온 농도 산출

    3. 필요한 시약

    ① O.1N AgNO3 표준용액

    제조방법 : 질산은액 (1N)을 물로 10배 희석한다. 즉 AgNO3(169.87) 17g을 갈색 플라스크에 넣어 물에 용해시켜 1,000㎖ 로 한다.

    ② 우라닌 지시약 1㎖

    4. 필요한 기구 및 장비

    ① 메스 클라스크 (200㎖) 1

    ② 삼각 플라스크 (500㎖) 2

    ③ 뷰렛 (50㎖) 1

    ④ 피펫 (10㎖) 1

    5. 실험방법 (Procedure)

    ① 기구 및 시약을 준비한다.

    ② 바닷물을 피펫으로 50㎖를 재어 메스플라스크안에 넣고 증류수 200㎖를 넣는다.

    ③ 희석된 바닷물 10㎖를 삼각플라스크에 넣고 다시 증류수 200㎖를 넣는다.

    ④ AgNO3 1.7g에 증류수 100㎖ 되게 부어 0.1N AgNO3 표준용액을 만든다.

    ⑤ 50㎖ 뷰렛에 0.1N AgNO3 표준용액을 채운다

    ⑥ 바닷물이 들어있는 삼각 풀라스케에 우라닌 지시약을 1㎖ 섞어 뷰렛하단에 설치

    ⑦ 뷰렛 콕크를 열어 적정한다.

    6. 결 과 (Data)

    3.545 * f * 0.1NAgNO3 * 1000

    Cℓ- (mg/ℓ)= --------------------------------

    ㎖ 시료

  • 3.545 : Cℓ-의 분자량(35.45)에서 0.1N이면 3.545g 이다.

  • f : 0.1N 질산은 액의 역가

  • 0.1N AgNO3 : 시료의 적정에 소비된 0.1N 질산은 액 (㎖)

    ① 1차 실험결과

    - AgNO3 11.5㎖ 소요

    3.545 * 1 * 11.5 * 1000

    - Cℓ- = ----------------------- = 20383.75 mg/ℓ = 20.38 g/ℓ

    50*10/250

    ② 2차 실험결과

    - AgNO3 12㎖ 소요

    3.545 * 1 * 12 * 1000

    - Cℓ- = ----------------------- = 21270 mg/ℓ = 21.27 g/ℓ

    50*10/250

    ③ 조별 AgNO3 적정량 및 염소이온 농도

    조|회수

    1회

    2회

    Cℓ-(g/ℓ)

    비고

    1조

    15.1

    10.9

    23.04

     

    2조

    11.9

    16.6

    25.25

     

    3조

    11.5

    12

    21.05

     

    4조

    12.1

    13.5

    22.68

     

    ④ 실험 실패원인 : AgNO3 의 부정확한 적정. AgNO3 적정시 황적색에서 주황색으로 변하게 되는 점에서 적정을 멈춰야 한다.

    ⑤ 다른 방법으로는 전기 전도도법이 있다.

    ※ 전기 전도도법

    가. 측정원리

    해수중의 염분과 염소이온 농도는 일정한 비율로 되어있다. 따라서 염분농도를 측정하여 해수중의 염소이온량을 환산하는 것이 가능하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 해수중의 염분농도에 비례하여 변하는 전기전도도를 측정하여 염분농도로부터 직접 염소이온의 량을 환산 측정하는 방법이다.

    전기전도도는 PH와 온도에 따라 달라지므로 보정하여야 한다.

    나. 기구 및 기기

    염분측정기 (정밀도 : ±0.01%)

    다. 측정방법

    염분측정기의 전극을 미리 물로 잘 씻은 다음 전원을 넣어 5분이상 경과한 후에 쓴다. 전극은 물로 잘 씻고 묻어있는 물은 여지등으로 가볍게 닦아낸다. 온도 보상용 꼭지가 있는 것은 온도를 단계별 농도로 조제한 해수표준액의 온도와 같게 맞추고 단계별 해수표준액의 염분도를 측정하여 해수표준액의 농도와 염분도와의 검량선을 작성한 다음 시료의 염분도를 측정하고 검량선으로부터 시료중의 염분의 농도를 구한다.

    7. Review

    해수중의 Cℓ- 의 정량을 측정 함으로써 염분의 농도도 측정할 수 있다.

    평균적으로 전체 해수의 Cℓ- 은 18.980 g/ℓ이다. 따라서 염분의 농도는 33.49%가 된다. (염소이온 농도에 의한 염분 농도의 환산표 참고)

    위에서 실험한 결과를 보면 Cℓ- 은 평균 21.05 g/ℓ이며, 염분의 농도로 환산하면 37.05%가 되는 것이다. 이는 평균해수의 염분보다 훨씬 높음을 알 수 있다.

    8. 완충용액 (Buffer solution) 제조

    1. 정의와 의의

    완충작용이 큰 용액을 완충용액 이라하며, 아세트산-아세트산염, 염화수소산-시트르 산나트륨 등, 일반적으로 약한 산이나 약한 염기와 그 염 등을 적당히 혼합함으로써, 여러 가지 pH값에 있어서의 완충용액을 만들 수 있음. 시료 등의 pH를 일정하게 유 지하기 위하여 첨가할 때 쓰이고, 또 pH 측정 때 비교 표준액으로서 씀.

    2. 측정원리

    용액에 산이나 염기를 가할때 일어나는 수소이온 농도의 변화를 작게 하는 작용에 쓰임.

    KH2PO4에 NaOH 를 넣어 PH=7로 만든다. NaOH 용액에 Na2B4O7 10H2O 용액을 넣어 PH=7로 만든다.

    3. 필요한 시약

    ① 0.1M의 KH2PO4 50㎖

    → KH2PO4 은136.09g이 1M 이므로 0.1M 이면 13.609g에 증류수를 부어 1ℓ가 되게한다. 또는 6.8045g에 증류수를 채워 500㎖가 되게하면 된다.

    ② 0.1M NaOH용액 47.4㎖

    → NaOH 40g이 1M 이므로 0.1M 이면 4g에 1ℓ되게 붓던가, 2g에 500㎖가 되도 록 증류수를 넣으면 된다.

    ③ 0.025M Na2B4O7 10H2O 50㎖

    4. 필요한 기구 및 장비

    ① 피펫 3개 ② 메스 플라스크 ③ 비이커 ④ 둥근 플라스크 ⑤ 전자저울 ⑥ 삼각 플라스크 ⑦ pH 메타

    5. 실험절차

    <pH = 7>

    ① 0.1M의 KH2PO4 (136.09g) 용액 50㎖에 0.1M의 NaOH 용액 29.1㎖를 넣는다.

    <pH = 10>

    ② 0.1M NaOH 용액 18.3g을 0.025M Na2B4O7 10H2O 용액 50㎖에 넣는다.

    ③ pH메타에 넣어 측정한다.

    6. 자료의 계산

    구분

    PH=7

    PH=10

    1조

    6.85

     

    2조

     

    9.56

    3조

     

    9.72

    4조

    6.90

     

    7. REVIEW

    PH=7 과 PH=10을 측정 했는데 정확한 값을 얻지는 못했다. PH는 미세한 산, 염기 의 변화에도 PH가 정확하지 않게 나오기 때문에 용액을 잴때 전자저울로 정확히 재 어야만 만들고자 하는 완충용액을 얻을수 있을 것이다.

    약한 산(또는 약한염기)과 그들의 혼합용액은 완충작용이 크다는 것을 알 수 있다.

    9. 수중의 용존산소 측정

    1. 정의와 의의

    용존산소는 수중에 용해되어 있는 산소를 말하며 BOD 측정의 바탕이 된다.

    그러므로 가정하수와 산업폐수의 오염세기(Pollutional strength)를 평가하는데 이용되 는 중요한 측정항목이다.

    측정 방법으로는 Winkler법과 요오드 적정법(iodometry) , 격막 전극법이 있다.

    요오드 적정법은 요오드를 표준 티오황산 나트륨으로 적정하여 측정하고 용존산소의 농도로 환산한다.

    2. 측정원리

    황산망간과 알칼리성 요오드 칼륨용액을 넣을때 생기는 수산화 제 일 망간이 시료중 의 용존산소에 의하여 산화되어 제 이 망간으로 되고, 황산 산성에서 용존산소량에 대응하는 요오드를 유리한다. 유리한 요오드를 티오황산 나트륨으로 적정하여 용존산소의 양을 정량한다.

    Mn2+ + OH- → Mn(OH2)↓ (갈색)

    2Mn(OH2) + ½O2 + H2O → 2Mn(OH)3↓

    2Mn(OH)3 + 2I- + 6H+ → 2Mn2+ + I2 + H2O

    I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6 (무색)

    3. 필요한 시약

  • 티오황산 나트륨 (sodium thiosulfate, Na2S2O3) 0.025N

    - 제조방법 : 분자량의 1/40, 즉 6.5g을 취하여 1ℓ의 용액을 만든다.

  • 황산망간 1㎖

  • 알칼리성 요오드화 칼륨 - 아지드화 나트륨 1㎖

  • 황산 2㎖

  • 전분용액 1㎖

    4. 필요한 기구 및 장비

  • 300㎖ 용존산소 측정볍 (BOD병) 2개

  • 고무관 또는 폴리 에틸렌관

  • 500㎖ 삼각플라스크 1개

  • 스탠드, 클램프, 뷰렛

    5. 시료채취 및 보관

  • 채취장소 : 남대천 잠수교 부근

    대부분의 시료의 용존산소 농도는 포화농도 이하일 것이므로, 공기중에 노출이 되면 측정결과에 오차가 생기게 된다. 그러므로 특수한 시료 채취 기구가 필요하다. 시료 채취 후에는 곧 "고정(fix)" 시킨다. 보존시는 0.7㎖의 진한 황산과 0.02g의 아지드화 나트륨(sodium azid)에 알칼리 요오드 시약(alkaliiodide reagent) 3㎖를 가한후 어두 운 곳에 얼음과 함께 보관한다.

    6. 전처리

  • 시료가 착색, 현탁된 경우

    시료를 마개있는 1ℓ 유리병에 기울여서 기포가 생기지 않도록 조심하면서 가득 채우고, 칼륨명반용액 10㎖와 암모니아수 1-2㎖를 유리병의 위로부터 넣고 공기가 들어가지 않도록 주의하면서 마개를 닫고 조용히 위 아래를 바꾸어 가면서 1분간 흔들어 섞고 10분간 정치하여 현탁물을 침강시킨다. 깨끗한 상등액을 고무관 또는 폴리에틸 렌관을 이용하여 사이펀 작용으로 300㎖ 용존산소 측정병의 아래로부터 침강된 응 집물이 들어가지 않도록 주의 하면서 조용히 가득 채운다.

    7. 실험절차

    ① 용존산소 측정병에 시료를 가득 채운다.

    ② 황산망간 1㎖와 알칼리성 요오드화 칼륨 1㎖를 넣어 마개를 닫고 조용히 위 아래를 바꾸어 가면서 약 1분간 흔들어 섞는다.

    ③ 황산 2㎖를 병목으로 부터 넣고 다시 섞는다.

    ④ 용액 200㎖를 취하여 삼각플라스크에 옮기고 전분용액을 지시약으로 하여 3~5방울을 넣는다.

    ⑤ 0.025N 티오황산 나트륨 용액 (Na2S2O3) 으로 무색이 될때까지 적정한다.

    8. 자료의 계산

    V1 1000

    용존산소 (㎎/ℓ) = a * f * ---- * ----- * 0.2

    V2 V1-R

    a : 적정에 소비된 0.025N - 티오황산 나트륨 용액 (㎖)

    f : 0.025N - 티오황산 나트륨 용액의 역가

    V1 : 전체의 시료량 (㎖)

    V2 : 적정에 사용한 시료량 (㎖)

    R : 황산 망간용액과 알칼리성 요오드화 칼륨-아지드화 나트륨 용액 첨가량 (㎖)

    0.2 : 1N = 8㎎, 0.025N = 0.2㎎

  • 1차 실험결과

    300㎖ 1000

    용존산소 (㎎/ℓ) = 13.4㎖ * 1 * ---- * --------- * 0.2 ㎎/ℓ = 8.993 ㎎/ℓ

    300㎖ 300㎖-2㎖

  • 2차 실험결과

    300㎖ 1000

    용존산소 (㎎/ℓ) = 7.8㎖ * 1 * ---- * --------- * 0.2 ㎎/ℓ = 7.85 ㎎/ℓ

    200㎖ 300㎖-2㎖

  • 1, 2차 실험 평균 : 8.42 ㎎/ℓ

    9. 결과 및 토의

    남대천 잠수교 부근의 용존산소는 8.4 ㎎/ℓ임을 알 수 있었다. 이는 0℃. 1atm 에서 담수의 14.6㎎/ℓ의 용존산소에 비해 현저히 작음을 알 수 있다.

    시료 채취일이 9월이라 수중의 온도는 그리 높지않아, 온도에 의해 용존산소가 적어 졌다고는 생각할 수 없다. 이는 생활폐수에 의해 하천이 오염되어 용존산소가 적어 졌음이 더 큰 요인일 것이다. 이에 속히 폐수를 정화처리하여 유출시키고, 가정에서 도 오염원이 될만한 것은 세심한 주의를 기울여, 하천의 자정능력을 되살려야 할 것이다.

    10. 인산염인(PO4-P) 측정

    1. 정의와 의의

    시험방법으로는 아스코르빈산 환원법과 염화제일 주석 환원법이 있다.

    아스코르빈산은 비타민 C와 동일한 물질로서, 항괴혈증작용을 가진다. 이것은 열에 약하며, 환원력이 센 물질로서, 산화환원 전위는 +0.127V이다.

    ※ 염화제일 주석 환원법의 시험방법

    여과한 시료 적당량을 정확히 취하여 50㎖ 용량플라스크에 넣고 물을 넣어 약 40 ㎖로 한다. 여기에 몰리브덴산암모늄용약 5㎖를 넣어 흔들어 섞고 염화제일주석 용액 (인 산염 시험용) 약 0.25㎖를 넣고 물을 넣어 표선을 채운 다음 다시 흔들어 섞고 20 -30℃에서 10분간 방치한 다음 이 용액의 일부를 층장 10mm 흡수셀에 옮겨 검액으 로 한다. 따로 물 40㎖를 취하여 시료의 시험방법에 따라 시험하여 바탕시험액으로 한다. 바탕시험액을 대조액으로 하여 690nm에서 검액의 흡광도를 측정하고 미리 작 성한 검량선으로부터 인산염인의 양을 구하여 농도를 산출한다.

    2. 측정원리 (Principle) (아스코르빈산 환원법)

    인산이온이 몰리브덴산(H2MoO4)과 반응하여 생성된 몰리브덴산인 암모늄을 아스코르빈산으로 환원하여 생성된 몰리브덴 청의 흡광도를 880nm에서 측정하여 인산염인 을 정량하는 방법이다. 이 방법은 염화물, 항산염등 다량의 염류를 함유하고 있는 시료에 적용할 수 있다. 정량범위는 0.002 - 0.05mg PO4-P이며, 표준편차는 10-2% 이다.

    3. 필요한 시약

    ① 몰리브덴산 암모늄 아스코르빈산 혼액 4㎖ : 모리브덴산암모늄 (4수화물) 6g과 주 석산안티몬 칼륨 0.24g을 물 약 300㎖에 녹이고 황산(2+1) 120㎖와 술퍼민산암모 늄 5 g을 넣어 녹인 다음 물을 넣어 500㎖로 하고 여기에 7.2% L-아스코르빈산 용액 100㎖를 넣어 섞는다.

    4. 필요한 기구 및 장비

    ① 광전광도계 또는 광전분광광도계

    ② 시험관

    ③ 피펫, 메스실린더

    ④ GF/C

    5. 실험방법 (Procedure)

    ① 여과(GF/C)한 시료 40㎖에 모리브덴산 아스코르빈산용액 4㎖와 증류수 6㎖를 넣는다.

    ② 흔들어 섞은후 20 - 40℃에서 15분간 방치

    ③ 880nm에서 흡광도 측정

    ④ 검량선 작성 (최소자승법 이용)

    농도 (ppm)

    a b s

    증류수

    0

    0.01

    0.006

    0.05

    0.021

    0.1

    0.04

    0.5

    0.305

    1

    0.587

    6. 결 과 (Data)

    abs = 0.041nm 이므로 검량선을 작성한 결과 농도는 0.11㎎/ℓ임을 알 수 있다.

    7. Review

    인산염인은 대개 분뇨, 생활하수, 공장폐수 및 비료 등의 유입으로 존재한다.

    따라서 남대천에는 생활하수로 부터 인산염인이 검출된 것으로 예상된다.

    인산염인은 주로 생체중의 인지질, 핵산, 뼈 등의 성분이 사멸후 분해용출된 것이 주 체이다. 수도수 중에도 인산염인이 검출되는데, 이는 급수용 방청제로 가한 인산염 이거나 세제중에 가한 폴리인산 등으로 존재하는 것이다. P와 N는 수역의 부영양화 의 원인이 되어 조류나 방선균의 발육으로 냄새가 나고 흐려진다.

    11. 질산성 질소

    1. 정의와 의의

    1) 이온크로마토 그래피법

    이온크로마토그래프를 이용하여 질산성질소를 정량하는 방법이다. 이 방법은 소량 의 시료로 정량이 가능하며 시험조작이 간편하고 재현성도 우수하다. 정량범위는 0.1mg NO3-N/l 이다.

    2) 부루신법 (상수에 이용)

    황산산성에서 질산이온이 부루신과 반응하여 생성된 황색화합물의 흡광도를 측정 하여 질산성질소를 정량하는 방법이다.

    정량범위는 0.001-0.01 mg NO3-N이며, 표준편차는 10-3% 이다.

    3) 자외선 흡광광도법 (상수에 이용)

    활성탄으로 유기물질을 흡착시키고, 산성으로 만들어 아질산염을 은폐시키고 자외 선으로 흡광도를 측정.

    4) 데발다합금 환원증류법 (하수에 이용)

    아질산성질소는 술퍼민산으로 분해제거하고 암모니아질소 및 일부 분해되기 쉬운 유기질소를 알칼리성에서 증류제거 한 다음 데발다합금으로 질산성질소를 암모니 아성질소로 환원하여 이를 암모니아성질소 시험방법에 따라 시험하고 질산성질소 의 농도로 환산하는 방법이다. 이 방법은 시료가 심하게 착색되어 있거나 방해물 질을 많이 함유한 폐하수등의 시료에 적용할 수 있다.

    2. 측정원리

    pH 12이상의 알칼리성에서 유기물질을 활성탄으로 흡착한 다음 혼합산성액으로 산성으로 하여 아질산염을 은폐시키고 질산성질소의 흡광도를 215nm에서 측정하 는 방법이다. 정량범위는 0.0005-0.1mg NO3-N이고, 표준편차율은 10-3%이다.

    3. 필요한 시약

  • 3.5% NaOH

  • AC 20㎎ (활성탄) : 유기물질에 의한 오차를 줄이기 위하여 사용

  • 혼합산성 용액 1㎖ : 황산(17+400)과 술퍼민산(HOSO2NH2 30g)과 혼합액으로 아 질산염을 은폐시키기 위해 가함.

    4. 필요한 기구 및 장비

  • 광전광도계 또는 광전분광광도계

  • 마개있는 시험관

  • 피폣

  • 흡인여과기 (0.45㎛ pore 직경 멤브레인 여지로 정착된 여과기)

    5. 시료채취 및 보관

  • 채취장소 : 남대천 잠수교

  • 시험에서 사용하는 물, 용액 및 표준용액의 조제에 사용하는 물은 증류수 또는 탈 염수를 사용하여야 한다. 다만 증류수 또는 탈염수 일지라도 24시간을 초과하여 사용할 수 없다.

    6. 실험절차

    ① 여과(GF/C) 시료 20㎖ + 3.5% NaOH 1㎖ + AC 20㎎(활성탄)을 넣고 20분간 급 격히 흔든다. (유기물질 제거) 그후 5분간 정체시킨다.

    ② 3.5% NaOH 를 대략 50㎖로 하여 GF/C를 씻는다.

    ③ 시료를 10㎖이상 여과시킨다.

    ④ 여과시료 10㎖ + 혼합산성용액 1㎖ 를 넣고 흔든다.

    ⑤ 215nm 흡광도 측정

    8. 자료의 계산

  • abs=1.337

  • 검량선에 의해 농도는 3.14mg/ℓ 가 나왔다.

    9. 결과 및 토의

    위 실험 1번에서 활성탄을 넣고 급격히 흔드는 이유는, 활성탄의 격막 전달계수를 크 게하여 용질을 빨리 흡착 시키기 위함이다. 만약 급격히 흔들지 않는다면 오랜 시간 이 걸릴것이다. 이렇게 용질을 흡착 시킴으로해서 유기물질에 의한 오차를 줄이는 것 이다.

    실험 4번에서 혼합 산성용액을 넣는 이유는 물속의 아질산성 질소를 은폐 시키기 위 함이다.

    실험결과 abs 값이 매우 높게 나타난 것은 아마 1번의 급격히 흔드는 과정이 부족했 기 때문에 유기물질이 물속에 남아있어 자외선 흡광광도계로 측정했을때, 높게 나타 났다고 볼 수 있다. 위 실험결과는 3.14ppm이 나왔는데, 이는 수중의 질산성 질소의 함량이 높다고 할 수 있다.

    12. 총 인 (T-P)

    1. 정의와 의의

    인은 H.Brand가 오줌에서 발견하였으며 천연으로는 홑소물질로서 발견되지 않고, 인 회석과 같은 인산염으로서 나온다. 금, 은, 구리, 납과 같은 금속의 염을 환원하여 금 속을 유리시키고, 어떤 것은 다시 인화물로 만든다. 총인의 측정방법으로는 흡광광도 법(아스코르빈산 환원법)이 있다.

    2. 측정원리 (Principle)

    시료중의 유기물을 산화 분해하여 모든 인 화합물을 인산염(PO4) 형태로 변화시킨 다음 인산염을 아스코르빈산환원 흡광광도법으로 정량하여 총인의 농도를 구하는 방 법이다. 정량범위는 0.001 - 0.025 mg P/㎖이며, 표준편차는 10-2% 이다.

    3. 필요한 시약

    ① 4% 과황산 칼륨 10㎖ (K2S2O8)

    ② 몰리브덴산 암모늄 아스코르빈산 혼액 2㎖ : 모리브덴산암모늄 (4수화물) 6g과 주 석산안티몬 칼륨 0.24g을 물 약 300㎖에 녹이고 황산(2+1) 120㎖와 술퍼민산암모 늄 5 g을 넣어 녹인 다음 물을 넣어 500㎖로 하고 여기에 7.2% L-아스코르빈산 용액 100㎖를 넣어 섞는다.

    4. 필요한 기구 및 장비

    ① 광전광도계 또는 광전분광광도계

    ② 고압증기 멸균기

    ③ 피펫, 메스실린더

    ④ 마개달린 분해병

    5. 전처리

    ① 과황산칼륨 분해

    시료 50㎖(인으로서 0.06mg 이하 함유)를 분해병에 넣고 과황산칼륨용액 10㎖를 넣어 마개를 닫고 섞은 다음 고압증기멸균기에 넣어 가열한다. 약 120℃가 될 때 부터 30분간 가열분해를 계속하고 분해병을 꺼내 방냉한다.

    ② 질산-황산 분해 (다량의 유기물을 함유한 시료)

    시료 50㎖(인으로서 0.06mg 이하 함유)를 킬달플라스크에 넣고 질산 2㎖를 넣어 액량이 약 10㎖가 될 때까지 서서히 가열 농축하고 방냉한다. 여기에 질산 2-5㎖ 와 황산 2㎖를 넣고 가열을 계속하여 황산의 백연이 격렬하게 발생 할 때까지 가열한다.

    만일 액의 색이 투명하지 않을 경우에는 방냉한 다음 질산 2-5㎖를 더 넣고 가 열 분해를 반복한다. 분해가 끝나면 물 약 30㎖를 넣고 약 10분간 조용히 가열하 여 가용성 염을 녹이고 방냉한다. 이 용액을 P-니트로페놀(0.1W/V%)을 지시액으 로 하여 수산화나트륨용액(20W/V%) 및 수산화 나트륨용액(4W/V%)을 넣어 액 의 색이 황색을 나타낼 때까지 중화한 다음 50㎖ 용량플라스크에 옮기고 물을 넣 어 표선까지 채운다.

    6. 실험방법 (Procedure)

    ① 전처리한 상등액 25㎖에 몰리브덴산 암모늄 아스코르빈산혼액 2㎖를 넣는다.

    ② 20 - 40℃에서 15분간 방치한다.

    ③ 880nm 에서 흡광도 측정(880nm에서 불가능 할시 710nm에서 측정)

    ④ 검량선 작성

    농도 (ppm)

    a b s

    증류수

    0

    0.01

    0.062

    0.05

    0.028

    0.1

    0.068

    0.5

    0.378

    1

    0.663

    7. 결 과 (Data)

    abs = 0.041nm이므로 검량선을 작성한 결과 인의양은 0.071㎎/ℓ임을 알 수 있다. 따라서 검량선에 의한 농도로 총인을 계산하면 총인(mg/ℓ) = 0.071 * 60/50 = 0.082mg/ℓ

    8. Review

    인의 공급원으로는 생물의 유해, 공장폐수 및 가정하수 등이다.

    호소에 있어서 총인의 양(㎎/ℓ)에대한 수질등급을 보면, Ⅰ급은 0.01이하, Ⅱ급은 0.03이하, Ⅲ급은 0.05이하, Ⅳ급은 0.1이하, Ⅴ급은 0.150이하이다.

    위 실험에 있어서는 총인이 0.082mg/ℓ이므로 수질등급은 Ⅳ급에 해당된다. 이는 이 용목적별로 보면 공업용수 2급, 농업용수에 적합한 수질이다.

    실험시 시액의 색이 청색을 띠게 되는데, 실험의 실수로 청색을 띠지 않은 조의 실험 결과는 오차가 생겼다. 이는 몰리브덴산암모늄 아스코르빈산용액이 발색제로서 청색 을 나타낸다. 그래서 흡광광도계로 시료의 인산염인을 정량하는 것이다.

    13. 총 질 소

    1. 정의와 의의

    용액의 색조 또는 그 색의 농도를 표준용액과 비교하여 물질을 정량하는 화학분석법 으로 색조를 비교할 때는 농도를 이미 알고 있는 각종 용액으로 만든 표준용액의 계 열을 만들어 놓고, 그 중에서 시료의 색조에 가장 가까운 것을 육안으로써 찾아내는 방법이 있고, 여기서는 광전비색계 또는 광전분광광도계를 써서 특정 파장 영역의 흡 광도를 측정하여 질소의 정량을 분석한다.

    다른방법

    ※ 카드늄 환원법

    1) 측정원리

    시료중 질소화합물을 알칼리성 과황산칼륨 존재하에 120℃에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음 질산이온을 다시 카드늄-구리환원 칼럼 을 통과시켜 아질산이온으로 환원시키고 아질산성질소의 양을 구하여 질소로 환산하는 방법이다.

    2) 시험방법

    전처리한 시료가 들어있는 분해병에 염산(1+11) 10㎖를 넣고 흔들어 섞은 다음 100㎖ 용량플라스크에 옮긴다. 분해병의 안쪽을 소량의 물로 수회 씻어서 용량 플라스크에 합하고 염화암모늄-암모니아 용액10㎖를 넣어 물로 표선을 채워서 환원용 시료액으로 한다.

    이 액 5㎖를 환원칼럼의 상부로 부터 매분당 약10㎖의 속도로 흘러보내 유출 액은 버리고 이 조작을 한번 더 반복한다. 다음에 환원용 시료액 약 80㎖를 위 와 같은 속도로 흘러보내 처음의 유출액 20㎖는 버리고 다음 유출액 50㎖를 수 기에 받아 측정용 시료로 한다. 측정용 시료 적당량을 취하여 아질산성 질소 측정방법으로 시험하고, 따로 물 50㎖를 취하여 시료의 시험방법에 따라 시험 하여 검액의 흡광도를 보정한 다음 미리 작성한 검량선으로 부터 환원용 시료 100㎖중의 총질소 양을 구하고 농도를 산출한다. (총질소 = a * 1000/V)

    2. 측정원리

    시료 중 질소화합물을 알칼리성 과황산칼륨의 존재하에 120℃에서 유기물과 함께 분 해하여 질산이온으로 산화시킨 다음 산성에서 자외부 흡광도를 측정하여 질소를 정 량하는 방법이다. 이 방법은 비교적 분해되기 쉬운 유기물을 함유하고 있거나 자외부 에서 흡광도를 나타내는 브롬이온이나 크롬을 함유하지 않는 시료에 적용된다. 정량 범위는 0.005-0.05㎎/N이며 표준편차는 3-10%이다.

    3. 필요한 시약

  • 알칼리성 과황산 칼륨

  • 황산(1+16) : 염산 30㎖에 물480㎖를 섞는다.

  • 염산(1+150) : 염산 3㎖에 물 450㎖를 섞는다.

    4. 필요한 기구 및 장비

  • 광전 광도계 또는 광전분광광도계 : 220nm에서 측정 가능한 것

  • 고압증기 멸균기 : 약 120℃에서 가열이 가능한 것

  • 분해병 : 용량 약 100㎖의 내압 내열의 마개있는 유리병 또는 테프론병

  • pippet

    5. 시료채취 및 보관

  • 채취장소 : 남대천

  • 시료의 보관 : 황산으로 pH2이하로 만든후 4℃에서 보관. 최대 보존기간은 28일이 고 권장 보존기간은 7일로 한다.

    6. 시료의 전처리

    ① 시료 50㎖(질소함량이 0.1㎎ 이상일 경우에는 희석)에 알칼리성 과황산 칼륨 10㎖ 를 넣어 마개를 닫고 흔들어 섞는다.

    ② 30분간 고압증기멸균기 에서 120℃로 가열한다.

    7. 실험절차

    ① 상등액 25㎖를 정확히 취하여 50㎖ 비이커 또는 비색관에 옮긴다.

    ② 여기에 염산(1+16) 5㎖를 넣어 pH2-3으로 한다.

    ③ 220nm에서 검액의 흡광도를 측정한다.

    ④ 미리 작성한 검량선으로 부터 질소의 양을 구하여 총질소식 으로부터 총질소 농 도를 산출한다.

    ※ 검량선 작성

    1) 각각의 희석된 표준용액 (NO3-N 100㎎/ℓ) 농도 0.1, 0.5, 1, 5를 25㎖씩 취한다.

    (0.1ppm:100/0.1=500/0.5, 0.5ppm:100/0.5=500/2.5, 1ppm:100/1=500/5, 5ppm:100/5=500/25)

    2) 여기에 염산(1+150) 5㎖를 넣은다음 흡광도를 측정한후 질소의 양과 흡광도와 의 관계선을 작성한다.

    8. 자료의 계산

  • 총질소(㎎ N/ℓ) = a * 60/25 * 1000/V

    a : 검량선으로 부터 구한 질소의 양(㎎)

    V : 전처리에 사용한 시료량(㎖)

    실험결과 abs=0.38 이므로, 농도는 검량선에 의해 2mg/ℓ 이다.

    a = 2mg/ℓ * 0.025ℓ = 0.05

    ※ 총질소 = 0.05 * 60/25 * 1000/50 = 2.4(mg N/ℓ)

    9. 결과 및 토의

    시료중 질산화합물을 이온으로 산화시킨후 광전광도계로써 흡광도를 측정하는데, 실 험도중 시료중의 부유물질이 떠올라 흡광도 값이 매우높게, 즉 농도가 높게 나왔다.

    따라서 이 방법외에 색조를 분석하는 방법도 해보면 좋을듯 싶다. 이것은 농도를 이 미 알고 있는 각종 용액으로 만든 표준용액의 계열을 만들어 놓고, 그 중에서 시료의 색조에 가장 가까운 것을 육안으로써 찾아내는 방법이다. 하지만 이것도 육안상 이기 때문에 오차가 있을수 있다.

    위 실험에서는 총질소량이 2.4mg/ℓ로 나왔는데, 이것은 수질오염 기준상 V급 이하 로 나왔다. 즉 폐수에 해당되는데, V급의 기준은 1.5이하이고, Ⅳ급은 1.0이하, Ⅲ급은 0.6이하, Ⅱ급은 0.4이하, Ⅰ급은 0.2이하이다.

    14. BOD(Biochemical Oxygen Demand) 계산

    1. 정의와 의의

    BOD는 폐수나 물의 유기물량을 표시하기 위하여 가장 많이 사용되는 지표로서, 이 것은 어떠한 유기물을 미생물에 의해서 호기성 상태에서 분해 안정화 시키는데 요구 되는 산소량을 나타낸 것이다.

    BOD 농도가 높다함은 수중에 유기물질이 다량함유되어 미생물이 이것을 분해 안정 화 하는데 많은양의 산소를 소모했다는 것이다. 보통 BOD는 관습적으로 20℃에서 5 일간 해당시료를 배양 했을때 소모된 산소량을 측정하는데 BOD5 라고 하며 통상 그 냥 BOD라고도 한다.

    2. 측정원리

    생물화학적 산소요구량(biochemical oxygen demand) 는 시료액 중에 존재하는 유기 물이 미생물에 의하여 호기적인 조건하에 분해, 안정화시키는 동안에 소비하는 산소 의 양을 말한다. 이것은 일정기간(일반적으로 5일간) 시료액을 일정온도(20℃)로 밀폐용기 중에 보존한 후의 용존산소의 감소량으로 나타낸다. 시료액 중의 용존산소량 이상의 산소를 소비하는 경우에는 시료액을 희석액으로 적당히 희석하여 산소의 소 비량을 구한다.

    3. 필요한 시약

  • 티오황산 나트륨 (sodium thiosulfate, Na2S2O3) 0.025N

    - 제조방법 : 분자량의 1/40, 즉 6.5g을 취하여 1ℓ의 용액을 만든다.

  • 황산망간 1㎖

  • 알칼리성 요오드화 칼륨 - 아지드화 나트륨 1㎖

  • 황산 2㎖

  • 전분용액 1㎖

    4. 필요한 기구 및 장비

  • 부란기 또는 항온수조 : 20±1℃에 조정되는 것, 희석시료액 중의 조류에 의한 탄 산 동화작용을 방해하기 때문에, 내부의 BOD병에 빛이 닿지 않도록 한다.

  • BOD병 : 정확하게 용량을 아는 100 ~ 300㎖ 불투명 유리병 마개의 하부를 경사 되게 잘라내는 등 마개를 할때 기포가 남지않게 수봉(水封)되는 구조이어야 한다.

  • 고무관 또는 폴리 에틸렌관

  • 500㎖ 삼각플라스크 1개

  • 스탠드, 클램프, 뷰렛

  • 희석용 유리원통 : 용량의 눈금이 부착된 것 11또는 21의 mess cylinder도 괜찮다.

  • 교반봉 : 선단이 왼판상 또는 큰 나선형인 것. 희석용 유리원통의 저부에 달 수 있는 것

    5. 시료채취 및 보관

  • 채취장소 : 남대천 잠수교

  • 시료보존 : BOD 실험은 시료채취 후 될 수 있는 데로 빨리 실시한다. 야외 조사 등으로 실험실로 운반하는 경우 얼음으로 채우는 등 될 수 있는데로 저온으로 보 존하고 실험실에서도 암소에 냉장한다.

    BOD 시험의 대상이 되는 폐기물의 종류는 미생물이 없는 산업폐수로 부터 미생물이 풍부한 가정하수에 이르기 까지 매우 다양하다.

    시료채취및 실험에 있어 철저히 제거되어야 할 사항들로는 (1) 독성물질이 없을 것 (2) 알맞은 pH와 삼투조건(omotic condition)이 유지될 것 (3) 이용 가능한 보조 영양 원소들이 존재할 것 (4) 표준온도를 유지할 것 (5) 토양 기원(soil origin)의 혼합생물 (mixed organism)의 충분한 개체군이 존재할 것 등이다.

    6. 시료의 전처리

    시료가 아래와 같은 경우는 필요에 따라 전처리를 한다.

    ① 잔류염소를 함유한 시료 : 미리 검수 100㎖ ~ 11에 아지드화 나트륨 0.1g과 요오 드화칼륨 1g을 가하여 혼합한 후 염산을 가하여 미산성으로 한다. 유리 된 요오 드를 전분용액을 지시약으로 하여 아황산 나트륨(N/40)로 청색이 없어질때까지 적정한다. 별도로 같은 양의 시료를 취하여 앞의 적정값으로 부터 구한 계산한 아황산 나트륨용액을 가하여 잔류염소를 환완한다.

    ② 용존산소 및 용존기체가 과포화로 있는 시료 : 겨울에 채취한 시료등 온도가 20℃ 이하일때는 20℃로 배양할 때는 용존산소나 용존기체가 과포하로 되기 쉽다. 또 한 녹조류가 많은 하천수나 호소에서는 배양중에 기포가 발생하거나 기체가 BO D병가에 퍼지는 경우가 있으므로 미리 온도를 약 20℃로 조절하여 폭기등의 방 법에 의해 용존산소 및 용존기체를 20℃포하량 근처로 감소시켜 둔다.

    ③ 독물을 함유하는 시료 : 동, 크롬, 수은, 비소등의 중금속 원소를 포함하는 시료는 정확한 값이 얻어지지 못하는 경우가 있다. 이와같은 경우에는 중금속에 잘 익숙 한 식종물질을 배양하여 두고 독물의 영향을 받지 않게하여 측정한다.

    7. 실험절차

    ① 두개 이상의 BOD병을 준비한다.

    ② 검수 150mg에 희석수(증류수) 150mg을 섞는다.

    ③ 하나의 BOD병의 시료를 15분 정도 지난후 DO를 측정한다.

    ④ 나머지는 20℃에서 5일 동안 배양한다.

    ⑤ 5일이 지난 후, 배양된 시료 속에 남아있는 용존산소의 양을 측정하고, 5일의 값 에서 0일의 값을 빼어 5일 BOD를 계산한다.

    8. 자료의 계산

    ※ BOD(mg/ℓ) = (D1-D2) * P

    P : 희석시료(㎖) / 시료수(㎖)

    ※ 실험결과

    D1 : Na2S2O3 : 13.6 mg/ℓ 적정

    DO = 13.6 * 1 * 300/300 * 1000/298 * 0.2 = 9.1275 ㎎/ℓ

    D2 : Na2S2O3 : 11 mg/ℓ 적정

    DO = 11 * 1 * 300/300 * 1000/298 * 0.2 = 7.3825 ㎎/ℓ

    P : 300 / 150 = 2

    BOD(㎎/ℓ) = (9.1275㎎/ℓ - 7.3825㎎/ℓ) * 2 = 3.49㎎/ℓ

    9. 결과 및 토의

    BOD가 3.49㎎/ℓ로 나왔는데, 실험 절차로 볼때 정확하지 않은 결과라 볼 수 있다.

    우선 시료의 강도를 모를 때에는 넓은 범위에 걸쳐 희석액들을 만들어야 하는데, 위 에서는 한가지 희석액만을 만들어 실험했다. 또한 5일 후의 BOD측정에 사용하는 시 료도 2개 이상은 해야 하는데, 1개 밖에 측정하지 않아 실험의 공정성을 기할수 없었다.

    실험도중 BOD병은 반드시 유기물질을 완전히 제거하기 위해 크롬산 용액(chromic a cid solution)이나 양질의 세제를 사용후 뜨거운 물로 씻어내야 한다. 보통은 수도물 로 네 번을 씻어내고 마지막으로 증류수나 탈염수로 씻어낸후 측정해야 하는데, 실제 실험에서 BOD병에는 세심한 주의를 갖지않아, 실험결과에 약간의 오차를 가져왔을 지도 모른다.

    결과에 의하면 해당 검수는 3등급에 해당하는 것으로써 공업용수로서 1급에 해당하 고, 상수원수로는 3급에 해당한다.

    15. 화학적 산소 요구량 (COD) 측정

    1. 정의와 의의

    하천 물이나 하수도 물 속의 유기물 함량의 지표의 하나로서, 물속의 환원성 유기물 을 일정한 산화조건으로 반응시켜, 그것에 요하는 산화제의 양을 당량산소량으로 환 산하여 나타낸것. 보통 산화제로서 과망간산칼륨을, 산화조건으로는 산성, 100℃, 30 min 값을 씀. 측정이 쉬우므로 해역이나 호소의 환경기준 등에 널리 쓰이고 있으나, 유기물의 종류에 따라 산화분해의 정도가 다르고, 또 무기성인 환원물질도 측정에 걸 리므로, COD값을 나타내는 내용은 명확하지 않음. 그러나 수질검사에는 중요 항목으 로서 널리 쓰이고 있음.

    다른 실험 방법

    ※ K2Cr2O7 법

    원리 : K2Cr2O7 은 산성용액 중 다음식에 따라 반응하여 강한 산화력을 나타낸다.

    Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

    산성으로 한 시료액에 일정량의 K2Cr2O7 을 가하여 일정조건으로 한 시료액 중의 피산화성물질을 산화한다. 이후 남아있는 Cr2O72- 를 산화철(II) 암모니움으로 적정 하고 시료액 중 피산화물질과 반응한 Cr2O72- 의 양을 구한다.

    6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

    실험방법

    1) 시료액 적당량을 피펫으로 300㎖의 바닥이 둥근 플라스크, 또는 삼각 플라스크 에 취한다. 증류수를 가하여 전량을 50㎖로 한다.

    2) HgSO4 0.4g과 H2SO4 5㎖를 가하여 잘 혼합한다.

    3) 0.025N K2Cr2O7 표준용액 25㎖를 피펫을 사용하여 다시 H2SO4 70㎖를 가하여 혼합한다.

    4) Ag2SO4 1g을 가하여 잘 혼합한후 비등석을 넣는다.

    5) 환류 냉각기를 플라스크에 연결하여 2시간 끓인다.

    6) 플라스크를 냉각 한 후 약 25㎖의 증류수로 냉각기를 세척하고 냉각기를 떼어 내어 플라스크 중의 액을 500㎖ 삼각 플라스크에 옮겨 플라스크를 3~4회 씻는다.

    7) 증류수를 가하여 전량 약 350㎖로 희석하고 냉각후 지시약으로서 1,10-phenant hrorine철(II)용액 2 ~ 3 drops를 가하고 과잉의 Cr2O72- 을 0.025N FeSO4(NH4) 2SO4 용액으로 적정한다. 청록색에서 청자색으로 변하는 점을 종말점으로 한다.

    8) 시료액 대신 증류수 50㎖를 사용하여 대조실험에 의한 역적정값을 구한다.

    2. 측정원리

    KMnO4는 산성용액으로서 다음식과 같이 반응하여 강한 산화력을 나타낸다.

    MnO4- + 8H+ +5e → Mn2+ + 4H2O

    산성으로 한 시료액에 일정량의 KMnO4 를 가하여 일정조건으로 하여 시료액 중의 피산화성 물질을 산화한다. 이 후 일정과잉량의 수산나트륨을 가하여 미반응의 MnO4 을 분해한다.

    2MnO4 + 5C2O42- + 16H+ → 2Mn2+ +10CO2 + 8H20

    이어 과잉의 C2O42-을 KMnO4 표준용액으로 적정하여 계산에 의하면 시료액 중에 함유한 피산화성 물질과 반응한 MnO4-의 양을 구한다. 염화물 이온의 방해는 질산을 가하여 억제한다.

    3. 필요한 시약

    ① 0.025N 수산 나트륨 표준용액 : Na2C2O4 150 ~ 200℃로 40~60분간 건조하여 데시 케이타에 방냉 한 후 1,675g을 정량한다. 이것을 증류수에 용해하여 volumetric flask에서 11로 한다.

    ② 0.025N 과망간산 칼륨 표준용액 : KMnO4 0.8g을 증류수 11에 용해하여 이것을 끓이고 있는 수욕상에서 그시간이상 가열하여 1일정도 방치후 유리여과기로 여과 하여 갈색병에 보존한다.

    이 용액은 대략 0.025N으로서 다음과 같이 표정한다. 증류수 100㎖를 300㎖의 삼 각플라스크에 H2SO4 (1+2) 10㎖를 가하여 이어서 pipette으로 0.025N Na2C2O4 표 준용액 10㎖를 가하여 60 ~ 80℃로 가온한다. 0.025N KMnO4 표준용액으로 적정 한다. 용 액이 무색에서 약간의 담홍색으로 되는 점을 종말점(end point)으로 한다.

    ③ 황산 (1+2)

    ④ 질산은 용액

    4. 필요한 기구 및 장비

    ① 50㎖ burette

    ② 5㎖, 10㎖ pipette

    ③ 300㎖ 삼각 플라스크

    ④ 수욕

    5. 시료채취

  • 채취장소 : 폐수 처리장

  • 채취시간 : 26일 오전 10시

    6. 실험절차

    ① 시료 100㎖ (검수2㎖ + 증류수98㎖)를 삼각 플라스크에 취하여 질산은 용액1g, 황 산(1+2) 10㎖를 가한다.

    ② 0.025N KMnO4 표준용액을 뷰렛을 사용하여 적정한다.

    ③ 즉시 수욕중에서 30분간 가열한다. (100℃)

    ④ 수욕중에서 꺼내어서 0.025N 수산 나트륨(Na2C2O4)표준용액 10㎖를 가하여 잘 혼합한다. (60 ~ 80℃)

    ⑤ 0.025N KMnO4 표준용액으로 적정하여 용액이 무색에서 분홍색으로 되는 점을 종말점으로 한다.

    7. 자료의 계산

    1000

    COD(mg/ℓ) = (b-a) * f * ----- * 0.2

    V

  • b : KMnO4 소비량

  • a : 표준용액의 양

  • V : 시료량

    ※ 실험 결과

    COD = (3.5 - 1.9) * 1 * 1000/100 * 0.2 * 50(희석배수) = 160㎎/ℓ

    구 분

    COD(㎎/ℓ)

    1조

    440

    2조

    360

    3조

    306.67

    4조

    160

    5조

    267.5

    8. 결과 및 토의

    COD가 160mg/ℓ으로 나왔는데, 실험 과정에서 오차로 인해 너무 낮게 나왔다고 볼 수 있다. 그 요인으로는 산화제의 농도, 산농도, 피산화물질의 농도, 반응시간등이 중 요하다. 이들의 조건을 될 수 있는 한 일정하게 유지하여야 한다. 또 질산은 황산은 을 첨가하면 반응속도가 크게되어 산화율이 크게 되므로 염화물 이온의 방해는 문제 가 되지 않는다.

    실험조 중 360mg/ℓ가 가장 가깝게 나왔다.

     

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