수질 총질소 자외선/가시선 분광법(UV) - 카드뮴·구리 환원법

수질오염공정시험기준(ES 04363.2b)

수질 총질소 자외선/가시선 분광법(UV) - 카드뮴·구리 환원법

1.0 개요

1.1 목적

이 시험기준은 물속에 존재하는 총질소를 측정하기 위하여 시료중의 질소화합물을 알칼리성 과황산칼륨의 존재하에 120 ℃에서 유기물과 함께 분해하여 질산이온으로 산화시킨 다음 산화된 질산이온을 다시 카드뮴-구리환원 칼럼을 통과시켜 아질산이온으로 환원시키고 아질산성질소의 양을 구하여 총질소로 환산하는 방법이다.

 

1.2 적용범위

이 시험기준은 지표수, 지하수, 폐수 등에 적용할 수 있으며, 정량한계는 0.004 mg/L이다.

 

1.3 간섭물질

1.3.1 산업폐수 등 매우 혼탁한 시료나 오염이 많이 된 하천, 호소수를 사용할 경우 초음파 균질화기 등을 사용하여 시료중의 입자를 잘게 부순 후 분석하여야 한다.

 

1.3.2 시료가 착색된 경우 흡광도에 영향을 주어 분석결과에 영향을 미친다.

 

1.3.3 시료의 pH가 5 ～ 9의 범위를 초과하면 발색에 영향을 받으므로 염산(2 %) 또는 수산화나트륨용액(2 %)으로 pH를 조절하여야 한다.

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4.0 시약 및 표준용액

 

4.1 시약

4.1.1 N-(1-나프틸)에틸렌다이아민․이염산염용액(1 %)

N-(1-나프틸)에틸렌다이아민․2염산염 (N-(1-Naphthyl)ethylenediamine·2HCl, C10H7H(C2H2)2NH2․2HCl, 분자량 : 259.16) 0.5 g을 정제수에 용해시켜 50 mL로 한다. 이 용액은 사용할 때마다 조제한다.

 

4.1.2 설퍼닐아마이드용액(0.5 %)

설퍼닐아마이드 (sulfarnilamide, C6H8O2․N2S, 분자량 : 172.21) 0.5 g을 염산(1 + 1) 100 mL에 가열하면서 용해시킨다.

 

4.1.3 수산화나트륨용액(8 %)

수산화나트륨 (sodium hydroxide, NaOH, 분자량 : 40.00, 질소함량 0.0005 % 이하) 8 g을 정제수에 녹여 100 mL로 한다.

 

4.1.4 알칼리성과황산칼륨용액(3 %)

정제수 500 mL에 수산화나트륨 15 g을 넣어 녹인 다음 과황산칼륨 (potassium persulfate, K2S2O8, 분자량 : 270.32, 질소 함량 0.0005 % 이하) 15 g을 넣어 녹인다. 이 용액은 사용할 때 조제한다.

 

4.1.5 염산(1 + 11)

진한염산(hydrochloric acid, HCl, 분자량 : 36.46, 비중 : 1.18, 함량 : 36.5 % ∼ 38 %) 10 mL를 정제수 110 mL에 혼합하여 제조한다.

 

4.1.6 염산(1 + 5)

진한염산 10 mL를 정제수 50 mL에 혼합하여 제조한다.

 

4.1.7 염화암모늄․암모니아 용액

염화암모늄 (ammonium chloride, NH4Cl, 분자량 : 53.49) 약 100 g 을 정제수 700 mL에 용해시킨 다음 암모니아수 (ammonium hydroxide, NH4OH, 분자량 : 35.05) 50 mL를 넣고 정제수를 첨가하여 1 L로 한다.

 

4.1.8 질산(1 + 39)

진한질산 (nitric acid, HNO3, 분자량 : 63.01, 비중 : 1.42, 함량 : 70 %) 100 mL를 정제수 390 mL에 혼합하여 제조한다.

 

4.1.9 카드뮴-구리 컬럼 충전액

염화암모늄 (ammonium chloride, NH4Cl, 분자량 : 53.49) 약 10 g 을 정제수 700 mL에 용해시킨 다음 암모니아수 (ammonium hydroxide, NH4OH, 분자량 : 35.05) 5 mL를 넣고 정제수를 첨가하여 1 L로 한다.

 

4.1.10 카드뮴-구리컬럼 활성화액

정제수 약 700 mL에 수산화나트륨용액(8 %) 70 mL를 넣고 에틸렌다이아민테트라아세틱에시드이나트륨․2수화물 (ethylene diamine tetra aceticacid disodium salt dihydrate, C10H14N2Na2O8․2H2O, EDTA2Na, 분자량 : 372.24) 38 g 및 황산구리・5수화물 (cupric sulfate pentahydrate, CuSO4․5H2O, 분자량 : 249.61) 12.5 g을 넣어 용해시킨 다음 수산화나트륨용액(8 %)을 넣어 pH를 7로 조절하고 정제수를 넣어 1 L로 한다.

 

4.1.11 카드뮴-구리 컬럼 충전제

입상카드뮴(입경 : 0.5 mm ～ 2.0 mm) 약 40 g을 삼각플라스크에 넣고 염산(1 + 5) 약 50 mL를 넣어 세척한 다음 정제수로 100 mL씩 5회 세척한다. 질산(1 + 39)으로 50 mL씩 2회 세척한 다음 세척액은 버리고 카드뮴-구리 컬럼 활성화액 200 mL를 넣어 24시간 방치하여 카드뮴의 표면에 구리의 피막이 형성되게 한다. 이 충전제는 공기와 접촉하지 않게 밀봉하여 보관하여야 한다.

 

4.2 표준용액

4.2.1 표준원액(100 mg /L)

미리 105 ℃ ～ 110 ℃에서 4시간 건조한 질산칼륨 (potassium nitrate, KNO3, 분자량 : 101.10) 0.7218 g을 정밀히 달아 정제수에 녹여 1 L로 한다. 장기간 보관 시 클로로폼 (CHCl3) 2 mL을 첨가한다. 이 용액은 6개월간 유효하다.

 

4.2.2 표준용액(2 mg /L)

표준원액(100 mg/L) 2 mL를 정확히 취하여 정제수로 정확히 100 mL로 채운다.

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7.0 분석절차

 

7.1 전처리

시료 50 mL(질소함량이 0.1 mg 이상일 경우에는 희석)를 분해 병에 넣고 알칼리성 과황산칼륨 용액 10 mL를 넣어 마개를 닫고 흔들어 섞은 다음 고압증기멸균기에 넣고 가열한다. 약 120 ℃가 될 때부터 30분간 가열 분해하고 분해 병을 꺼내어 냉각한다.

 

7.2 분석방법

7.2.1 전처리한 시료가 들어있는 분해 병에 염산(1 + 11) 10 mL를 넣고 흔들어 섞은 다음 100 mL 부피플라스크에 옮긴다. 분해병의 안쪽을 소량의 정제수로 수회 씻어서 부피플라스크에 합하여 염화암모늄-암모니아 용액 10 mL를 넣어 정제수로 표선을 채워서 환원용 시료용액으로 한다.

[주 5] 환원용 시료 100 mL 중 총 질소의 양이 0.02 mg 이상일 경우에는 200 mL ～ 500 mL 부피플라스크를 사용하여 100 mL 당 염화암모늄․암모니아 용액 10 mL을 더 넣어주고 정제수로 표선을 채운 다음 환원용 시료로 한다. 이때는 총 질소 농도계산식에서 C/100 (C : 사용한 플라스크의 부피 mL)를 곱해준다

 

7.2.2 환원용 시료액 5 mL를 환원컬럼의 상부로부터 약 10 mL/min 의 속도로 흘러보내 유출액을 버린다. 이 조작을 한번 더 반복한다.

[주 6] 카드뮴-구리 칼럼의 환원율은 시료의 통과유속에 비례하므로 최적의 유속을 구하여 사용하여야 하며, 일반적으로 10 mL/min 정도의 유속이 양호하다. 컬럼의 최적통과속도를 측정하였다면 그 속도를 사용하여 시료를 통과시킨다.

[주 7] 시료를 카드뮴-구리 칼럼에 통과시키기 전 매번 컬럼 세정액으로 세정하지 않으면 환원율이 악화된다.

 

7.2.3 환원용 시료액 약 80 mL를 7.2.2와 같은 속도로 흘려보내 처음의 유출액 20 mL는 버리고 다음 유출액 50 mL를 수집기에 받아 측정용 시료로 사용한다.

 

7.2.4 측정용 시료에 설파닐아마이드용액(0.5 %) 1 mL를 넣어 섞고 10분간 방치한 다음 N-(1-나프틸)에틸렌다이아민․이염산염용액(1 %) 1 mL를 넣어 섞은 후 10분 ～ 30분간 방치한다.

 

7.2.5 7.2.4의 용액의 일부를 층장 10 mm 흡수셀에 옮겨 시료 용액으로 하고 540 nm 부근에서 흡광도를 측정한다.

 

7.2.6 따로 정제수 100 mL를 취하여 7.2.1 ～ 7.2.5의 절차에 따라 시험하고 바탕시험 용액으로 한다.

 

7.2.7 이 용액의 일부를 층장 10 mm 흡수 셀에 옮겨 시료용액으로 하고 정제수 10 mL를 취하여 시료의 시험방법에 따라 시험하여 바탕시험액으로 한다.

 

7.2.8 바탕시험 용액을 대조액으로 하여 220 mm에서 시료 용액의 흡광도를 측정하고 미리 작성한 검정곡선으로부터 질소의 양을 구한다.

 

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8.0 결과보고

 

미리 작성한 절대검정곡선으로부터 환원용 시료 100 mL, 중의 총 질소 양을 구하고 다음식에서 농도를 산출한다.

 

a : 환원용시료 100 mL중의 총질소 (mg)

V : 전처리에 사용한 시료량 (mL)

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