토양 불소 분석법 - 자외선 가시선 분광법 (UV)

토양오염공정시험기준(ES 07351.1a)

토양 불소 분석법 - 자외선 가시선 분광법 (UV)

1.0 개요

1.1 목적

이 시험기준은 토양 중 불소를 측정하는 방법으로 불소가 진홍색의 지르코니움(zirconium)-발색시약과의 반응으로 무색의 음이온복합체(ZrF62-)를 형성하는 과정을 이용하여 불소의 양이 많아질수록 색깔이 엷어지게 된다.

1.2 적용범위

1.2.1 이 시험기준은 토양 중 불소 분석에 적용한다.

1.2.2 이 시험기준에 따라 시험할 경우 토양 중 정량한계는 10 mg/kg이다.

 

1.3 간섭 물질

1.3.1 불소이온과 지르코니움(zirconium) 이온 사이의 반응속도는 반응혼합물의 산도에 따라 달라진다.

1.3.2 다량의 염소이온이 함유되어 있으면 과량의 Ag+이온을 첨가하여 염소를 제거한다.

1.3.3 시료에 잔류염소가 함유되어있으면 잔류염소 0.1 mg 당 아비산나트륨용액 한 방울을 가하고 혼합하여 제거한다.

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4.0 시약 및 표준용액

4.1 시약

4.1.1 산화칼슘(생석회)

98 % 이상의 시약용 산화칼슘(calcium oxide, CaO, 56.08)을 사용하며, 덩어리는 막자사발 등으로 분쇄하여 분말형태로 조제하여 사용한다.

 

4.1.2 과염소산(70 %)

70 % 과염소산(perchloric acid, HClO4, 100.46)을 사용한다.

 

4.1.3과염소산은 용액(17.5 %)

과염소산은(silver perchlorate, AgClO4, 207.32) 용액 17.5 g을 정제수에 녹여 100 mL로 한다.

 

4.1.4니트로페놀 지시약(0.5 %)

니트로페놀(p-Nitrophenol, C6H5NO3, 139.11) 0.5 g을 정제수에 녹여 100 mL로 한다.

 

4.1.5 수산화나트륨용액(50 %)

수산화나트륨(sodium hydroxide, NaOH, 40.00) 50 g을 정제수에 녹여 100 mL로 한다.

 

4.1.6 지르코닐산용액

지르코닐산(zirconium oxychloride, ZrOCl2·8H2O, 322.25) 133 mg을 정제수 약 25 mL에 녹인 후, 진한 염산 350 mL를 가하고, 정제수로 500 mL까지 채운다.

 

4.1.7 SPADNS용액

SPADNS(4,5-dihydroxy-3-(P-sulfophenylazo)-2,7-naphthalenedisulfonic Acid 3Na Salt) 958 mg을 물에 녹여 500 mL로 한 후 암색용기에 보관한다. 이 용액은 암색용기에 보관할 경우 1년 동안은 안정하다.

 

4.1.8 지르코닐산-SPADNS 혼합액

지르코닐산(zirconium oxychloride, zrOCl2·8H2O, 322.25) 용액과 SPADNS (4,5-dihydroxy-3-(P-sulfophenylazo)-2,7-naphthalenedisulfonic Acid 3Na Salt) 시약을 같은 부피만큼을 혼합한다. 이 혼합시약은 갈색용기에 보관할 경우 적어도 2 년간은 안정하다.

 

4.1.9 아비산나트륨용액

아비산나트륨(sodium arsenite, NaAsO2, 139.92) 0.50 g을 정제수에 녹여 100 mL로 한다

 

4.1.10 정제수

시약용 정제수를 사용하거나, 3차 증류한 정제수를 사용하며 바탕시험 할 때 불소가 검출되지 않는 것을 사용한다.

 

4.2 표준용액

4.2.1 불소표준원액(1,000 mg/L)

99 % 이상의 불화나트륨(sodium fluoride, NaF, 41.99)을 니켈도가니에 넣고 500～550 ℃에서 50 분간 가열한 후 데시케이터에서 냉각시킨 다음 2.210 g을 정확히 무게를 재어 정제수에 녹여 정확히 1 L로 한 다음 폴리에틸렌병에 보관한다. 시판용 표준용액을 사용할 수 있다.

 

4.2.2 불소표준용액(10.0 mg/L)

불소 표준원액 10.0 mL를 취하여 정제수로 정확히 100 mL로 한 다음 이 용액 10.0 mL를 취하여 정제수로 정확히 100 mL로 한다. 

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7.0 분석절차

 

7.1 시료전처리

7.1.1 분석용 시료를 막자사발에서 갈아 0.075 mm(200 메쉬)의 표준체로 체 걸음 한 토양시료를 105 ℃의 건조기에서 일정한 무게가 유지될 때까지 건조시킨다.

7.1.2 토양시료 1 g을 정확하게 취해 50 mL 부피의 니켈도가니에 넣고 산화칼슘(생석회) 분말 5 g을 가하고 완전 혼합한다. 이때 시약바탕시료로서 산화칼슘(생석회) 분말 5 g만을 니켈도가니에 넣어 함께 전처리한다.

7.1.3 500 ℃의 전기로에서 5 시간 회화한 다음 2 시간동안 800 ℃까지 온도를 높이면서 가열한 후 식힌다.

7.1.4 회화된 내용물을 정제수 25 mL와 70 % 과염소산 50 mL로 씻어 300 mL 삼구플라스크에 옮기고 17 % 과염소산은 용액 10 방울을 가해 용액이 우유빛으로 변하는 경우 이 용액을 10 방울 더 가하고 비등석 8 개 ～ 10 개를 첨가한다.

[비고 1] 다량의 염소이온이 함유되어 있으면 과량의 Ag+이온을 첨가하여 준다.

7.1.5 증류플라스크에 정제수 약 600 mL를 넣고 증류장치의 각 부분을 연결한 다음 가열하여 증류를 시작하고 미리 니트로페

놀 지시약 1 방울과 50 % 수산화나트륨용액 1 방울을 넣은 500 mL 눈금실린더 또는 부피플라스크를 사용하여 유출액을 받

는다.

 

7.1.6 삼구플라스크 안의 액의 온도가 128 ℃가 되었을 때, 증류플라스크로부터 수증기를 통하기 시작하여 증류온도가 135 ℃ ± 2 ℃로 유지되도록 온도를 조절한다. 유출속도를 매분 5 mL ～ 6 mL로 증류하여 수집기의 액량이 480 mL가 되었을 때 증류를 끝낸다. 냉각관을 분리하여 냉각관의 안쪽을 소량의 정제수로 씻어주고 씻은 액과 정제수를 넣어 표선까지 채운다.

[비고 2] 증류액에 노란색이 없어지면 50 % 수산화나트륨용액을 추가하여 증류 액이 알칼리성을 유지하도록 한다.

[비고 3] 불소자동증류장치 사용시 반드시 증류온도 조건과 부합되어야 하며, 증류 소요시간은 불소증류장치와 자동증류장치 분석결과의 비교·검토 등을 통해 설정한다.

7.2 검정곡선의 작성

7.2.1 불소이온 표준액(10 mg/L)을 0 mL ～ 7.0 mL를 단계적으로 취하여 50 mL 부피플라스크에 넣고 정제수로 희석한다. 단, 정량한계 이상 농도를 3개 이상 포함하여야 한다.

 

7.2.2 검정곡선용 표준용액을 7.3 측정법에 따라 시험하여 불소의 농도(mg/L)를 가로축(x 축)에, 흡광도를 세로축(y 축)에 취하여 검정곡선을 작성한다.

7.3 측정법

7.3.1 전처리한 시료에서 50 mL를 취하여 100 mL 부피플라스크에 넣고 지르코닐산-SPADNS 혼합액 10 mL를 가하여 잘 혼합한다.

[비고 4] 시료에 잔류염소가 함유되어 있으면 잔류염소 0.1 mg당 아비산나트륨 용액 한 방울을 가하고 혼합하여 제거한다.

 

7.3.2 이 용액의 일부를 10 mm 흡수셀에 옮겨 시료용액으로 하여 570 nm에서 흡광도를 측정한다.

 

7.3.3 정제수 50 mL를 취하여 7.3 측정방법에 따라 시험하여 바탕시험액으로 한다. 바탕시험액을 대조액으로 하여 시료용액의 흡광도를 570 nm에서 측정하고 미리 작성한 검정곡선으로부터 불소이온의 양을 구하고 함량(mg/kg)을 산출한다.

[비고 5] 시료 중 불소함량이 정량범위를 초과할 경우 시료를 검정곡선 범위 이내에 들도록 희석한 다음 다시 측정한다.

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8.0 결과보고

검정곡선식에서 얻은 불소의 농도(mg/L)로부터 다음 식을 사용하여 토양 중 불소의 농도를 계산한다.

토양 중 불소의 농도(mg/kg) = 

Cs : 검정곡선에서 얻은 토양 중 불소의 농도(mg/L)

Cb : 검정곡선에서 얻은 시약바탕시료 중 불소의 농도(mg/L)

f : 희석배수(검정곡선의 범위를 벗어날 경우)

V : 용액의 최종부피(여기서는 0.5 L)

Wd : 토양시료의 건조중량(여기서는 0.001 kg)