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1. 암모니아 분석 방법
1.1. 인도페놀 흡광광도법을 이용한 암모니아 분석
인도페놀 흡광광도법을 이용한 암모니아 분석은 시료 중 암모니아를 청색으로 발색시켜 흡광도를 측정함으로써 암모니아 농도를 정량적으로 분석하는 방법이다. 이 방법은 시료 중 암모니아가 약 1ppm 이상일 때 적용이 가능하며, 이산화질소나 아민류, 이산화황, 황화수소 등의 방해물질이 없을 경우에 적용할 수 있다.
실험 과정은 다음과 같다. 우선 시료 가스를 흡수액에 통과시켜 암모니아를 흡수한다. 이후 인도페놀 시약을 넣어 시료와 반응시켜 청색 발색 반응을 유도한다. 반응 후 640nm에서 흡광도를 측정하고, 미리 작성한 검량선을 이용하여 시료 중 암모니아 농도를 정량적으로 산출할 수 있다.
계산 과정에서는 표준상태 환산 식을 활용하여 시료 가스 채취량을 계산하고, 흡광도와 검량선을 이용하여 암모니아 농도를 구한다. 암모니아 농도는 ppm과 mg/m^3N 단위로 각각 계산된다.
실험 결과, 암모니아 발색 과정에서 다른 조의 경우 발색이 잘 되지 않는 문제가 있었다. 이는 시약 제조 과정에서의 오염이 원인으로 추정되었다. 따라서 처음 발색이 잘 된 조의 시약을 받아 실험을 진행하였다. 계산 결과, 미지시료의 암모니아 농도는 0.672 mg/m^3N으로 나타났다.
이번 실험을 통해 시약의 역할, 흡광도 측정 파장 선정 이유, 방해물질 등 인도페놀 흡광광도법의 원리와 특성에 대해 자세히 이해할 수 있었다. 또한 이 분석법이 대기환경기사/산업기사 시험의 실기 문제로 활용된다는 것을 알게 되어 향후 대기환경기사 취득에 도움이 될 것으로 생각된다.
1.2. 실험 및 계산 과정
실험 및 계산 과정은 다음과 같다. 우선 실험 시 알아둡시다. 시료는 굴뚝에서 직접 채취한 것이 아닌 용액 형태였기 때문에 전처리 과정은 생략하였다. 인도페놀 흡광광도법은 시료가스 20L인 경우 암모니아 농도가 1ppm 이상일 때 적용 가능하다고 한다. 또한 다른 물질, 즉 이산화질소, 아민류, 이산화유황, 황화수소가 일정 농도 이상이면 적용되지 않는다.
이제 실험 과정 및 계산 과정을 살펴보자. 먼저 실험식 {PV} over {PsVs} = {nRT} over {nRsTs}를 통해 시료 채취량 Vs를 구한다. 이때 P=20psi, T=27.5℃, V=150L이며 표준상태는 Ps=14.7psi, Ts=273K이다. 계산 결과 Vs=185.41L이다.
다음으로 암모니아 농도 C를 구한다. 검량선에서 얻은 암모니아량 A와 시료 채취량 Vs를 이용하여 C={0.001A × 250} over {Vs} × 1000 = 0.8859ppm으로 계산된다.
마지막으로 온도와 압력을 보정하여 암모니아 농도 C'를 구한다. C'={C × 17} over {22.4} = 0.6722mg/㎥N이다.
이상의 실험 및 계산 과정을 통해 시료의 암모니아 농도를 정량적으로 분석할 수 있었다.
1.3. 실험 결과 및 고찰
우리 조를 비롯한 다른 조들이 암모니아 발색 과정에서 문제가 생겼다. 발색이 눈에 띄게 푸르게 색이 나타나야 하는데 아주 옅게 나타난 것이다. 가장 처음 시료를 제조한 조는 발색이 잘 나온 것으로 보아 시약 제조 과정에서 오염이 있었을 것으로 생각할 수 있다. 따라서 처음 발색 잘 된 조의 시약을 받아 나눠 쓴 것으로 실험을 진행하였다.
암모니아 농도를 분석하는 이유는 생체나 분뇨의 구성 요소인 단백질이 분해하면 단백질을 구성하고 있던 질소가 초기에는 암모늄 이온의 형태로 변하기 때문이다. 따라서 물에 암모늄 이온이 많이 검출되면 비교적 최근에 분뇨, 하수 등이 유입되었다고 볼 수 있어 ...
