본문내용
1. COD(화학적 산소 요구량) 측정
1.1. 실험 목적
COD(화학적 산소 요구량) 측정의 실험 목적은 용액 1kg(1L) 당에 존재하는 유기물을 산화제로 이용하여 화학적으로 산화하는데 요하는 화학적 산소요구량(mgO/L)을 측정하는 것이다. 대상 시료를 황산 산성 상태에서 과량의 과망간산칼륨을 넣고 가열반응을 시킨 다음 소비된 과망간산칼륨의 양에 상당하는 산소의 양을 측정하여 시료의 COD를 측정한다.
1.2. 실험 이론
1.2.1. 산화(Oxidation)
산화(Oxidation)은 물질이 산소와 화합하는 반응으로, 넓은 의미로는 수소를 빼앗는 반응, 이온으로부터 전자를 빼앗는 반응, 양전하를 증가시키는 반응 등을 포함한다. 어떤 물질이 산화될 때 반응하는 상대 물질은 반드시 환원된다. 즉, 산화와 환원은 동시에 일어나기 때문에, 반응 전체는 산화-환원반응(Oxidation-Reduction Reaction)이라고 한다.
산화-환원반응에서는 반응에 따라 물질의 산화수가 변화한다. 산화수가 높다는 것은 그만큼 전자를 많이 잃어버린 상태이기 때문에, 상대적으로 더 쉽게 전자를 받아들일 수 있다. 이 때문에 산화수가 높은 과망간산칼륨은 좋은 산화제가 될 수 있다.
산화반응에서는 산소가 소모되며, 환원반응에서는 산소가 생성된다. 따라서 산화-환원반응에서는 전체적으로 산소의 소비와 생성이 균형을 이루게 된다. 이러한 산화-환원반응의 특성을 이용하여 유기물 오염도를 나타내는 COD(화학적 산소 요구량)를 측정할 수 있다.
1.2.2. 환원(Reduction)
환원(Reduction)이란 화학에서 이용되는 환원이라는 말은 산화물에서 산소를 제거하고 원소로 환원된다고 하는 의미에서 생겼다. 본래의 의미는 산화물에서 산소가 빼앗기는 것으로 시작되는 것이지만 산화물에서 산소의 일부가 빼앗기는 경우, 물질이 수소와 화합하여 새로운 화합물을 생성하는 경우도 마찬가지로 환원이라고 불린다. 넓은 의미에서는 일반적으로 물질이 전자와 결합하는 것을 환원으로 부른다. 현상으로서는 화합물 내의 어떤 성분의 산화수가 감소로서 나타나고, 이온의 경우에는 양전하의 감소 또는 음전하의 증가로서 확인된다.""
1.2.3. 산화-환원반응(Oxidation-Reduction Reaction)
산화-환원반응(Oxidation-Reduction Reaction)이란 두 물질 사이에 전자를 주는 산화 반응과 전자를 받는 환원 반응이 동시에 일어나는 화학 반응이다.
산화(Oxidation)는 넓은 의미로는 물질이 산소와 화합하는 반응을 말한다. 수소를 빼앗는 반응, 이온으로부터 전자를 빼앗는 반응, 양전하를 증가시키는 반응 등이 모두 산화반응에 해당한다. 어떤 물질이 산화될 때 반응하는 상대 물질은 반드시 환원된다. 즉, 산화와 환원은 동시에 일어나기 때문에, 반응 전체를 산화-환원반응이라고 한다.
환원(Reduction)은 화학에서 이용되는 환원이란 말은 산화물에서 산소를 제거하고 원소로 환원한다고 하는 의미에서 생겼다. 본래의 의미는 산화물에서 산소가 빼앗기는 것으로 시작되는 것이지만, 산화물에서 산소의 일부가 빼앗기는 경우, 물질이 수소와 화합하여 새로운 화합물을 생성하는 경우도 환원이라고 부른다. 넓은 의미에서는 일반적으로 물질이 전자와 결합하는 것을 환원으로 부른다.
산화-환원반응에서는 반응에 따라 물질의 당량이 달라질 수 있다. 즉, 산화제 또는 환원제의 당량은 반응에 따라 달라질 수 있는 것이다. 산화수가 높다는 것은 그만큼 전자를 많이 잃어버린 상태이기 때문에, 상대적으로 더 쉽게 전자를 받아들일 수 있다. 이 때문에 산화수가 높은 과망간산칼륨은 좋은 산화제가 될 수 있다.
1.2.4. COD(Chemical Oxygen Demand)
COD(Chemical Oxygen Demand)는 용액 1kg(1L) 당에 존재하는 유기물을 산화제로 이용하여 화학적으로 산화하는데 요하는 화학적 산소요구량(mgO/L)을 나타낸 것이다. 대상 시료를 황산 산성 상태에서 과량의 과망간산칼륨을 넣고 가열반응을 시킨 다음 소비된 과망간산칼륨의 양에 상당하는 산소의 양을 측정하여 시료의 COD를 측정한다.
COD 측정은 배수 중의 피산화성 물질, 주로 유기물에 의해 소비되는 산소량을 ppm으로 나타낸 것으로, 산성 100'C 과망간산칼륨 측정법, 알칼리성 100'C 과망간산칼륨 측정법, 다이크롬산측정법 등 3가지 방법이 있지만 배수 기준 및 환경 기준에서는 산성 100'C 과망간산칼륨 측정법을 지정하고 있다. 이 방법은 시료에 과망간산칼륨의 일정 과잉량을 가해 일정 시간 가열 반응시킨 후, 소비된 과망간산칼륨에서 산소의 양을 구하는 것이다.
COD는 수질 오탁의 지표로 사용되며, 값이 적을수록 수질 오탁이 적다고 볼 수 있다. BOD에 비해 측정 시간이 단시간이지만 생물에 의해 분해되기 어려운 물질도 파악할 수 있다는 장점이 있다. 또한 COD 값을 통해 물의 오염 정도 및 저장용량 산정, 수처리시설 효율 평가 및 설계, 오염부하량 산정, BOD 값에 대한 추정 및 적정 희석비 산출 등에 활용할 수 있다.
1.2.5. ppm(parts per million)
ppm(parts per million)은 오염 물질의 농도를 표시하는 데 있어 분율(fraction)이 가장 많이 사용되고 있는데 분율은 부피 분율, 몰분율, 질량 분율로 나눌 수 있다. 백분율은 따로 표시가 없는 한 액체일 때는 중량 백분율로 표시한다. 천분율은 따로 표시가 없는 한 액체일 때는 중량 대 중량(g/kg)으로 표시하고, 다음으로 백만분율(parts per million, ppm)은 따로 표시가 없는 한 액체일 때는 중량 대 중량(mg/kg, mg/L)으로 표시한다. 따라서 ppm은 백만분율로 opm이라고도 부르며, 용액 중 원소의 농도를 나타낼 때 주로 사용된다. 예를 들어, 1ppm은 1mg/L 또는 1μg/mL를 의미한다.
1.2.6. 공시험(Blank Test)
공시험(Blank Test)은 분석대상 성분의 함유량 제로인 것을 사용하여(시료 없이 시작하는 경우가 많다.) 전 분석 조작을 충실하게 하고 제로가 돼야 할 값이 어떻게 나올 것인가를 알아내는 시험이다. 보통 공시험값을 실측값에서 공제하여 진정한 값으로 한다. 바탕시험이라고도 부른다.
분석 대상 성분이 없는 시약이나 용매를 대상으로 실험 과정 전체를 그대로 수행하여 성분 없이도 나타나는 신호나 반응을 확인하는 것이 공시험의 목적이다. 이를 통해 시약이나 용매에 포함된 불순물, 기구 세척 불량, 조작 과정에서의 오염 등으로 인한 오차를 확인하고 보정할 수 있다.
공시험은 분석 대상 성분의 정량 결과를 보정하는데 사용된다. 공시험 결과값을 분석 결과에서 빼줌으로써 시료 중 분석 대상 성분의 순수한 양을 구할 수 있다. 이는 정량 분석의 정확성을 높이는데 매우 중요한 역할을 한다.
공시험은 화학적 산소 요구량(COD) 측정 실험에서도 필수적으로 수행된다. 시료에 포함된 유기물질이 과망간산칼륨 등의 산화제에 의해 산화되는 과정에서 발생할 수 있는 바탕 신호를 확인하기 위해 실험과 동일한 절차로 시료 없이 공시험을 진행한다...
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