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아주대학교 수질분석실험 A+ 보고서 - 알칼리도 평가A+최고예요

< 알칼리도 >적정법환경안전공학과목차개요사용물질 및 방법실험 방법실험 용액 제조적정결과토의결론참고문헌1. 개요알칼리도는 산을 중화할 수 있는 능력의 크기로 정의되며, 산이 첨가될 때 pH가 저하되는 것을 억제하는 완충 작용을 한다. 알칼리도는 대기 중의 이산화탄소가 물 속으로 용해되거나 암석 또는 토양의 탄산염 광물의 풍화작용으로 발생한다.알칼리도의 원인은 대부분 탄산수소염이며 그 외에 붕산염, 규산염, 인산염, 자연 유기물인 부식산 등 약한 산의 염에 의해 발생한다. 알칼리도의 종류는 자연계의 물에서 크게 탄산수소염 알칼리도, 탄산염 알칼리도, 수산화물 알칼리도 3가지로 나눌 수 있다. 이 이외의 화학종은 기여도가 무시된다고 가정할 수 있다.알칼리도는 직접적으로 신체에 영향을 미치지 않아 공중 보건에는 큰 관계가 없으나 수처리 공정과 물에 대한 화학적, 생물학적 접근에 있어서도 중요하다. 알칼리도는 화학적 응집이나 물의 경도를 낮추는 과정인 단물화, 폐수 처리의 완충 능력 평가, 부식 방지의 지표 등으로 사용되고 있다.이번 실험은 미지시료 속 존재하는 알칼리 성분을 페놀프탈레인 지시약과 메틸 오렌지지시약을 넣은 후 황산 용액으로 적정하여 색이 변화할 때 소비된 황산의 양을 기록하여 계산을 통해 시료 속 알칼리도를 측정해보는 실험이다.2. 사용물질 및 방법- 지시약 제조용1. Phenolphthalein 페놀프탈레인화학식 : C20H14O4물질성상 : 고체녹는점 : 262.5 °C끓는점 : >450 °C용해도 : 400 mg/L(물)밀도 : 1.277 g/cm3(32 °C)분자량 : 318.089 g/molMSDS : 피부와 눈에 심한 자극을 일으키며 유전적 결함과 암 발생 및 태아 또는 생식능력에 손상을 일으킬 것으로 의심되므로 유의하여 사용해야 한다.2. Methyl Orange 메틸오렌지화학식 : C14H14N3NaO3S물질성상 : 고체녹는점 : >300 °C용해도 : 25 °C에서 200 mg/L(물), 300 mg/L(에탄올)인화점 : 37 °C밀도 에서 활용된다.MDSD : 눈 손상, 호흡기계 자극을 일으킬 수 있으므로 유의해서 사용해야 한다.6. Sodium hydroxide 수산화나트륨화학식 : NaOH물질성상 : 고체밀도 : 2.13 g/cm3녹는점 : 318 °C끓는점: 1,388 °C분자량 : 40.00g/molMSDS : 금속을 부식시킬 수 있고, 삼키면 유독하며 피부, 눈에 심한 손상을 일으킬 수 있으므로 유의하여 사용해야 한다.3. 실험 방법-실험 용액 제조: 지시약은 정량적인 화학 반응에 필요한 것이 아니기 때문에 대략적인 제조가 가능하다.① 페놀프탈레인 지시약 제조1. 저울의 영점을 맞춘 후 페놀프탈레인 시약 약 0.1g을 정량해준다.2. 정량한 시약을 100mL 부피 플라스크에 담고 에탄올이 담긴 세척통을 사용하여 플라스크 벽면과 메인 디쉬에 묻은 시약을 씻어 담아준다.3. 이후 매스 실린더와 에탄올 세척병을 사용하여 에탄올 약 88mL를 정량하여 시약을 담은 100mL 플라스크에 담는다.4. 교반 자석을 넣은 뒤 파라 필름으로 입구를 막고 교반하여 페놀프탈레인 시약을 녹여 준다.② 메틸 오렌지 지시약 제조5. 저울의 영점을 맞추고 메틸 오렌지 시약 0.1g을 정량해준다.6. 이후 100mL 부피 플라스크에 증류수를 약간 담은 후 정량한 시약을 넣어준다. 이때 증류수 세척병을 사용하여 플라스크 벽면과 메인 디쉬에 묻은 시약을 씻어 담아준다.7. 교반 자석을 넣은 뒤 파라 필름으로 입구를 막고 교반하여 메틸 오렌지 시약을 녹여 준다.③ 황산 0.1N 용액 제조8. 피펫으로 황산 10mL를 취하고 어느 정도 증류수를 넣은 1L 부피 플라스크에 정확히 2.8mL를 넣어 준다.9. 이후 교반자석을 넣은 뒤 파라필름으로 입구를 막고 교반하여 잘 섞어준다.10. 페놀프탈레인 지시약과 메틸 오렌지 지시약의 시약이 다 녹으면 교반 자석을 잠시 빼고 증류수로 플라스크의 표시선까지 채워준다.11. 교반 자석을 넣고 다시 교반한다.12. 황산 용액을 충분히 교반한 후 자석을 잠시 제거하고 플라스크의 표시천천히 적정한다.21. 분홍색의 미지시료가 무색으로 바뀌면 벨브를 잠그고 눈금을 표시한다.22. 두번째, 세번째 미지시료도 똑같은 방법으로 측정해준다.23. 뷰렛에 다시 한번 0.02N 황산 용액을 담아준다. 이 때 0점 눈금선보다 많이 넣어주어야 한다.24. 뷰렛을 거치대에 고정시킨 후 벨브를 열어 영점 눈금선을 맞춰준다.25. 앞서 사용한 미지시료에 메틸 오렌지 지시약을 2~3방울 넣어 준다.26. 이후 미지시료를 교반시키면서 벨브를 열어 천천히 적정한다. 주황색의 미지시료가 진한 주황색으로 바뀌면 벨브를 잠그고 눈금을 읽어준다.4. 결과실험0.02N 황산 용액으로 적정페놀프탈레인 지시약메틸오렌지 지시약1차9.5mL5.7mL2차9.9mL5.8mL3차9.8mL5.5mL1. 페놀프탈레인 알칼리도(mg/L)2. 총 알칼리도(메틸오렌지 알칼리도, mg/L)알칼리도페놀프탈레인 알칼리도(mg/L)총 알칼리도(mg/L)1차2차3차수산화물 알칼리도와 탄산수소염 알칼리도가 같은 시료 속에 존재할 수 없다고 가정하였을 때 (1) 수산화물(OH-)만 존재, (2) 탄산염(CO32-)만 존재, (3) 수산화물과 탄산염이 존재, (4) 탄산염과 탄산수소염(HCO3-)이 존재, (5) 탄산수소염만 존재, 총 5가지 경우를 생각할 수 있다.페놀프탈레인 알칼리도를 P, 총 알칼리도를 T라고 할 때, P와 T값을 통해 시료에 포함된 물질의 알칼리도를 예측할 수 있다.P와 (T-P) 중 더 작은 값이 P라면 탄산염 알칼리도는 2P이고 더 작은 값이 (T-P)라면 탄산염 알칼리도는 2(T-P)이다. P값이 더 작다면 남은 값 (T-2P)는 탄산수소염 알칼리도이고 (T-P)가 작다면 남은 값 (2P-T)는 수산화물 알칼리도이다.정리하면 다음과 같다.(1) 수산화물만 존재하는 경우 pH는 보통 10 이상으로 높고 페놀프탈레인의 종말점에서 적정이 완결된다.→ 수산화물 알칼리도 = P(2) 탄산염만 존재하는 경우 pH가 8.5 이상인 편이며 페놀프탈레인 종말점까지 적정량은 전체 적정량의 정확히 이16 mg/L수산화물 알칼리도 = 2P-T = 41 mg/L[3차]P = 98, T = 153, (T-P) = 55 이므로 P> (T-P) 이다.탄산염 알칼리도 = 2(T-P) = 110 mg/L수산화물 알칼리도 = 2P-T = 43 mg/L구한 알칼리도 값을 아래 표로 나타내었다.OH- 알칼리도CO32- 알칼리도HCO3- 알칼리도1차38 mg/L114 mg/L02차41 mg/L116 mg/L03차43 mg/L110 mg/L05. 토의이번 실험은 폐수와 슬러지의 완충 능력을 평가하는 등 환경공학 분야에서 다양하게 사용되는 알칼리도를 측정해보는 실험이었다. 미지시료 속 알칼리도를 측정하기 위해 페놀프탈레인과 메틸 오렌지 지시약을 사용하여 적정법을 통해 실험을 진행하였다.실험을 진행하기에 앞서 지시 용액들을 제조하였다. 지시약은 정량적인 화학반응에 필요하지 않기 때문에 대략적으로 제조하였다. 먼저 페놀프탈레인 지시약을 제조하였다. 페놀프탈레인은 일반적으로 물에 잘 녹지 않으므로 에탄올과 혼합하여 시약을 제조하였다. 다음으로 메틸 오렌지 지시약도 제조하였다. 메틸 오렌지는 증류수에 녹여 100mL로 만들어주었다. 적정 용액으로 황산 용액을 제조하였다. 먼저 0.1N의 황산 용액을 만든 후 이를 5배 희석하여 0.02N의 황산 용액을 만들었다.용액을 다 제조한 후 적정 실험을 진행하였다. 미지시료에 페놀프탈레인 용액 2~3방울을 넣은 후 교반시키면서 0.02N의 황산 용액으로 적정하였다. 3가지 미지시료 모두 동일한 방법으로 진행하였다. 이 때 소비된 0.02N 황산 용액 부피는 9.5mL, 9.9mL, 9.8mL였다. 앞서 사용한 미지시료에 메틸 오렌지 지시약을 넣고 다시 적정하여 색 변화가 일어났을 때 소비된 0.02N 황산 용액의 부피는 각각 5.7mL, 5.8mL, 5.5mL이었다.소비된 황산 용액 부피(mL)값을 이용하여 탄산칼슘으로 환산한 페놀프탈레인 알칼리도와 총 알칼리도를 구할 수 있었다. 페놀프탈레인 지시약으로 적정했을 때 색이 변하는 지점의 pH는 을 때 P>T/2의 결과를 나타냈기 때문에 시료에는 탄산염 알칼리도와 수산화물 알칼리도만 존재하고, 시료의 pH는 거의 10 이상이라고 추정할 수 있다.이 계산은 수산화물 알칼리도와 탄산수소염 알칼리도가 같은 시료 속에 존재할 수 없다는 전제하에 얻을 수 있었으므로 더 정확한 알칼리도 값을 얻기 위해서는 pH 측정이 이루어져야 하며 다른 방법에는 알칼리도와 pH 측정치로부터 계산하는 것과 평형상수식과 용액 속의 전하수지를 고려하여 각각의 수산화물, 탄산염 및 탄산수소염 알칼리도를 구하는 방법이 있다.6. 결론이번 실험에서는 위생상에 큰 영향을 주지 않으나 고농도일 때 불쾌감을 주는 맛을 내는 알칼리도를 측정해볼 수 있었다. 알칼리도는 산을 중화할 수 있는 능력의 크기를 의미하므로 물 속의 pH와 깊은 연관이 있다. 알칼리도와 pH는 대체적으로 비례하는 관계이다. 물의 알칼리도가 낮으면 완충능력이 낮아 철에 대한 부식성이 높아진다. 하지만 알칼리도가 너무 높으면 다른 이온과 쉽게 반응하여 관내 침적물을 생성할 수 있고 무기탄소의 축적에 영향을 미치기 때문에 적절한 농도의 알칼리도를 유지하는 것이 중요하다.알칼리도를 분석하는 방법에는 이번 실험 방법 외에도 기정 pH 적정법, pH 적정곡선 변곡점법, IPC-IP법 등이 있다. 알칼리도를 측정할 때 시료의 정확한 pH를 알고 온도 측정을 한다면 이번 실험보다 더 정확한 알칼리도를 측정할 수 있을 것이다.알칼리도 자료는 환경공학 분야에서 다방면으로 사용된다. 용수 및 폐수를 응집할 때 사용되는 응집제는 수중의 알칼리도를 침전물로 소비한다. 따라서 알칼리도는 화학적 응집 시에 충분하게 존재하여야 한다. 또한, 물의 연수화 과정에 필요한 석회와 소다회의 양을 예측할 때 필수적인 자료이다. 부식 방지, 폐수와 슬러지의 완충 능력 평가 등 알칼리도는 수질의 다양한 분야에서 평가 지표로 사용되고 있다.우리나라 상수원은 알칼리도와 경도가 낮은 연수 특성을 가지고 있어 수도관의 부식 관리에 불리한 수질 특성을 갖고 있다. 국내

공학/기술| 2021.11.04| 13페이지| 2,000원| 조회(568)

알칼리도, 수질분석실험, 수질분석, 알칼리도 실험, 알칼리도 적정법

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아주대학교 수질분석실험 A+ 보고서 - 부유물질

< 부유물질 >GF/C법환경안전공학과목차개요사용물질 및 방법실험 방법유리섬유 여과지 세척미지시료 여과 및 건조결과토의결론참고문헌1. 개요부유물질은 물 속에서 미세한 입자의 형태로 존재하는 고체상 물질로 탁도(Turbidity)의 원인이 되는 물질이다. 물에 용해되지 않아 물 속에서 부유하고 있으며 입자 지름이 2mm 이하라는 특징이 있다.빛의 통과를 방해하여 식물의 광합성 활동에 어려움을 주고 가시 심도를 제한하며 부유물질 중 생물분해 가능한 유기물질들은 물 속 용존 산소를 감소시켜 수질을 오염시키고 분해되며 어류에 아가미에 부착되어 어류를 폐사시키기도 한다.부유물질이 증가할수록 물의 탁도가 높아져 심미적으로 불쾌감을 줄 수 있으며 물의 여과가 어려워지고 더 많은 여과 처리비용이 든다. 또한, 부유물질이 축산업 부지의 유출이나 도시하수의 부유 고형물로부터 야기된 경우에는 많은 병원성 미생물들이 부유물질 입자에 둘러싸여 소독을 하여도 죽지 않고 보호 받게 되어 다양한 수인성 전염병을 유발시킬 수 있다.부유물질의 양을 측정하는 것은 상수도 분야에서 특히 중요하다. 물의 탁도에 따라 어떤 화학적 응집과 여과 처리를 해야 하는지 결정할 때 사용된다. 따라서 이번 실험에서는 상수 처리 및 폐수 처리의 효율을 판단할 때 필요한 부유물질의 양을 여과 장치와 유리섬유 여과지를 이용하여 흡인 여과 전후의 여과지 무게를 측정하여 광교호수공원 채수 시료 속에 포함되어 있는 부유물질의 양을 구해보는 실험이다.2. 사용물질 및 방법① 유리섬유여과지 (GF/C): 종이 여과지와 다르게 녹인 유리를 여러가지 방법으로 변형하여 섬유형태로 만든 것으로 고온에 강하고 불에 타지 않는 성질이 있어 실험용으로 많이 사용된다. 보통의 유리보다 내열성이 좋은 붕규산염 유리로 제작되었다.3. 실험 방법- 유리섬유 여과지 세척1. 광교호수공원에서 채수한 물을 미지시료로 사용한다.2. 먼저 3개의 500mL 부피 플라스크 각각에 채수한 물을 담아준다.3. 여과장치의 여과지 지지대에 유리섬유 여과지를 올려 놓고 상부 여과관을 덮어 금속제 집게로 고정시켜준다.4. 그 후 모터를 작동시키고 증류수 20mL를 흘려보내 각각의 유리섬유 여과지를 씻으며 흡인 여과한다.5. 여과가 끝난 뒤 여과지를 은박 접시에 올리고 숫자를 표기해준다.6. 이후 110도로 설정한 진공건조기에서 세척한 여과지를 2시간 가량 건조시켜 준다.7. 건조가 끝난 여과지는 데시케이터에서 실온으로 식혀준다.8. 그 다음 여과지의 무게를 측정하여 기록한다.- 미지시료 여과 및 건조9. 무게 측정이 끝나면 여과지를 설치하고 시료를 차례대로 여과한다. 이때 벽면에 묻은 부유물질은 증류수 세척병을 사용하여 씻어준다.10. 여과시킨 유리 섬유 여과지들은 110도로 설정한 진공건조기에서 2시간 동안 건조시켜 준다.11. 건조가 끝나면 여과지를 데시케이터에 넣어 실온으로 식혀준다.12. 이후 여과지의 질량을 측정하고 결과를 기록한다.4. 결과1차2차3차여과 전 무게(mg)2070.72110.62082.4여과 후 무게(mg)2073.42113.02084.8여과 후 무게 – 여과 전 무게2.7mg2.4mg2.4mga : 시료 여과 전의 유리섬유여지 무게 (mg)b : 시료 여과 후의 유리섬유여지 무게 (mg)v : 시료의 양 (mL)위의 식을 이용하여 부유물질양을 계산한다.부유물질(mg/L)1차2차3차실험에 사용된 하천수의 부유물질의 양은 평균적으로 5.0mg/L임을 알 수 있다.본 실험에 사용된 하천수는 국가 수자원 관리 종합 정보 시스템의 하천수 수질오염기준에 따르면 부유물질의 양을 기준으로 매우 좋음~보통 등급에 해당하는 것을 알 수 있다. 만약 앞서 실험한 용존 산소 및 생물화학적 산소요구량 실험에서 사용한 하천수를 이번 실험에 사용했다면(또는 동일한 하천에서 채수했다면) BOD 및 DO 기준과도 어느정도 일치함을 알 수 있다.등급부유물질 (SS,mg/L)매우좋음 Ia25 이하좋음 Ib25 이하약간좋음 II25 이하보통 III25 이하약간나쁨 IV100 이하나쁨 V쓰레기 등이 떠있지 아니할 것매우나쁨 VI-5. 토의이번 실험은 광교호수공원에서 채수한 시료 속 부유물질의 양을 유리섬유 여과지(GF/C)를 사용하여 분석법 중 중량법을 활용하여 측정해보는 실험이었다. 먼저 각각의 여과장치에서 여과지를 증류수 20mL로 세척하며 흡인 여과한 후 건조하여 사용하였다. 그 이유는 부유물질을 여과하고 흡입 시에 작은 부스러기가 떨어지지 않도록 하기 위함이다.건조가 끝난 여과지를 데시케이터에서 실온으로 식혀주고 무게를 측정하였다. 각각 2070.7mg, 2110.6mg, 2082.4mg이 측정되었다. 다음으로 광교호수공원에서 채수한 시료를 여과장치에 여과지를 설치한 후 차례대로 여과하였다. 부유물질은 물리적, 화학적, 생물학적으로 변화되기 쉽기 때문에 시료를 채취한 후 바로 실험을 실시하는 것이 가장 정확한 결과를 얻을 수 있는 방법이다. 또한, 벽면에 묻은 부유물질들은 증류수 세척병으로 씻어주어 모든 시료가 잘 여과될 수 있도록 하였다.여과한 유리 섬유 여과지를 110℃의 진공 건조기에서 2시간 가량 건조시킨 후 데시케이터에서 실온으로 식혀 여과지의 질량을 측정하였다. 여과 후 질량은 각각 2073.4mg, 2113.0mg, 2084.8mg이 측정되었다. 여과 전후의 측정값을 통해 구한 부유물질의 양은 각각 5.4mg/L, 4.8mg/L, 4.8mg/L의 값으로 하천수 수질오염기준에 따르면 부유물질의 양을 기준으로 매우 좋음~보통 등급에 해당하는 것을 알 수 있다.총고형물(Total solid)은 공극의 크기가 2㎛이거나 이보다 더 작은 필터를 통과할 수 있는 총용존고형물(Total dissolved soild)과 여과지에 여과되어 수분을 제외하고 남은 물질인 총부유 고형물(Total suspended soild)로 분류할 수 있으며 부유물질은 총부유 고형물에 포함된다. 고형물은 보통 103~105℃에서 건조할 때 증발 잔류물로 남는 물질이라고 정의되므로 이번 실험에서 110℃의 진공 건조기에서 건조하여 부유물질만 남을 수 있도록 실험한 것이다.부유물질은 가정하수와 오염도가 낮은 물의 폐수강도를 평가하는데 중요한 인자로 사용된다. 현탁 고형물인 부유물질은 가정하수의 강도 평가와 처리 장치의 효율성을 평가할 때 이용되는 중요한 매개변수 중 하나이다.6. 결론부유물질은 심미적인 문제를 발생시키고 수처리 비용을 상승시키며, 어업 자원을 감소시킬 뿐 아니라 수중 환경의 생태적인 질을 저하시킨다. 또한, 처리하지 않는 폐수를 수생환경에 방출하면 그 중의 부유 물질이 침적하여 슬러지를 형성하고 혐기성 상태를 만들게 된다. 이에 따라 부유물질에 대한 수질 기준 및 규제가 요구되고 있다.이번 실험에서는 유리 섬유 여과지에 부유물질을 여과하고 110℃에서 건조하여 총 부유물질의 양을 측정하였는데 이것을 다시 550℃에서 태운 후 강열 잔류물의 무게를 측정하여 110℃에서 여과 및 건조하여 중량한 값과의 차이를 통해서 휘발성 부유물질 (Volatile Suspended Solids)을 측정할 수 있다. 휘발성 부유물질은 시료의 총 유기물질을 나타내는 것으로 실온에서 단순한 폭기에 의해 쉽게 제거되는 미량의 유기화합물을 의미한다. 휘발성 유기 화합물은 초기 증발 및 건조 과정에서 손실되기 때문에 고형물 시험으로 측정할 수 없으며 흔히 하수 슬러지의 무기안정화 정도를 판단하기 위해 측정한다.부유물질은 물리적 처리 방법으로 제거할 수 있다. 부유물질은 입자상으로 부유하고 있기 때문에 여과에 의한 처리가 가능하다. 여과 방법은 여과 속도에 따라 급속 여과, 완속 여과로 나눌 수 있다. 급속 여과법은 모래, 무연탄 등 입상 여재로 이루어진 여층에 비교적 빠른 속도인 120~150m/d로 유입수를 통과시켜 잔류부유물질 등을 여재에 부착시켜 제거하는 방법이다. 반대로 완속 여과법은 원수가 비교적 깨끗한 경우에 적합한 방법으로, 침전지에서 수질 중의 현탁 물질을 자연침강 방식으로 침전 제거 후 4~5m/d의 속도로 모래층 표면이나 모래층 내부에서 증식한 조류와 세균 같은 생물종에 의해 조성된 점액질의 생물막의 작용으로 깨끗하고 안정된 수질을 얻을 수 있는 방법이다.부유물질과 휘발성 부유물질은 오염 폐수 분석에 있어서 중요한 항목 중의 하나로서 이 분석법은 1차 침전조에서 침강성 부유물질을 제거한 후 2차 생물학적 처리시설에서 부유물질의 부하를 결정할 때 사용된다. 이를 통해 가정 하수와 공장 폐수 처리 장치의 효율성을 평가할 수 있으며 활성 슬러지 공정에서 폭기조 고형물을 제어하는데도 사용되며 폭기조 내 혼합액의 평균 부유물 농도를 MLSS(Mixed liquor suspended solid)라고 한다. 또한, 방류 유역에 방류하게 되는 부유 물질의 부하도 측정할 수 있다7. 참고문헌[수질오염공정시험기준], 환경부환경화학 5판, C.N.Sawer 외 2인, 동화기술물백과사전, [부유물질]국가 수자원 종합관리정보시스템 - 수질기준, Hyperlink "http://www.wamis.go.kr/wke/wke_wqbase_lst.aspx" l "menu03" http://www.wamis.go.kr/wke/wke_wqbase_lst.aspx#menu03환경공학용어사전, [MLSS]물백과사전, [고형물]물백과사전, [휘발성 부유고형물]

공학/기술| 2021.11.04| 8페이지| 1,500원| 조회(289)

부유물질, 수질분석실험, 수질분석, 부유물질 실험, GF/C법

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아주대학교 수질분석실험 A+ 보고서 - 용존산소 + BOD

< 용존산소 및 BOD 측정>환경안전공학과목차개요사용물질 및 방법시약실험 용액실험 방법1) 시료 채수- 시료 채취 시 유의사항2) 영점 보정 용액 제조3) 영점 보정 및 DO 측정결과토의결론참고문헌1. 개요산소는 대부분의 생물체의 대사과정에 필수적인 물질이다. 산소를 이용하여 호흡하고 그 과정을 통해 성장과 생식에 필요한 에너지를 얻는다. 대기 중 산소 뿐만 아니라 수질 환경에서도 물 속 산소의 존재는 중요하다.물 속 산소가 다른 화학물질과 반응하거나 산소를 많이 필요로 하는 수중 식물의 개체 수가 특정 조건에서 급격히 증가한다면 물 속 산소량이 급속도로 줄어들게 된다. 이는 어패류의 사멸을 초래할 뿐만 아니라 유기물 등이 분해되지 못하여 물의 오염이 발생하게 된다. 어류와 수중 생물의 성장과 생식에 유리한 상태인 호기성 조건으로 유지시키고 오염물질이 포함된 자연수, 가정하수, 그리고 산업폐수를 처리함에 있어 호기성 미생물의 활성화를 위한 일정 용존산소량이 유지되도록 제어하는데 있어 용존 산소 측정은 중요하다.또한, 물의 용존 산소양은 생물화학적 산소요구량(Biochemical oxygen demand, BOD)에 직접적으로 연관되어 있다. BOD를 측정을 통해 물 속의 오염물질들을 완전히 연소하는데 필요한 산소의 양을 확인함으로써 오염물질의 양을 간접적으로 가늠하고 하천 오염 통제에 활용할 수 있다. 또한, BOD 측정은 하천으로 유입되는 유출수의 적합성을 판단하는 기준으로 사용되며 하천 자정능력 연구에 사용하는 데이터로 활용될 수 있다.이 실험은 광교호수공원 시료 속에 존재하는 생물화학적 산소요구량(BOD)을 측정하기 위하여 시료 채수 후 DO값과 20℃에서 5일간 보관한 후 DO의 값을 측정하여 소비된 용존 산소의 양으로부터 생물화학적 산소요구량을 계산하는 실험이다.2. 사용물질 및 방법∙ 사용하는 시약① 무수 아황산나트륨 Sodium sulfite anhydrous화학식 : Na2SO3분자량 : 126.043g/mol밀도 : 2.633g/cm3 (무수물 때에는 어떠한 경우에도 시료의 교란이 일어나서는 안되며 가능한 한 공기와 접촉하는 시간을 짧게 하여 채취한다.3) 시료 채취량은 시험항목 및 시험횟수에 따라 차이가 있으나 보토 3L~5L 정도이어야 한다. 다만 시료를 즉시 실험할 수 없어 보존하여야 할 경우 또는 시험항목에 따라 각각 다른 채취용기를 사용하여야 할 경우에는 시료 채취량을 적절히 증감할 수 있다.4) 시료 채취시에 시료 채취시간, 보존제 사용여부, 매질 등 분석결과에 영향을 미칠 수 있는 사항을 기재하여 분석자가 참고할 수 있도록 한다.5) 용존 가스, 환원성 물질, 휘발성 유기화합물, 냄새, 유류 및 수소이온 등을 측정하기 위한 시료를 채취할 때에는 운반 중 공기와의 접촉이 없도록 시료 용기에 가득 채운 후 빠르게 뚜껑을 닫는다.6) 병을 뒤집어 공기방울이 확인되면 다시 채취해야 한다.7) 현장에서 용존 산소 측정이 어려운 경우에는 시료를 가득 채운 300ml BOD병에 황산망간용액 1ml와 알칼리성 요오드화칼륨-아자이드화나트륨용액 1ml을 넣고 기포가 남지 않게 조심하여 마개를 닫고 수회 병을 회전하여 암소에 보관하여 8시간 이내에 측정한다.8) 채취된 시료는 즉시 실험하여야 하며 그렇지 못한 경우에는 시료의 보존방법에 따라 보존하고 규정된 시간 내에 실험하여야 한다.9) 하천수의 오염 및 용수의 목적에 따라 채수지점을 선정하며 하천 본류와 하천 지류가 합류하는 경우에는 합류 이전의 각 지점과 합류 이후 충분히 혼합된 지점에서 각각 채수한다.10) 하천의 단면에서 수심이 가장 깊은 수면의 지점과 그 지점을 중심으로 하여 좌우로 수면폭을 2등분한 각각의 지점의 수면으로부터 수심 2m 미만일 때에서는 수심의 1/3에서, 수심이 2m 이상일 때에는 수심의 1/3 및 2/3에서 각각 채수한다.11) 이외의 경우에는 시료 채취 목적에 따라 필요하다고 판단되는 지점 및 위치에서 채수한다.- 영점 보정 용액 제조2. 무수아황산나트륨 시약 25g을 정확하게 정량한다.3. 500mL 부피플라스크를 사용하여002.972.98식종하지 않은 시료의 BOD는 아래와 같은 식을 이용하여 구할 수 있다.D1: 15분간 방치된 후의 희석(조제)한 시료의 DO (mg/L)D2: 5일간 배양한 후 희석(조제)한 시료의 DO (mg/L)P: 희석시료 중 시료의 희석배수 (희석시료량/시료량)식종한 시료의 경우에는 다음과 같이 BOD를 구할 수 있다.D1: 15분간 방치된 후의 희석(조제)한 시료의 DO (mg/L)D2: 5일간 배양한 후 희석(조제)한 시료의 DO (mg/L)B1: 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양 전 DOB2: 식종액의 BOD를 측정할 때 희석된 식종액의 배양 후 DOP: 희석시료 중 시료의 희석배수 (희석시료량/시료량)f: 희석시료 중의 식종액 함유율(x%)과 희석한 식종액 중의 식종액 함유율(y%)의 비 (x/y)이번 실험에서는 식종하지 않은 시료를 사용하였기에 결과를 다음과 같이 나타낼 수 있다. 희석하지 않았으므로 희석배수는 1이고 mg/L는 ppm 단위로 환산할 수 있다.BOD(ppm)1차2차3차본 실험에 사용된 하천수는 국가 수자원 관리 종합 정보 시스템의 하천수 수질오염기준에 따르면 BOD를 기준으로 1ppm 초과 2ppm 이하이므로 좋음(Ib)등급임을 알 수 있다. 그러나 DO를 기준으로 봤을 때는 3차시까지 모두 DO가 4이상 5이하가 나왔으므로 좋음 등급이라고 보기 어렵다. DO를 기준으로 본다면 약간 나쁨(IV) 등급으로 생각할 수 있다.등급BOD (ppm)DO (ppm)매우좋음 Ia1 이하7.5 이상좋음 Ib2 이하5.0 이상약간좋음 II3 이하5.0 이상보통 III5 이하5.0 이상약간나쁨 IV8 이하2.0 이상나쁨 V10 이하2.0 이상매우나쁨 VI10 초과2.0 미만좋음 기준의 하천수는 용존 산소가 많은 편이고 오염물질이 거의 없는 청정상태에 근접한 생태계로 여과·침전·살균 등 일반적인 정수처리 후 생활용수로 사용할 수 있다.약간 나쁨 기준의 하천수는 상당량의 오염물질로 인하여 용존산소가 소모되는 생태계로 농업용수로 사량이 0인 무수 아황산나트륨 용액으로 보정해준 것이다.전극 보정 후 채취한 시료의 DO를 측정하였다. 시료에 전극을 넣었을 때 액체가 흘러넘쳐 내부에 공기가 들어가지 않도록 유의하여 실험하였다. 최초로 측정된 DO 값(ppm)은 각각 4.16, 4.23, 4.18의 값을 갖고 있었고, 측정 후 시료를 밀봉 후 배양기에서 보관하였다. 시료 속 미생물에 의한 산소 소모량을 측정하기 위해서이다. 5일 후 다시 DO 값(ppm)을 측정하였을 때 각각 3.00, 2.97, 2.98의 값이 나왔다.이 값을 통해 구한 BOD값은 1.16ppm, 1.26ppm, 1.20ppm로 하천수 수질오염기준 등급에 따르면 1ppm 초과 2ppm 이하이므로 좋음(Ib)등급에 속하는 것을 알 수 있지만만 측정된 DO 값이 모두 DO가 4ppm 이상 5ppm 이하가 나왔으므로 DO를 기준으로 본다면 약간 나쁨(IV) 등급으로 생각할 수 있다. BOD와 DO가 각각 다른 등급에 속할 경우에는 이 하천수의 등급을 어떻게 표시해야 하는지 알 수 없다는 점이 아쉬웠다. 계산 혹은 측정 시에 오차가 발생하여 각각 다른 범주에 속했을 것이라고 추측해볼 수 있다.5일 후 BOD값이 7ppm을 넘지 않는 경우에는 희석할 필요 없이 그대로 폭기하여 시험 초기의 용존 산소 수준이 포화농도에 가깝도록 하여 측정하는 직접법을 이용한다. 대부분의 강물이 이 범주에 속하고 폐수 같이 BOD가 높은 경우에는 희석법을 사용한다. 희석법은 유기물의 생화학적 분해속도가 그 순간에 존재하는 산화되지 않은 물질의 양에 정비례한다는 기본 개념을 이용하는데 예시로 10% 희석액은 희석하지 않은 100% 시료의 1/10의 속도로 산소를 이용함을 의미한다. 이번 실험에서는 직접법을 하여 실험을 진행하였다.미생물에 의한 용존 산소 소비량, 즉 BOD 반응 단계는 크게 두가지로 나눌 수 있다. 1단계 BOD는 호기성 미생물에 의하여 쉽게 분해되는 탄소화합물을 20도에서 5일간 배양하며 소비된 용존산소량을 의미하며, 이는 탄소성 생물학적 -> 2NO3-깨끗한 물일 수록 수중에 녹아 있는 용존 산소량이 많고 BOD 수치가 낮아 유기물에 의한 오염도가 낮다. 오염된 물일수록 산화시켜야 할 유기물질이 많기에 용존 산소량이 적고 BOD의 양은 높아진다. DO와 BOD는 물의 오염정도를 판단하는 중요한 인자로 사용되고 있으며 이를 측정하는 것은 유입수역의 자정능력을 평가하는 연구와 규제 업무에서 대단히 중요하다.6. 결론이번 실험을 통해 시료의 채취 후 DO값 및 5일간 배양한 후 DO값을 격막전극법으로 측정한 값을 토대로 BOD를 구해보았다. 용존 산소는 물 속에 녹아 있는 산소의 양을 의미하는데, 대기 중 산소의 분압이 높고 수온이 낮으며 용존 물질이 적고 물의 흐름이 난류일수록 용해율이 증가한다는 특성을 갖고 있다.이번 실험에서는 폴라로그래피법 중 하나인 격막전극법을 활용하여 실험을 진행하였다. 이 방법은 현장 측정 시에 유용하게 사용되는 방법이고 용존 산소 측정기기의 전극은 온도에 매우 민감하기 때문에 용존 산소 측정과 더불어 온도의 측정도 정확하게 이루어져야 한다. 이 외에도 용존 산소를 측정하는 방법에는 요오드 적정법인 Winkler법과 이를 개량한 방법인 Winkler 아자이드 변법, 그리고 Winkler법의 Rideal-Stewart변법이 있다.유기물이 물 속에 들어오면 긍정적인 영향과 부정적인 영향이 공존한다. 적절한 양이 들어오면 수중 생물의 양분이 되어 생태계 유지에 도움이 되지만 지나치게 많은 양이 유입되면 미생물이 유기물을 분해시킬 때 필요한 BOD값이 높아지면서 물 속 용존 산소가 많이 소비되고 수중생물에 호흡에 악영향을 미칠 수 있다. 또한 산소가 고갈되면 혐기성 박테리아가 유기물을 분해하는데 이 과정에서 메탄 성분이 포함된 악취가 발생한다. BOD는 상수원수는 3ppm이하, 농업용수는 8ppm이하가 좋다. 일반적인 하천에서는 5ppm이 되면 자정능력을 잃으며 10ppm을 넘으면 악취가 난다. 따라서 BOD를 측정하여 하수의 오염 정도를 확인하고 제어하는 것은 수질 관리에 ]

공학/기술| 2021.11.04| 11페이지| 2,000원| 조회(320)

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아주대학교 수질분석실험 A+ 보고서 - 총대장균군

< 총대장균군 >평판집락법환경안전공학과목차개요사용물질 및 방법시약실험 용액실험 방법1) 샘플 준비2) 배양 준비3) 배지 준비4) 배양결과토의결론참고문헌1. 개요대장균군은 자연 환경에서도 발견되지만 일반적으로 사람 및 동물의 대장에 서식하는 세균 중 하나로 분변에 의해 오염된 환경에서 쉽게 발견될 수 있고 먹는 물에서의 검출과 계수가 용이하므로 미생물학적으로 음식 및 먹는 물 오염 정도를 나타내는 중요한 지표로 인식되어 왔다.대장균군 자체에 심각한 병원성은 없지만 대장균군이 존재한다는 것은 이질, 장티푸스, 살모넬라 같은 병원성 미생물이 같이 있을 수 있다는 높은 가능성을 의미하기 때문에 꼭 정수를 필요로 한다. 실험에서 분석할 총대장균군은 대장균 및 대장균과 유사한 성질을 가진 균을 통틀어 칭하고 그람 음성, 포자를 생성하지 않는 간균으로 유당을 분해하여 산과 가스를 발생시키는 모든 호기성 및 통성 혐기성군을 의미한다.이번 실험은 시료 생균수 측정법으로서 고체 배지에 미생물을 배양한 후 생성되는 집락의 갯수를 세는 평판집락법을 이용하여 대장균 원액 시료와 이를 희석한 시료에 들어있는 총대장균군을 분석해보는 실험이다. 본 실험에서는 고체 배지에 균을 접종하여 배지의 위쪽에 집락이 형성되도록 하는 도말평판법을 사용하여 실험한다.이번 실험에 사용되는 배지는 Difco Desoxycholate Agar로 멸균 후 굳혀 고체 배지를 사용하며 이 배지는 대장균이 젖당, 유당을 분해할 때 발생하는 산에 의해 sodium deoxycholate가 deoxychol로 변환된 후 neutral red 지시약과 반응하여 집락을 적색으로 변화시킨다는 특징이 있다.2. 사용물질 및 방법∙ 사용하는 시약① Difco Desoxycholate Agar성분조성펩톤(peptone)10.0 g락토오스(C12H22O11, 분자량 : 342.30)10.0 g데속시콜레이트 나트륨(sodium desoxycholate)1.0 g염화나트륨(NaCl, 분자량 : 58.50)5.0 g인산일수소칼륨(K2 먼저 샘플링한 대장균 원액에서 1.11mL를 취하고 증류수를 넣어서 11.1mL로 만들어 10배 희석 샘플을 제조한다.3. 그 다음 앞서 만든 용액에서 1.1mL를 취하여 증류수를 넣어 11mL로 만들어 100배 희석 샘플을 제조한다.4. 마지막으로 두번째 만든 용액에서 1mL를 취하고 증류수를 넣어 10mL로 만들어 1000배 희석 샘플을 제조한다.5. 희석한 미지시료들은 볼텍스를 사용하여 잘 섞어준다.- 배양 준비6. 실험을 시작하기 전 배양 준비를 한다. 먼저 오토클레이브의 채 아래까지 물을 받아준다.7. 다음으로 클린벤치와 사용할 기구들을 에탄올과 자외선으로 모두 소독한다. 클린벤치에서 작업하기 전에는 에탄올로 손을 닦아준다.8. 배양에 사용할 페트리접시를 준비하고 페트리접시에 미지시료의 번호를 적어준다. 배양에 사용될 샘플의 종류는 원액, 10배 희석 용액, 100배 희석 용액, 1000배 희석 용액, 증류수 총 5가지이며 각 샘플 당 2개씩 배양한다.- 배지 준비9. 먼저 평판집락법 배지를 11.2501g을 정량한다.10. 그 다음 1L 삼각 플라스크를 증류수로 깨끗이 씻어주고 증류수 250mL를 채워준다.11. 정량한 배지 분말을 삼각플라스크에 넣고 랩으로 입구를 감싸준 후 잘 섞어준다.12. 그 후 랩에 구멍을 뚫은 뒤 호일로 입구를 한번 더 감싸고 오토클레이브에 망을 깔고 플라스크를 넣어 고압멸균시킨다.13. 오토클레이브를 작동시켜 120도에서 15분 동안 끓여준다. 증기가 식어 배출되는 곳에 용기를 두어 물이 흐르지 않도록 한다.14. 가열이 끝나면 배지를 상온에서 식혀 45도~50도가 되도록 한다.15. 호일과 랩을 제거하고 배지를 각 페트리접시에 15mL씩 담아준다. 이 때 배지가 굳지 않도록 조심한다.16. 페트리접시에 담은 배지는 실온에서 굳혀주고 남은 배지는 항온 수조에서 45도로 유지시켜준다.- 배양17. 원액, 10배 희석 용액, 100배 희석 용액, 1000배 희석 용액, 증류수 총 5개 샘플에서 각 1mL씩 취하여 해당 페트균군을 분석해보는 실험이었다. 이번 실험에는 미지시료로 대장균 원액이 사용되었다. 실험에 앞서 원액을 증류수와 혼합하여 10배, 100배, 1000배의 희석 용액을 제조하였다. 또한, 배양을 하기 위한 준비로 클린벤치와 사용할 기구들을 에탄올로 소독하였고 오토클레이브에 물을 받고 배양에 사용할 페트리 접시를 준비하였다.먼저 Difco Desoxycholate Agar 배지를 11.2501g을 정량하고 증류수 250mL와 잘 섞어준 후 오토클레이브에 넣어 고압멸균시켰다. 미생물 배양을 위한 배지는 완전 멸균이 필요하므로 증기를 밀폐시켜 고온고압에서 멸균시키는 것이다. 가열이 끝난 후 배지를 상온에 식혀 45-50도가 되도록 한다. 식힌 배지를 각각의 페트리 접시에 15mL를 담아준 후 실온에서 굳혀주면 되고, 남은 배지는 항온 수조에서 45도로 유지시켜야 한다. 대장균의 주요 서식지가 대장인 만큼 최적 배양온도는 37도이므로 실온에서 배지를 배양하고, 남은 배지에는 균이 번식하면 안되기 때문에 45도 정도의 고온에서 보관하는 것이다.실온에서 굳혀준 각각의 페트리 접시 배지 위에 원액, 10배 희석 용액, 100배 희석 용액, 1000배 희석 용액, 증류수 총 5개 샘플에서 각 1mL씩 취하여 해당 페트리접시에 고르게 뿌려준다. 이후 시료가 굳으면 배지 5mL씩을 각각의 페트리 접시에 고르게 뿌려주고 굳힌 후 뚜껑을 덮고 배양기에 넣어 35도에서 20시간 동안 배양한다. Deoxycholate 배지를 굳혀서 굳은 배지 위에 시료 5mL를 넣고 고르게 펴준 다음 다시 배지를 넣어주어 중층을 만들었다. 중층을 만들어서 실험하는 이유는 대장균군의 비정형적인 표면 colony 형성을 막고 혐기성 조건에서 대장균 colony가 잘 생성하도록 실험 조건을 만들기 위해서이다.배양 결과 원액과 10배 희석 용액에서만 집락이 생겼다. 또한, 원래 Difco Desoxycholate Agar에 들어있는 뉴트럴 레드가 대장균이 유당으로 분해하여 발생시키는 산과 만나 붉은 색을 띄게 때문에 불검출/mL로 표기할 수 있다.먹는 물 수질 기준에 따르면 다음과 같다.수질항목총대장균군식수용 수돗물100ml에서 검출되지 않을 것먹는 샘물250ml에서 검출되지 않을 것먹는 해양심층수250ml에서 검출되지 않을 것먹는 염지하수250ml에서 검출되지 않을 것먹는 물100ml에서 검출되지 않을 것따라서 본 실험에서 진행한 시료 중 총대장균군이 검출된 1배 희석 용액(원액)과 10배 희석 용액을 제외한 나머지 용액은 위의 먹는 물 수질 기준에 적합하며 10배 희석 용액의 경우 불검출로 간주할 수 있기 때문에 이 또한 먹는 물 수질 기준에 적합하다고 생각할 수 있다.6. 결론현재 지속적인 수자원 고갈로 인하여 하수와 폐수의 재사용율이 증가하고 있다. 그 중 오염된 물에 존재하는 병원성 미생물은 콜레라, 장티푸스, 간염과 같은 수인성 감염병을 초래하고, 분변을 통해 주변 물을 오염시켜 다시 다른 사람들을 감염시킨다. 따라서 재사용하는 물에 존재하는 병원성 미생물의 분석과 제거는 공중보건학 측면에서 중요하다.하지만 병원성 미생물을 개별적으로 검사하는 것은 현실적으로 어렵다. 따라서 병원성 미생물과 공존할 가능성이 높고 구별이 용이하여 쉽게 검출할 수 있는 지표 미생물을 우선적으로 검사한다.대표적인 지표 미생물에는 이번 실험에서 평판집락법으로 분석했던 총대장균군이 있다. 총대장균군은 분변에서 유래한 장내세균인 분원성 대장균군 외 토양이나 오염되지 않은 물 등의 일반 환경에 있는 비분원성 대장균군까지 포함한다. 호기성 또는 통성 혐기성균이고 포자를 형성하지 않으며 35°C에서 48시간 배양했을 때 젖산과 당을 분해하여 가스 또는 산을 발생시키는 간균이며 다양한 성질을 가진 대장균군이 존재한다.총대장균군은 분뇨나 하수 등의 생활 페수, 가축업과 축산업 등의 배수, 강우에 의한 토양의 유출이나 식품, 화학, 종이, 펄프 공업 등의 폐수 등 다양한 오염원에서 발생하고, 제거하는 방법에는 끓이거나 자외선 살균, 그리고 염소를 투입하는 방법 등이 있다.미생물 세포는 육안으로 섞어서 페트리 접시에 부은 후 배양을 하는 방법이다. 이번에는 도말 평판법을 사용하여 실험하였다.미생물 배양을 위해 필요한 배지는 배양체가 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 한 것으로 이번 실험에서는 한천(Agar) 성분이 포함된 배지가 사용되었다. 대부분의 세균은 한천을 분해하는 효소를 갖고 있지 않아 흔히 미생물의 고형 배지로 사용된다. 따라서 한천과 영양분 용액을 섞어 만든 배지를 평판에 부은 후 굳혀 시료를 고르게 펴주어 계수하는 방법으로 한천배지를 평판집락법에 사용하였다. 한천 배지는 끓이고 녹여서 냉각시키면 40℃ 전후에서 젤리화하는데, 젤리화된 한천 배지는 80-85℃가 아니면 녹지 않는 특성이 있다.평판집락법 외에도 총대장균군을 검정하는 대표적인 방법에는 막여과법, 시험관법 등이 있다. 막여과법(membrane filtration method)은 페트리 접시에 배지를 올려놓은 다음 배양 후 금속성 광택을 띠는 적색이나 진한 적색 계통의 집락 개수를 세는 방법이다. 또한, 시험관법(multiple tube fermentation method)은 검정하고자 하는 시료를 유당이 포함된 배지에 배양할 때 대장균군이 증식하면서 가스를 생성하는데 이때의 양성 시험관 수를 확률적인 수치인 최적확수(MPN)로 나타낸다.이론적으로 대장균은 37℃에서 매 20분마다 두 배로 세포수가 증가하므로 10시간 배양 시 하나의 세포가 약 10억 개의 세포로 증가할 수 있으며 하나의 집락으로 자라나 육안으로 관찰이 가능하다. 따라서 집락 수가 시료의 생균수가 되며 이 실험 결과들은 모두 집락형성단위(CFU, Colony forming unit)로 나타낸다. 이 방법은 현미경으로 cell 수를 관찰하는 직접법과 달리, 세균을 배양하여 colony 수를 세기 때문에 생균수를 알 수 있는 실험 방법이다. 단위는 CFU/mL 또는 CFU/g으로 나타낸다.7. 참고문헌[수질오염공정시험기준], 환경부국가법령정보센터, 먹는물의 수질기준(제2조) Hyperlink "https://www정]

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아주대학교 수질분석실험 A+ 보고서 - 철

< 철 >자외선/가시선 분광법환경안전공학과목차개요사용물질 및 방법시약실험 용액실험 방법1) 실험 용액 제조2) 분석결과토의결론참고문헌1. 개요철은 공설급수에 심각한 문제를 일으키는 물질이다. 이 문제는 지하수의 경우에서 특히 더 심각하지만, 일부 하천수 및 저수지의 경우에도 특정 계절에 곤란한 문제가 나타난다. 토양 속의 불용성 제2철 화합물이 존재하는 지역에서 그 문제가 자주 나타나는데, 혐기성 상태에서 제이철이 제일철로 환원되어 쉽게 지하수에 용해되어 수질오염문제를 발생시킨다.철이 포함된 음용수를 마셔도 별다른 피해가 없지만, 이 물이 공기에 노출되어 철이 산화되어 콜로이드 침전을 형성하여 탁도가 유발되고 미관상 좋지 않게 된다. 또한, 철은 물속에 휴믹 물질과 결합하여 각기 혼자 존재할 때보다 산화에 대한 저항성이 커지는 착물을 형성하기도 한다.세탁을 방해하며, 배관 시설물에 보기 흉한 얼룩을 내며 철 박테리아의 성장으로 배수관망에 장애를 일으킨다. 철은 아주 낮은 농도에서도 감지될 수 있는 맛을 낸다. 따라서 수질 내 철의 농도를 측정하여 규제하는 것은 중요하다.물 속 철의 양을 측정하기 위해서 공장폐수와 같이 많은 양의 철을 측정하는 경우에는 침전법을, 적은 양의 철을 측정하는 경우에는 비색법을 주로 이용하고, 원자 흡수 분광 광도법 또는 유도결합 플라스마 분광법을 사용하기도 한다. 이번 실험에서는 자외선/가시선 분광법을 사용하여 철 표준용액과 미지시료의 흡광도를 510nm에서 측정한 후 철 표준용액의 검량선을 통해 미지시료 속 철의 농도를 구하는 것을 목적으로 한다.2. 사용물질 및 방법∙ 사용하는 시약① 아세트산 암모늄화학식 : NH4CH3CO2물질성상 : 흰색 고체밀도 : 1.073 g/cm3녹는점 : 110–114 °C분자량 : 77.08 g/molMSDS : 피부, 눈, 호흡기계에 자극을 일으킬 수 있으므로 유의하여 사용해야 한다.② 염산 하이드록실아민 (Hydroxylamine hydrochloride)화학식 : NH2OH∙HCl물질성상 :나 흡입하면 유해하므로 유의하여 사용해야 한다.④ o-페난트로린 1수화물 (1,10-Phenanthroline monohydrate)화학식 : C12H8N2 ∙ H2O물질성상 : 고체끓는점 : > 300 ℃녹는점 : 117 ℃분자량 : 198.22 g/molMSDS : 삼키면 유해하고 피부, 눈, 호흡기계에 자극을 일으킬 수 있으므로 유의하여 사용해야한다.⑤ 염산화학식 : HCl물질성상 : 액체녹는점 : -27.32 °C끓는점 : 110 °C밀도 : 1.18 g/cm3분자량 : 36.46g/molMSDS : 호흡기, 눈, 피부 및 내장과 같은 신체 조직에 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있는 부식성 물질이므로 유의하여 사용해야 한다.∙ 실험에 사용되는 용액- 아세트산 암모늄 용액(50%): 아세트산암모늄 29.39g을 정량한 후 100mL 부피플라스크에 넣고 증류수를 넣어 시약을 녹여준다.- 염산하이드록실아민 용액(20%): 염산하이드록실아민 20 g을 정량한 후 증류수에 녹여 100 mL로 만든다.- o-페난트로린 용액(0.1%): o-페난트로린 1수화물 시약을 0.0939g을 정량한 후 증류수 100mL를 넣고 80°C에서 녹여준다.- 철 표준원액 (100mg/L): 염화제1철 4수화물 시약 0.356g을 정량한 후 1 L 부피플라스크에 넣어 증류수로 표시선까지 채워준다.- 염산 (1+2) 용액: 증류수 50mL에 염산 25mL를 넣고 잘 섞어준다.- 철 표준용액(10mg/L): 철 표준원액 10 mL를 취하여 100 mL 부피플라스크에 넣고, 증류수를 넣어 표선까지 채운다. 이 용액은 항상 사용 시에 새로 제조해야 한다.3. 실험 방법- 실험 용액 제조1. 아세트산암모늄용액(50%) 제조① 아세트산암모늄 29.39g을 정량한 후 100mL 부피플라스크에 넣고 증류수를 넣어 시약을 녹여준다.② 파라필름을 사용하여 입구를 막고 이름을 적은 라벨을 붙여준다.2. 염산하이드록실아민용액(20%) 제조① 염산하이드록실아민 20g을 정량한 후 증류수에 녹여 100m찬가지로 파라필름으로 입구를 막고 이름을 적은 라벨을 붙여준다.5. 염산 (1+2) 용액 제조① 증류수 50mL에 염산 25mL를 넣고 잘 섞어준다.6. 철 표준용액(10mg/L) 제조① 철 표준원액 5mL에 증류수를 넣어 90mL로 만든 후 잘 섞어준다.표준 원액을 10배 희석하여 제조하였다.- 분석 실험1. 50mL 코니칼튜브에 표준용액의 농도와 미지시료의 번호를 적어준다. 이번 실험에서 사용한 미지시료의 갯수는 3개이며 농도는 모두 동일하다.2. 이후 총 용액의 부피가 50mL일 때 철 표준용액의 농도가 0mg/L, 0.5mg/L, 1mg/L, 2mg/L가 되도록 표준용액을 넣어준다. 그리고 증류수를 넣어 39mL로 만들어준다. 미지시료는 증류수를 넣지 않고 39mL를 만들었다.3. 염산 (1+2) 용액 3mL, 염산하이드록실아민 용액(20%) 0.5mL를 각각 넣어준다.4. 이후 o-페난트로린 용액(0.1%) 2.5mL, 아세트산 용액 5mL를 추가로 넣어준다.5. 각 샘플들을 볼텍스를 사용하여 잘 섞어주고 20분 간 반응시켜 준다.6. 20분이 지나면 각 샘플에서 1mL씩 취하여 흡광셀에 담아준다. 그 후 510nm 파장에서 흡광도를 측정한다.7. 이때 첫번째 셀에는 증류수 1mL를 담아준다.8. 측정을 시작하기 전, 흡광도를 측정할 파장과 샘플의 갯수를 입력해준다. 그 후 증류수로 영점을 맞춘 뒤 샘플의 흡광도를 측정한다.4. 결과증류수 흡광도0.000표준용액 샘플흡광도0 mg/L0.0120.5 mg/L0.1171 mg/L0.2232 mg/L0.431y = 0.2095x + 0.0124미지시료흡광도 y농도(mg/L),1번0.2622번0.2633번0.2625. 토의이번 실험은 자외선/가시선 분광법을 사용하여 철 표준용액의 흡광도와 미지시료의 흡광도를 510nm에서 측정한 후 철 표준용액의 검량선을 통해 미지시료 속 존재하는 철의 농도를 구해보는 실험이었다. 이 실험에서는 o-페난트롤린이 제1철과 결합하여 적색의 착물이온을 생성하는 원리를 활용하였다.먼o-페난트로린 용액(0.1%)을 제조하였다. o-페난트로린 1수화물 시약을 0.0939g 정량 성공하여 증류수 100mL에 넣고 80°C에서 녹여주어 용액을 제조하였다. 네번째로는 철 표준용액(100mg/L)을 제조하였다. 염화제1철 4수화물 시약 0.356g을 정량해야하는데 0.3562g을 정량하여 약간의 오차가 발생하였다. 정량한 시약을 1L 부피플라스크에 넣고 표시선까지 증류수를 채워 교반하여 용액을 만들면 된다. 마지막으로 증류수 50mL에 염산 25mL를 넣고 잘 섞어주어 염산(1+2) 용액까지 제조하였다.용액 제조 후 분석 실험을 진행한다. 먼저 철 표준용액 부피가 50mL일 때 농도가 각각 0mg/L, 0.5mg/L, 1mg/L, 2mg/L가 되도록 표준용액을 넣어준 후 증류수를 넣어 39mL로 만들어 주었다. 미지시료는 증류수를 넣지 않고 39mL를 만들어주었다. 다음으로 염산 (1+2) 용액 3mL을 넣어주었다.염산을 넣어주는 이유는 분석하려는 시료가 대기와 접촉하여 제1철이 제2철로 산화되어 수산화 제2철로 침전하기 때문에 시료 속 철이 물에 잘 녹을 수 있도록 염산을 넣어주어 수산화 제이철을 용해시키는 것이다. 또한, 인산염과 중금속 같은 방해물질이 있을 수 있으므로 염산을 넣어 시료를 산성화한다.Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3+ + 3H2O다음으로 염산하이드록실아민 용액(20%) 0.5mL을 넣어주었다. o-페난트롤린이 제1철의 측정에만 유효하기 때문에 제2철의 형태로 있는 철들은 모두 제일철의 상태로 환원시켜야해서 염산하이드록실아민을 환원제로 넣어주는 것이다.4Fe(Ⅲ) + 2NH2OH → 4Fe(Ⅱ) + N2O + H2O + 4H+이후 o-페난트로린 용액(0.1%) 2.5mL, 아세트산 용액 5mL를 넣어준 후 볼텍스를 사용하여 잘 섞어주어 20분간 반응시켰다. o-페난트로린은 Fe(Ⅱ)와 결합하여 pH 2~9 사이에서 적색 착물이온을 형성한다. 아세트산은 용액 중의 산을 중화시키고 착물이 형성되는 값으로 pH를 조절하기 위해 첨가어 있음을 알 수 있었다.이 값은 철의 수질기준인 0.3mg/L를 훨씬 초과한 값으로 용액에 철이 많이 포함되어있음을 알 수 있다. 실험 기준의 정량 한계가 0.08mg/L인 것에 비해 매우 큰 값이 나왔기에 오차가 발생했을 수 있다고 생각한다. 결정계수 R2 이 1의 값을 가지는 것으로 보아 실험이 잘 이루어졌음을 알 수 있다.이 분석법을 적절히 변형하여 총철(Total iron), 용존철(dissolved iron) 또는 부유성 철(suspended iron) 등도 측정할 수 있다. 철의 양만으로도 급수원의 적합성 여부를 판단할 수 있기 때문에 철은 수질에 있어서 매우 중요한 기준이라고 할 수 있다. 철 분석을 통해 처리 여부 및 적절한 처리 방법을 선정할 수 있다.6. 결론철은 공공용수 공급에 심각한 문제를 일으키며 철은 산화되어 콜로이드 침전을 형성하여 혼탁도를 유발한다. 이번 실험은 수중 철 농도를 측정하는 방법 중 하나인 자외선/가시선 분광법을 사용하여 철 표준용액의 흡광도를 측정한 후 검량선을 작성하고 이를 통해 미지시료의 철 농도를 구하는 실험이었다.철은 지각 중에 알루미늄 다음으로 4번째로 많은 원소이고, 암석이나 토양에서 주로 불용성인 산화제2철(Fe2O3)과 황화철(FeS)의 형태로 나타난다. 철은 인체의 헤모글로빈 합성과 관련된 중요한 성분이다. 여러 가지 식품에 의하여 섭취되며 성인은 체내에 약 4.5g을 유지하고 있다. 그 약 70%는 혈액의 헤모글로빈 중에 함유되어 있다.철이 포함된 물은 마셔도 별다른 해가 없는 것으로 알려져 있으나 철은 Fe3+로 산화되어 콜로이드 침전을 형성하여 혼탁도가 유발되고 미관상 아주 좋지 않게 된다. 또한 철은 세탁을 방해하며 배관시설물에 얼룩을 내고 철-고정 박테리아(Iron-fixing bacteria)의 성장으로 배수관망에 문제를 일으키기도 한다. 공업용수로 사용할 경우에 제지, 펌프, 섬유염색, 사진용 필름, 색소제조 청량음료 등에 부적당하다.철의 측정 결과는 부식의 정도를 판단하고, 이러한 문제

공학/기술| 2021.11.04| 11페이지| 2,000원| 조회(329)

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