원소 분석 방법 및 종류

실험실에서 화합물을 분석할 때 특정 원소의 유무를 먼저 확인해야 하는 경우가 있습니다. 이런 경우에는 분석의 신속성이나 비용을 고려했을 때 분광 분석기나 크로마토그래피 등은 좋은 선택이 아닐 수 있습니다. 이럴 때는 가장 먼저 원소 분석을 하게 됩니다. 원소 분석은 가장 빠르고 경제적으로 해당 화합물의 성분을 확인할 수 있습니다. 예를 들어 대기오염이나 수질오염 물질을 확인할 때 가장 적합한 방법이 원소 분석입니다.

 

 

특정 원소 분석 방법

수백 개의 시료를 분석해야 한다면 전통적인 실험실 분석 방법들이나 분석 기기의 사용이 비효율적일 수 있습니다. 데이터가 너무 많아도 해석하는데 시간이 오래 걸리기 때문에 이런 경우에는 단일 물질 분석이 가능한 기기들을 사용해야 합니다. 이 기기들은 특정 원소를 분석하는데 정확도가 높아야 합니다. 미지의 시료에 탄소나 질소, 산소 등의 함량을 측정하고 싶다면 원소 분석 방법을 이용하면 됩니다.

 

 

유기 미량 원소 분석

많은 분자 화합물들이 탄소와 수소, 질소, 산소로 구성이 되어있습니다. 이 원소들의 함량 분석은 많은 실험실에서 진행되고 특히 바이오를 연구하는 실험실에서 가장 많이 이용됩니다. 

 

여러 단계를 거쳐서 물질을 합성하거나 천연물로부터 새로운 물질을 추출할 때는 그 물질들의 구조와 순도를 반드시 명시해야 합니다. 이러한 목적을 위해서 정량적인 원소 분석이 이루어져야 합니다. 단일 원소에 대한 분석은 분광 연구를 통해서 구조를 확인할 수 있고 확실하게 결정되지 않은 분자에 대해서는 제안된 분자식을 예상할 수 있습니다. 이러한 원소를 분석할 수 있는 장비는 다양하게 존재합니다.

 

원소 분석기 종류

 

총 질소 분석기 (TN)

총 질소 함량은 석유화학과 섬유 등 다양한 산업에서 적용됩니다. 생산품과 시료의 분석을 분석하여 신제품을 개발하거나 품질관리에 이용됩니다. 이 실험장비는 질소를 포함한 화합물을 황산과 촉매에 접촉시켜서 분해시킵니다. 이후 수산화나트륨과 산화나트륨, 수산화칼슘의 혼합물로 구성된 질소를 암모니아로 변환시켜 용액 속에 포집시킵니다. 그리고 이 용액을 증류하여 암모니아를 포집하고 원소 성분을 분석합니다.  

 

 

총 탄소 분석기 (TC)

해당 실험방법은 연소를 이용해 탄소 분석을 하는 방법입니다. 산소가 가득한 공간에서 탄소 화합물을 연소시킬 때 탄소는 완전하게 이산화탄소로 전환하게 됩니다. 이 방법은 반도체 생산 공정이나 의약품 제조 공정과 같이 매우 낮은 농도의 탄소가 함유된 물 시료의 분석에 적용하기는 어렵습니다. 

 

총 탄소 분석기는 유기 오염 물질을 분석하는데 주로 이용되고 총 탄소 함량으로 측정됩니다. 이 방법은 총 3가지 탄소 함량을 측정할 수 있습니다. 

 

• 총 무기 탄소 (TIC) : 수용액 시료 중에 녹아있는 무기 탄소 화학물들의 합
• 총 유기 탄소 (TOC) : 유기 분자 내에서 공유 결합되는 탄소의 총합
• 총 탄소 (TC) : 시료 중에 존재하는 탄소의 총량

 

 

수은 분석기

수은은 매우 쉽게 유기 유도체들을 생성하기 때문에 매우 위험한 원소입니다. 수은은 물이나 폐수, 토양에 오염물로 존재하고 있기 때문에 조심해야 합니다. 수은은 기체상이나 액체상의 시료들이 다른 간섭 물질에 비해서 몇 차수 낮은 농도의 수은을 함유하기 때문에 분석 감도가 매우 우수해야 합니다. 

 

수은을 검출하기 위해서는 원소 형태로 존재해야 하고 기체상의 수은 화합물들은 촉매를 통해서 수은 원소로 변환시켜야 합니다. 대기 중 수은을 측정할 때는 금으로 코팅된 모래로 트랩을 통과해야 수은을 농축하고 이를 통해서 분석이 가능합니다. 해당 실험을 할 때는 안전장비를 잘 착용하고 진행하셔야 합니다.

 

이 외에도 다양한 원소 분석방법이 존재합니다. 그러나 오늘은 가장 많이 사용되는 원소 분석 방법과 종류에 대해서 알아보았고 위의 내용을 이해하신 후에 실험실에서 적용해보시길 바랍니다. 항상 실험을 하기 전에는 기본적인 배경지식을 충분히 습득한 후에 진행해야 결과를 정확하게 해석할 수 있습니다. 이점을 꼭 염두하시고 실험하시길 바랍니다.