로부터 나온 추세선의 식은 y = 17x 0.0177
이며 R² = 0.9053 이다.
(3) 미지시료(추출하기 전)의 결과정리
* 수질오염공정시험법에서는, 미지시료 50mL + 과황산칼륨용액 10mL = 60mL이고 이 중에서 미지시료가 50mL있고, 그 중 25mL를 취하여 흡광도를 측정했으므로 총질소 계산식은 아래와 같다.
총질소( ㎎ N/ℓ) = a × × ×
= a × ×
미지시료의 주어진 흡광도 값 0.002를 질산성 질소의 양(mg/L)과 흡광도와의 관계를 최소자승법으로 나타낸 식인 y = 17x 0.0177의 흡광도에 해당하는 y에 넣으면 농도에 해당하는 x는 0.002+0.0177 = 17x이므로 x는 0.0011588235294 mg/L이다. 이것은 검량선으로부터 구한 미지시료의 총질소의 양이므로 총질소를 구하는 식에서 a에 해당한다. 따라서 이 값을 총질소를 구하는 식에서 a에 넣으면
총질소( ㎎ N/ℓ) = ( 0.0011588235294 mg/L ) × (60mL/25mL ) × (1000mL/5mL )
= 0.556235294112 ㎎ N/ℓ이다.
즉 미지시료의 총질소의 양은 0.556235294112 ㎎ N/ℓ이다. 이 미지시료는 토양20g을 0.1L 플라스크에서 전처리해서 토양의 질소를 추출 한 후 그 수용액안의 질소의 농도를 구한 식이다. 따라서 토양의 총질소는 아니다. 토양의 총질소식은 역으로 구해야한다. 토양안의 질소농도를 ppm으로 나타내면 다음과 같다.
(4) 토양안의 질소농도를 ppm(mg/kg)으로 나타내기
( 0.556235294112 ㎎ N/ℓ ) × ( 0.1L / 20g ) × ( 1000g / 1kg )
= 2.78117647056 ppm
따라서 토양안의 질소농도는 2.78117647056 ppm이다.
Discussions
이번 실험에서는 흡광광도법을 이용해 총질소를 구했다. 이 밖의, 총질소를 구하는 방법은 카드뮴 환원법, 호나원증류-킬달법 등이 있다. 카드뮴 환원법은 질산성 질소를 카드뮴-구리 환원칼럼을 통과시켜 아질산성 질소로 환원시켜 이를 측정하여 총질소를 정량하는 방법으로 미량의 질산성 질소를 정량할 수 있으나 실험절차가 복잡하다. 환원증류-킬달법은 시료 중의 화학종을 암모니아로 전환시켜 이를 측정하여 총질소를 정량하는 방법으로 절차가 더 복잡하다. 또한 3가 음이온 상태의 질소를 결정하기 때문에 nitroso, nitrite 등 결정하지 못하는 것들이 있다. 킬달법은 많은 시료를 필요로 하는 킬달법과 적은 시료를 사용하는 약식킬달법이 있다. 킬달법은 낮은 유기질소의 농도와 높은 유기질소의 농도 모두를 포함하는 시료분석에 적합하다. 저농도에서는 상대적으로 많은 양의 시료가 필요하다. 약식킬달법은 높은 유기질소 농도를 가지는 시료에 적용되며 시료량은 유기질소와 암모니아 질소의 합이 0.2~2mg이 되도록 조절해야 한다. 합산법은 형태별 질소를 측정하고 이들을 합산하여 총질소를 정량하는 방법으로 시간과 인력이 필요하며 실험오차가 클 수 있다.
실험과정에서 질소를 추출하기 위해서는 여러 solvent를 사용하는데 그 중 KCl을 사용한 것이며 무기물을 추출하므로 강산인 염산을 사용했다. 여과를 한 이유는 여과해야 흡광광도분석기 사용시 영향이 없기 때문이다.
이번 실험에서 전처리한 시료의 상태가 좋지 않아 흡광도값이 제대로 나오지 못한다고 했다. 하지만 우리조는 2mL표준용액에 증류수를 넣어 희석할 때 1mL가 더 들어갔음에도, 질산성 질소 표준용액의 용량을 잘 취하고 큐벳의 상태가 좋았는지, 부피가 커질수록 흡광도값도 커지는 정상적으로 상태가 나와 다른조보다는 결과가 잘 나왔다. 이 정확도는 엑셀로 구한 흡광도와 질산성질소용액의 양을 나타낸 식을 최소자승법으로 구했을 때 상관계수 R로 알 수 있다. 상관계수란 그래프를 그릴 때 자료의 점들이 직선과 얼마나 가깝냐는 것을 나타낸 식으로 상관계수가 1이 나오면 아주 정확한 것이다. 우리조는 R² = 0.9053 으로 비교적 1에 가까우므로 실험과정이 잘 되었다고 할 수 있다. 이렇게 구한 토양안의 총질소농도는 2.78117647056 ppm였다.
가축분뇨는 토양의 질소의 양에 영향을 미친다. 가축분뇨처리업자가 설치한 처리시설의 방류수수질기준 중 총질소의 기준은 60mg/L이하이다. 분뇨의 양이 많을수록 토양안의 질소의 양을 높여서, 토양에 질소가 과잉으로 공급되어 토양이 그것을 보유할 능력이 없으므로 토양 속으로 침투되어 물로 옮겨진다. 이것은 지하수에 질산이온농도를 높이며 토양 뿐 아니라 수질도 오염시킨다. 또 질산염을 과량 포함한 풀은 소 또는 양과 같은 반추 동물을 중독시킬 수 있다. 곡물 저장소에서 불완전하게 발효시킨 곡초를 잘게 썬 생목초가 동물의 먹이로 사용된다면 사람에게도 위험하다. 우리나라의 1ha당 연평균 총질소강하량은 18.26kgN 이며 서울이 그 양이 30.1.으로 가장 많다. 삼림의 생장에 필요한 질소량은 토양의 비옥도와 삼림의 수령에 따라 다르지만 대체로 5~12로 알려져있다. 생태계의 구조와 기능에 장기간 해로운 영향을 미치지않을만큼의 최고오염물질의 강하량을 임계부하라고 하는데 질소의 임계부하량은 화강암토양보다 석회암 토양에 많다. 따라서 화강암 토양이 많은 우리나라의 총질소강하량은 임계부하량을 초과한다. 구한 토양안의 총질소농도는 2.78117647056 ppm으로 화강암토양이 아닌, 질소가 적은 토양의 시료를 채취한 것으로 생각한다.
References
환경화학 / stanley 저/김만구 등 편역 / 자유아카데미 / p. 499~501 / 2009 / 제 9판
환경화학/CLAIR N.SAWYER 저/ 김덕찬 역 /동화기술 /p.690~707/2005
기초환경공업실험/ 박정환,정종태/ 동화기술/ p. 115~119/ 2001
수질오염공정시험방법/환경부 사이트 http://www.me.go.kr/index.jsp
토양오염개론최병순 저 / 동화기술 /p. 99 /2008
토양오염 관리 및 복원 개론 /최상일, 이군택, 양재규 저 /동화기술/ p.220~223/2009
환경부 http://www.me.go.kr/index.jsp