[환경화학실험]CODCr법(Standard Methods) 1부

실험 목적

1. 실험 목표

화학적 산소요구량은 수중의 유기물을 화학적으로 산화할 때 소비하는 산소량을 mg/L(ppm)로 표시하는 것으로 측정(測定) 목적은 수중의 유기물 양을 아는데 있다. BOD 실험은 호기성 박테리아에 의한 생물학적 분해에 사용되는 산소의 양을 측정하는 것이었다. 그런데 만약 어떠한 수중환경에서 독성물질이나 난분해성물질이 과량 존재하게 되면 BOD의 측정이 힘들 것이다. 

그렇기 때문에 이러한 환경에서는 특히 COD가 중요하다. BOD가 생물학적 분해와 관련이 있다면, COD는 난분해성물질도 모두 분해(分解)하기 때문에 BOD로 측정하기 힘든 수중에서 유기물 분해 시 필요한 산소량이 측정 가능하다. COD 분석의 가장 큰 장점은 짧은 시간 내에 분석 결과를 얻을 수 있는 점이다. BOD 측정에는 5일이 소요되는 데 비하여 이 측정은 약 3시간 정도에 마칠 수 있다. 이 때문에 많은 경우 BOD의 대용으로 이용되고 있다. COD 자료는 충분한 실험을 통하여 COD와 BOD간의 믿을 만한 상관인자를 구하게 되면 BOD 값으로 환산하여 해석할 수도 있다.

 

실험 이론 및 원리

1. 실험 개요

중크롬산 법은 뛰어난 산화(酸化)력과 여러 종류의 시료에 대한 좋은 적응력 때문에 다른 산화제를 사용한 방법보다 훨씬 뛰어나다. 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)을 사용할 때, 대부분의 유기화합물은 이론적인 값의 95%～100%까지 산화된다.

피리딘(Pyridine)과 이와 관련된 화합물들은 산화되지 않으며, 휘발성 유기 화합물(VOC)은 단지 어느 정도까지만 산화된다. 질소 화합물로 구성된 유기물은 유리된 암모니아로 인해 자유 염소 이온이 상당량 부족할 경우에는 산화되지 않는다. 휘발성 직쇄지방족 화합물은 상당 부분까지 산화되지 않는다. 이는 증기 상태로 존재하여 산화제와 접촉하지 않기 때문에 보다 효과적으로 산화시키기 위해 황산은(Ag2SO4)을 촉매제로 첨가(添加)한다.

Standard Methods에 사용되고 있는 방법

1) Open Reflux Method

2) Closed Reflux, Titrimetric Method

3) Closed Reflux, Colorimetric Method

본 실험에서는 2번 방법으로 실험을 하였다.

 

2. Closed Reflux(Titrimetric Method) 방법의 측정원리

대부분의 유기물 형태는 크롬과 황산(黃酸) 혼합액 속에서 끊임으로 산화된다. 시료는 과잉의 중크롬산칼륨과 함께 강산 용액에서 환류(還流)된다. 가열시킨 후 환원(還元)하지 않은 채로 잔류하는 중크롬산칼륨은 황산제일철암모늄으로 적정하여 소비된 중크롬산칼륨량을 결정하고 산화된 유기물은 산소당량을 이용하여 계산한다. 시료량을 50㎖이상 시용시에는 시약의 무게, 양, 강도의 비를 일정하게 유지해야 한다. 그러나 보다 짧은 환류시간에서 같은 결과(結果)를 얻을 수 있다면 2시간의 표준환류시간은 단축될 수 있다.

 

3. 농도 계산

A= 바탕시험에 사용된 FAS량(㎖), B= 검수에 사용된 FAS(㎖), M= FAS용액의 몰농도

 

4. FAS 표정과정

1) 증류수 5㎖, 중크롬산칼륨용액 3㎖, 황산-황산은 용액 7㎖를 삼각플라스크에 넣는다.

2) 페로인 지시약 1～2방울 정도 떨어뜨린 후 FAS용액으로 적정한다.

3) FAS 용액의 몰농도 계산

ex) 만약에 FAS 10배 희석한 경우에는 FAS= (3㎖/30㎖)×0.1 = 0.01M

10배로 희석하는 이유는 오차범위를 줄이도록 FAS용액 적정량을 3㎖에서 30 ㎖로 증가시킴)

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 기구

피펫, 둥근플라스크, 삼각플라스크, 실린더, 건조기, 가열블록, 블록히터, 알루미늄 호일, 약수저

마그네틱 바, 교반기, 건조기, 뷰렛, 스포이드

 

2. 실험 시약

1) 중크롬산칼륨 소화(분해)용액(0.067M)

103℃에서 2시간 건조시킨 중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 4.903g(0.49g)과 황산수은 (HgSO4) 33.3g(3.33g)을 증류수 500㎖(50㎖)에 넣은 후 농황산 167㎖(16.7㎖)를 넣고 증류수를 넣어 총1000㎖(100㎖)가 되도록 만든다. (총 100㎖을 만들 도록 시약 1/10로 조정)

2) 황산-황산은 용액

1kg 농황산(H2SO4)에 5.5g황산은(Ag2SO4)을 첨가하여 1∼2일 방치시킨다.

즉, 5.5g Ag2SO4/㎏ H2SO4 (황산의 비율로서 100㎖ 만들시 황산은 1.1g을 넣 는다.)

3) 페로인 지시약 용액

페난드로인(1,10-Phenanthroline monohydrorate)(C12H8N2․H2O) 1.485g과 황산제일철(FeSO4․7H2O) 0.695g을 증류수에 녹여 총100㎖로 희석한다.

4) 황산제일철암모늄(FAS) 표준용액(0.1M)

황산제일철암모늄(Fe(NH4)2․(SO4)2․6H2O) 39.2g(3.92g)을 증류수 500㎖(50㎖)에 넣은후 농황산 20㎖(2㎖)를 넣고 증류수를 채워 총1000㎖(100㎖)가 되도록 만든다. (총 100㎖을 만들도록 시약 1/10로 조정)

CODCr 실험에 쓰이는 시약들

실험 방법

1. 실험 과정

1) 검수(시료) 5㎖, 중크롬산칼륨용액 3㎖, 황산-황산은 용액 7㎖를 조심해서 넣는다.

2) 은박지 호일(마개)로 삼각플라스크를 밀폐한다.

3) Standard(FAS 표정)를 제외한 blank와 시료를 105℃에서 2시간 가열한다.

4) 2시간 후 플라스크를 꺼내어 상온으로 식힌다.

5) 플라스크의 마개(은박지 호일)을 열고 자석바를 넣는다.

6) 페로인지시약 1～2방울정도(0.05～0.1㎖)를 넣고 자석교반기 위에서 FAS용액 으로 적정 한다.

※ 노란색(적정전) ⇒ 청록색 ⇒ 붉은색(적정점)

7) 바탕시험(blank)을 위해 증류수를 넣고 위의 방법으로 적정한다. (blank의 FAS 적정량(0.01M)은 일반적으로 약 30㎖정도가 되어야 한다.)

 

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