[환경기초실험]인산 이온

실험 목적

인산이온은 정의에서도 말했듯이 플랑크톤의 영양원으로 부영양화를 유발하며, 적조나 청색호수 등 환경오염의 원인 물질이다. 

우리는 실험을 통해 표준용액이용하여 인산이온의 함유량에 따른 흡광도 그래프를 만들고, 이를 잣대로 삼아 시료속의 인산이온량을 구할 수 있다. 

이를 통하여 우리는 수질오염을 미연에 방지하는데 그 목적이 있다.

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

인산이온과 몰리브덴산암모늄이 반응할 수 있는 헤테로폴리화합물[몰리브덴산인 암모늄]을 염화주석으로 환원하면, 인산이온량에 대응한 청색을 띈다.

 

2. 인산이온(PO43-)

인산이온은 질소와 함께 플랑크톤의 영양원으로 부영양화를 유발하며, 해역의 적조나 호수의 청색호수 등의 원인 물질이다.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 기구

분광광도계, 200㎖ ․ 1L눈금플라스크, 100㎖․1L 비이커, 5㎖ 파스퇴르피펫, 50㎖ 비색관

 

2. 실험 시약

몰리브덴산암모늄4수화물, 황산, 설파민산암모늄, 염화제2주석2수화물, 염산, 주석, 인산1칼륨 [여기서 황산과 몰리브덴산암모늄용액은 많은양이 필요하지 않기 때문에 모두 1/5화 하여 조제하였다.]

황산(36.4+120)	물 120㎖ → 황산 36.4㎖ 첨가 교반 → 냉각
몰리브덴산암모늄용액	(4H2O)3g → 물 150㎖로 용해 → 황산(36.4+120)전량혼합 → 설파민산암모늄 2g → 물에녹여200㎖로한다
염화주석(Ⅱ)용액	(2H2O)1g → HCl 5㎖ → 주석입자 1개 첨가(0.2g) → 갈색병 보관
인산이온표준원액 (0.1㎎ PO43-/㎖)	인산1칼륨 0.1433g → 물에 녹여 1L 표선을 맞춤 [메스플라스크를 이용한다.]
인산이온표준액 (0.01㎎ PO43-/㎖)	포준원액 20㎖ → 물에 녹여 200㎖ 표선을 맞춤 [유리 피펫으로 정확하게]
HNO₃(1+25)	물 25㎖ → HNO₃1㎖ 첨가 교반 [미리 만들지 말것.]
요오드화칼륨 아황산나트륨용액	KI 2g + NaSO₃10g → 물에 녹여 100㎖로 한다.[미리 만들지 말것.]

 

실험 시료 및 비색관 준비

실험 방법

1. 본조작

50㎖ 비색관에 시료 40㎖를 넣는다. (여기서 시료는 용지물을 이용하였다.) → 몰리브덴산 암모늄용액 5㎖를 추가한 후 밀봉 교반 한다. → 염화주석용액 0.25㎖를 넣고 정제수로 50㎖표선을 맞춘다. → 15분 방치 후 700㎚에서 흡광도측정 (정제수로 50㎖표선을 맞춘 후 밀봉교반하였다.)

 

2. 공시험

시료 40㎖를 대신해 정제수 40㎖를 이용하여 같은 방법으로 조작하고 흡광도를 측정한다.

(이는 흡광도 측정시 B 즉, blank에 해당한다.)

 

3. 검량선의 작성

표준액 0.5, 2, 5, 10, 15㎖를 각각 비색관에 분취하고, 정제수를 첨가해 40㎖표선을 맞춘 것을 이용한다. 이후 본 조작과 같은 방법으로 실험하여 흡광도를 측정 한다.

(실험을 한 결과 표준액의 농도에 따라 색의 변화가 있었으며, 농도가 진해질수록 푸른색을 띄는 것을 알 수 있었다.)

 

0.5, 2, 5, 10, 15㎖ 표준액

 

흡광도 측정시 주의 사항

1. 측정용액을 담는 용기는 측정시마다 2~3회 헹군다음 측정한다.

2. 흡광도 측정기계의 빈슬롯을 정리하기 위해 Auto Zero화를 수행한다.

3. 파장은 700㎚로 한다.

측정전에 용기를 헹구는 모습

 

실험 결과

1. 결과 분석

PO43- 이온[㎎/L] = (흡광도로부터 구한 PO43- 이온의 양[㎎]) x 1000/V

V : 시료량 (이 경우, 40㎖)

표준액[㎖]	흡광도
0	-0.001
0.5	0.01
2	0.033
5	0.134
10	0.317
15	0.482
시료	-0.015

(흡광도로부터 구한 PO43-이온의 양[㎎])

시료의 흡광도는 -0.015로 측정하여 값을 얻었다. 이제 이 값을 y = 0.032x - 0.015 의 식 y값에 대입하여 x값을 구하면

-0.015 = 0.032x – 0.015

즉, 0 = 0.032x, x = 0 이라는 것을 알 수 있고, 이는 PO43-이온의 양[㎎]이 0 이라는 말한다.

 

∴ PO43- 이온[㎎/L] = (흡광도로부터 구한 PO43- 이온의 양[㎎]) x 1000/V

= 0 [㎎] x 1000/V = 0 [㎎/L]

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험의 경우 표준액의 농도에 따라 흡광도의 일정한 차이를 보였고, 이를 이용하여 표준액과 흡광도사이의 그래프를 그릴 수 있었다. 또한, 이를 통하여 인산이온의 양도 구할 수 있었다. 엑셀을 이용하여 그래프를 작성한 후 추세선을 그리고 R²= 0.995라는 값을 구하였는데, 이 값이 1에 가까울수록 정확하다고 한다. 이정도 수치면 거의 오차가 없었던 것을 알 수 있다. 다음으로 시료의 흡광도를 측정하여 그래프식에 대입한 후 인산이온양을 구해보았다.

그런데 시료의 흡광도가 -0.015로 측정이 되어 대입해보니 인산이온의 양이 0 mg이 나오는 것을 알 수 있었다. 처음에는 잘못 나온 값이 아닌가 하고 고민도 많이 해보았지만, 위의 사진에서도 보면 알 수 있듯이 시료의 색이 가장 연하게 나왔고, 이는 농도가 가장 옅다는 것을 보여준다. 즉, 용지물은 인산이온이 없기 때문에 청색호수가 될 일은 현재는 없다고 봐도 된다.

이처럼 본 실험은 우리가 다양한 곳에서 시료를 구해 인산이온의 양을 측정 하여 해역의 적조나 호수의 청색호수 등 부영양화를 미연에 방지 하는 목적으로도 쓰일 수 있는 유용한 실험이었다. 앞으로도 환경실험을 열심히 해서 환경을 살리는데 이바지 할 수 있도록 하겠다.