자외선/가시선 분광법은 발색시약이 만든 착화합물의 흡광도를 특정 파장에서 측정해 금속 이온이나 시안 등을 정량하는 방법이다. 핵심은 시약의 역할과 발색 조건, 측정 파장, 흡수셀 재질과 증류·처리 조건을 정확히 아는 것이다. 출제는 주로 시약·색·파장 한 세트, 방해물질의 처리법, 셀 재질의 파장 경계 등을 묻는다.
출제기준 단원 「측정원리 및 적용범위」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
묻는 꼴
문제 수
무엇을 묻나
크롬 분석 시약·마스킹 순서
1
크롬의 발색시약·발색 조건과 철의 마스킹 순서를 가르는 능력
흡수셀 재질과 파장 경계
1
370nm 기준으로 석영과 유리 셀 사용을 구분하는 능력
시안 증류의 pH 조건
1
시안 증류에서 적절한 pH 조건과 증류 원리를 판단하는 능력
뜻
자외선/가시선 분광법은 시료에 시약을 더해 발색시킨 뒤 그 색의 진하기를 흡광도로 측정해 농도를 구하는 분석법이다. 금속 이온마다 쓰는 발색시약과 발색 조건이 다르므로 시약의 역할과 반응 조건을 명확히 구분해야 한다고 규정한다. 예를 들어 크롬 분석에서는 다이페닐카바자이드(DPC)가 발색시약으로 작용하고, 이 반응은 산성 조건에서 일어나며 생성된 적자색 착화합물을 540nm에서 측정한다고 정리한다.
방해물질이 있으면 측정이 왜곡되므로 적절한 전처리나 마스킹을 해야 한다고 규정한다. 철이 소량 공존할 때는 피로인산나트륨 용액으로 마스킹하고, 납 분석에서는 시안화합물이 있으면 염산 가열로 분해·제거한다는 절차를 따른다. 방해물질을 제거하는 목적과 방법을 혼동하면 오답이 되므로 '제거'와 '무색화' 같은 표현의 목적을 구분해야 한다고 설명한다.
흡수셀은 파장에 따라 쓰는 재질이 달라진다고 규정한다. 약 370nm 이하의 자외부에서는 석영 셀을 사용하고, 370nm를 초과하는 가시부에서는 유리 셀을 사용해야 한다고 명시한다. 셀은 미리 깨끗이 씻어 사용하고, 길이를 지정하지 않으면 10mm 표준 셀을 쓰며 대조셀에는 규정이 없으면 정제수를 넣는 절차를 따른다.
시안 분석은 증류 단계에서 pH 조절이 필수적이라고 정리한다. 시안은 약산성(pH 5.5 부근)으로 조절해야 시안화수소(HCN)로 유출되어 흡수액으로 모이며, 알칼리성에서는 시안이 이온 상태로 남아 유출되지 않는다는 점을 기억해야 한다고 서술한다.
예제
크롬 분석 문제에서는 세 가지 핵심을 확인하면 정답을 고를 수 있다. 첫째, 다이페닐카바자이드가 발색시약이고 발색은 산성 조건에서 일어나며, 둘째, 생성된 착화합물을 540nm에서 측정한다는 점, 셋째, 철 간섭이 있으면 DPC 첨가 전에 피로인산나트륨으로 마스킹한다는 순서를 떠올려 틀린 보기를 소거한다.
납 분석 문제에서는 착염의 측정 파장(520nm)과 정량한계(0.001mg), 그리고 시안화합물 처리(염산 가열로 분해·제거)를 확인해 정답을 가린다. 비스무트 관련 지문에서 '세척으로 착염을 무색으로 만든다'는 표현은 착염 자체를 분해·제거하는 절차와 혼동된 서술이므로 틀린 보기로 판단한다.
흡수셀 관련 문제는 파장 경계 370nm를 기준으로 석영 셀과 유리 셀을 구분하면 풀린다. '370nm 이하에 경질유리 사용' 같은 뒤바뀐 설명은 가장 거리가 먼 보기로 선택한다.
시안 증류 문제는 pH 조건을 중심으로 판단한다. '증류는 약산성(pH 5.5 부근)에서 HCN으로 유출'이라는 원리를 기억하면 알칼리성(pH 10~12) 조건을 제시한 지문을 바로 오답으로 지적할 수 있다.
대표 기출 3문항
자외선/가시선 분광법(흡광광도법)에 의하여 폐기물내 크롬을 분석하기 위한 실험방법에 관한 설명으로 옳은 것은?
발색시 황산의 최적 농도는 0.5N이다. 만일 황산의 양이 부족하면 황산(1+9) 5mL을 넣어 시험한다.
시료 중에 철이 2.5mg 이하로 공존할 경우에는 다이페닐카바자이드 용액을 넣기전에 5% 피로인산나트륨10수화물 용액 2mL를 넣는다.
적자색의 착화합물을 흡광도 460nm에서 측정한다.
총 크롬을 과망간산나트륨을 사용하여 6가 크롬으로 산화시킨 다음 알칼리성에서 다이페닐카바자이드와 반응시킨다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 크롬의 흡광광도법(다이페닐카바자이드법) 분석에서 6가 크롬은 다이페닐카바자이드와 반응하여 적자색 착화합물을 형성하며, 이를 540nm 파장에서 흡광도를 측정합니다. 철과 같은 방해 금속 이온이 공존할 경우(2.5mg 이하)에는 마스킹제인 5% 피로인산나트륨10수화물 용액을 다이페닐카바자이드 용액 넣기 전에 첨가하여 방해를 억제해야 합니다.
정답 ④ · 자외선/가시선 분광광도계의 흡수셀 준비사항 중 옳지 않은 것을 고르는 문제이다. 흡수셀을 미리 깨끗이 세척해 사용하고, 길이를 따로 지정하지 않으면 10mm 셀을 쓰며, 대조셀에는 규정이 없는 한 정제수를 넣는 것이 표준 절차이다.
자외선/가시선 분광법에 의한 시안분석방법에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
시료를 pH 10~12의 알칼리성으로 조절한 후에 질산나트륨을 넣고 가열 증류하여 시안화합물을 시안화수소로 유출하는 방법이다.
클로라민-T와 피리딘‧피라졸론 혼합액을 넣어 나타나는 청색을 620nm에서 측정하는 방법이다.
시안화합물을 측정할 때 방해물질들은 증류하면 대부분 제거되나 다량의 지방성분, 잔류염소, 황화합물은 시안화합물을 분석할 때 간섭할 수 있다.
황화합물이 함유된 시료는 아세트산아연용액(10W/V %) 2mL를 넣어 제거한다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 자외선/가시선 분광법에 의한 시안 분석방법의 옳지 않은 설명을 고르는 문제이다. 시안 분석에서 증류는 시료를 약산성(pH 5.5 부근)으로 조절한 후 가열하여 시안화수소(HCN) 기체로 유출시키고, 유출된 HCN을 알칼리성 수산화나트륨 용액에 흡수시키는 방식으로 이루어진다.