개념 한 쪽
정도 관리는 시료 분석에서 정확한 농도 산출을 위한 기본 절차와 계산법을 다룬다. 표준용액 제조, 원소와 화합물 간 질량 비율 계산, 시료 부피와 농도에서 총량을 구하는 단위 환산이 핵심이다. 시험 문제는 분자량 비례 계산과 농도·부피·단위 변환을 묻는 계산형 문항으로 출제된다.
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출제기준 단원 「정도 관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 이온표준액 제조 질량 계산 | 1 | 목표 이온량에서 원물질 질량을 비례 계산으로 구하기 |
| 원소-화합물 질량 역산 | 1 | 화합물 분자량과 원자량 비로 표준용액 물질량을 구하기 |
| 시료 농도→총량 단위환산 | 1 | 용액 부피와 농도로 채취된 물질의 총량을 요구 단위로 환산하기 |
표준용액 제조 문제는 목표로 하는 원소 또는 이온의 총량을 먼저 규정한 다음 관련 화합물의 분자량과 원소 원자량의 비를 이용해 필요한 화합물 질량을 계산하는 과정이다. 예를 들어, 목표로 하는 원소의 질량이 주어지면 화합물 1몰 중 해당 원소의 질량 비율을 이용하여 화합물의 질량을 역산한다는 원리를 적용한다.
흡광도 계산은 투과율을 먼저 구한 뒤 흡광도 공식 A = -log10(T)를 적용하는 절차를 따른다. 문제에서 흡수율이 주어지면 투과율 T는 1-흡수율로 변환하여 소수로 나타낸 뒤 음의 상용로그를 취해 흡광도를 구한다. 로그 값의 근사치를 이용해 소수점 둘째 자리 등으로 반올림하여 표기한다.
시료 분석에서의 총량 계산은 농도와 최종 용액 부피의 곱으로 구한다. 농도 단위와 질량 단위(예: μg, mg) 및 체적 단위(예: mL, L, m³) 간 변환을 정확히 수행하여 최종 결과를 요구 단위로 환산한다. 공기시료의 경우 포집 부피를 먼저 계산하고 그 부피로 나누어 mg/m³ 등으로 표현한다.
이들 계산 문제는 항상 단계를 명확히 구분하여 풀이해야 하며, 분자량·원자량 값을 이용한 비례 계산과 단위 접두어(μ, m)의 배수 관계를 실수 없이 적용하는 것이 핵심이다.
표준용액 제조 예시는 다음 절차로 해결한다. 예컨대 F- 1g을 포함하는 1L 표준액을 만들려면 NaF의 분자량(42)과 F 원자량(19)의 비를 사용하여 NaF 필요량을 계산한다. NaF 중 F는 19/42이므로 F 1g을 얻기 위한 NaF 질량은 (42/19)×1g ≈ 2.21g이다.
또 다른 표준용액 예로 Cr 원소 1g을 포함하는 1L(1000μg/mL)를 만들려면 K2CrO4의 분자량(194.2)과 Cr 원자량(52)의 비를 사용하여 필요한 K2CrO4 질량을 구한다. 계산식은 (194.2/52)×1g ≈ 3.735g이다.
시료 총량 계산 예시는 농도와 부피를 곱한 뒤 단위를 환산하는 방식으로 처리한다. 예컨대 최종 용액 10mL에서 농도 35μg/mL이라면 총량은 35×10=350μg이며, 이를 mg로 환산하면 0.35mg이 된다.
NaF를 물에 녹여 용액 1㎖에 F-로서 1㎎ 함유된 표준액 1ℓ 를 만들고자 하면 얼마를 취해야 하는가? (단,원자량은 Na = 23, F = 19 이다.)
정답 ④ · 문제는 NaF를 취해 F-이온으로서 1 mg을 포함하는 1 L 표준액을 만들기 위해 얼마를 취해야 하는지를 묻고 있다. NaF의 분자량은 Na(23)+F(19)=42이므로 NaF 42 g당 F는 19 g이다.
NaF 1몰(42g) 중 F-는 19g이므로, F- 1g을 얻으려면 NaF 42/19g이 필요합니다.
1000 μg/mL 농도의 보관용 Cr 표준용액 1 L를 제조하고자 한다. 증류수 1 L에 첨가해야 할 K2CrO4의 양은? (단, K2CrO4의 분자량 : 194.2, Cr의 분자량:52)
정답 ③ · 문제는 1000 μg/mL 농도의 Cr 표준용액 1 L를 만들기 위해 필요한 K2CrO4의 질량을 묻는다. 먼저 목표하는 Cr 총량을 단위변환하면 1000 μg/mL = 1 g/L이므로 1 L에는 Cr 1.00 g가 필요하다.
Cr 원소 1000μg/mL 1L 제조를 위해 필요한 K2CrO4 질량은 분자량 비율을 이용해 계산한다.
공기중 납을 여과지에 채취하고 회화한 후 시료의 최종 용액을 10 mL로 맞추었다. 이 시료용액을 검량선과 비교한 결과 용액중 농도는 35μg/mℓ 이었다. 여과지에 채취된, 즉 채취한 공기시료중 Pb의 양은 몇 mg인가?
정답 ③ · 시료 용액의 최종 부피가 10 mL이고, 검량선 비교를 통해 측정된 용액 중 납(Pb)의 농도가 35 μg/mL로 나타났습니다. 따라서 채취된 총 납의 양은 농도에 부피를 곱하여 계산합니다.
채취된 물질의 총량은 '농도(μg/mL) × 부피(mL)'로 계산한 후, mg 단위로 변환하기 위해 1000으로 나누면 정답을 얻을 수 있다.
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