환경 시료의 흡광도 분석: 자외선-가시광선 분광법(UV-Vis) 적용

목차

수질, 대기, 토양 등 다양한 환경 시료에서 특정 물질의 농도를 정량 분석하기 위해 가장 널리 사용되는 기법 중 하나가 바로 자외선-가시광선 분광법(UV-Vis Spectrophotometry)입니다. 이 분석법은 빛의 흡수 특성을 이용하여 오염물질의 유무와 농도를 빠르게 파악할 수 있는 과학적 도구로, 환경 분석은 물론 산업 현장과 교육 실험에도 널리 활용됩니다.

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자외선-가시광선 분광법(UV-Vis)이란?

✅ 정의

자외선-가시광선 분광법은 시료에 빛(200~800nm 파장)을 통과시켜 특정 파장의 빛을 흡수하는 정도(흡광도)를 측정함으로써 물질의 농도를 정량적으로 분석하는 기법입니다.

 

✅ 측정 원리

• 용액 내의 특정 화합물은 고유한 파장에서 빛을 흡수합니다.
• 흡광도(A)는 입사광(I₀) 대비 투과광(I)의 비율을 로그 값으로 표현합니다:

> A = log(I₀ / I)

 

- Beer-Lambert 법칙을 통해 농도 계산:
> A = ε × c × l
- A: 흡광도
- ε: 몰 흡광 계수
- c: 농도
- l: 셀의 길이(cm)

 

UV-Vis 분석의 장점

✅ 간편하고 빠른 분석
✅ 비파괴적 측정 가능
✅ 저농도 분석에 유리 (ppm ~ ppb 수준)
✅ 정량 및 정성 분석 모두 가능
✅ 광범위한 시료 분석 가능 (유기물, 중금속 착화합물 등)

 

UV-Vis 분석 장비 구성

• 광원: Deuterium 램프(자외선), Tungsten 램프(가시광선)
• 파장 선택기: 단색화 장치(회절격자, 필터)
• 시료 셀: 유리, 석영 셀(길이 보통 1cm)
• 검출기: 포토다이오드, 광전관(PMT)
• 출력 시스템: 스펙트럼 그래프 및 흡광도 수치 제공

 

환경 시료에서 UV-Vis 분석 적용 예시

1) 수질 오염 분석

• COD 분석(화학적 산소요구량): 디크롬산 칼륨 산화 후 생성된 착색 화합물의 흡광도 측정
• 질산이온(NO₃⁻): 220nm와 275nm 파장 이중 측정
• 암모늄(NH₄⁺): 인도페놀 또는 네슬러 시약 반응 후 흡광도 측정

2) 중금속 착화합물 분석

• Fe²⁺: 오르소페난트롤린과 착화합물 형성 후 510nm 측정
• Mn²⁺: 포타슘 퍼미건산 반응 (520nm)

3) 식수 색도 및 탁도 간접 분석

• 색도 물질의 고유 흡광도 측정 (예: Humic Acid, Fulvic Acid 등)

4) 대기 및 토양 용출수 분석

• 총 페놀류 분석: 4-아미노안티피린 반응 (510nm)
• BTEX 성분 전처리 후 흡광도 측정

 

실험 절차 요약

1. 시료 전처리 (여과, 희석, 반응 시약 첨가 등)
2. 시료를 셀에 주입 후 공백(blank) 대비 흡광도 측정
3. 표준용액으로 검량선 작성 (A vs. 농도)
4. 시료 농도 계산

 

유의사항 및 보정 팁

✅ 시료 색상과 탁도는 흡광도에 영향을 미침 → 공백 시료 비교 필수
✅ 반응 시약은 정확한 비율과 시간 관리 필요
✅ 측정 파장 정확도 확보 → 파장보정 (Wavelength Calibration)
✅ 시료 셀 청결 유지: 지문, 기포, 오염 방지

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UV-Vis 분광법은 환경 분석의 핵심 도구

자외선-가시광선 분광법은 단순하지만 매우 강력한 분석 도구로, 수질 오염, 중금속 분석, 환경 감시 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 빠르고 정확하며 경제적인 이 기법은 환경 분야 뿐 아니라 식품, 화장품, 생명과학 등에서도 응용되고 있습니다.

📌 핵심 요약
✅ UV-Vis는 특정 파장의 빛 흡수를 통해 농도 분석
✅ COD, 질소, 페놀, 중금속 착화합물 등 광범위한 환경 분석 가능
✅ 전처리, 반응, 검량선, 파장 설정 등 실험 정확도가 핵심

정기적인 UV-Vis 분석으로 수질 및 환경 안전을 효율적으로 관리하고, 오염물질의 조기 감지와 대응 전략 수립에 기여해 보세요. 💧📈🔬