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문제 정의
- 빗물은 증류수와 같이 내부저항이 커서 pH 측정시 액간접촉전위에 의한 오차가 발생될 수 있으므로 이를 보정해 주는 절차가 필요하다. 본 연구에서는 액간접촉전위에 의한 영향을 보정하기 위해 빗물의 pH와 전도도에 가장 근접한 값을 가지는 묽은 황산용액의 물성조절표준물을 제조하였다. 물성조절표준물의 pH값을 액간접합이 없는 수소전극으로 인증한 다음, 유리전극。로 이 용액의 pH를 측정하여두 전극으로 측정한 pH값의 차이값 만큼 보정하여 주므로 액간접촉전위의 문제를 해결하였다.
제안 방법
- 먼저().1 M 황산(Merck, 99.999 %) 저장용액을 제조하여 밀도를 측정한 다음, 필요한 황산 저장용액의 무게를 달아 pH 3.50, 3.75, 4.00, 4.30, 4.50에 해당하는 용액을 2 /씩 제조하였다. 실제로 황산 저장용액으로부터 일정한 pH의 황산용액을 제조할 때 매우 소량의 저장용액을 필요로 할 뿐 아니라, 정확한 부피를 취하는 것이 어려우므로 밀도를 측정하여 무게 측정 방법으로 용액을 제조하였다.
- QCS는 빗물의 pH 측정시 액간접촉전위에 의한 영향을 보정하기 위한 표준용액으로서, 빗물의 성분 중 산성화에 가장 많은 영향을 미치는 것이 SOJSQ, SQ)이므로 황산으로一 제조하였다. QCS는 가능한 한 빗물의 pH와 이온세기와 비슷한 것이어야 하므로 여러 마4에 해당하는 황산용액을 제조하여 그 특성을 비교하였다. 먼저().
- 0 용액을 QCS로 선택하였다. QCS의 pH는 일정기간 동안 빗물의 pH를 측정할 때마다 측정하여 결과의 재현성 여부를 확인하였다. pH 4.
- 빗물은 완충능이 없고 이온세기가 낮아 여러가지 요인에 의해 pH값이 변할 수 있으므로, 가능한 한 채취 즉시 여과하여 측정하는 것이 가장 바람직하며, 부득이한 경우 여과하여 4°C 냉장고에 보관하였다가 측정한다. pH값의 변동 여부를 확인하기 위해 교반을 멈춘 후부터 주기적으로 pH를 측정하면서 drift의 경향을 관찰하며「기8 fluctuation^ 경향이 있는 경우는 평균값을 취하였다.
- 001(KRISS, at 25。(2)의 표준용액으로 검정을 실행한다. 검정시 pH 표준용액에 전극을 담가 교반을 해주다가 평형에 도달하면 교반을 멈추고 안정한 상태에서 검정을 실행한다. 검정 후 pH 미터가 정상적으로 작동하는지를 확인하기 위해 pH 6.
- 빗물의 전도도 측정은 항상 pH 측정보다 먼저 하였는데, 이는 pH 측정시 기준전극 내부액의 흐름으로 전도도 값이 변화될 수 있기 때문이다. 먼저, 빗물과 여러 종류의 물에 대한 전기전도도를 측정하여 전도도의 분포를 확인하였으며, 또한 pH 표준용액의 전기전도도를 측정하여 액간접촉전위의 원인이 되는 이온세기의 차이가 빗물에 비해 어느 정도의 차이가 있는지를 정성적으로 확인하였다.
- 1 gS/cm 범위 내에서 잘 일치하였다. 모든 전도도 측정은 100 ml 고밀도 폴리에틸텐(HDPE) 용기로 25 + 0.01 °C 항온조(Haake, N8-C26 controller, EK30 cooler)에서 이루어졌으며, 온도 평형을 위해 시료를 항온조 내에서 약 2시간 방치한 후 측정하였다. 빗물의 전도도 측정은 항상 pH 측정보다 먼저 하였는데, 이는 pH 측정시 기준전극 내부액의 흐름으로 전도도 값이 변화될 수 있기 때문이다.
- 빗물시료를 채취 및 보관하는데는 플라스틱 깔때기와 고밀도 폴리프로필렌(HDPP) 재질의 용기를 이용하였다. 빗물시료의 채취를 위해 Fig. 1에서 보는바와 같은 포집 용기를 제작하여사용하였으며, 이물질이 튀어 들어가는 것을 막기 위해지면으로부터 최소한 Im이상의 높이에서 여러 개의 용기를 사용하여 비가 올 때마다 전량을 채취하였다. 용기의 세척은 산이나 알칼리 세제를 전혀 사용하지 않고 증류수로 용기를 씻은 후, 증류수에 24시간 담구고, 다시 증류수로 여러 번 헹군 후 산 기체의 오염이 없는 오븐에 건조하여 사용하였다.
- 액간접촉전위는 근본적으로 이온세기의 차이에 의해서 나타나므로 이온세기를 정성적으로 나타내 줄 수 있는 전도도를 측정하여 분포를 비교하였다. 빗물은 물의 일종이므로 먼저, 여러 가지 물에 대한 전도도를 측정하여 서로 비교하였다. 측정한 시료는 빗물, 증류수, 수돗물, 지하수(대덕연구단지), 시냇물(포항), 약수(봉화 다덕약수)로서 측정결과는 Table 2와 같다.
- 측정한 시료는 빗물, 증류수, 수돗물, 지하수(대덕연구단지), 시냇물(포항), 약수(봉화 다덕약수)로서 측정결과는 Table 2와 같다. 빗물은 포집시기에 따라 전도도 값에 차이가 있기 때문에 전체적인 경향을 보기위해 1998년에 내린 모든 습식 강하물에 대해 평균값을 취하였다. 결과에서 볼 수 있듯이 빗물 시료의 이온성분은 대기중의 기체나 먼지 등에 의한 것이므로 실제 수돗물이나 시냇물보다 전도도가 작아 증류수에 가깝다.
- 유리전극의 액간접촉전위를보정하기 위한 QCS는 가능한 한 빗물의 pH와 전기전도도에 가장 근접한 값을 가져야 하므로, 이의 선택을 위해 여러 종류의 황산용액을 제조하였다. 빗물이 나타낼 수 있는 pH 범위 내에서 5가지 농도의 황산용액을 제조하여 액간접합이 없는 수소전극 시스템으로 pH값을 인증하였다. 황산용액의 전도도 측정 결과와 pH 인증결과를 Table 4에 나타내었다.
- 전도도 측정. 액간접촉전위는 근본적으로 이온세기의 차이에 의해서 나타나므로 이온세기를 정성적으로 나타내 줄 수 있는 전도도를 측정하여 분포를 비교하였다. 빗물은 물의 일종이므로 먼저, 여러 가지 물에 대한 전도도를 측정하여 서로 비교하였다.
- (I)은 묽은 황산용액의 pH 측정을 위한 시스템으로 염화칼륨의 농도에 따라 세 가지로 나누어 진다. 염 화칼륨(KC1)의 농도(”如)는 0.005, 0.010, 0.015 몰랄 씩이며, 각 농도마다 3개씩 모두 9개의 전지 시스템이 사용되었고, (II)는 은/염화은 전극의 표준전위 측정을 위한 것C로 3개의 전지 시스템이 사용되었다. 이 전지의 기전력은 Nemst식에 따라 다음과 같이 주어진다.
- 실제로 황산 저장용액으로부터 일정한 pH의 황산용액을 제조할 때 매우 소량의 저장용액을 필요로 할 뿐 아니라, 정확한 부피를 취하는 것이 어려우므로 밀도를 측정하여 무게 측정 방법으로 용액을 제조하였다. 용액제조시 사용한 증류수는 공기중의 이산화탄소에 의한 pH 변화를 최소화하기 위해 공기 중에 여러 날 방치하여 이산화탄소와 평형을 이루게 한 후 사용하였다. 본 연구에서 측정한 0.
- 액간접촉전위의 보정.유리전극의 액간접촉전위를보정하기 위한 QCS는 가능한 한 빗물의 pH와 전기전도도에 가장 근접한 값을 가져야 하므로, 이의 선택을 위해 여러 종류의 황산용액을 제조하였다. 빗물이 나타낼 수 있는 pH 범위 내에서 5가지 농도의 황산용액을 제조하여 액간접합이 없는 수소전극 시스템으로 pH값을 인증하였다.
- 그러므로 유리전극으로 pH를 측정할 때, 유리전극의 검정에 사용된 pH 표준용액과 매질이 상이하여 검정 후 동일한 조건으로 측정하더라도 액간접촉전위에 의한 영향이 나타날 수 있다. 이를 확인하기 위해 실제로 빗물 시료를 채취하여 빗물과 여러 매질에 대한 전도도를 측정하여 이온 세기를 정성적으로 비교하였으며, 빗물과 비슷한 이온 세기와 pH를 가지는 황산용액의 QCS를 제조하여 액간접촉전위로 인한 오차를- 보정하^데 사용하였다.
- 0 이하의 용액은 비교적 전도도가 크나 pH 측정 결과 재현성이 좋았다 . 황산용액의 pH 인증결과와 전도도 측정 결과로 볼때 pH 3.75 이하의 황산용액은 빗물의 전도도 값에 비해 상대적으로 차이가 크므로 본 연구에서는 pH 4.0 용액을 QCS로 선택하였다. QCS의 pH는 일정기간 동안 빗물의 pH를 측정할 때마다 측정하여 결과의 재현성 여부를 확인하였다.
대상 데이터
- 45 Jim cellulose nitrate 필터로 여과하여 사용하였다. 빗물 시료는 한국표준과학연구원내 화학동 옥상에서 전량을 채취하였다.
- 빗물 시료의 채취 및 보관. 빗물시료를 채취 및 보관하는데는 플라스틱 깔때기와 고밀도 폴리프로필렌(HDPP) 재질의 용기를 이용하였다. 빗물시료의 채취를 위해 Fig.
- 먼저 셀 상수를 정확히 결정하기 위하여 전도도 표준용액을 제조하였다. 빗물은 이온세기가 작으E로 저농도의 전도도 표준용액을 Table 1과 같이 제조하였다 ” 전도도 표준용액 제조시 사용한 물은 전도도가 I pS/cm이하인 전도도 측정용 물을 사용했으며, 20+0.01 °C 항온조에서 온도평형에 도달케 한 후 표선의 눈금을 맞추었다. 표준용액 BS- 셀 상수를 측정하였으며 측정된 셀 상수는 1.
- 전기전도도 측정. 여러 매질의 전도도를 측정하기 위하여 ORION 162 전도도미터와 셀 상수 K=1 인전극을 사용하였다. 먼저 셀 상수를 정확히 결정하기 위하여 전도도 표준용액을 제조하였다.
- 01 이내로 측정되는지를 확인한다(그렇지 않은 경우는 검정 절차, pH 표준용액, 전극, 미터 등에서 원인을 찾아야 한다). 이 때 사용한 전극은 pH 2-11까지 측정할 수 있는 일반 유리전극이며, 측정의 정확성을 위해 산성비 전용으로만 사용하였다. 전극을 사용하지 않을 때는 약 100배로 묽힌 pH 4.
- 빗물은 물의 일종이므로 먼저, 여러 가지 물에 대한 전도도를 측정하여 서로 비교하였다. 측정한 시료는 빗물, 증류수, 수돗물, 지하수(대덕연구단지), 시냇물(포항), 약수(봉화 다덕약수)로서 측정결과는 Table 2와 같다. 빗물은 포집시기에 따라 전도도 값에 차이가 있기 때문에 전체적인 경향을 보기위해 1998년에 내린 모든 습식 강하물에 대해 평균값을 취하였다.
성능/효과
- 빗물의 pH 측정결고卜. 1998년에 내린 모든 습식강하물(눈 포함)에 대한 pH를 채취 당시에 유리전극으로 측정하였으며, 측정값에 대한 보정은 유리전극으로 측정한 QCS의 pH값이 시간에 따라 재현성 있는 결과를 나타내었고, pH 측정도중 동일한 전극을 사용하였으므로 각각의 측정시기가 다를지라도 Table 4의 보정값인 0.009의 일률적인 값을 빼주어 보정하였다. 1998년에 내린 모든 습식강하물에 대한 전기전도도 및 pH 측정 결과는 Table 6에서 보는 바와 같다.
- 본 연구에 사용된 빗물은 측정된 전도도의 분포가 상대적으로 낮으므로 가능한 한 낮은 전도도 값을 가진 QCS를 선택해야 한다. 그러나 전도도 값이 상대적으로 낮은 pH 4.3 이상의 용액은 측정된 pH값 자체의 변화가 크므로 표준용액으로 사용하기에는 부적합하였고, pH 4.0 이하의 용액은 비교적 전도도가 크나 pH 측정 결과 재현성이 좋았다 . 황산용액의 pH 인증결과와 전도도 측정 결과로 볼때 pH 3.
- 유리전극의 검정에 사용되는 pH 표준용액과는 어떠한 차이가 있는지를 확인하기 위해 실제로 사용되는 pH 표준용액의 전도도를 측정하여 Table 3에 나타내었다. 빗물의 평균 전도도 값이 l2.8gS/cm인데 비해, pH 6.860 표준용액의 전도도 값은 5,98（）|iS/cm을 나타내어 이온세기의 차이가 큼을 확인할 수 있었다.
- 023이었다. 셀 상수의 정확도를 검증하기 위해 NIST로부터 구입한 500 nS/cm 전도도 표준용액의 전도도를 측정하였는데, 평균값과 표준편차가 500+0.1 gS/cm 범위 내에서 잘 일치하였다. 모든 전도도 측정은 100 ml 고밀도 폴리에틸텐(HDPE) 용기로 25 + 0.
- 황산용액의 전도도 측정 결과와 pH 인증결과를 Table 4에 나타내었다. 표에서 볼 수 있는 것처럼 pH값은 이온세기가 작을수록 환경에 의한 영향이 민감하여, 동일한 조건으로 실험한 경우라도 불확도의 값이 훨씬 크게 나타났다. pH 4.
후속연구
- 액간접촉전위에 의한 pH값의 차이는 기준전극 내부액과 표준용액 사이의 접촉전위와 기준전극 내부액과 빗물시료의 접촉전위 차이로부터 나타나므로, 유리전극의 기준 전극 내부액인 3 M KC1용액의 전도도가 매우 커서 빗물과 pH 표준용액의 전도도 차이값이 전체적으로큰 영향을 미치지 않은 것으로 생각된다. 그러나 다른 유리전극 등 시스템이 달라짐에 따라 pH 값이 변동할 수 있으므로 이러한 과정을 거쳐 보정을 해 주어야 신뢰성 있는 자료가 될 수 있다.
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