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문제 정의
- 본 연구는 분광광도계 (spectrophotometer)를 이용하여 토양 중점토함량을 측정하고 이 방법의 정확성 및 정밀성을 피펫 법과 비교하고자 수행하였다.
제안 방법
- 각 시료별로 피펫법에 따라 3 회 반복하여 점토함량을 측정하였다.4)풍건토양 10 500 m/ 톨 비이커에 넣고 증류수 30 m/와 30% 과산화수소수 25 m® 가한 뒤 전열판 위에서 유기물 분해가 끝날 때까지 과산화수소수를 추가로 5 m/씩 가한 후 유기물을 완전 분해하였다. 이 때 시료의 기본중량은 시료 10 g 중의 수분함량과 유기물 함량을 감한 것으로 하였다.
- 분산이 끝난 시료는 흡광도가 1이내에 들어오도록 적당히 희석하였다. 6배 희석의 경우 분산이 끝난 250 m/ 삼각 플라스크를 교반 하면서 5 m/ 자동 피펫으로 5 m® 취한 후 분산제 25 m/ 를 가하여 희석하였고, 11배 희석도 동일한 방법으로 수행하였다. 이때 희석용기는 시료 분산시 이용했던 용기와 동일하게 250 mZ 삼각 플라스크를 이용하였다.
- 피펫법에 의한 점토함량 분석. 각 시료별로 피펫법에 따라 3 회 반복하여 점토함량을 측정하였다.4)풍건토양 10 500 m/ 톨 비이커에 넣고 증류수 30 m/와 30% 과산화수소수 25 m® 가한 뒤 전열판 위에서 유기물 분해가 끝날 때까지 과산화수소수를 추가로 5 m/씩 가한 후 유기물을 완전 분해하였다.
- 혼합 점토 표준용액은 표준 점토광물을 이용하여 토양시료 분산시 사용한 동일한 분산제로 희석을 반복하면서 조성하였고, 검정선은 파장 500 nm에서 선형여부를 확인하였다. 검정선 작성이 끝난 후 먼저 cell을 기기에 삽입하고 희석된 시료가 들어있는 250 mZ 삼각 플라스크의 입구를 파라필름으로 덮고 상하로 30초간 흔든 후 파라 필름을 벗기고 250 mJ 삼각 플라스크의 수면에서 4ml를 용량 피펫으로 취하여 이미 삽입되어 있는 cell에 옮기고 즉시 흡광도를 측정하였다. 측정값은 흡광도와 희석배수를 다음 식에 의해 분광광도법으로 측정한 점토함량을 구하였다.
- 1은 동일 시료에 대하여 분광광도법으로 점토함량을 측정한 후 최종 환산된 결과를 피펫법과 비교한 것이다. 또한, 분광광도법에 의한 점토함량 측정은 희석과정을 거치기 때문에 희석배수에 의한 영향을 받을 수 있으므로 희석배수를 달리한 (6배, 11배) 비교실험을 수행하였다. 희석배수를 달리하여 측정한 점토함량을 피펫법과 회귀분석을 통해 비교한 결과 6배, 11 배 희석 모두 기울기가 1이고 y절편이 0에 가까우며, 상관계수가 0.
- 분광광도법을 이용한 토양 중 점토함량 분석은 피펫 법으로 분석한 동일 시료를 3반복하여 측정하였다. 또한 토양시료의 희석비율에 따른 분광광도법의 정확도와 정밀도를 평가하기 위해 희석배수를 달리하여(6배, 11배 희석) 그 결과를 피펫법과 비교하였다.
- 이 때 시료의 기본중량은 시료 10 g 중의 수분함량과 유기물 함량을 감한 것으로 하였다. 유기물 분해가 완료된 시료는 2,000~2, 500 rpn&로 약 5분간 원심분리한 후 상징액을 제거하는 방법을 반복하여 가용성 물질을 제거하였다. 이 원심분리병에 분산제 5% hexametaphosphate 10 ml를 가한 후 약 18시간 정도를 진탕 시키며 시료를 완전히 분산시켰다.
- 300 체 위에 부어서 세척하면서 현탁액이 11 실린더에 모이게 한 후 증류수로 1 /의 눈금을 맞추었다. 점토함량 분석을 위해 실린더를 Hand stirrer로 1분간 20회 정도 상하로 저어 현탁액이 균일하게 혼합되도록 한후 점토(0.002 mm)가 10 cm 하강하는데 걸리는 시간(20℃일 경우 8시간)이 경과한 후 수온별 시간에 맞춰 수면으로부터 10 cm 깊이에서 차례로 25 ml를 피펫으로 취하여 105℃에서 건조하여 점토함량 계산에 이용하였다. 이때 Blank test를 통해 분산제의 무게를 보정하였다.
- 검정선 작성이 끝난 후 먼저 cell을 기기에 삽입하고 희석된 시료가 들어있는 250 mZ 삼각 플라스크의 입구를 파라필름으로 덮고 상하로 30초간 흔든 후 파라 필름을 벗기고 250 mJ 삼각 플라스크의 수면에서 4ml를 용량 피펫으로 취하여 이미 삽입되어 있는 cell에 옮기고 즉시 흡광도를 측정하였다. 측정값은 흡광도와 희석배수를 다음 식에 의해 분광광도법으로 측정한 점토함량을 구하였다.
- 이때 희석용기는 시료 분산시 이용했던 용기와 동일하게 250 mZ 삼각 플라스크를 이용하였다. 혼합 점토 표준용액은 표준 점토광물을 이용하여 토양시료 분산시 사용한 동일한 분산제로 희석을 반복하면서 조성하였고, 검정선은 파장 500 nm에서 선형여부를 확인하였다. 검정선 작성이 끝난 후 먼저 cell을 기기에 삽입하고 희석된 시료가 들어있는 250 mZ 삼각 플라스크의 입구를 파라필름으로 덮고 상하로 30초간 흔든 후 파라 필름을 벗기고 250 mJ 삼각 플라스크의 수면에서 4ml를 용량 피펫으로 취하여 이미 삽입되어 있는 cell에 옮기고 즉시 흡광도를 측정하였다.
대상 데이터
- 토양시료 시험에 사용된 토양은 토양통, 토양층 및 점토함량이 다양한 토양 시료 25점을 이용하였다(Table 1).
데이터처리
- 동일 시료를 3반복하여 측정하였다. 또한 토양시료의 희석비율에 따른 분광광도법의 정확도와 정밀도를 평가하기 위해 희석배수를 달리하여(6배, 11배 희석) 그 결과를 피펫법과 비교하였다.
이론/모형
- 분광광도법으로 즉정된 점토함량은 회귀 방정식 Y = 38.03X[- 0.17X2-1.17(Y = 피펫법에 준한 점토함량(%); X[= 분광광도법으로 측정한 점토함량(%); 2=유기물 함량(g/ml))에 대입하여 피펫 법에 준한 점토함량으로 환산하였다.
- 분광광도법을 이용한 점토함량 분석. 분광광도법을 이용한 점토함량 분석은 다음 과정을 거쳐 수행되었다.
- 002 mm)가 10 cm 하강하는데 걸리는 시간(20℃일 경우 8시간)이 경과한 후 수온별 시간에 맞춰 수면으로부터 10 cm 깊이에서 차례로 25 ml를 피펫으로 취하여 105℃에서 건조하여 점토함량 계산에 이용하였다. 이때 Blank test를 통해 분산제의 무게를 보정하였다.
- 피펫법에 의한 점토함량 분석. 각 시료별로 피펫법에 따라 3 회 반복하여 점토함량을 측정하였다.
성능/효과
- 2에 나타냈다. 3반복의 표준 편차는 피펫 법에서 가장 크게 나타났으며 분광광도법을 이용하였을 때는 희석배수를 달리했을 경우 모두 비슷하게 낮게 나타났다. 이는 피펫법의 전 과정이 수동으로 이루어지기 때문에 실험 수행자와 외부의 영향을 많이 받을 수 있기 때문이라 할 수 있다.
- 제약요인이 작용하고, 많은 시간을 요한다. 따라서 분광광도법을 이용한 점토함량 분석은 시간적인 측면을 고려할 때 피펫 법에 비해 크게 유리한 것을 알 수 있다.
- 본 실험에서 조사된 분광광도법과 피펫법과의 상관계수는 0.98로 이 결과는 x-ray attenuation을 원리로 한 Se digraph를 이용하여 입경을 분석한 결과와 피펫법간의 상관계수 0.97과 Y- ray attenuation을 원리로 한 분석기로 점토함량을 분석한 결과와 피펫법의 상관계수인 0.97과 거의 비슷한 수준이었다."") 또한, 이것은 전자기적 방법의 하나인 쿨터계수기로 측정한 점토함량과 피펫법의 상관계수인 0.
- 3은 분광광도법과 피펫법의 정밀성을 비교하기 위해 점토함량별 변이계수(CV)를 조사한 것이다. 분광광도법에 의해 측정된 점토함량은 희석배수를 달리했을 때 모두 CV가 0~6% 정도로 나타났으며 피펫법으로 측정한 점토함량의 변이계수는 0.4-11% 정도로 분광광도법에 비해 상대적으로 변이의 폭이 큰 것으로 조사되었다. 그러나 두 방법 모두 CV가 10% 내외로변이의 폭이 비교적 적어 두 방법 모두 정밀한 방법이라 할 수 있다.
- 이에 따라 점토함량이 낮은 시료를 분석할 때는 특히 주의를 기울여 분석의 오차 범위를 최소로 줄여야 할 것으로 판단된다. 이상에서 분광광도법과 피펫법간의 정확성 및 정밀성은 거의 차이가 없는 것을 알 수 있었다. Table 2에서는 분광광도법과 피펫법을 이용한 점토함량 분석 시 소요시간 등의 차이를 비교하였다.
- 98이상으로 피펫법과 고도의 상관관계를 이루고 있었다. 희석배수간의 차이는 t-test로 분석한 결과 1% 범위에서 정확도의 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 또한, 분광광도법에 의한 점토함량 측정은 희석과정을 거치기 때문에 희석배수에 의한 영향을 받을 수 있으므로 희석배수를 달리한 (6배, 11배) 비교실험을 수행하였다. 희석배수를 달리하여 측정한 점토함량을 피펫법과 회귀분석을 통해 비교한 결과 6배, 11 배 희석 모두 기울기가 1이고 y절편이 0에 가까우며, 상관계수가 0.98이상으로 피펫법과 고도의 상관관계를 이루고 있었다. 희석배수간의 차이는 t-test로 분석한 결과 1% 범위에서 정확도의 차이가 없는 것으로 나타났다.
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