분석화학 정리 다운

Ⅰ. 정성 분석

화학분석법 중 시료가 어떤 성분으로 구성되어 있는지 알아내기 위한 분석법의 총칭

(양이온의 계통분석법 등)

Ⅱ. 정량 분석

1. 중량분석법

1) 침전법 : 침전반응을 이용하여 시료 중 목적성분을 분리하여 정량하는 방법, 가장 널리 이용되는 중량 분석법 (증발잔류물)

2) 가스발생법 : 시료 가열 반응으로 발생한 가스를 추출하여 정량하는 방법

① 흡수법(직접법) : 가스를 직접 흡수제에 흡수시켜 증가한 흡수제의 중량을 달아 정량

② 감량법(간접법) : 발생가스를 완전히 추출한 후 잔류물의 중량을 달아서 그 감량으로부터 정량

2. 용량분석법(적정법)

① 산적정 : 알칼리 표준액을 사용하여 산을 정량 (산도)1) 중화적정(산-염기 적정) : 산과 알칼리의 중화반응을 이용

② 알칼리적정 : 산 표준액을 사용하여 알칼리를 정량 (알칼리도)

2) 산화-환원 적정법 : 하나의 물질이 다른 물질에 의해 산화 혹은 환원되는 반응을 이용

① 과망간산칼륨 적정 (COD 산성법, 과망간산칼륨소비량)

② 중크롬산칼륨 적정 (COD 크롬법)

③ 요오드 적정

3) 침전 적정법 : 침전생성반응 이용 (염소이온 적정)

① 모아법(Mohr method) : 질산은(AgNO3) 표준액으로 염소이온을 정량하는 경우, 지시약으로 크롬산칼륨용액을 사용하는 방법

② 파이얀스법(Fajans method) : 프루오레세인나트륨 용액(우라닌용액) 등의 흡착 지시약을 사용

③ 볼하드법(Volhard method) : 철(Ⅲ)염 용액 지시약을 사용

4) 킬레이트 적정법

금속이온과 킬레이트시약의 반응에 의해 킬레이트 화합물이 생성되는 반응을 이용하여 정량하는 방법 (경도, 황산이온)

3. 기기분석법

1) 광학적 분석법

① 흡광 광도법 : UV-VIS, IR

- 빛이 시료용액을 통과할 때 흡수나 산란에 의하여 강도가 변화하는 것을 이용, 시료물질의 용액 또는 시약을 넣어 발색 시킨 용액의 흡광도를 측정하여 목적 성분을 정량하는 방법

- 암모니아성 질소, 시안, 불소, 철, 비소, 6가크롬, 세제, 질산성 질소

 

② 원자 흡수 분광법 : AA

- 시료를 적당한 방법으로 해리시켜 중성원자로 증기화하여 생긴 바닥상태의 원자가 여기되어 원자 증기층을 투과하는 특유 파장의 빛을 흡수하는 현상을 이용

개개의 특유 파장에 대한 흡광도를 측정하여 시료 중의 원소 농도를 정량하는 방법

- 납, 카드뮴, 세레늄, 수은, 구리, 아연, 망간, 알루미늄, 붕소

 

③ 원자 방출 분광법 : 유도결합플라즈마 발광광도법(ICP)

- 시료를 고주파유도코일에 의하여 형성된 아르곤 플라스마에 도입하여 6,000~8,000˚K에서 여기된 원자가 바닥 상태로 이동할 때 방출하는 발광선 및 발광 강도를 측정하여 원소의 정성 또는 정량분석

- 금속류, 구리, 납, 망간, 붕소, 비소, 세레늄, 아연, 알루미늄, 철, 카드뮴, 크롬

 

2) 전기적 분석법 : 이온전극법, 전위차 적정(산-염기, 산화-환원).

 

3) 크로마토그래피법(Chromatography)

ㄱ. 가스크로마토그래피법(Gas Chromatography; GC)

- 전처리한 시료를 운반가스(이동상)에 의하여 컬럼(고정상) 내에 전개시켜 분리되는 각 성분의 크로마토그램을 이용하여 목적 성분을 분석하는 방법

- 휘발성 물질, 비등점이 높은 물질 등 분석

◈ GC 전처리 장비

* 퍼지앤트랩 (Purge and Trap)

비극성 휘발성 유기 화합물의 추출에 널리 사용, 시료 혼합물을 질소나 헬륨 등의 기체를 사용하여 폭기하고 휘발성 유기물을 기화시켜 흡착 트랩에서 포집한 후 탈착하여 GC에 주입하는 방식

 

* 헤드스페이스 (Headspace Sampler)

시료를 vial에 넣고 vial을 가열하여 그 안에서 시료를 안정적으로 기화시켜 포집한 후 탈착하여 GC에 주입하는 방식

 

* 고체상미량추출(Solid Phase Micro Extraction, SPME)

액체 혹은 기체시료로부터 분석물질을 고체상 흡착제에 선택적으로 흡착시키는 전처리 방법으로, PDMS(polydimethylsiloxane) 등 분석물질의 흡착이 가능한 고정상이 코팅된 섬유(fiber)를 사용하여, 액상 시료에 넣었을 때 흡착 고정상과 수분상 사이에서 시료의 분배정도를 이용한 방법

◈ GC 검출기(Detector)

* 열전도도 검출기(TCD ; Thermal Conductivity Detector)
기체가 열을 전도하는 물리적 성질을 응용하여, 순수한 운반기체와 시료가 섞인 운반기체의 열전도도(thermal conductivity)의 차이를 측정하여 검출

(운반기체와 열전도도의 차이가 있는 유기화합물 분석)

 

* 불꽃 이온화검출기(FID ; Flame Ionization Detector)

FID 작동원리는 유기물이 수소-공기 불꽃에서 연소될 때 양이온과 전자가 생성되는 불꽃 이온화 현상에 바탕을 둔 검출기

(Air/H2 불꽃에서 이온화되는 유기화합물 분석)

 

* 전자 포획 검출기(ECD ; Electron Capture Detector)

ECD는 방사선 동위원소(63Ni, 3H 등)로부터 방출되는 β선이 운반기체와 부딪혀서 전자가 떨어져 나오고, 시료 중의 할로겐이나 산소와 같이 전자포착력이 강한 화합물에 의하여 전자가 포획되어 전류가 감소하는 것을 이용하는 방법

(할로겐족 원소 등 전자포획원자를 포함한 유기화합물 분석)

 

* 열이온화 검출기(TID ; Thermionic Detector) or 질소․인 검출기(NPD)

TID는 인 또는 질소 화합물에 선택적으로 감응하도록 개발된 검출기로서 NPD라고도 한다. 수소불꽃 가까이 알칼리염(bead)을 두고, 수소불꽃으로 가열된 알칼리 금속의 이온과 N, P화합물들의 선택적 반응에 의해 생기는 전류를 측정

(N, P 포함 유기화합물 분석)

 

* 불꽃 광도 검출기(FPD ; Flame Photometric Detector) :

황(S)이나 인(P)을 포함한 탄화수소 화합물이 FID형태의 불꽃으로 연소될 때, 화학적인 발광을 일으키는 성분을 생성한다. 이러한 성분들은 시료에 함유된 성분에 따라 나오는 특정 파장의 복사선이 광전자증배관(PMT)에 도달하여, 이에 연결된 전자 회로에 신호가 전달 되는 원리 (S, P 포함 유기화합물 분석)

 

ㄴ. 액체크로마토그래피법(Liquid Chromatography: LC)

① 고성능액체크로마토그래피법(High Performance Liquid Chromatography: HPLC)

- 이동상을 Liquid로 하여 컬럼(고정상)내에 전개시켜 극성, 비극성의 차이에 따른 분배의 원리에 의해 일반적인 유기물질을 분리

- 휘발성이 낮고, 기체상으로 처리하는 것보다 용액으로 처리하는 것이 편리한 천연물질, 생체성분, 합성물질 등 분석에 이용

◈ HPLC 검출기(Detector)

* 자외선/가시선 검출기(UV/VIS detector)

광원에서 특정 파장의 빛이 광로를 거쳐 검출기 셀 내의 시료에 투입되면 특정 파장의 빛이 시료에 흡수되고, 검출기에 흡수되는 빛의 양을 전기적인 신호로 나타내고 이 신호의 크기를 이용하여 시료의 정량 분석이 이루어짐. 많은 용질들이 자외선을 흡수 하고, 검출기의 감도가 상당히 높기 때문에 HPLC 검출기로 가장 많이 사용되고 있음

 

* 형광 검출기(Fluorescence detector)

시료에서 발광하는 형광의 세기는 시료의 양(농도)에 비례하는 원리

시료가 형광을 방출 할 때 혹은 시료를 형광을 낼 수 있는 화학기를 원하는 분석 물질에 붙여서 형광 유도체로 만들었을 때 사용

(polycyclic, aromatic, aflatoxin, amino acid류 등 분석)

 

* 굴절율 검출기(Refractive Index detector)

Reference cell과 sample cell에 포함된 시료와 용매의 굴절률 차이가 존재하게 되고, 빔이 광전관 중심으로부터 deflect 되고 검출기의 신호가 변하는 원리

(거의 모든 물질)

 

* 전기화학적 검출기(Electrochemical detector)

분석 물질이 쉽게 산화 되거나 환원되어야 하므로 약간 선택적.

(산화, 환원이 쉽게 일어나는 물질)

 

* Photodiode array(PDA) detector

UV detector 보다 진보된 검출기로써, 광다이오드의 배열을 통해 동시에 다양한 파장을 볼 수가 있는 검출기

 

* 전기전도도 검출기(Conductivity detector)

이온성 화합물 분석

 

② 초고성능액체크로마토그래피(Ultra performance liquid chromatography: UPLC)

- HPLC에서 더 나은 performance를 위해 이론단수 N값을 높이기 위해서, 더욱 작은 컬럼 입자를 사용하고, 작은 컬럼 입자를 사용에 따른 높은 압력을 견디는 펌프를 고안하여, 분리속도, 분리능, 감도를 업그레이드 시킨 장치

 

* HPLC와 UPLC의 차이점

		HPLC	UPLC
컬 럼	충진제 입자크기	5um	1.7um
	컬럼 내경	4.6mm	2.1mm
기 기	펌프	최대압력 6,000psi	최대압력 15,000psi
	검출기	데이터 신호 1~2Hz/초	데이터 신호 80Hz/초
UPLC가 HPLC에 비해 분리능, 속도, 감도가 증가하여 고효율적임

 

③ 이온크로마토그래피법(Ion Chromatography: IC)

- LC의 일종, 이온의 친화도의 차이에 따라 이온들의 이동속도가 달라져 각 이온별 분리가 일어나고 전기 전도도 검출기를 통해 대부분의 무기 이온류들을 고감도로 검출

(불소, 황산이온, 염소이온, 질산성질소 등)

 

* GC와 HPLC의 특징

GC	HPLC
시료의 휘발성	시료의 용해성
열적 안정성	pH 안전성
M.W. : <500	M.W. : 거의 제한 없음
고정상의 선택성	고정상과 이동상의 선택성
시료의 회수가 불가능	시료를 비교적 쉽게 회수 가능
고감도의 검출이 가능함	상대적으로 감도가 낮음

4. 질량분석법(Mass Spectrometry)

- 이온은 전하를 띠고 있으므로 전기장이나 자기장 속을 지날 때 진행방향이 바뀌게 되고, 같은 전하를 가진 이온은 질량이 클수록 경로가 적게 휘게 된다.

- 질량분석기는 이 성질을 이용하여 입자를 질량에 따라 분리하여, 질량이 조금씩 다른 이온이 질량 순으로 분포하여 질량 스펙트럼을 만들게 되고 이것을 검출하는 원리

◈ GC 질량분석기

* GC / MSD (Quadrupole MS)

70eV의 전압으로 이온화시켜 원하는 질량을 선택해서 검출하는 장비

(분석가능분자량-소숫점 1자리)

 

* GC/MS/MS

70eV의 전압으로 시료를 깨고, 깨진 이온을 또 깨어 원하는 질량의 이온을 검출하는 장비, GC/MSD보다 감도가 좋음 (주로, 구조분석에 이용)

 

* HRGC/HRMS [고분해능 질량분석기(High resolution Mass Spectrometry, HRMS)]

이온화 후에 큰 자기장을 통해 원하는 특정 이온들을 검출하는 장비 (분석가능분자량-소숫점 4자리,다이옥신 ,PCB 등 환경 중에 극미량으로 존재하는 물질들을 분석)

 

* TOF/MS (Time of Flight MS)

우리가 원하는 이온을 가속시켜 비행시간을 정확히 측정하여 물질을 분석

(GC/MSD와 HRGC/HRMS의 중간)

 

* ICR/MS(Ion cyclotron resonance MS) : 이온의 궤도반경을 이용하여 분석

 

* Ion trap/MS : 저장고를 통해 원하는 이온을 저장하면서 차례대로 배출하면서 분석

◈ LC 질량분석기

* LC/MS
LC에서 분리된 액체시료를 3,000~4,000V의 고전압을 주어 발생시켜 기화와 동시에 이온화시켜 분석

 

* LC/MS/MS

LC/MS에서 나온 시료를 한번 더 고전압을 주어 나온 이온들을 분석

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