정량 분석

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정량 분석

[ quantitative analysis ]

분석 화학에서 정량 분석(quantitative analysis)은 시료(sample)에 존재하는 특정 화학종, 혹은 여러 가지 화학종들의 절대적인 양 혹은 상대적인 양을 결정하는 것을 말한다. 이에 반해 정성 분석(qualitative analysis)은 시료에 들어있는 화학종들이 무엇인지를 밝히는 것을 말한다.

목차

  1. 1.고전적 방법
  2. 2.현대적 방법
    1. 2.1.- 금속 이온의 경우:

고전적 방법

시료 속에 존재하는 성분들이 무엇인지 특정을 하게 되면 각 성분들의 절대적인 양 혹은 상대적인 양을 결정하는 정량 분석을 수행하게 된다. 시료에 존재하는 각 성분의 절대적인 양과 상대적인 양은 시료의 특정한 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 정량 분석을 하기 위한 고전적인 방법으로는 무게 분석법(gravimetric analysis) 또는 적정법(titration)에 기초한 부피 분석법(volumetric analysis)을 이용하여 분석물의 양을 알아내었다. 무게 분석법에서는 분석물 또는 분석물로 부터 얻어진 침전물의 무게를 측정하며, 부피 분석법에서는 적정 과정에서 분석물과 완전히 반응하여 당량점에 이르는 데 소모된 표준 용액의 부피를 측정하여 분석물의 양을 결정한다. 무게 분석법은 부피 분석법보다 시료의 조성에 대해 보다 더 정확한 결과를 제공하지만, 실험실에서 분석하는데 더 많은 시간이 소모된다. 이에 반해 부피 분석법은 만족스러운 분석 결과를 얻는데 많은 시간이 소모되지 않는다. 부피 분석법의 대표적인 방법으로는 산과 염기의 중화(neutralization) 반응을 이용한 적정법, 질산은(AgNO3) 등의 표준 용액과 시료 속에 존재하는 이온들과의 침전(precipitation) 반응을 이용한 적정법, EDTA(ethylene diamine tetra acetic acid) 표준 용액과 금속 이온들 사이의 착물 형성 반응을 이용한 적정법, 산화제와 환원제의 산화 환원 반응을 이용한 적정 등이 있다. 고전적인 분석법은 오늘날에도 여전히 분석 현장에서 사용되고 있지만, 기기분석법의 빠른 발전에 따라 그 사용 빈도는 점차 감소하고 있다.

산염기 적정은 산 혹은 염기의 미지 농도를 결정하는 정량 분석법이다.

현대적 방법

오늘날 분석 화학에서 정량 분석은 복잡하고 정교한 분석기기를 활용하여 이루어진다. 일반적으로 기기 분석법에서는 매우 정교하게 조절된 빛, 전기, 열 등의 에너지 자극을 분석물에 가하고 분석 대상물이 주어진 자극에 대해 반응하는 정도를 관찰하게 되는데, 이 반응은 항상 물리적 화학적 법칙을 따르며 분석 물질의 성질과 양에 의존한다. 따라서 분석 기기는 주어진 자극에 대한 시료의 반응을 측정하여 분석물에 대한 화학적 정보를 얻을 수 있다. 빛 에너지의 자극을 사용하는 방법이 분광 분석법이고 전기 에너지를 활용하는 방법이 전기 분석법이다. 오늘날 현대의 분석 화학은 분광 분석법과 전기 분석법 이외에도 다음과 같이 다양한 방법이 존재한다. 정량 분석에 주로 활용되는 기기분석법은 다음과 같다.

분광 분석법

정량 분석에 사용되는 분광 분석법은 시료와 광원인 전자기 복사선의 흡수, 방출, 발광 등을 주로 이용하며 대표적인 방법들은 다음과 같다.

- 분자의 경우:

  • 자외선, 가시광선 흡수 분광법(Ultraviolet/Visible Absorption Spectroscopy)
  • 형광 분광법(Fluorescence Spectroscopy)
  • 적외선 분광법(Infrared Spectroscopy)
- 금속 이온의 경우:

전기 분석법

정량 분석에 사용되는 전기 분석법으로 대표적인 방법들은 아래와 같다.

  • 전위차법(Potentiometry)/이온선택성 전극(ion-selective electrode)
  • 전기량법(Coulometry)
  • 전압전류법(Voltammetry)
  • 전도도법(Conductometry)

분리분석법

시료 내에 분석하고자 하는 화학종이 여러 가지인 경우, 정성 분석과 정량 분석을 하기 위해 크로마토그래피를 이용하여 각 성분별로 먼저 분리(separation)를 한 후, 분광법, 전기 분석법, 질량 분석법과 연결하여 시료의 정성 분석과 정량 분석을 동시에 수행할 수 있다. 크로마토그래피 등을 이용한 정량 분석법에서는 이미 알고 있는 정확한 양의 표준 물질을 시료에 첨부하여 분석하는 내부 표준법(internal standard method)을 활용하여, 시료 주입 및 측정 시 발생하는 불확실도를 피할 수 있다. 분리 분석법의 검출법으로는 자외선, 가시광선 흡수 분광법(UV-VIS), 불꽃 이온화 검출기(FID), 질량 분석법(MS) 등이 주로 사용되는데 질량 분석법은 분석물을 기체상으로 이온화한 후 고진공 상태에서 이온의 질량-대-전하비(mass-to-charge ratio)에 따라 전기장 혹은 자기장을 이용하여 분리하고 검출하는 방식이다.