암모니아성 질소(Nitrogen Ammonia, NH3-N)는 수질 관리 및 폐수 처리 과정에서 중요한 분석 항목으로, 연구소, 폐수 처리장, 식품·음료 제조업체, 수처리 시설 등에서 정기적으로 측정된다. 본 분석은 환경 기준 준수 및 공정 내 질소 농도 모니터링을 위해 필수적이다.
기존의 공정시험기준을 이용한 분석법은 절차가 복잡하고 시간이 오래 걸리며, 실험자의 숙련도에 따라 결과 편차가 발생하는 단점이 있다. 이에 본 노트에서는 QX Water Analysis Spectrophotometer와 Hach 사의 Ammonia Nitrogen Reagent Set를 활용한 간편한 분석 방법을 소개한다.
QX는 사전 설정된 파라미터를 통해 별도의 표준곡선 작성 없이 바로 측정이 가능하여 분석 시간을 단축하고 실험자의 편의를 높인다.
[사진 1]. QX Water Analysis Spectrophotometer
▶ QX는 Hach 및 Merck 시약과 호환되며, All-in-One 셀 홀더를 통해 다양한 큐벳(10mm, 16mm, 25mm, 1인치)과 호환이 가능.
2. 실험 조건
2-1. 실험 장비
- K LAB의 QX Water Analysis Spectrophotometer
- 1000μL 마이크로 피펫 및 전용 팁
- 25mL Graduated Mixing Cylinder with Stopper
- 1-inch Square Cell(Hach, Cat.no: 2495402)
2-2. 시약
- Nitrogen, Ammonia Reagent Set, Nessler(Hach, Cat.no: 2458200)
- Nitrogen Ammonia Standard Solution, 1.0mg/L NH3-N(Cat.no: Hach, 189149)
- Ammonium Chloride(Sigma-Aldrich, Cat.no: 213330)
- Deionized Water
3. 실험 절차
3-1. 검증용 용액 제조
본 실험에서는 QX Water Analysis Spectrophotometer의 측정 성능을 검증하기 위해 암모니아성 질소 검증 용액을 단계적으로 희석하여 제조하고, 정확성 평가를 위해, Nitrogen Ammonia Standard Solution(1.0mg/L NH3-N, Cat.no: 189149)을 준비하였다.
Ammonium Chloride 0.3819g을 100mL 부피플라스크에 정용하여 1000mg/L NH3-N 용액을 제조한 후, 1/400 배 희석하여 첫 번째 샘플(2.5mg/L)을 준비하였다. 이후, 1/2씩 순차적으로 희석하여 총 8개의 검증용 용액을 제조하였다.
첫 번째 샘플: 2.5mg/L
두 번째 샘플: 2.5mg/L x 1/2 = 1.25mg/L 세 번째 샘플: 1.25mg/L x 1/2 = 0.63mg/L … 여덟 번째 샘플: 0.04mg/L x 1/2 = 0.02mg/L |
3-2. 시험 절차
① QX 장비 전원을 켜고 최소 20분간 예열 한다.
② [Hach] 모드를 선택한 후 Program 380(N, Ammonia Ness)을 입력하여 측정모드로 진입 한다.
[사진 2]. QX의 [HACH]모드 선택 화면
③ 25mL Mixing cylinder에 샘플 25mL를 담는다(Blank 샘플 포함).
④ Mineral Stabilizer 3방울을 추가한 뒤, 조심스럽게 위아래로 뒤집어 혼합한다.
⑤ Polyvinyl Alcohol Dispersing Agent 시약을 3방울 추가한 뒤, 가볍게 위아래로 뒤집어 혼합한다.
⑥ Nessler Reagent 1mL를 추가한 뒤, 가볍게 위아래로 뒤집어 혼합한 뒤, 1분간 방치한다.
※ 주의: 모든 혼합 과정에서 볼텍싱 또는 강하게 흔들 경우 기포 발생으로 실험 오차가 증가할 수 있음.
⑦ 1인치 셀에 10mL 샘플을 담는다.
※ 주의: 셀 표면의 지문 및 오염물질을 제거해야 정확한 측정이 가능.
⑧ Blank 샘플을 QX 장비의 All-in-One 셀 홀더에 삽입하고 [Blank]버튼을 클릭하여 기준값을 설정한다.
[사진 3]. QX [Blank]버튼 및 1인치 큐벳(Blank)
⑨ 샘플 셀을 삽입 후 [Sample]버튼을 클릭하여 측정을 진행한다.
[사진 4]. QX [Sample]버튼 및 1인치 큐벳(Sample)
4. 실험 결과
4-1. 정확성 평가 결과
Hach 사의 Nitrogen Ammonia Standard Solution, 1.0mg/L(Cat.no: 189149)을 표준 용액으로 사용하여 해당 농도의 정확성을 평가하였다. 실험은 본 노트에서 사용한 Hach 암모니아성 질소 분석 키트(Cat.no: 2458200)의 매뉴얼에 기재된 Method Performance 데이터를 기준으로 수행되었다.
본 실험에서는 1.0mg/L 표준 용액을 3회 반복 측정하였으며, 결과는 아래와 같다.
[표 2]. 1.0mg/L 표준 용액의 반복 측정 결과
실험 결과, 모든 측정값이 Method Performance 기준인 95% 신뢰구간인(0.99 ~ 1.01)mg/L에 포함되었으며, %Error가 1.00%로 확인되었다.
4-2. 단계별 희석 샘플 선형성 평가
실험 결과, 2.5mg/L 암모니아성 질소 용액을 제조한 후, 1/2씩 단계적으로 희석한 샘플(0.02 ~ 2.50mg/L)의 측정값과 예상 농도 간의 결정계수(R2)는 0.9999로 나타났다. 이를 통해 QX가 희석된 샘플을 일관되게 측정하며, 0.02 ~ 2.50mg/L 범위에서 높은 선형성을 유지함을 확인하였다.
[사진 5]. 예상 농도 대비 측정 농도의 회귀 분석 그래프
5. 결론
본 노트에서는 QX Water Analysis Spectrophotometer를 이용한 암모니아성 질소 분석의 신뢰성을 평가하였다.
▶ 1.0mg/L Hach 표준 용액 측정값이 Method Performance 기준(0.99 ~ 1.01mg/L)에 부합하며, %Error 1.00% 높은 정확도를 확인.
▶ 2.5mg/L 용액을 1/2씩 희석한 샘플(0.02 ~ 2.50mg/L) 측정값과 예상 농도 간 결정 계수(R²) 0.9999로 높은 선형성 유지.
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Reference(참고문헌): Hach Nitrogen, Ammonia Reagent Manual (DOC316.53.01078), p.5
Model Name(모델명): QX Water Analysis Spectrophotometer
The Person in Charge(담당자): Jisu Kim
Maker(제조사): K LAB
Country of Origin(원산지): Korea
e-mail: mint5135@kiswire.com
Data Services(자료제공): K LAB
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