실험 6. 나뭇잎 중에 있는 납의 분광 광도법 정량

- 5 조 -정래웅노승현임수현안지연

2006. 10. 29

1. Object - 나뭇잎에 있는 납을 디티존과 용매 추출법을

이용하여 분광학적으로 정량한다 .

2. Reagent HNO3

아세트산 , 황산과 함께 오래전부터 알려져 왔으며 중요한 강산중의 하나이다 .구리 , 은 등을 녹이기 때문에 황산보다도 강하다는데서 강한 물이라는 뜻의 라틴어를 따서 agua foris 라고 불린다 . 농도 98% 이상의 질산은 무색의 액체이다 . 흡습성이 강하고 발연한다 . 빛을 쬐면 일부는 분해한다 . 녹는점 -42’C 끓는점 86’C 비중 1.502 이다

NaCN

무색 결정으로 녹는점 563.7’C 끓는점 1496’C 이다 . 조해성을 지나며 물에 녹는다 . 수용액은 가수분해하여 알칼리성을 보인다 . 산에 의하여 분해되어 독성이 있는 시안화 수소를 발생한다 .

NaSO3

무색결정으로 비중 1.59 이다 . 37’C 이상에서는 무수염이 된다 . 무수염은 무색의 결정 또는 분말이며 가열에 의해 분해된다 . 공기중에서는 서서히 산화되나 n 수화염보다는 안정하다 . 비스코오스염료의 제조 , 티오황산나트륨의 제조원료 , 환원제 , 사진현상액 , 표백제 , 방부제에 사용되며 , 고무공업 , 플리스틱 공업등에서도 사용된다 .

CHCl2

염화메틸을 염소화하거나 , 클로로포름을 아연과 아세트산으로 환원하면 얻어지는 화합물이다 . 녹는점 -96.8’c 끓는점 40.21’c 이다 . 유기화합물의 추출 및 반응용제 , 냉매 등에 널리 이용된다 .

Pb(NO3)2 비중 4.53, 물 , 알코올에 녹지만 진한 질산에는 녹기 어렵고

수용액에 진한 질산을 가하면 침전이 생긴다 . 470’c 이상으로 가열하면 분해된다 .

3.Theory 금속의 용매 추출

고체 또는 액체에 적당한 용매를 가하여 , 그 용매에 가용성 성분을 녹여내는 분리법을 말하며 , 이는 금속 양이온을 분리하는 중요한 방법의 하나이다 .

디티존 (Diphenylthiocarbazone) * 무극성 유기용매에는 녹지만 ph7 이하의 물에서는 녹지 않는다 . * 2 가 또는 3 가의 금속이완과 2:1 의 비율로 반응하여 붉은색의 소수성 착화홥물을 형성한다 .

디티존은 여러가지 금속이온과 수용액 중에서 반응하여 착화합물을 형성한다 . 이들 착물은 사염화탄소 , 클로로포름 등의 유기용매에 의해 추출되어 미량 금속이온의 정량 정성 분석에 이용된다 .

이번 실험에서 디티존은 납과 착물을 형성하여 붉은색으로 나타나고 이는 유기층 (CHCl2) 에 녹아 분별깔때기에 의해 분리된다 . ( Extraction 해줄때에는 마개를 잘 막고 흔들어 준다음분별 깔때기를 뒤집어 밸브를 열어주어서 gas 를 빼주어야 한다 .)

Masking reagent

차폐 · 은폐라고도 하며 , 처리하기 위하여 첨가하는 시약을 마스킹제 , 또는 가리움제라고 한다 . 마스킹제로서는 방해성분 ( 주로 금속이온 ) 에 대하여 가급적 선택적으로 작용하는 착형성제가 사용되는 경우가 많다 .

디티존과 반응하는 금속이온은 Mn, Fe, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi, Se, Te, Po 가 있다 .

따라서 납성분을 검출 하려는 이번 실험에서는 디티존이 다른 금속 이온과 착물을 형성 하지 않고납 이온과만 착물을 형성할수 있도록 masking 해준다 .

Masking reagent 로Ammonia – cyanide – sulfite solution 을 사용( 각각의 역할 조사 ! Discussion)

티몰블루 지시약

* 티몰블루 지시약의 ph 에 의한 색변화 적색 ph 1.2~2.8 황색 ph 8.0~9.6 청색

티몰블루 지시약의 역할

이번실험에서 나뭇잎을 HNO3 용액에 넣고 잘 저어주어 금속이온들을 추출한용액에 티몰블루 지시약을 1 방울 떨어드리고 2M NH3 용액을 지시약이 완전히푸른색이 될때까지 가해준다 .

티몰블루가 푸른색을 띠려면 염기성이 되야하기 때문에 NH3 를 넣어주어 티몰블로가 푸른색을 띠게 한다 .

디티존 금속 착물은 PH 에 따라 반응하는 금속물의 종류가 다르다 .납은 PH 8.5~11 정도에서 추출되므로 PH 를 8 정도로 만들어 주고 이 역할을

NH3 이 하는 것이다 . 그리고 PH 를 확인하기 위해서 티몰블로 지시약을 사용해 주었다 .

정리하면 , masking reagent 와 ph 조절을 통해 납이온만 선택적으로 분리해낸다 .

분광광도법 (spectrophotometry)광원에서의 빛을 프리즘 혹은 회전발을 이용하여 분광하고 그 결과

얻어지는 단색광을 시료물질에 투사하여 그 시료의 광흡수정도를 측정하는

방법을 말한다 . 시료물질의 정성 정량에 중요한 역할을 하고 있음과 동시에

약한산 및 약한 염기의 이온화 상수 , 착염의 해리상수 도 그 성질 , 반응속도 , 더욱 복잡한 화합물의 분자구조에 대한 유용한 지식을 이 법에

의해 얻을수 있다 . 측정기구로서는 분광광도계가 이용되며 , 가장

대표적인 것으로서 베크만 분광광도계가 있다 .

투광도와 흡광도

시료에 빛을 쪼이면 빛은 시료를 통과한다 . 이때 , 빛의 일부가 시료에 의해 흡수 되어 쪼여준 빛의 세기 (P0) 와 통과해 나온 빛의 세기 (P) 가 다르게 된다 .

투광도 T = P/P0 흡광도 A = log10 (P0/P) = - log T

광원 파장 선택기 시료 빛 검출기 P0 P

Beer’s law

흡광도 A = bcℇ ℇ = 몰 흡광 계수 ( M -1 * cm -1 )

b = 빛의 통과길이 (cm)c = 시료의 농도 (M)

Beer 의 법칙을 통해 흡광도를 측정하면 농도를 알 수 있다 .

4. Preocedure1. 용액의 준비 (예비실험조가 준비함 )

2. 용매추출

1. 준비된 5 개의 눈금 플라스크 (50ml) 에 10ppm 납 표준용액을 0,1,2,3,4ml pippet 으로 취하여 담는다

2. 각 시험관에 전체 부피가 10ml 가 되게 증류수를 섞는다 .

3. 5 개의 시험관에 약 30ml 의 ammonia - cyanide – sulfite 용액을 넣는다

4. 여기에 12.5mldml 디티존용액을 각각 넣는다 .

5. 이것을 분별깔대기에 옮긴후 마개를 잘 막고 CHCl2 층이 붉게 될때까지 약 1 분정도 잘 흔들어 준다 .

6. 분별깔대기를 잠시 방치하여 층이 완전이 분리된후 아래층에 있는 CHCl2용액만 따로 cock 를 열어 준비한 5 개의 시험관에 받아낸다 .

3. 검량선 작성

1. 준비된 시험관 중 납 표준 용액이 10ml 인 것에 대하여 파장을 400~600nm까지 20nm씩 증가시키면서 흡광도를 측정하여 흡광도가 최고일때의 값을 λmax 로 정한다 . ( 이때 , 510nm 부근인 500~520nm 에서는 5nm씩 증가시킨다 .)

2. 납 표준용액이 1,2,3,4ml 인 것들에 대해서는 λmax 에서 흡광도를 측정한다 .

4. 나뭇잎 중 납의 정량

1. 나뭇잎을 10cm * 10cm 로 자른다

2. 나뭇잎을 70’C 로 데운 0.1M HNO3 용액 20ml 에 넣고 약 2 분정도 잘 흔든다 .( 이때 너무 짓이기면 엽록소가 빠져나와 색변화 알기 힘들다 .)

3. 이것을 거름종이로 여과시켜 깨끗한 용량플라스크 (50 or 100ml) 에 담는다 .

4. 이 용액에 티몰블루지시약을 1 방을 떨어뜨린 다음 2M NH3 용액을 지시약이 완전히 푸른색으로 변할 때까지 가한다 .

5. 4 의 용액을 10ml취해서 용매추출과정 (3~6) 을 시행한다 .

6. 5 의 용액을 용매추출 한다음 λ max 를 이용하여 이들의 흡광도를 측정한다

( - 우리 실험은 나뭇잎을 10*10cm 로 자른것을 이용하기 때문에 실험책에 있는 5 번 계산을 할 필요 없다 .)

5. Data & Result 검량선 작성

λ = 507.5nm 일때 최대파장값을 갖고 따라서 , pb2+ 의 부피가 0,1,2,3,4ml 일때

각각의 흡광도를 측정하였다 . (왼쪽 표 )

507.5nm 일때의 흡광도 data값을 이용하여 검량선 graph 를 그린다 .

우리조는 실험과정의 실수로 나뭇잎의 납성분을 검출하지 못하였다 .따라서 나뭇잎의 흡광도값을 임의로 설정하여 data 처리과정을 보여주려 한다 .

나뭇잎의 흡광도 ( 임의값 ) = 0.291

이값을 납표준용액 으로부터 구한 검량선의 일차함수식에 대입하면 나뭇잎의 Pb2+ 의 부피를 구할수 있음

0.291 = 0.124 * x x = 2.347ml = 0.002347 L

10ppm 용액을 사용하였으므로

10mg/L * 0.002347 L = 0.02347mg

따라서 , 나뭇잎 1cm2 당 납의 질량은 0.02347mg / 100cm2 = 2.347 * 10-4 mg/ cm2

*주의사항*

나뭇잎은 되도록 큰 것으로 할 것 용매 추출시 각 시험관에 라벨을 붙여서 구분 분리시킨 용액 버리지 않고 잘 보관 할 것 색변화 주의깊게 관찰 할것 깔때기 흔들때 주의 실험 과정 4-1 에서 필요한 질산 용액은 물중탕으로 한다 .( 산 위

험 ) 폴리글러브 , 고글착용 실험 순서 중요