내부 표준법과 표준물 첨가법 목포대학교 화학과 남상호

Internal standard method 1. 시료의 물리적 성질(온도, 점도 등)과 가스 압력 변화에 따라 원소의 신호세기가 변하는 것을 보정하는 방법이다. 2. 미지시료를 취급하거나 분석하는 과정에서 시료의 손실이 일어날 가능성이 있을 경우에 이용되는 방법이다. 3. 내부 표준물의 세기에 대한 분석물의 세기의 비를 이용하여 검정곡선을 그려 정량 하는 방법이다. 4. 분석물을 측정 하기 전에 일정량의 내부 표준물을 첨가하면 원자화 과정에서 이들 각 물질은 같은 비율로 원자화 될 것이다. 결국 내부 표준물질과 분석물질의 비는 일정하게 유지되는 것을 이용하는 방법이다.

Sample 조건 분석시료가 용액일 경우 일정농도를 가한다. 2. 분석시료가 금속일 경우 내부 표준물 첨가가 불가능하므로 주성분원소를 표준물로 삼고 그 함유량이 시료마다 일정하 다고 가정한다. 3. 분석시료가 분말 시료인 경우 내부 표준물을 고체 분말상태 로 혼합 또는 내부 표준물을 일정한 농도의 용액으로 만들어 일정 부피를 분말시료에 가하여 말린 다음 잘 혼합 사용한다.

관계식 미지 시료에서의 농도비(X/S) 표준 혼합물에서의 농도비 미지시료에서의 신호비(X/S) 표준 혼합물에서의 신호비 = 내부 표준물질과 분석하고자 하는 물질의 상대적인 신호세기를 측정 하기 전에 이 혼합물은 미리 준비 한다.

Internal standard 조건 방출세기가 커야 한다. 분석원소의 흡수파장에 가까운 파장을 갖어야 한다. 시료 중에는 반드시 포함되어 있어서는 안 된다. 분광간섭이 없는 방출선을 갖고 있어야 한다. 분석원소와 유사한 분광특성을 갖고 있어야 한다. (원자선 이나 이온선의 구별, 들뜸 에너지의 유사성, 방출 세기, 화학적 성질 등이 비슷한가를 본다.)

측정방법 표준용액에 내부 표준원소를 첨가한다. (내부 표준원소 첨가 시 표준용액의 농도변화에 따라 내부 표준 원소는 일정량을 가한다.) 측정원소의 방출세기와 내부 표준원소의 방출세기의 비를 분석원소의 농도에 대하여 도시하여 검정곡선을 작성한다. (내부 표준원소의 선 세기에 대한 분석원소의 세기 비) 시료용액에도 같은 양의 내부 표준원소를 첨가하고 방출세기 비를 측정하여 정량 한다.

Internal standard 곡선 1 10 20 2 3 측정원소의 농도(㎍/ml) 미지시료의 방출세기 비 미지시료의 농도 b 시료속에 있는 원소 대 내부 표준물 방출세기 비 Intensity of an element in Sample / Intensity of internal standard

측정시 주의사항 1. Standard의 원소 농도변화가 0, 1, 10ppm 일때 내부 표준원소는 Standard와 미지시료에 일정농도로 넣어준다. 2. 검정곡선을 작성했을 때 측정원소의 방출세기와 내부 표준 원소의 방출세기 비가 일정하다면 시료용액에서도 그 방출 세기 비는 일정할 것이다. 3. 방출세기의 비를 측정하는 것이기 때문에 검정곡선의 y축은 intensity의 비가 된다. (Intensity of an element in Sample/Intensity of Internal standard)

Internal standard 추천 원소 - Y, Co, Sc, Be, Tl 분석원소가 Al, Fe, Si, V 인 경우는 Cr을 내부 표준물로 사용 할 수 있고,- 분석원소가 Ni, Cd, Co, Zn, Cr, Au 등은 Mn이 적당한 내부 표준물이다.

Internal standard 이용 예제1 0.0837M의 분석물질(X)과 0.0666M의 내부 표준물질(S)을 함유 하는 용액의 봉우리 넓이는 X에 대해서 423이고 S에 대해서 347 이었다.(넓이는 임의적 단위로 측정된 것임) 시료를 분석하기 위하여, 0.146M의 S 10ml를 미지시료 10ml에 첨가 시켰다. 혼합물을 부피 플라스크에 넣고 25ml로 묽혔다. 그랬더니 X의 봉우리 넓이는 553이고, S의 봉우리 넓이는 582 이었다. 미지시료 중에 함유된 X의 농도를 구하라.

풀이 표준 혼합물에 대하여 다음과 같이 나타낼 수 있다. 표준 혼합물 : [X] [S] = 0.0837M 0.0666M 일 때 X의 넓이 S의 넓이 423 347 미지시료에 표준물질을 첨가 시킨 혼합물에서, 농도 S는 [S] = (0.146M)(10.0/25.0) = 0.0584M 미지 혼합물 : [X] [S] = 미지시료 0.0584 일 때 X의 넓이 S의 넓이 553 582 혼합물 중에 함유된 X의 농도를 구하기 위하여 비례식 이용

미지 시료에서의 농도비(X/C) 표준 혼합물에서의 농도비 미지시료에서의 신호비(X/C) 표준 혼합물에서의 신호비 = [X]/0.0584M 0.0837M/0.0666M = 553/582 423/347 [X] = 0.0572M (S를 첨가 시킨 혼합물 중에서) S를 가하여 혼합물을 만들 때 X는 10.0ml 에서 25.0ml로 묽혀 졌기 때문에 미지 시료 중에 함유된 X의 원래 농도는 다음과 같다. (25.0/10.0)(0.0572M) = 0.143M

예제 2 ICP-AES를 사용하여 침전물(Sediment)속의 납을 측정하고자 한다. 측정방법으로 내부 표준물법을 이용하였고, 이 때 내부 표준물로 마그네슘을 사용하였다. 표준용액에서 Pb의 농도를 blank, 0.1, 1, 10, 100 ppm으로 바꾸어 주면서 이 때 Mg의 농도는 2ppm이 되도록 각각 첨가하였다. 또한 미지시료 A, B도 마찬가지로 Mg을 2ppm이 되도록 첨가하였다. 이 때 납의 농도에 따른 Mg, Pb의 세기를 측정한 값은 아래와 같다.

이 표에서 측정된 두 원소의 세기비를 사용하여 검정곡선을 그리고 미지시료 A, B의 농도를 구하여라. 용액번호 Intensity Mg Pb 납의 농도 (㎍/ml) 1 2 3 4 5 A B 15 30 98 289 2239 850 1580 0.1 10 100 X Y 9.8 12 14.8 16.3 18.2 17.5 19.6

풀이 Intensity of Pb/ Intensity of Mg 20 40 60 80 100 120 140 A의 세기 비 B의 세기 비 A의 농도 B의 농도 y= 0.993x + 4.2482 R2= 0.9966 납의 농도(㎍/ml)

Y축은 Mg의 세기에 대한 Pb의 세기의 비를 나타낸다. X축은 Pb의 농도를 나타낸다. 세기 비는 Pb/Mg, 즉 15/9.8… 식으로 계산 하면 된다. 위 그래프에서 얻어진 직선 방정식은 y = 0.993x + 4.2482 로 나타난다. A, B의 Intensity 비를 3번과 같이 계산하여 위 식에 대입하면 미지시료 A, B의 농도를 구할 수 있다. A의 Intensity 비는 48.571 이고 B의 Intensity 비는 80.612 이다. 위 식에 대입하면 A의 농도는 44.635(㎍/ml) 이고 B의 농도는 76.902(㎍/ml) 이다.

Standard addition method 시료의 Matrix에 의한 방해가 있으면서, 그 방해의 원인을 알 수 없거나 방해를 제거 할 수 없는 경우에 사용한다. 2. 검정 곡선법에서는 여러 가지 방해 작용 때문에, 표준 시료 용액의 Matrix를 시료 용액과 같거나 비슷하게 만들어야 하는 어려움이 있어서 표준물 첨가법이 사용된다. 3. 시료의 조성이 잘 알려져 있지 않거나 복잡할 경우 뿐만 아니라 시료의 성분이 분석신호에 영향을 줄 때 효과적이다. 4. 분석하고자 하는 원소(x)를 함유한 미지시료에 그 원소(x)의 표준용액을 혼합하여 정확한 농도를 측정하는 방법이다.

5. 표준시료와 분석용액의 Matrix가 서로 다를 때 이용한다. ex) 많은 양의 황산이나 인산이 존재하는 용액은 물리적 방해 를 주고 전체 염의 농도가 0.5% 이상 되는 용액은 이온화 방해 영향과 점성도 변화에 따른 물리적 방해 영향을 받는 다. 6. 미지시료에 표준원소를 첨가 시킨 다음 증가된 신호로부터 원래 미지시료 중에 얼마나 많은 양의 분석 물질이 함유되어 있는가를 측정하는 방법이다. 7. 분석물 용액의 일정 부피에 일정량의 표준 용액을 첨가하기 전과 후의 원소들의 신호세기를 측정하는 방법이다.

※ 매트릭스(Matrix) 분석물질을 제외하고 미지물질 중에 함유되어 있는 모든 화 학종을 말한다. 2. 원자 방출 분광법에서 Matrix 중의 성분들이 분석물질의 원 자들과 반응하여 원하는 측정 파장에서 빛을 방출하지 않는 분자들을 형성할 수 있다. 3. Matrix effect란 시료 중에 존재하고 있는 분석물질이 아닌 다른 어떤 물질에 의해서 일으키는 분석 신호의 변화로서 정 의할 수 있다. 4. Matrix는 시료 중에 있는 원래의 분석 물질과 마찬가지로 첨가된 분석물질에 대해서도 같은 효과를 나타내어야 한다.

측정방법 1. 2개 이상의 시료용액을 일정량 취하여 매스 플라스크에 옮겨 놓는다. 1. 2개 이상의 시료용액을 일정량 취하여 매스 플라스크에 옮겨 놓는다. 그 중의 하나는 물 또는 용매로써 눈금까지 묽힌다. 나머지는 일정량의 분석 원소가 함유된 표준용액을 농도별로 (1, 10, 100ppm)가한 다음 눈금까지 묽힌다.

표준용액을 넣지 않은 시료 안의 원소의 신호세기를 먼저 측정한다. 표준용액을 가한 시료 안의 원소의 신호세기를 단계적으로 측정한 원소들의 신호세기와 표준물질의 농도를 도시하여 검정곡선을 작성한다

측정시 주의사항 1. Standard addition method에서는 unknown sample을 2개 이상의 플라스크에 똑 같은 양을 담는다. Internal standard와 다르게 표준원소를 농도를 진하게 바꿔 가면서 첨가한다. Sample의 양이 부족할 경우에는 2개의 sample로 나누어 하나는 표준원소를 넣지 않은 농도를 측정하고 다른 하나는 표준원소를 일정 양을 첨가한다. 그리고 그 두 점으로 검정곡선을 그린다.

Unknown sample의 농도 구하기 1. 표준원소를 첨가하지 않고 묽혔을 때의 처음 농도부터 표준원소를 첨가해 가면서 측정했을 때를 직선으로 그으면 하나의 직선 방정식이 성립된다. 2. 직선 방정식에서 unknown sample의 실제 농도는 y=0 이 되는 점이다. 3. 직선 방정식 y=ax+b에서 y=0과 a, b 값을 알 수 있으므로 구하려는 농도 x값을 얻을 수 있다.

Concentration of added Standard addition 곡선 x x+c1 x+c2 미지시료 농도 Concentration of added standard(㎍/ml) Intensity 1 10 2 3

위 그림에서 x는 unknown sample에 표준원소를 첨가하지 않고 묽힌 농도 이다. x+c1(1ppm), x+c2(10ppm)는 표준원소를 농도별로 첨가 하면서 측정한 값이다. 직선 방정식으로 미지시료의 농도를 구할 수 있다.

Standard addition 이용 예제 1 원자 방출 분광법에서 원소 X를 함유한 미지 시료를 일정량의 표준 용액은 0, 1, 2, 3, 4 (㎍/ml) 을 첨가 하였다. Intensity는 다음 표와 같다. 미지시료 부피(ml) 표준물질 농도(㎍/ml) 전체부피(ml) Intensity 10.00 1 2 3 4 100.0 0.163 0.240 0.319 0.402 0.478

Concentration of added standard(㎍/ml ) 그래프를 작성하여라. 그래프로부터 미지 시료 중에 있는 X의 농도를 구하라. 풀이 1 2 3 4 5 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Concentration of added standard(㎍/ml ) Intensity 3 2 1

위 그래프에서 y축은 Intensity가 되고 x축은 첨가된 표준용액의 농도를 나타낸다. 표준용액을 첨가 하지 않은 초기 Intensity는 0.163이고 나머지는 표준용액의 농도를 바꾸어가며 측정해서 위 같은 직선을 얻었다. 직선 방정식을 구하면 y = 0.081x + 0.1602 가 된다. y=0인 값이 구하려는 x의 실제 농도가 된다. 위 식에 대입해 보면 x의 농도는 1.9778 (㎍/ml) 이 된다.