KR100307856B1 - 분광광도계를이용하여토양의치환성칼슘함량을신속하게측정하는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 치환성 칼슘을 측정하는 표준방법인 암모늄아세테이트법에 사용하는 암모늄아세테이트(NH₄OAc) 용액으로 토양중의 치환성 칼슘을 침출시킨후 그 침출용액 중의 치환성 칼슘함량을 분광광도계를 이용하여 신속하게 측정하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 종래에 측정기기로 사용하는 원자흡광광도계가 고가이며, 조작이 어렵고 가연성 가스를 사용하므로 오조작시 화재 또는 폭발의 위험이 있는 대신에 저가로 구입할 수 있으며, 조작이 간편하고 가연성 가스를 사용하지 않는 분광광도계를 사용하며, 분석과정에서 시약을 방울로 첨가하여 분석조작을 간편화시켜 전문 토양분석자가 아니더라도 토양의 치환성 칼슘함량을 손쉽게 측정할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것이다.

Description

분광광도계를 이용하여 토양의 치환성 칼슘 함량을 신속하게 측정하는 방법

본 발명은 일반적인 분석장비인 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 토양 치환성 칼슘 함량을 신속하게 측정하고, 또한 원자흡광광도계(atomic absorption spectrophotometer)로 측정하는 국내 표준방법인 암모늄아세테이트(ammonium acetate)(NH₄OAc)법의 치환성 칼슘 함량으로 변환하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기존의 국내 표준방법에서 사용하는 암모늄아세테이트 용액으로 토양을 침출시켜 분광광도계를 사용하여 토양의 치환성 칼슘 함량을 신속하게 측정할 수 있고, 또한 기존의 국내에서 표준방법으로 사용하는 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘 함량으로 변환시킬 수 있도록 한 방법에 관한 것으로서, 기존의 국내 표준방법이 원자흡광광도계를 사용함으로 인하여 고가이며, 오조작시 가연성 가스에 의한 화재의 위험이 있으며, 분석조작이 까다로운 문제점이 있으나 본 발명은 원자흡광광도계를 사용하는 대신에 분광광도계를 사용함으로써 비용이 절감되고, 화재의 위험성이 없으며, 분석조작이 간편하여 전문 토양분석자가 아니더라도 토양의 치환성 칼슘함량을 손쉽게 측정할 수 있는 효과가 있다.

일반적으로 작물의 칼슘비료(예, 석회고토, 소석회, 생석회) 시비량을 결정하기 위해서는 토양의 치환성 칼슘 함량에 대한 분석이 필요하다. 여기서, 치환성 칼슘이라 함은 토양표면에 존재하면서 작물이 이용할 수 있을 것으로 예상되는 칼슘을 의미하는데, 기존의 국내 표준방법은 암모늄아세테이트 용액을 토양에 가하여 암모늄이온(NH⁺ ₄)으로 토양의 치환성 칼슘을 치환침출하여 원자흡광광도계(atomic absorption spectrophotometer)로 측정하는 것이 일반적이다.

이와 같은 토양 치환성 칼슘함량을 측정하기 위한 방법으로 암모늄아세테이트법이 있으며, 이 방법은 한국에서 토양 치환성 칼슘 함량을 측정하기 위한 표준분석법으로 이용되고 있다. 기존의 암모늄아세테이트법은 암모늄아세테이트 용액으로 침출한 토양의 치환성 칼슘을 원자흡광광도계를 사용하여 측정하고 있으나, 이 방법은 기기 구입비가 많이 소요되며, 조작이 어려워 전문 교육을 받은 전문가만이 사용할 수 있으며, 아세틸렌(acetylene)과 같은 가연성 가스를 사용하므로 오조작시 폭발 또는 화재의 위험성이 있다. 또한, 원자흡광광도계로 칼슘을 측정하기 위해서는 각 실험단계에서 피펫팅, 희석, 여과 등의 과정을 거쳐야 측정할 수 있으므로 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.

따라서, 저렴한 기기를 이용하여 저렴한 비용으로 필요한 시기에 짧은 시간 내에 신속한 방법으로 토양의 치환성 칼슘 함량을 측정하는 방법의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저렴한 가격으로 구입할 수 있으며 일반적으로 분석실험에 사용하며, 기기 조작이 간편한 분광광도계를 이용하여 토양 치환성 칼슘을 간편하게 측정할 수 있도록 한 것이며, 각 실험단계에서 시약을 방울로 첨가하도록 하여 실험과정을 간편화하게 하는 토양의 치환성 칼슘 함량의 측정방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 이러한 방법으로 측정된 값을 종래의 국내 표준방법인 원자흡광광도계를 사용하는 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘 함량값으로 환산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 방법으로 침출액을 발색시켜 분광광도계로 측정한 흡광도와 표준용액의 농도 사이의 관계를 나타내는 그래프로서, 흡광도와 표준용액의 농도 사이에는 직선의 관계를 나타내어 측정방법의 정확도를 입증하는 그래프이고(흡광도와 표준용액의 농도와의 관계식 Y = 79.27X - 2.7103, 상관계수 r=0.9997, 결정계수 R²=0.9995),

도 2는 본 발명의 방법에서 제시하는 분광광도계로 측정한 흡광도와 표준 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량과의 관계를 나타낸 그래프로서, 흡광도와 표준 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량 사이에는 직선의 관계를 유지하고 있고(관계식 Y = 3.2754X - 0.0344, 상관계수 r = 0.9893, 결정계수 R²= 0.9788),

도 3은 본 발명의 방법으로 측정한 흡광도를 토양 치환성 칼슘함량으로 환산한 값과 기존의 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량과의 관계를 나타낸 그래프(본 발명에서 구한 함량과 기존의 방법으로 구한 함량 사이에는 0.9999 : 1.0000의 관계를 나타내고 있음; 관계식 Y = 0.9999X + 0.0004, 상관계수 r=0.9893, 결정계수 R²= 0.9788).

본 발명은 일반적으로 분석실험용으로 사용하는 분광광도계를 이용하여 토양 치환성 칼슘을 신속하게 측정하는 방법이다. 본 발명은 토양의 치환성 칼슘함량을 기존의 암모늄아세테이트법과 동일한 방법으로 침출하여 기존의 방법이 고가이며, 조작이 복잡하며, 오조작시 화재의 위험이 있는 원자흡광광도계를 사용하는 대신에 저가이며, 조작이 쉬우며, 가연성 가스를 사용하지 않는 분광광도계를 사용하여 측정하며, 분석과정에서 시약을 방울로 첨가할 수 있도록 개발하므로써 분석과정을 간편화시킨 것이다. 또한, 본 발명의 방법으로 구한 치환성 칼슘은 원자흡광광도계를 사용하는 표준 암모늄아세테이트법으로 변환시킬 수 있도록 한 방법이다.

본 발명의 방법으로 침출한 용액중의 칼슘은 본 발명에서 제시하는 방법에 따라 시약을 방울로 첨가하여 일반적인 분석기기인 분광광도계를 사용하기 때문에 기존의 암모늄아세테이트법에서 원자흡광광도계로 측정하기 위해 피펫팅, 희석 등의 복잡한 과정을 거쳐 분석하는 것에 비해 분석과정이 간편하고 가연성 가스를 사용하지 않으며, 분석시간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 토양 침출액중의 칼슘 발색 시약의 제조, 측정방법 및 이 방법에 따라 분석된 토양 치환성 칼슘 함량을 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량으로 환산하는 방법에 대해 설명한다.

1) 발색시약의 제조방법

본 발명에서 분광광도계로 칼슘을 측정하기 위한 발색시약은 에칠알콜(ethyl alcohol)(C₂H₅OH)을 첨가하고 수산화나트륨(NaOH)과 탄산나트륨(Na₂CO₃)의 혼합액을 첨가하여 용액을 알카리성으로 만들고, N,N-디메칠포름알데하이드(N,N-dimethyl formaldehyde)(HCON(CH₃)₂), 글리옥살비스(2-하이드록시아닐)(glyoxalbis(2-hydroxy anil)(HOC₆H₄N:CHCH:NC₆H₄OH) 및 메칠알콜(methyl alcohol)(CH₃OH)의 혼합시약을 첨가하여 붉은색으로 발색시킨 다음 분광광도계로 흡광도를 측정한다. 이 때 발색과정의 실험과정을 간략하게 하기 위하여 각 첨가시약을 방울로 첨가할 수 있도록 하였다.

본 발명에서 제시하는 암모늄아세테이트법으로 침출한 용액중의 치환성 칼슘을 분광광도계로 측정하기 위해 사용되는 발색시약을 조제하는 방법은 다음과 같다.

① 에칠알콜-증류수 혼합액의 조제

95 ∼ 99.5%의 에칠알콜 100 ∼ 300mL와 증류수를 혼합하여 500mL의 에칠알콜-증류수 혼합액을 만든다. 에칠알콜의 첨가량에 따라 발색의 안정도가 달라지는데 200mL의 에칠알콜에 300mL의 증류수를 첨가하여 에칠알콜-증류수 혼합액을 제조하는 것이 바람직하다.

② 수산화나트륨-탄산나트륨 완충용액의 조제

10∼30g의 수산화나트륨(NaOH)을 약 50mL 내외의 증류수에 녹이고, 약 30mL 내외의 증류수에 0.5 - 3g의 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 녹인 후, 두 용액을 혼합하고 여기에 증류수를 첨가하여 100mL로 조제한다. 이 때 첨가하는 수산화나트륨과 탄산나트륨의 양은 자의로 변경시킬 수 있는데, 수산화나트륨은 20g, 탄산나트륨은 1g을 증류수에 용해시켜 100mL로 조제하는 것이 바람직하다.

③ 혼합발색시약의 조제

약 1∼10mL의 N, N 디메칠포름알데하이드에 0.1∼3g의 글리옥살비스(2-하이드록시아닐)을 용해시키고, 95∼99.5%의 메칠알콜(methyl alcohol)을 첨가하여 100mL로 조제한다. 이 때, 첨가하는 N, N 디메칠포름알데하이드와 글리옥살비스(2-하이드록시아닐)의 양은 토양의 종류, 침출액중의 농도에 따라 자의로 변경하여 조제할 수 있는데, 국내 토양의 특성을 감안하면, 2mL의 N, N 디메칠포름알데하이드에 1g의 글리옥살비스(2-하이드록시아닐)을 용해시키고, 95∼99.5%의 메칠알콜을 첨가하여 100mL로 조제하는 것이 바람직하다.

2) 침출액중 칼슘의 정량

본 발명에서 제시하는 암모늄아세테이트 용액으로 침출한 용액중 치환성 칼슘을 정량하는 방법은 침출액을 일부 취하여 알콜-증류수 혼합액을 첨가하고 수산화나트륨-탄산나트륨 완충용액을 첨가하여 알카리성 상태로 만든 다음 혼합발색시약을 첨가하여 붉은색으로 발색시킨다. 침출액중 칼슘의 함량이 많을수록 붉은색은 진해지며, 분광광도계로 측정했을 때 흡광도가 커지는 원리를 이용한 것이다.

본 발명의 방법으로 표준용액의 흡광도를 측정한 결과는 도 1과 같이 흡광도와 표준용액의 농도 사이의 상관계수 r = 0.9997 (결정계수 R²= 0.9995)로서 발색방법이 매우 정확함을 나타내고 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 방법으로 측정한 침출액의 흡광도와 기존의 암모늄아세테이트법의 원자흡광광도계로 측정한 농도 사이의 상관계수 r=0.9893(결정계수 R²=0.9788)로서 본 발명의 방법으로 측정한 흡광도와 기존의 원자흡광광도계로 토양 치환성 칼슘 함량간에는 직선적인 관계를 나타내고 있다. 또한, 본 발명에서 측정한 흡광도를 도 2의 그래프 또는 회귀식을 이용하여 환산했을 때 본 발명의 방법으로 측정한 토양 치환성 칼슘 함량과 기존의 방법으로 측정한 토양 치환성 칼슘 함량 사이에는 0.9999 : 1.0000의 관계를 갖고 있어서 본 발명의 방법이 적절함을 보여준다.

본 발명에서 제시하는 암모늄아세테이트법으로 침출한 용액중 치환성 칼슘을 정량하는 방법은 다음과 같다.

① 침출액 0.1∼0.5mL를 취하여 시험관에 넣고 전술한 바와 같이 조제된 에칠알콜-증류수 혼합액 3∼10mL를 첨가한다. 이 때, 취하는 침출액의 양과 상기 에칠알콜-증류수 혼합액의 양은 자의로 변경하여 사용할 수 있는데, 국내 토양의 경우 0.2mL의 침출액을 취하여 5mL의 에칠알콜-증류수 혼합액을 첨가하는 것이 바람직하다.

② 전술한 바와 같이 조제된 수산화나트륨-탄산나트륨 완충용액 3∼7방울을 상기 시험관에 첨가하고 잘 혼합한다.

③ 여기에 전술한 혼합발색시약을 3∼7방울 첨가하여 잘 혼합한 다음 분광광도계를 이용하여 450∼720nm에서 흡광도를 측정한다. 파장이 변하고 혼합발색시약 첨가후 시간이 경과함에 따라 흡광도가 변하는데, 시약 첨가후 7∼12분 사이에 540nm에서 측정하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 방법으로 측정한 흡광도를 도 2의 그래프를 이용하여 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량으로 환산한 값과 기존의 원자흡광광도계를 사용하는 표준 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량과의 관계를 나타낸 그래프로서 두 값 사이에는 0.9999 : 1.0000의 관계를 갖고 있어서 본 발명의 방법으로 구한 토양 치환성 칼슘함량이 표준 방법과 일치함을 보여준다.

<실시예 1>

본 발명의 정확도를 확인하기 위하여 5점의 토양시료를 각각 2g을 취하여 삼각플라스크에 넣고 1.0 노르말 암모늄아세테이트 용액 20 mL를 삼각플라스크에 넣어 10분간 진탕시킨 후 여과하였다. 침출액 0.2mL를 취하여 시험관에 넣고 에칠알콜-증류수 혼합액 5mL를 첨하하고 여기에 수산화나트륨-탄산나트륨 완충용액 5 방울을 첨가하여 잘 혼합하고, 혼합발색시약 5방울을 첨가하여 완전히 혼합한 후에 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 흡광도 값을 도 2 따라 표준 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량으로 변환시켰다. 그 결과는 표 1과 같이 본 발명의 방법으로 측정하여 암모늄아세테이트법으로 환산한 값은 원자흡광광도계를 사용하는 표준 암모늄아세테이트법으로 측정한 치환성 칼슘함량과 일치하여 본 발명의 방법으로 토양 치환성 칼슘 측정법은 정확도가 매우 높았다. 작물시비량을 정하기 위한 토양치환성 칼슘 함량은 일반적으로 소숫점 첫째 자리까지 이용되며, 특별한 경우에만 소숫점 둘째자리까지 이용되므로 본 발명의 방법으로 구한 토양 치환성 칼슘 함량은 작물시비량을 정하는데 유용하게 이용될 수 있다.

본 발명의 방법과 표준 암모늄아세테이트법으로 구한 토양 치환성 칼슘 함량 비교

토양시료	흡광도	본 발명의 방법으로 측정하여 계산한 토양치환성 칼슘 함량(cmol/kg)	표준방법인 암모니움아세테이트법의 토양 치환성 칼슘 함량(cmol/kg)
시료1	0.50	1.60	1.62
시료2	1.22	3.96	4.01
시료3	1.75	5.70	5.73
시료4	0.24	7.52	7.50
시료5	0.32	10.14	10.11
주) 토양 시료 4와 5의 흡광도는 침출액을 10배 희석하여 측정한 것으로 계산시 10배를 곱해줌

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 표준 암모늄아세테이트법에서 사용하는 암모늄아세테이트 용액으로 토양의 치환성 칼슘을 침출하여 그 침출용액중의 치환성 칼슘을 분광광도계로 신속하게 측정하는 방법 및 이 방법에 의해 측정된 값을 표준 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘함량으로 환산하는 법은 기존의 원자흡광광도계를 사용하는 방법에 비해 저가의 분광광도계로 측정할 수 있으므로 기기구입비가 절감되며, 기존의 원자흡광광도계를 사용하는 방법이 가연성 가스를 사용하므로 오조작시 화재 또는 폭발의 위험성이 있는 반면에 본 발명은 가연성 가스를 사용하지 않으므로 화재의 위험성이 없으며, 기존의 방법이 기기의 조작이 까다로우며 피펫팅, 희석 등의 복잡한 분석과정을 거치는 대신에 본 발명의 방법은 조작이 간편한 분광광도계를 사용하고 시약을 방울로 첨가하기 때문에 전문 토양분석자가 아니더라도 손쉽게 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법으로 측정한 토양 치환성 칼슘 함량은 쉽게 원자흡광광도계를 사용하는 표준방법인 암모늄아세테이트법의 치환성 칼슘 함량으로 변환시킬 수 있어서 칼슘 함유비료의 시비량을 결정하는데 그대로 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 토양 치환성 칼슘함량 측정방법에 있어서, 토양중의 치환성 칼슘을 암모늄아세테이트 용액으로 침출시킨후 그 침출액에 알콜-증류수 혼합액을 첨가하고 수산화나트륨-탄산나트륨 완충용액을 첨가하여 알카리성 상태로 만들고 여기에 혼합발색시약을 첨가하여 잘 혼합한 다음 분광광도계로 흡광도를 측정하여 토양 치환성 칼슘를 정량하는 것을 특징으로 하는 토양 치환성 칼슘함량 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 수산화나트륨-탄산나트륨 완충용액 및 혼합발색시약은 각각 방울로 첨가함을 특징으로 하는 토양 치환성 칼슘함량 측정방법.