KR100337198B1 - 암모늄아세테이트 용액으로 토양의 치환성 마그네슘을침출하여 분광광도계로 측정하는 방법 - Google Patents

암모늄아세테이트 용액으로 토양의 치환성 마그네슘을침출하여 분광광도계로 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기존의 치환성 마그네슘을 측정하는 표준방법인 암모늄아세테이트법에서 사용하는 암모늄아세테이트(NH4OAc) 용액으로 토양중의 치환성 마그네슘을 침출시켜 그 침출액중의 치환성 마그네슘함량을 분광광도계로 신속하게 측정하는 방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 기존에 침출액 중의 마그네슘을 측정하는 기기로 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 사용함으로써 전문 토양분석자가 아니더라도 토양의 치환성 마그네슘함량을 손쉽게 측정할 수 있어서 경제적으로도 상당한 원가 절감효과가 있다.

Description

암모늄아세테이트 용액으로 토양의 치환성 마그네슘을 침출하여 분광광도계로 측정하는 방법{Spectrophotometric measurement of exchangeable Mg in soil solution extracted with ammonium acetate solution}
본 발명은 일반적인 분석장비인 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 토양의 치환성 마그네슘 함량을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치환성 마그네슘을 침출하는 국내 표준방법인 암모늄아세테이트(NH4OAc) 용액으로 토양에 흡착되어 있는 치환성 마그네슘을 침출하고 그 함량을 기존의 방법에서 사용되는 고가이며 조작이 복잡한 원자흡광광도계 대신에 저가이며 조작이 간편한 분광광도계를 사용하여 측정하는 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 기존의 방법에서 사용하는 원자흡광광도계가 고가이며, 조작이 복잡하고 오조작시 가연성 가스에 의한 화재의 위험이 있는 반면에 저가이며, 가연성 가스를 사용하지 않고 분석조작이 간편한 분광광도계를 사용함으로써 비용이 절감되고, 화재의 위험성이 없으며, 분석조작이 간편하여 전문적인 토양분석자가 아니더라도 토양의 치환성 마그네슘함량을 손쉽게 측정할 수 있는 효과가 있다.
토양에 흡착되어 있는 마그네슘은 작물에 다섯 번째로 필요한 성분으로 일반적으로 작물의 마그네슘을 함유한 비료(예, 석회고토)의 시비량을 결정하기 위해서는 토양의 치환성 마그네슘 함량에 대한 분석이 필요하다. 여기서, 치환성 마그네슘이라 함은 토양표면에 존재하면서 작물이 이용할 수 있을 것으로 예상되는 마그네슘를 의미하는데, 기존의 표준방법은 암모늄아세테이트 용액을 토양에 가하여 암모늄이온(NH+ 4)으로 토양의 치환성 마그네슘을 치환침출하고 침출액중의 마그네슘을 원자흡광광도계로 측정하는 것이 일반적이며 국내에서 토양의 치환성 마그네슘을 측정하는데 표준방법으로 사용하고 있다.
기존의 암모늄아세테이트법은 암모늄아세테이트 용액으로 침출시킨 토양의 치환성 마그네슘을 원자흡광광도계를 사용하여 측정하고 있으나, 이 방법은 기기 구입비가 많이 소요되며, 조작이 어려워 전문 교육을 받은 전문가만이 사용할 수 있으며, 아세틸렌과 같은 가연성 가스를 사용하므로 오조작시 화재의 위험성이 있다. 또한, 원자흡광광도계로 마그네슘을 측정하기 위해서는 각 실험단계에서 피펫팅, 희석, 여과 등의 과정을 거쳐야 측정할 수 있으므로 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명자들은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구한 결과, 암모늄아세테이트방법으로 침출한 용액의 일부에 염화암모늄(NH4Cl)과 수산화암모늄(NH4OH)의 혼합액, 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염을 혼합하여 제조한 발색시약을 첨가하여 보라색으로 발색시킨 후에 저가이며 조작이 간편한 분광광도계로 측정할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명의 목적은 기존의 방법에 비해 현저하게 저렴한 분광광도계를 이용하여 저렴한 비용으로 짧은 시간 내에 신속한 방법으로 토양의 치환성 마그네슘 함량을 측정하기 위해, 암모늄아세테이트 용액으로 토양의 치환성 마그네슘을 침출하여 그 일부 침출액에 염화암모늄(NH4Cl)과 수산화암모늄(NH4OH)을 혼합하여 제조한 완충용액을 첨가하여 침출액의 pH를 10 - 10.5 내외로 조절하고, 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염(((1-(1-Hydroxy-2-naphthylazo)-6-nitro-2-naphthol-4-sulfonic acid), Na salt))을 첨가하여 보라색으로 발색시켜 분광광도계로 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 암모늄아세테이트를 희석액으로 사용하여 마그네슘 표준농도에 따른 흡광광도계의 흡광도의 값을 나타낸 표준곡선이다.
도 2는 암모늄 아세테이트 용액으로 토양의 치환성 마그네슘을 침출하여 본 발명의 방법으로 측정한 결과와 종래 원자흡광광도계로 측정한 결과와의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 침출액으로 사용한 암모늄아세테이트 용액을 표준용액의 희석액으로 사용하여 농도를 알고 있는 마그네슘과 함께 발색시약으로 사용한 염화암모늄(NH4Cl)과 수산화암모늄(NH4OH)을 혼합하여 제조한 완충용액을 첨가하여침출액의 pH를 10 - 10.5 내외로 조절하고, 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염(((1-(1-Hydroxy-2-naphthylazo)-6-nitro-2-naphthol-4-sulfonic acid), Na salt))을 가하여 보라색으로 발색시킨 후에 분광광도계를 사용하여 400 ∼ 600nm에서 흡광도를 측정하여 표준곡선을 작성하는 단계; 토양 치환성 마그네슘을 암모늄아세테이트 용액으로 침출하여 그 일부 침출액에 표준곡선 작성시에 사용한 동일한 발색시약을 첨가한 후에 동일한 파장에서 흡광도를 측정하는 단계; 미리 작성해 두었던 표준곡선식에 상기의 토양 마그네슘 침출액의 흡광도를 대입하여 토양에서 침출된 마그네슘의 양을 계산하고 이 계산된 마그네슘과 종래의 원자흡광광도계로 정량한 토양내 마그네슘함량과 비교하는 단계로 구성된다.
본 발명에서 검증시료로 사용한 토양은 전국에서 수집한 총 49 점의 토양으로 마그네슘함량이 다양한 논토양, 밭토양, 시설재배지토양으로 우리나라의 토양을 대표할 수 있는 토양을 사용하였다.
본 발명에서 치환성 마그네슘이라고 하는 것은 음전하를 띠고 있는 토양의 표면에 정전기적인 힘으로 흡착되어 있는 것으로서 암모늄아세테이트 용액을 첨가했을 때 암모늄이온(NH4 +)에 의해 치환(또는 교환) 되어 토양표면으로부터 용액중으로 이탈되어 작물의 뿌리를 통해 흡수될 수 있는 마그네슘을 말하며 마그네슘이 함유된 비료의 사용량을 결정하는데 이용된다.
기존의 방법은 암모늄아세테이트 용액으로 토양표면의 마그네슘을 용액중으로 이탈시킨 후에 원자흡광광도계로 측정하는 것이 일반적이고, 이러한 기존의 원자흡광광도계로 마그네슘을 측정하는 방법은 원자흡광광도계가 고가이며, 조작이 복잡하고 오조작시 화재 및 폭발의 위험이 있다.
따라서 본 발명의 방법에서는 원자흡광광도계 대신에 저가이고 조작이 간편하며 오조작시에도 안전한 분광광도계를 사용하여 측정하는 것이다.
본 발명에서 암모늄아세테이트 용액으로 침출한 치환성 마그네슘을 분광광도계로 정량하는 원리는 염화암모늄(NH4Cl)과 수산화암모늄(NH4OH)을 혼합하여 제조한 완충용액을 첨가하여 침출액의 pH를 10 - 10.5 내외로 조절하고, 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산나트륨염(((1-(1-Hydroxy-2-naphthylazo )-6-nitro-2-naphthol-4-sulfonic acid), Na salt)을 첨가하여 보라색으로 발색시켜 분광광도계로 흡광도를 측정하는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에서 사용되는 발색시약의 조제에 대하여 설명한다.
본 발명에서 발색시약의 조제방법은 0.5∼1.0g의 염화암모늄(NH4Cl)을 증류수에 녹이고 순도가 28∼30%인 수산화암모늄(NH4OH) 1 ∼ 10mL를 첨가하고 증류수를 넣어 100mL로 희석하여 염화암모늄-수산화암모늄 완충용액을 조제한다. 이 완충용액은 토양 침출액의 pH를 10.0∼10.5로 높여 침출액중에 혼합되어 있는 칼슘(Ca)에 의한 측정오차를 줄이기 위한 것으로 혼합하는 시약의 양은 시약의 순도, 첨가하는 양에 따라 자의로 조절할 수 있으며, 0.75g의 염화암모늄과 5mL의 수산화암모늄을혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염 발색시약의 조제는 0.1∼2.0g의 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산나트륨염((1-(1-Hydroxy-2-naphthylazo)-6-nitro-2-naphthol-4-sulfonic acid), Na salt))을 99∼99.5%의 메칠알콜(CH3OH)에 녹여 100mL로 만들며, 측정시 사용하는 첨가량을 감안하여 자의로 조절하여 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 마그네슘의 정량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 농도를 알고 있는 마그네슘이 함유된 용액의 흡광도를 측정하여 표준곡선을 작성하고 토양의 치환성 마그네슘 침출액의 흡광도를 측정한 후에 표준곡선식에 대입하여 토양중의 치환성 마그네슘으로 계산한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
실시예
(1) 표준곡선의 작성
표준곡선은 침출액인 암모늄아세테이트 용액에 알고 있는 양의 마그네슘을 녹여 제조하는 것으로 0 ∼ 100 mg/L 농도로 조제된 표준용액을 0.05 ∼ 10.00 mL 범위 내에서 시험관에 취하며, 이 때 취하는 표준용액의 양은 치환성 마그네슘의 함량에 따라 임의로 조절할 수 있으며, 바람직하게는 0.2 mL를 취하는 것이 적절하다. 상기 표준용액에 약 10mL 내외의 증류수를 가한 다음에 0.5 ∼ 2mL의 염화암모늄-수산화암모늄 완충용액을 넣고 혼합하는데, 염화암모늄-수산화암모늄 완충용액은 용액의 pH를 pH 10.0 ∼ 10.5로 조절하기 위한 것이므로 실험조건에 따라 첨가량을 조절할 수 있으며, 염화암모늄-수산화암모늄 완충용액을 1mL를 첨가하는 것이 바람직하다. 여기에 0.1 ∼ 0.5mL의 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염 발색시약을 가하여 잘 혼합하는데 첨가하는 양은 마그네슘 함량에 따라 자의로 조절할 수 있는데 0.2mL를 첨가하는 것이 적절하다. 상기 발색시약을 첨가하여 5 ∼ 30분간 발색이 진행되도록 한 후에 분광광도계로 400∼600nm에서 흡광도를 측정한다. 흡광도는 측정파장이 길어질수록 약간씩 증가하는데, 520nm에서 측정하는 것이 최적의 조건이다.
따라서, 본 실시예에서는 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 및 70 mg/L로 조제한 표준용액을 0.2 mL 취하여 시험관에 넣고 10 mL의 증류수를 첨가하고 1 mL의 염화암모늄-수산화암모늄 용액을 첨가한 후에 0.2 mL의 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염 발색시약을 첨가하여 잘 혼합시킨 후에 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 실험결과, 도 1은 본 발명의 방법으로 얻은 표준곡선식으로 마그네슘함량과 흡광도와의 관계를 나타낸 식의 상관계수 r=0.999 이상으로 흡광도로부터 마그네슘함량을 계산하는데 이용할 수 있었으며, 이 표준곡선식은 토양중의 마그네슘 함량에 따라 적의 변형하여 사용할 수 있다.
(2) 토양으로부터 침출한 마그네슘의 흡광도 측정에 의한 정량
토양으로부터 암모늄아세테이트 용액으로 침출한 마그네슘의 정량은 침출액의 흡광도를 측정하여 상기 표준곡선 작성과 동일한 방법으로 처리한 후에 흡광도를 측정하였다. 즉, 표 1에 나타낸 것과 같이 개간지(표 1의 토양번호 1 ∼ 4), 논토양(표 1의 토양번호 5 ∼ 13), 밭토양(표 1의 토양번호 14 ∼ 28), 과수원토양(표 1의 토양번호 29 ∼ 37), 시설재배지토양(표 1의 토양번호 38 ∼ 48)에서 채취한 토양 시료 5g을 취하여 삼각 플라스크에 넣고 기존 분석법에 따라 암모늄아세테이트 용액 50 mL를 넣고 30분간 진탕시킨 후에 여과하였다. 여과액 0.2 mL를 시험관에 취한 후에 1 mL의 염화암모늄-수산화암모늄 용액을 첨가하고 0.2 mL의 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염 발색시약을 첨가하여 잘 혼합시킨 후에 520 nm에서 흡광도를 측정하였다.
본 발명의 정확도 및 종래 방법과의 분석결과의 비교에 사용한 토양 및 본 발명의 방법으로 측정한 흡광도
채취지역 시료번호 흡광도 채취지역 시료번호 흡광도
개간지 1 0.074 밭토양 25 0.669
2 0.090 26 0.666
3 0.077 27 0.264
4 0.152 28 0.283
논토양 5 0.026 과수원토양 29 0.554
6 0.033 30 0.646
7 0.155 31 0.314
8 0.238 32 0.306
9 0.030 33 0.552
10 0.207 34 0.301
11 0.256 35 0.394
12 0.199 36 0.316
13 0.224 37 0.305
밭토양 14 0.250 시설재배토양 38 0.362
15 0.598 39 0.331
16 0.543 40 0.475
17 0.208 41 0.332
18 0.215 42 0.339
19 0.245 43 0.322
20 0.530 44 0.370
21 0.530 45 0.483
22 0.547 46 0.491
23 0.552 47 0.666
24 0.267 48 0.431
측정된 흡광도는 도 1의 표준곡선식에 대입하여 침출액 중의 농도를 구하고 토양의 무게와 침출액의 양을 이용하여 치환성 마그네슘의 양을 구하였으며, 여기에 단위환산계수를 곱하여 계산하였다. 계산식은 하기와 같다.
치환성 마그네슘함량(cmol/kg) = 표준곡선식에서 구한 침출액의 농도 × 침출액의 양/토양무게 × 1/1000 × 100 × 1/12.16
(상기 식에서 1/1000, 100, 1/12.16는 토양의 치환성 마그네슘 함량을 mg/kg에서 cmol/kg으로 환산하는 환산계수이다)
비교예: 본 발명의 방법으로 측정한 값과 기존의 방법으로 측정한 값과의 비교
본 비교예는 위에서 설명한 본 발명의 방법으로 정량한 토양의 치환성 마그네슘함량의 적합성을 기존의 암모늄아세테이트로 침출하여 원자흡광광도계로 측정한 결과와 비교하여 정확도와 상관성을 확인하고자 그래프를 작성하여 비교하였다. 도 2는 암모늄아세테이트로 침출하여 본 발명의 방법인 분광광도계로 측정한 치환성 마그네슘함량과 종래의 방법인 원자흡광광도계로 측정한 치환성 마그네슘함량과의 관계를 나타낸 것으로 두 방법 사이에 1:1의 관계를 갖고 있었으며, 상관계수 r=0.995 이상이었다. 따라서, 종래에 원자흡광광도계를 사용하는 방법에 비해 저가이고 조작이 간편하며, 오조작시 화재 또는 폭발의 위험이 없는 분광광도계를 사용하여 치환성 마그네슘을 측정했을 때 종래의 방법과 분석 정확도가 같은 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 암모늄아세테이트 용액으로 침출한 침출액중의 마그네슘을 조작이 간편하고 저가이며 폭발의 위험이 없는 분광광도계를 사용하여 흡광도를 측정함으로써 단시간내에 간단한 조작으로 토양내 마그네슘함량을 측정할 수 있고 종래의 오조작시 폭발의 위험 및 화재의 위험이 있는 원자흡광광도계와 같은 고가의 분석장비가 필요치 않으므로 경제적으로도 상당한 원가절감 효과가 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

  1. 토양의 치환성 마그네슘을 암모늄아세테이트 용액으로 침출하여 침출액 중의 마그네슘을 측정하는 방법에 있어서, 상기 침출액에 염화암모늄-수산화암모늄 완충용액을 첨가하고 1-(1-하이드록시-2-나프틸아조)-6-니트로-2-나프톨-4-설폰산 나트륨염 발색시약을 첨가하여 발색시킨 후에 분광광도계로 흡광도를 측정하여 토양 치환성 마그네슘를 정량하는 것을 특징으로 하는 토양 치환성 마그네슘함량 측정방법.
KR1019990058250A 1999-12-16 1999-12-16 암모늄아세테이트 용액으로 토양의 치환성 마그네슘을침출하여 분광광도계로 측정하는 방법 KR100337198B1 (ko)

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