Gravimetric Method of Analysis
- - 목 목 차 차 - -
1. 1. 서론 서론 2. 2. 침전법 침전법 3. 3. 휘발법 휘발법
4. 4. 무게분석 무게분석 조작 조작
5. 5. 분석결과의 분석결과의 계산 계산 예 예 6. 6. 열무게 열무게 분석 분석
7. 7. TGA(Thermogravimetric TGA(Thermogravimetric Analysis) Analysis)
서론 서론 (1) (1)
무게분석법
(Gravimetric Method of Analysis)
질량 분석법
(Mass Spectroscopy, MS) 분석저울을 사용한 무게 측정에 근거
시료를 이온화 → 전기or 자기장 속을 통과 시켜 각 이온종의 질량과 전기 or 자기장과의 상호작용 정도의 차를 이용하여 분리, 검출 → 질량 스펙트럼 → 분석 → 원자량, 분자량,
분자식, 화학구조 등의 정보를 얻을 수 있다.
서론 서론 (2) (2)
침전법 (Precipitation Method)
용해하기 어려운 분석물을 침전물로 만들어 불순물을 세척한 다음 열처리를 가해 조성을 아는 생성물로 만든 뒤 무게 변화 측정
휘발법 (Volatilization Method)
분석물을 적당한 온도에서 휘발 → 휘발 생성물을 포집 하여 무게측정 or 남은 생성물의 무게 측정하여 분석물이 잃은 무게를 간접적으로 측정
침전법 침전법 (1) (1)
침전제 : 분석물과 반응하여 침전
침전제의 특성
1. 쉽게 여과되고 오염물질이 없게 세척될 것
2. 분석물의 여과와 세척과정에서 손실이 없게 대단히 작은 용해도 를 가질 것
3. 대기의 구성성분과 반응하지 않아야 한다
4. 건조 혹은 열을 가한 후 조성을 아는 형태의 물질로 될것
⇒ ⇒
모든 조건을 만족시키는 시약은 거의 없다.좋은 침전물 : 입자가 크면 여과와 세척이 용이
침전법 침전법 (2) (2) - - 침전물 침전물 생성 생성 메카니즘 메카니즘
결정핵의 결정핵의 생성 : 생성
최소한의 원자, 이온 혹은 분자가 모여 안정된 고체를 형성하는 과정계속적인 계속적인 침전 침전
입자성장 입자성장 결정핵 결정핵 형성 형성
입자성장 경쟁
적은 수의 큰 입자 생성 수많은 작은 입자로 생성
침전법 침전법 (3) (3) - - 침전물의 침전물의 입자크기 입자크기
콜로이드 현탁 (Colloid Suspension)
- 10-6-10-4 mm
- 입자가 매우 작음
- 용액에서 침전으로 가라앉지 않고 여과도 어렵다 - 상대과포화도기 클 때 콜로이드화
결정질 침전 (Crystalline Precipitation)
- 10-1-10 mm
- 자발적으로 침전되는 경향 - 쉽게 여과 가능
- 상대과포화도가 작으면 결정질 고체로 되는 경향
상대 과포화도 (Relative Supersaturation)
S S - = Q
상대과포화도 Q : 어느순간에서의 용질의 농도 S : 평형 용해도
침전법 침전법 (4) (4) - - 콜로이드 콜로이드 침전 침전
- 실제 실험 조건 하에서 S가 Q에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다. → 콜로이드 고체가 생긴다.
→ 침전시 콜로이드 침전
- 콜로이드 현탁 → 입자가 너무 작아 쉽게 여과를 할 수 없다.
⇓ ⇓
용해도 평형
농도 용질의
순간에서 어느
상대과포화도
: S
: Q
S S - = Q
- 콜로이드 엉김 (Coagulation) or 응집 (Agglomeration)
→ 콜로이드 현탁을 여과 할 수 있는 고체로
바꾸는 과정
침전법 침전법 (5) (5) - - 콜로이드 콜로이드 침전 침전
콜로이드 현탁의 엉김(Coagulation)
- 입자간의 거리가 가까워지면 응집이 일어난다.
- 잠깐 가열하고 저어준다. (충분한 운동에너지) - 용액의 전해질 농도를 증가 시킨다.
(입자 표면의 전하를 중화 시켜 반대 이온층을 감소)
콜로이드 현탁의 풀림(peptization)
- 엉긴 콜로이드가 원래 상태로 되돌아가는 과정 - 전해질의 제거 → 반대 이온층의 부피 증가
→ 반발력에 의해 엉긴 덩어리가 분리, 분산
→ 거름종이를 통과
- 방지 : 침전물을 휘발성 전해질 용액으로 세척
침전법 침전법 (6) (6) - - 결정질 결정질 침전 침전
- 콜로이드 현탁 보다 쉽게 여과되고 정제가 가능 - 침전 생성 후 얼마동안 침전물을 젓지 않음으로써
더 순수하고 여과하기 쉬운 생성물을 얻는다.
( 높은 온도에서 빠른 속도로 연속적으로 일어나는 용해와 재결정의 결과 )
침전법 침전법 (7) (7) - - 공침 공침 ( ( Coprecipitation Coprecipitation ) )
공침 : 침전 생성 동안 용액에 용해되어 있어야 할 화합물이 용액에서 제거되는 현상
형태 형태
표면 흡착
혼성 결정 생성
내포 현상과 기계적 포착 현상
침전법 침전법 (8) (8) - - 공침 공침 ( ( Coprecipitation Coprecipitation ) )
표면 흡착
- 콜로이드 엉김 → 엉긴 고체는 큰 내부 표면적을 가짐 → 불순물의 흡착 → 불순물에 의해 침전 - 용액에 녹아 있어야 할 화합물을 표면 불순물로
가라앉힌다.
혼성 결정 생성(mixed-crystal formation)
- 고체 결정격자에 있는 이온 중 하나가 다른 원소 이온으로 바뀜
- 해결 방법이 없으므로 혼성결정을 생성하지 않는 침전제를 사용
침전법 침전법 (9) (9) - - 공침 공침 ( ( Coprecipitation Coprecipitation ) )
내포 현상 (Occlusion)
기계적 포착 현상 (Mechanical Entrapment)
- 침전시 결정이 빠르게 성장 할때 다른 이온들이 성장하여 결정속에 갇히게 되는 현상
- 결정 성장시 근접해 있으면 여러 개의 결정체 들은 함께 성장하고 그때 작은 구멍속에
용액의 일부분을 포함하는 현상 침전 생성 속도가 낮을때 최소화
휘발법 휘발법
- 물과 이산화 탄소의 분석에 주로 쓰임.
물
- 가열하면 많은 무기시료로부터 정량적으로 제거할 수 있다.
간접적 방법 직접적 방법
가정:휘발된 것은 모두 수분 → 가열하는 동안 줄어든 무게를 측정함 으로서 알 수 있다.
휘발하는 성분을 고체
건조제에 흡습시켜 늘어난 무게를 측정 함으로서 물의 함량을 알 수 있다.
무게분석 무게분석 조작 조작 (1) (1)
시료의 용해
침전의 생성
침전의 여과
가열
무게 측정
무게분석 무게분석 조작 조작 (2) (2)
시료의 용해
- 목적 성분을 포함한 수용액의 제조 - 미지의 고체 시료일 경우
→ 물 or 각종 산(염산, 질산, 황산 왕수 등)
→ 수산화나트륨 용액 등의 알칼리 용액
→ 무수탄산나트륨 등의 융해법을 이용
침전의 생성
- 목적 성분은 정량적으로,
목적 외의 성분은 가능한 적게 침전
무게분석 무게분석 조작 조작 (3) (3)
침전의 생성
- 결정의 성장에 영향을 끼치는 인자
→ 따뜻한 용액 사용.
→ 유리막대로 시료용액을 휘저으면서 조금씩 가한다.
→ 침전제를 다소 여분으로 가한다.
→ 입자가 작을때 물중탕에서 데운 다음, 몇시간 내지 하룻밤 방치한다. 이 조작을 숙성(digestion)이라 한다.
→ 거르기 쉽고 불순물이 적은 침전이 되도록 pH, 재침전 등의 실험조건을 설정.
무게분석 무게분석 조작 조작 (4) (4)
침전의 여과
- 일반적으로 유리 원추형 깔대기와 정량되어진 거름 종이 사용
- 여과 후 거름 종이 위의 침전을 씻는다.
- 씻는 과정에서 불순물을 감소시키기 위해 침전의 조성과 공통되는 이온을 포함시킨다.
→ 침전이 콜로이드화 되는 것을 방지
→ 보통 질산암모늄처럼 가열 하면 분해되는 염을 사용한다.
무게분석 무게분석 조작 조작 (5) (5)
가열
- 씻은 다음의 침전은 거름 종이에 싸서 도가니에 옮겨 말린 다음 전기로 or 가스버너로 가열하여 안정한 조성으로 바꾼 후 무게를 측정한다.
무게 측정
- 전자저울은 보통 0.1-0.01mg의 감도를 갖음.
- 진동, 습기 등을 피하고 교정을 꾸준히 해주어야 한다.
분석결과의
분석결과의 계산 계산 예 예
200ml의 자연수에 있는 칼슘을 CaC2O4의 침전물로 정량화 하였다. 이 침전물을 여과 세척한 후 도가니 (빈 도가니 26.6002g) 안에서 연소시켰다. 도가니와 CaO(분자량=56.08g/mol)의 무게는 26.7134g 이었다.
이 때 Ca의 몰수(mol)를 계산하여라.
Ca mol 10
2.0185
CaO mol
Ca mol 1
CaO 08
. 56
CaO CaO 1mol
0.1132g CaO
CaO
Ca
0.1132g 26.6002g
- 26.7134g CaO
wt CaO
3
× -
=
×
×
=
=
=
몰수 g 의
같으므로 몰수와
의 몰수는
의 있는
시료안에 무게 의
가열용 가열용 로 로 ( ( furnace) furnace) 의 의 예 예
5°C — 1200°C 의 온도 범위의 로(furnace)
분석용 분석용 저울의 저울의 예 예
( ( 한국한국 A&D )A&D ) HA HA -- M SeriesM Series
최소표시최소표시 0.010.01mg / 0.1 mg mg / 0.1 mg 최대용량최대용량 4242g /210g g /210g 의의
열무게 열무게 분석 분석 ( ( Thermogravimetry Thermogravimetry , TG) , TG)
- 열무게분석에서는 열천평(thermobalance)을 사용하여 시료를 일정한 프로그램으로 가열하며 그 무게 변화를 연속적으로 기록하여 TG곡선(thermogram)을 측정한다.
Ex>
Ex> 옥살산 옥살산 칼륨 칼륨 1 1 수화물 수화물 ( ( CaC CaC
22O O
44· · H H
22O) O)
) (800
CO CaO
CaCO
) (500
CO
CaCO O
CaC
) 250
- (150
O H
O CaC
O H
O CaC
2 3
2 3
4 2
2 4
2 2
4 2
부근 부근 C
C
C
6 6
6
↑ +
→
↑ +
→
↑ +
→
⋅
열무게 열무게 분석 분석 ( ( Thermogravimetry Thermogravimetry , TG) , TG)
- 마찬가지로 각종 물질의 열분해거동이나 열안정성에 대한 정보를 얻을 수 있다.
열무게 열무게 분석 분석 ( ( Thermogravimetry Thermogravimetry , TG) , TG)
- 열 분해 과정에서 복잡한 생성물이 발생하는 시료에 대한 TG곡선으로부터 각 온도의 무게 감소만을
알 수 있고, 자세한 사항은 무게 감소에 대응하여 발생하는 화학종을 측정하려면 TG와 GC or
질량분석법을 온라인으로 결합시킨 시스템이 활용
TGA TGA ( ( Thermogravimetric Thermogravimetric analysis) analysis)
Theory of Operation Theory of Operation
•• ThermogravimetricThermogravimetric analysis(TGA)는analysis(TGA)는 실험중에실험중에 일어나는일어나는 고체시료의고체시료의 무게변화를무게변화를 온도와온도와 시간의시간의 함수로써함수로써 측정함으로써측정함으로써 열적열적 분석이분석이 가능한가능한 기기임기기임..
•• 고체시료의고체시료의 분해반응분해반응((Decomposition), 탈수화반응Decomposition), 탈수화반응
((Dehydration) Dehydration) 그리고그리고 산화반응산화반응((Oxidation)과Oxidation)과 같은같은 화학반응에
화학반응에 의해의해 시료의시료의 무게변화무게변화 및및 상변화를상변화를 측정할측정할 수수 있음있음..
TGA TGA ( ( Thermogravimetric Thermogravimetric analysis) analysis)
error signal error signal
•• 무게감량에무게감량에 의한의한 전기적인전기적인 error signal을error signal을 weight signal로weight signal로 바꾸어바꾸어 나타냄나타냄..
TGA TGA ( ( Thermogravimetric Thermogravimetric analysis) analysis)
-- 실제실제 장치장치 사진사진 --
