Deconvolution of UV Spectrum for Selective Measurement of ClO 2 Concentration Quantitatively in Solution Containing Various Chlorine Species

Abstract

An ultraviolet (UV) absorption method has a difficulty to analyze ClO2(aq) in solutions containing various chlorine species because UV spectrum of ClO2(aq) overlaps with other chlorine-containing species. This study has proposed the deconvolution method of UV spectrum to analyze ClO2(aq) concentration quantitatively in solution containing various chlorine species. We compared results obtained from UV deconvolution method with titration method. Good agreement of ClO2(aq) concentration between them has been shown in about 10%. This result informs us that the deconvolution method of UV spectrum could be a feasible for the analysis of ClO2(aq) in solution containing various chlorine species. 요약 : ClO2(aq) 분석 방법 중 하나인 UV 흡수법은 여러 염소종이 함유된 용액에서는 흡수 파장 겹침 현상으로 분석에 어려 움이 있다. 이러한 문제를 극복하고자 UV 파장 분해법을 이용한 다양한 염소종이 함유된 용액의 ClO2(aq) 농도 정량법을 제안 하였다. UV 파장 분해법을 이용한 ClO2(aq) 농도 값은 적정법을 이용한 ClO2(aq) 농도 값과 10%내에서 일치하였다. 따라서 다 양한 염소 종들이 포함된 시료에서도 제안된 UV 파장 분해법을 적용한다면 ClO2(aq)의 선택적 분석이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 주제어 : 이산화염소, 염소, 자외선 흡수, 적정, 파장 분해 1. 서 론 국내 정수장에서는 원수 중에 함유되어 있는 유․무기물 질 산화나 정수공정 구조물과 배․급수 관망에서의 미생물 성장을 억제하기 위해 소독 공정을 채택하고 있다. 1) 염소 (Cl2(aq)) 소독은 간편성과 잔류성으로 널리 사용되어 지고 있 지만, 인체에 유해한 부산물을 생성한다는 단점이 있다. 2,3) Cl2(aq)에 의해 생성되는 부산물은 물속에 존재하는 humic 또는 fulvic acid 등의 유기산과 반응하여 생성되는 trihalo-methane (THM), 염소 치환된 nitrile류 또는 acids류 등이 있 다. 이러한 부산물은 유해성이 높아 선진 외국에서는 Cl2(aq) 를 대체하는 소독제 사용이 증가하고 있는 추세이며 가장 대 표적인 대체 소독제로 이산화염소(ClO2(aq))가 있다. 4~9) ClO2(aq) 또한 ClO2-(aq), ClO3-(aq) 등의 부산물을 생성하지만 Cl2(aq)와 같이 THM 등을 생성하지 않기에 최근 그 관심이 증가되고 있다. 10) ClO2는 1944년 최초로 정수장에 도입되었 으며, 현재 미국에서만 400~500개, 유럽에서는 500개 이상 의 정수장에서 사용되고 있다. 7,8) 반면 국내 정수장의 경우 ClO2 이용에 대한 시각은 긍정적이지만 않다. 이는 ClO2(aq) 사용의 소모특성, 부산물 생성관계, 분석 방법에 대한 체계 적인 연구가 미흡한 것이 제약으로 작용하기 때문이다. ClO2(aq)는 옅은 노란색을 나타내며,-40℃보다 높은 온도 와 150 mM 이상 농도에서는 자체 반응으로 쉽게 분해된다. 따라서 보관이 어려워 사용하는 현장에서 즉시 제조해야 하 는 단점이 있다. ClO2는 기체 상태(ClO2(g))로도 상온과 상 압에서 존재하는데, 이 또한 불안정하여 10 vol% 이상에서 는 폭발 위험성을 가지고 있다. 11) 이러한 특성에도 불구하 고 ClO2(g)는 라디칼로서 반응성이 뛰어나 많은 곳에서 사 용되고 있다. 대표적인 예가 야채 및 과일류의 유통기한을 늘리기 위한 기상 처리와 배가스에서 발생되는 Hg와 NO 를 산화시키기 위한 산화제로의 사용 등이다. 12~16) ClO2(aq) 생성과 더불어 농도를 정량하는 방법에 대한 연 구도 진행되어져 왔다. 대표적인 방법들로는 적정법(titration method), ion chromatography (IC) 방법, ultraviolet (UV) 흡 수법 들이 있다. 적정법은 다양한 염소종이 함유된 용액일 지라도 pH를 조절하여 ClO2(aq) 선택적 분석이 가능하지만 분 석 준비가 복잡하고 분석하는 사람에 따라 그 값이 달라질 소지가 있다. 18,19) IC를 이용하는 방법은 낮은 농도 (< 10 µg/L)의 ClO2(aq) 분석이 가능하고 적정법과 같이 다양한 염 소종이 포함되어 있더라도 선택적 측정이 가능하지만 장비