시료전처리의 기본

1.1. 기본용어

 

화학 분석에서 정량 또는 정성 분석의 대상 물질을 '분석물질(analyte)' 이라고 한다. 시료는 액체, 고체, 기체가 모두 될 수 있다. 시료 중에는 분석 물질 이외에도 여러 가지가 포함되어 있을 수 있는데, 분석 물질을 제외한, 용매를 포함한 모든 나머지 물질을 '매트릭스(matrix)'라고 한다.

두 가지 또는 그 이상의 물질이 균일하게 혼합된 것을 '용액(solution)'이라고 한다. 용액에서 양이 적은 것을 '용질(solute)'이라 하고, 양이 많은 것을 '용매(solvent)'라고 하며, 기체, 액체, 고체 모두 용질과 용매가 될 수 있다.

정성 분석(quantitavive analysis)은 시료 중에 어떤 물질이 들어 있는지를 "확인" 또는 "규명"하는 것이며, 종종 'identification'이라는 용어를 사용한다. 정량 분석(quantitative analysis)은 분석 물질이 얼마만큼 들어 있는지를 측정하는 것이며 'determination'이라는 용어를 사용하고 있다. 따라서 정량 분석은 정성 분석이 이루어진 이후에 수행한다.

'샘플링(sampling)'은 시료 채취를 의미하는데, 시료 중에서 대표적인 것을 "균일하게" 채취해야 하며, 그렇지 않을 경우에는 반드시 어느 부분을 샘플링한 시료라고 명시해야 한다.

'sample preparation'은 일반적으로 '시료 전처리' 또는 '시료 준비'라고 하며, 채취한 시료를 곧바로 기체 크로마토그래프(GC)나 액체 크로마토그래프(HPLC)에 주입하여 분석하는 경우는 매우 드물기 때문에 시료를 GC나 HPLC에서 분석하기에 적합하게 만드는 과정을 뜻한다. 시료 전처리 과정에서는 추출, 정제, 농축, 유도체화 등이 있는데,. 이들에 대해서는 나중에 자세히 언급하기로 한다. 시료 전처리 과정의 마지막 단계에서는 또는 'make-up'이라고 한다.

 

1.2. 계산

 

일반적으로 화학분석에서 분석 물질(용질)의 양은 농도로 표현한다. 농도는 용액의 단위 부피당 용질의 양으로 정의된 '몰농도(molarity)'로 표현하는 것이 일반적이다. 몰농도는 'M'으로 나타내는데, '용액 1리터당 용질의 몰수, 즉 몰 농도(M)=용질의 몰수(mole)/용액(L)이며, "몰(mol)"이란 입자(원자, 분자, 이온 등)의 아보가드로 수(Avogadro's number)이다.

한편, 몰농도는 온도에 따라 변할 수 있기 때문에 몰랄 농도(molality, m)로 나타내기도 하는데, 몰랄 농도는 '용매 킬로그램당 함유된 용질의 몰수', 즉 몰랄 농도(m)=용질의 몰수(mol)/용매(kg)이다.

미량 분석에서는 시료 중에 함유된 분석 물질의 농도가 낮기 때문에 밀리 몰농도(milimolar, mM), 마이크로 몰농도(micromolar ,uM), 나노몰농도(nanomolar, nM) 등으로 표시하기도 된다.

혼합물이나 용액 중에 있는 용질을 '백분율(percent)'로 나타낼 수 있다. 무게 백분율은 (용질의 질량/전체 용액의 질량*100)이며 "wt%"로, 부피 백분율은 (용질의 부피/전체 용액의 부피*100)이며 " vol%"로, 부피당 무게 백분율은 (용질의 질량/전체 용액의 부피*100)이며 "w/v%"로 표시한다.

이와 같이 양을 표시할 때 매우 크거나 작을 수 있기 때문에 일반적으로 접두어를 사용한다. 관습적으로 10의 세제곱씩 증가하거나 감소하는 방식으로 표현한다.

 

또한 몰농도 대신에 단위 부피당 질량으로 농도를 표시하기도 한다. 즉 mg/mL, ug/mL, ng/mL, pg/mL 등으로 표기한다.

 

미량 분석에서는 농도가 매우 작기 때문에 또 다른 농도 표기 방법, 즉 ppm, ppb, ppt 등을 사용하기도 한다. ppm은 백만 분율(parts per million)이며, ppb는 십억 분율(parts per billion), ppt는 일조 분율(parts per trillion)로 각각 백만 그램, 십억 그램, 일조 그램의 용액 중에 함유되어 있는 분석 물질의 그램 수 이므로, 몰농노나 몰랄 농도와는 달리 분석 물질의 몰질량, 즉 분자량에 대한 정보가 없어도 계산이 가능하다.