다이나그로의 분석

Dynagro 7-9-5에 대한 분석적 접근 Ⅰ. 서론 우리가 애용하고 있는 Dynagro 7-9-5의 정확한 성분을 알기 위해 몇 가지 항목의 대하여 조사를 하였다. 먼저 유효성분을 알아보기 위해 Ion Chromatography를 이용하여 F, Cl, NO2, NO3, PO4, SO4 등 6항목의 음이온 원소를, Li, Na, NH4, K, Mg, Ca, Sr, Ba 등 8가지 항목의 양이온에 대해 측정을 했다. 참고로 Ion Chromatography법은 액체시료를 이온교환컬럼에 고압으로 전개시켜 분리되는 각 성분의 그로마토그램을 작성하여 분석하는 고속액체 크로마토그래피의 일종으로 복잡한 혼합물 속의 화학성분을 분리, 확인 및 정량하는데 널리 사용된다. 크로마토그래피보다 더 강력하고 일반적으로 응용할 수 있는 분리 방법은 없다. 본 실험실에서는 강우에 녹아 내리는 대기오염물질을 분석하여 대기오염이 산림토양에 미치는 영향을 조사하기 위하여 강우를 채취 분석하고 있다. 이밖에 pH Meter를 이용하여 지하수, 다이나그로를 지하수에 2,000배로 희석한 용액, 다이나그로를 2차 증류에 2,000배 희석하여 pH를 측정하였으며, 각 용액에 포함된 총 염기량을 알아보기 위해 소수점 세 자리까지 측정이 가능한 EC Meter를 이용하여 TDS를 측정하였다. Ⅱ. 다이나그로와 pH 실험실에서 각각 지하수, 다이나그로를 지하수에 2,000배로 희석한 용액, 다이나그로를 2차 증류에 2,000배 희석한 용액에 대해 pH를 측정하였다. 표1. 각 용액의 pH ---------------------------------------------------------------------------- 구분 pH ============================================================================= 지하수 6.45 지하수 + 다이나그로(희석률 2,000배) 6.50 초순수 5.19(이론상 pH는 7.0) 초순수 + 다이나그로(희석률 2,000배) 4.67 ---------------------------------------------------------------------------- 표1의 결과를 보면 다이나그로가 pH에 거의 영향을 주지 않는 것으로 나타났으나. 초순수 및 초순수에 다이나그로를 희석할 경우는 식물체가 영양분을 골고루 흡수할 수 있는 최적의 pH인 5.5-6.5사이를 벗어나므로 pH 조절제를 사용하여 pH를 올려줄 필요가 있으나, 실제로 초순수를 이용하여 비료를 희석하는 경우는 없으므로 이는 이론상의 값일 뿐이다. Ⅲ. 다이나그로에 포함된 유효성분 앞에서도 밝혔지만, 다이나그로에 포함된 모든 이온성분을 분석할 수는 없었지만, 주요 유효성분인 N, P, K의 양과 유효태 정도는 알 수 있었다. 표2. 다이나그로 중에 포함된 이온성분들 ----------------------------------------------------------------------------- 음이온(ppm) 양이온(ppm) F Cl NO3 PO4 SO4 Na NH4 K Mg Ca ============================================================================= 지하수 0.40 2.91 4.21 - 5.42 6.53 - 1.98 3.398 18.98 지하수 + 다이나그로0.50 3.88 96.88 41.55 6.19 4.81 27.92 50.86 6.57 23.89 초순수 + 다이나그로- 0.34 42.40 19.66 0.40 - 28.52 51.07 4.67 12.21 ----------------------------------------------------------------------------- 표2에서 지하수를 분석한 결과를 보면 분석 가능한 14개 이온성분 중 8가지 이온성분이 포함되어있는데, 식물생장에 필수적인 인산(PO4)과 암모늄(NH4) 성분이 결여되어 있는 것을 알 수 있다. 이밖에 아질산(NO2), 리튬(Li), Ba(바륨), Sr(세륨) 등은 검출되지 않았다. 그러므로 지하수를 관계수로 사용할 때는 인산성분을 보충해줄 필요가 있다. H2PO4-형태로 주로 존재하는 인산은 pH가 5.0이하로 떨어지면 Fe이나 Al과 결합하여 불용성인산으로 바뀌어 흡수가 저해되므로 반드시 pH가 5.5이상은 되도록 맞추어 주어야 한다. 다이나그로 비료에 포함된 이온성분을 분석하기 위하여 초순수에 다이나그로를 2,000배로 희석하여 분석하였다. 분석결과 분석 가능한 14개 이온성분 중 지하수에서 흔히 검출되는 불소(F)와 나트륨(Na)과 제외한 음이온 4개, 양이온 4개 성분이 검출되었는데, 아질산(NO2), 리튬(Li), Ba(바륨), Sr(세륨) 등은 지하수에서와 마찬가지로 검출되지 않았다. 분석결과 다이나그로를 2,000배로 희석할 경유, 염소와 황산은 극미량, 마그네슘과 칼슘은 미량이 포함되어 있으며, 비료의 주요 성분인 질산, 인산 암모늄, 칼리 등이 다량 포함되어 있는 것으로 나타났다. 초순수의 경우 이론상으로는 미네랄 성분이 전혀 포함되지 않아야 하지만, 완전한 초순수라 할 수 없는 2차 증류수를 사용한 관계로 전기전도도 측정기를 이용하여 TDS를 측정한 결과 약 6ppm정도의 미네랄이 포함되어 있는 것으로 나타났다(표3 참조). 주요성분인 질소, 인산, 칼리의 유효태는 질소의 경우는 NO3-와 NH4+, 인산의 경우는 PO4-, 칼리의 경우는 K+인 것으로 나타났다. 또한 지하수에 다이나그로를 2,000배 희석할 경우 주요 성분인 N, P, K의 양을 더해보면 220ppm정도로 난에 적용되는 200ppm농도에 거의 근접하고 있다. 일반적으로 뿌리에서 흡수된 NO3- 형태의 질소는 아미노산 합성에 이용되기 전에 식물체내에서 화학적으로 환원되어 NH4+형태로 바뀌어야 하는데, 질산태질소(NO3-)가 암모늄태질소(NH4+)로 환원되는 과정을 질산환원(nitrate reduction)이라 한다. NH4+ 자체는 식물의 ATP 생산을 방해하는 유독물질이며 양전하를 띠고 있기 때문에 음전하를 띠고 있는 토양과 결합하게 된다. 즉 보비력과 관련이 있다. 토양과 결합된 암모늄태질소는 질산화박테리아(nitrifying bacteria)에 의해 질산태질소(NO3-)로 바뀌어서 식물체에 흡수된다. 호기상태에서는 Azotobacter, 혐기상태에서는 Clostridium 등의 질산화박테리아가 이런 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 무기질 상태인 난석에 이런 미생물이 있을리 없기 때문에 실질적으로 암모늄태질소(NH4+)는 식물체에 의해 흡수되지 않는다고 생각된다. 질산태질소(NO3-)는 식물체에 흡수되지 않으면 물에 녹아 유실되거나 탈질화작용을 거쳐 N2 가스 또는 NOx 화합물(NO, NO2, N2O)로 되어 대기 중으로 휘산된다. Ⅳ. 총염기량 (TDS) 전기전도도 측정기(EC Meter)를 이용하여 TDS를 측정한 결과는 표3과 같다. 초순수에 다이나그로를 2,000배로 희석할 경우는 TDS가 약 260ppm 정도가 된다. 초순수에 다이나그로를 2,000배로 희석할 경우, 표2의 IC분석결과에 의하면 양이온이 약 100ppm, 음이온이 약 60ppm, 총 160ppm 정도 함유되어 있으므로 100ppm정도의 미확인 성분이 포함되어 있는 셈이다. 지하수의 경우에는 약 140ppm 정도의 미확인 성분이 검출되었는데 차이가 나는 40ppm은 지하수 중에 포함된 성분으로 보인다. 표3. 여러 용액 중의 전기전도도 및 TDS값 ----------------------------------------------------------------------------- 구분 전기전도도(EC, mS/cm) TDS(ppm) ============================================================================= 지하수 0.176 112.64 초순수 0.00974 6.23 지하수+다이나그로(2,000배) 0.631 403.84 초순수+다이나그로(2,000배) 0.401 256.64 ----------------------------------------------------------------------------- ※ 1mS/cm = 1mmho/cm = 640ppm Ⅴ. 결론 N, P, K를 포함하여 다른 미량 원소의 함유여부와 그 양을 알아보기 위하여 다이나그로 원액을 초순수와 지하수에 2,000배 희석하여 Ion Chromatography법을 이용하여 정량, 정성분석을 실시하였으며, EC Meter를 이용하여 총염기량(TDS)를 측정하였고, pH Meter를 이용하여 pH를 측정하였다. 먼저, 다이나그로가 희석용액의 pH에는 영향을 주지 않는 것으로 나타났으며, 난과 식물이 영양분을 흡수하기에 가장 적당한 값인 5.5-6.5를 맞추어 주기 위해서는 사용하는 물의 pH에 의존하거나 pH 강하제나 상승제를 이용하여 적정 pH를 맞추어 한다. 다이나그로를 지하수에 희석할 경우, 본 분석에 사용한 컬럼으로 분석 가능한 이온 성분은 10가지로 나타났으며, 이들 성분은 F, Cl, NO3, PO4, SO4, Na, NH4, K, Mg, Ca 등이다. 이 중에서 주요 성분은 역시 N, P, K였으며, 식물이 흡수 가능한 형태는 질소의 경우는 NO3-와 NH4+, 인산의 경우는 PO4-, 칼리의 경우는 K+인 것으로 나타났다. 또한 이들의 총량은 220ppm이었다. 초순수에 희석할 경우에는 이들 3가지 성분의 농도가 약 140ppm 정도를 차지하였다. 또한 다이나그로 성분 중에는 약 100pmm의 미확인 성분이 포함되어 있었는데, 본 실험에서는 그 정체를 확인할 수는 없었다. 다이나그로를 일반 수돗물과 비슷한 TDS값을 갖고 있는 지하수에 희석할 경우 총 TDS는 약 400ppm 정도였다. 이중 다이나그로에 포함된 총 성분은 250-300ppm 이었다. 표4. 다이나그로 분석결과 집계표 ----------------------------------------------------------------------------- 구분 pH TDS(ppm)음이온(ppm) 양이온(ppm) F Cl NO3 PO4 SO4 Na NH4 K Mg Ca ============================================================================= 초순수 5.19 6.23 - - - - - - - - - - -----------------------------------------------------------------------------지하수 6.45 112.64 0.4 2.91 4.21 - 5.42 6.53 - 1.98 3.39 18.98 ----------------------------------------------------------------------------- 초순수+ Dynagro 4.67 256.64 - 0.34 42.40 19.66 0.40 - 28.52 51.07 4.67 12.21 ----------------------------------------------------------------------------- 지하수+ Dynagro 6.50 403.84 0.5 3.88 96.88 41.55 6.19 4.81 27.92 50.86 6.57 23.89 ----------------------------------------------------------------------------- Ⅵ. 참고문헌 1. 최희선(역자)외. 1995. 분석화학 제6판. 자유아카데미. 2. 변승완. 수질과 비료의 관계에 대해서. 유니텔 난마을. 3. 환경부. 1995. 수질오염공정시험방법. 4. 이경준. 1995. 수목생리학 수정판. 서울대학교출판부. ** 출처 : 蘭마을의 김덕수님 글**