가정으로 공급되는 수돗물의 안전성을 확인하기 위해 잔류 염소가 DPD 시약과 반응하여 홍자색으로 변하는 현상에 대해 설명해 주세요.

Question

가정으로 공급되는 수돗물의 안전성을 확인하기 위해 잔류 염소가 DPD 시약과 반응하여 홍자색으로 변하는 현상을 이용하고, 분광광도계로 해당 파장의 흡광도를 측정하여 염소 농도를 정량하는 과정을 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요.

가정으로 공급되는 수돗물의 안전성을 확인할 때 사용하는 방법 중 하나가 DPD 시약을 이용한 잔류 염소 측정법인데요, 이때 잔류 염소란 정수 처리 과정에서 소독 목적으로 넣은 염소 성분이 물속에 일정량 남아 있는 것을 의미하며, 이는 수돗물이 배관을 지나 가정까지 오는 동안 미생물 증식을 억제하는 역할을 합니다.

DPD 시약은 산화되기 쉬운 화합물인데요, 수돗물 속 잔류 염소가 존재하면, 이 염소가 산화제로 작용하여 DPD를 산화시키며, 이 과정에서 DPD는 홍자색 또는 분홍색 계열의 착색 물질로 변하게 됩니다. 따라서 물속 잔류 염소 농도가 높을수록 더 많은 DPD가 산화되고 색이 진해집니다. 이후 분광광도계를 사용해 특정 파장의 빛을 시료에 통과시키면, 생성된 홍자색 물질이 해당 파장의 빛 일부를 흡수합니다. 분광광도계는 입사한 빛과 통과한 빛의 세기 차이를 측정하여 흡광도를 계산하는데요, 일반적으로 색이 진할수록 더 많은 빛을 흡수하므로 흡광도가 커집니다. 이때 흡광도와 농도 사이에는 일정 범위에서 비어-람베르트 법칙이 적용되어, 흡광도가 잔류 염소 농도에 비례하는 관계를 가집니다. 즉 같은 조건에서는 잔류 염소가 많을수록 DPD 산화 생성물이 증가하고, 결과적으로 흡광도도 증가하며, 장비는 미리 알려진 표준용액으로 작성한 검량선을 이용해 측정된 흡광도를 실제 잔류 염소 농도로 환산합니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

수돗물 속 잔류 염소는 병원성 미생물을 소독하는 필수 성분이지만 과량 존재 시 부작용을 유발하므로 정밀한 농도 관리가 필요합니다. 이를 측정하기 위해 흔히 화학적 발색 반응과 빛의 흡수 성질을 이용하는 분광광도법을 결합하여 사용합니다.

​먼저 채취한 수돗물 시료에 완충액과 함께 디피디 시약을 첨가합니다. 물속에 잔류 염소가 존재하면 무색이었던 디피디 성분이 염소와 산화 반응을 일으키며 홍자색을 띠는 화합물로 변하게 됩니다. 이때 생성된 홍자색의 진한 정도는 수돗물 내 잔류 염소의 농도와 정확히 비례하는 특성을 가집니다. 따라서 이 색의 강도를 수치화하기 위해 분광광도계를 활용합니다.

​정량 분석을 위해서는 기준이 되는 검정곡선을 먼저 작성해야 합니다. 농도를 명확히 알고 있는 단계별 염소 표준 용액들에 디피디 시약을 넣어 발색시킨 뒤, 홍자색이 빛을 가장 잘 흡수하는 오백삼십 나노미터 부근의 파장에서 각각의 흡광도를 측정합니다. 이렇게 얻은 농도별 흡광도 데이터를 바탕으로 농도와 흡광도 사이의 직선 관계식을 도출합니다.

​그 후 실제 수돗물 시료를 동일한 방식으로 발색시켜 분광광도계로 흡광도를 측정합니다. 측정된 시료의 흡광도 값을 앞서 구해둔 표준 직선 방정식에 대입하면, 수돗물 속에 잔류 염소가 정확히 몇 밀리그램 들어있는지 정량적으로 산출할 수 있습니다.