분석화학

개요

분석화학(分析化學, analytical chemistry)은 물질을 분석하기 위한 이론과 방법을 연구하는 화학의 한 분야이다. 물질이나 반응에 대하여 제한을 받지 않으며, 화학 뿐만이 아닌 다른 순수과학 분야에서도 그 응용과 발전에 기여하고 있다. 현재에도 분석화학은 가장 기초적인 학문 분야로서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.

소개

일반적으로 화학과 학부 2학년부터 배우기 시작하여 1년 간 수강하며, 한국에서는 대체로 2학기 과정으로 개설되지만 외국에서는 1학기 과정으로 개설되기도 한다. 여기에 추가적으로 기기분석, 분광분석, 전기분석 등의 심화과정까지 해서 3학기를 채우는 경향이 많다. 하지만 대부분에 학교에서 심화과정은 전공선택 과목으로 채택하고, 더 만만한 전공선택들이 많이 깔리는지라 분석화학의 심화 수강은 선택적인 편이다. 심지어 인기 없기로는 물리화학과 함께 끝자리를 다투는 분과라 깔리는 심화 과목도 많지 않은 편이다.

교과과정 대부분이 계산으로 되어 있기 때문에 공학용 계산기와 친구가 되어야 한다. 반면 수학적인 기교를 그렇게 요구하는 편은 아니다. 단순한 사칙연산이나 미적분 정도면 충분.뭐? 이 분과에서의 공학용 계산기는 더러운 부동소수점 계산과 로그함수·지수함수의 계산에 필요하다.

선수과목은 일반화학, 일반물리학, 대학수학 정도를 요구한다. 같은 학부 2학년 과목인 유기화학과 달리 일반화학의 연장선으로 보아도 무방하므로 반드시 일반화학의 양론적 계산을 숙지한 뒤에 수강해야 한다.

교재

Daniel C. Harris의 책을 주로 사용한다. 이는 해외에서도 비슷한데, 애초에 분석화학에 대한 교재가 많은 편이 아니기에 발생하는 상황이다.

배우는 이유

일단 화학에 관한 모든 실험적 기교에 필요하다. 가장 인기있는 분과인 유기화학에서도 유기합성을 통해서 새로운 화합물을 만들어냈을 때 이를 확인하는 것은 분석화학적 방법이다. 이처럼 다른 화학분야를 전공했다 하더라도 일정 수준 이상의 분석화학 지식을 가져야 하는 건 필수에 가깝다.

교과과정

크게 구분하면 몇 가지로 나눌 수 있다.

• 실험기구 사용법

• 용액 제조

분석화학 뿐만 아니라 다른 화학분야에서도 자주 사용되는 기교이기 때문에 알아두면 좋다. 물론 해당 과목에서도 다루겠지만, 용액 제조에 관한 간단한 계산식 정도는 알고 넘어가는 것이 좋다.

• 실험 도구

실험 시 사용하는 초자에 대해서 다룬다. 보통 분석화학실험과 함께 듣는 경우가 일반적인데, 실험에서 발생하는 오차 원인 가운데 대부분이 여기에서 발생하는 경우가 많다.

• 수학적 방법

• 유효 숫자와 오차

간단하면서도 귀찮은 존재. 시험에서 까딱 잘못하면 빗금이나 부분점수를 불러오는 존재다. 분석화학의 경우 밀리는 아주 큰 단위이며 일상적으로 나노나 피코 단위까지 내려가기 때문에 다른 분과에 비해 계산 시에 유효 숫자를 특히 중요하게 여긴다.

• 통계학

평균, 표준편차, 스튜던트 T 검정 같은 기초적인 통계 기법을 배운다.

• 패키지 소프트웨어의 활용

마이크로소프트 엑셀이나 오리진 같은 상용 프로그램을 다룰 수 있어야 한다. 특히 액셀을 이용해 데이터를 정리하고 예쁘게 외삽하는 것은 생존을 위해 필수적이다.

• 적정

본격적인 계산이 시작된다. 보통 1학기 과정이 EDTA 적정까지인 경우가 많기 때문에 많은 화학도를 계산의 고통에 밀어넣는 단원이다.

• 산-염기

강산-강염기, 강산-약염기, 약산-강염기, 약산-약염기의, 산과 염기로 만들 수 있는 모든 경우의 수를 배운다. pH와 완충용액에 대한 개념과 함께 튀어나오는 Handerson-Hasselbalch식을 눈 감고도 위의 각 경우에 적용할 수 있을 정도로 익숙해지길 강요요구한다. 후에 전기화학의 EC mechanism이나 pH에 따른 분광화학적 방법 때문에 필요한 과정이다.

• EDTA

여러 자리를 가진 리간드인 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA)을 이용한 적정 계산을 배운다. 두 학기짜리 분석화학 코스에서 보통 이 장까지 배우면 한 학기가 끝난다.

• 기기분석

분석기기들이 본격적으로 부각되기 시작하는 과정이다. 상당히 많은 종류의 기기가 나오고 각자의 역할에 따라 분류되어 있으므로 어느 정도 계산보다는 암기를 요한다.1학기는 계산으로 고통받고 2학기는 암기로 고통 받아라 분석화학을 전공하거나 품질 관련으로 취직할 생각이 있는 경우 친숙해지는 게 좋다.필요 없는 게 더 많은 게 함정 이 파트의 이론적인 부분은 상당수 물리학과 물리화학에 뿌리를 두고 있다. 물리 하기 싫어서 화학과 온 사람들 많을텐데...? 기기분석 파트에 다다르면 담당 교수의 박사 논문 주제에 따라 서로 강조하는 부분이 다를 수 있다.

• 전기화학

전지(cell)에서 일어나는 전기화학적 변화를 통한 분석방법을 다룬다. 네른스트 식은 반드시 알아야 하고 pH 미터의 구조와 유리 전극의 특성까지 알면 좋다.

• 분광화학

발광, 형광, 인광과 이를 관측하는 광학기기들을 다룬다. UV-Vis, FTIR의 이론적 바탕과 기기 구조는 잘 알아두어야 한다.

• 크로마토그래피

기체, 액체, 고체 크로마토그래피를 다룬다. HPLC에 대해서는 특히 잘 알아두면 좋다.

• 환경화학

교과서에 계륵처럼 붙어있는 부분으로, 아예 진도에서 빠지는 경우가 더 많다. 최근에는 이 분야를 green chemistry라 하여 독립적인 분야로 보려는 시도가 많다.

구분

전통적 구분

• 정성분석(qualitative analysis): 분석 물질이 무엇으로 이루어졌나에 초점을 둔 분석 방법이다.
• 정량분석(quantitative analysis): 분석 물질의 구성 성분이 얼마 만큼 있는가를 알아내기 위한 분석 방법이다.

현대적 구분

• 분석 대상에 따른 분류
  • 생분석
  • 재료분석
  • 화학분석
  • 환경분석
  • 법의학
• 분석 방법에 따른 분류
  • 분광학적 분석법
  • 질량 분석법
  • 분리 분석
  • 결정학적 분석법
  • 전기분석
  • 현미경