기기분석

Instrumental Analysis

• 상위 항목 : 분석화학

1 개요

분석화학의 하위 학문이자 대학교에서는 분석화학의 상위 레벨 과목으로, 분석화학에서 다루는 기기 전반과 그 기기를 이용한 분석법을 배우는 학문이다. 교재로는 Principles of Instrumental Analysis(기기분석의 이해) 둥을 사용한다.

2 내용

1. 측정의 기본문제. 분석에 있어 전제되는 에러의 원인, 통계적 방법(예를 들면 최소선형 제곱법 등), 전처리 방법 등을 배운다. 일부 교재는 회로이론의 내용이 조금 첨가되어 있기도 하다. 예를 들면, 저항과 캐퍼시터를 이용한 필터, OP-AMP 등을 배운다.당황한 몇몇 화학도는 수강을 철회한다.

2. 원자분광법. 세부 주제로는 흡수 스펙트럼(Atomic Absorption Spectroscopy, AAS), 방출 스펙트럼(Atomic Emission Spectroscopy, AES), 형광 스펙트럼(Atomic Fluoroscent Spectroscopy, AFS), 질량 스펙트럼(mass spectroscopy, MS) 등이 있으며 이들의 원리와 분석 응용에 대해 배운다. 즉, 이 부분에서는 물리화학 지식이 필요하다.

3. 분자분광법. 유기화학 시간에 들어봤을 적외선 스펙트럼이나 라만 스펙트럼 등이 나온다.

4. 전기분석화학. 분석화학 시간에 배우는 전기화학의 연장선으로, 여기서는 전기화학을 이용한 실제 분석법에 초점을 맞춘다. 전류-전압법(Voltammetry)나 전위차 분석법(Potentiometry) 등의 주제를 다룬다.

5. 분리법. 크로마토그래피에 대해 더 자세히 배운다.

6. 기타 방법. 질량분석법이나 연소분석법, 열탈착 분광법 등의 오래된 분석 기법을 포함한다.

3 난이도

분석화학 항목에도 써 있지만 대부분의 수강생들에게는 굉장히 지루하고 재미없게 느껴지는 과목이다. 왜냐하면 화학 과목으로서는 꽤나 드물게 시작부터 끝까지 암기해야 할 내용으로 가득하기 때문이다. 암기할 것이 많기로 유명한 유기화학과는 성질이 매우 다른데, 유기화학에서는 앞부분에서 배우는 기본 내용들이 뒤의 어려운 반응들을 설명하는 열쇠가 되는 경우가 매우 많고, 몇몇 신규 반응들은 그냥 "무작정 외워라"보다는 논리적 추론을 통해 "이해"하는 것이 가능하다. 하지만 기기분석의 경우 예를 들어 책에 "방출 분광법의 장점은 이러이러한 것들이 있다"라는 설명이 나오면 그냥 닥치고 외워야 하고, "텅스텐 램프는 이러이러한 원리이다"라고 나오면 마찬가지로 그냥 외워야 하고 이하 종강할 때까지 반복이다. 물론 모든 주제가 다 이런 식인 것은 아니지만 어느 주제를 다루든 암기가 필요한 부분들이 따라온다.

학부에서는 기기를 다뤄볼 기회가 별로 없기 때문에 책에 나온 설명들이 그다지 와닿지 않는다는 점에서 더욱 지루하게 느껴진다. 가장 적절한 예로 스마트폰을 써보지는 못하는 데 설명서만 보면서 다루는 법과 작동 원리만 배운다고 생각 해보라.

분석화학과 마찬가지로 실험이 같이 붙어 있는 경우도 있는데 이런 경우 짜증은 배가 된다. 제대로 작동하지도 않는 오래된 기기로 억지로 실험을 하여 결과를 짜맞추기해야 할 때도 있고 평소에 잘 작동하던 기계가 하필 실험 당일에 맛이 가기도 한다. 물론 이럴 때는 학생 뿐만 아니라 조교들에게도 엄청난 스트레스를 유발한다. 어찌어찌하여 실험 결과를 얻었다고 해도 분석화학 실험이라는 특성상 데이터 분석, 통계 처리할 것이 엄청나게 많다. 심지어 USB 포트도 없는 구식 컴퓨터와 연결된 오래된 기기를 사용할 경우가 많은데, 학교 전산실에 외장형 USB 3.5인치 플로피 디스크 드라이브(...) 같은 고색창연한 보조기기라도 있으면 다행이지만 그런 게 없으면 데이터를 모두 손으로 받아 적고 개인 컴퓨터에 직접 입력해 넣어야 하는 대참사가 벌어진다. 오차 원인 분석이라든지 기타 토론 내용을 보고서에 포함시켜야 하는 것은 덤이다. 따라서 다른 화학 과목들에 비해 실험 리포트 작성이 매우매우 험난하다.

이런 이유들 때문에 기피가 되기도 한다. 예를 들자면, 성균관대학교 화학과의 경우 2013년 2학기 수강 인원이 10명도 안 되어 폐강되었다. 단, 이 과목이 화학과 전공 필수로 지정되어있다면 기피 그런 거 없다. 예를 들어 포스텍 화학과의 경우 기기분석과 실험이 모두 전공 필수이기 때문에 절대로 피해갈 수가 없다 실험도 상당히 어렵게 하는데, 한 때는 기기분석 실험 과정의 하나로 간이 pH미터 만들기가 포함되어 있을 정도였다. 그 난이도가 화학과 실험인지 전자과 실험인지 구분이 안 갔다고... 다행히도 학생들의 반발이 심했는지 현재는 그 pH미터 제작은 퇴출되었다. 물론 기기분석을 빼면 다른 전공과목이 유기합성이나 양자화학 같은 끝판왕들밖에 남아있지 않다면 선택의 여지가 없다. 열심히 외워 보도록 하자(...)

하지만 잘 배워두면 일부 내용은 이후 대학원에서 연구를 수행할 때 꽤 유용한 지식이 되기도 한다. 분석화학 항목에도 적혀 있듯이 크로마토그래피는 거의 모든 분야의 화학, 심지어 생물학에서도 사용될 정도로 보편적인 테크닉이며, 분자 분광법이나 전기화학 등도 전문 학술지 논문을 읽다보면 의외로 생각지도 못한 곳에서 많이 접하게 된다. 예를 들면 생화학을 연구하는 실험실에서 전기화학 분석법을 이용한다든지. 또한 과목 첫 부분에서 통계 내용을 배운다고 했는데, 실제 논문 작성시 데이터의 통계 처리가 중요함은 말할 것도 없다. 과목이 지루하기는 하지만 배워두면 모두 뼈가 되고 살이 되는 지식들이니 이게 전공 필수라면 그냥 운명이라 받아들이고 잘 들어두면 좋다.

4 관련항목

• 열탈착 분광법