분석화학
1. 개요
分析化學
Analytical Chemistry
물질을 분리하고 분석하는 방법에 관한 화학 분야. 화학의 근간이라 할 수 있는 분야로, 거의 모든 화학 연구에서 분석화학이 사용된다. 예를 들면 크로마토그래피의 경우 유기합성, 중합체 화학, 무기화학, 물리화학, 심지어 생화학에서도 필수 테크닉이다. 제약회사의 품질관리를 위해 자주 쓰는 예만 들어도 UV, IR, NMR, LC, GC, 선광도 등등 대부분 업무가 분석화학에 밀접한 연관이 있다.
2. 분류
2.1. 분석 방법
분석화학을 분류할 때 주로 쓰이는 방식이다.
2.2. 분석 대상
화학과에서 쓰이는 분류법은 아니고, 생화학/생물학과, 환경공학과, 지구과학과, 재료공학과에서 쓰이는 분류법이다.
3. 발전
분석화학은 화학의 시작이나 다름없다. 연금술의 시절 금속과 약품을 열로 가열하며, 몇도에서 어떤 물질이 잘 융합하는지를 기록하던 것이 분석화학의 시작이었다. 이후, 물리학의 주도로 시작된 과학 혁명에 의해, 연금술이 화학으로 발전하면서 분석화학은 물리학의 합리주의적 관점을 받아들인다. 물질에 대한 심도있는 연구가 시작된 것은 이때다. 하지만 화학은 체계화된 이론을 제시하지 못했고, 이후 물리학에서 열역학과 양자역학 등의 이론이 발전함에 따라 화학의 물질 연구는 물리학에 뒤쳐진다. 이후 물리화학이 체계화되면서 화학은 물리학을 받아들이며 발전한다. 분석화학 역시 물리학의 이론들을 받아들이게 되는데, 물리학적 현상을 조작하여 화합물을 분해하는 방법론들은 이때 체계화되었다.
컴퓨터공학과 전기공학의 발전으로 다양한 연구기기가 탄생했다. 분석화학 역시 이러한 도구들을 적극적으로 받아들였는데, 레이저를 통한 분석방법, 프로그래밍을 통한 화학정보학 등이 이때 탄생했다.
4. 화학과에서
4.1. 학부
보통 화학과 학부 2~3학년때 배우게 되며 선수 과목은 당연히 일반화학. 연계 과목으로 분석화학실험, 기기분석, 분광분석, 전기화학 같은 것들이 있다. 과목 특성상 실험과 많이 연계되어 있다. 이 과목을 잘 하기 위해서는 그저 책만 열심히 외우는 것으로는 택도 없다. 공학용 계산기를 벗삼아 많은 연습 문제를 직접 풀어봐야만 시험에서 백지를 내는 사태를 막을 수 있다.
화학에 관심이 많거나 경시대회, 올림피아드를 준비하는 과학고 학생들이 일반화학, 유기화학과 더불어 선행 학습을 많이 하는 과목이기도 하다. 하지만 분석화학을 고등학교 때 다 떼는 괴수는 찾아보기 어렵다. 어차피 경시대회에서 나오는 토픽은 절반 이상이 부피 분석과 전기화학이기 때문에 책 전체를 넓게 공부하기 보다는 계산 문제 관련 토픽만 더 깊게 파는 경우가 많기 때문이다.
사실 학부 분석화학이 이것저것 많이 배우는 것 같지만 알고보면 역시 이 분야 저 분야를 죽 훑는 것에 지나지 않는다. 학부 고학년때 듣는 기기분석은 분광 분석이나 전기 화학, 크로마토그래피 등 기기를 사용하는 모든 분석법을 심층적으로 다루게 된다. 그리고 대학원에서는 고급(advanced) 분석화학, 전기화학, 분석분광학, 기기분석을 한 단계 더 들어간 계측학[1], 분리분석 등 여러 연계 과목들이 있다. 하지만 전공으로 하는 학생 수가 적다보니 이 과목이 모두 개설될 확률은 제로에 가깝고, 2년 주기로 개설되기도 한다.
4.1.1. 전공도서
원래 이 과목을 공부하는 학생 수가 많지 않아서인지 책 종류도 다른 분야의 화학에 비하면 적다. 그나마 가장 잘 알려진 분석화학 교과서는 해리스(Harris)인듯. 그러나 이 책은 원서 제목[2]에서 알다시피 원래는 화학을 배우기 위한 책이라기보단 분석 관련 테크닉을 가르치는, 테크니션 양성을 목적으로 한 책이다.
그 외에 추천받는 책은 Skoog의 책 정도인데, Harris가 워낙 널리 읽히고 있다.
4.1.2. 공통적으로 배우는 것
- 오차 계산과 오차 줄이기 : 분석화학이라는 분야가 소숫점 한자리, 숫자 하나에 매우 민감한 분야이다 보니 오차 계산하는 방법과 다양한 오차의 원인, 오차를 줄이는 방법에 대해서 다룬다.
- 실험 기구 다루는 법과 엑셀 사용법 익히기 : 조금 중요하다. 실험이 필수 이수인 경우에는 매우 중요하다. 엑셀 사용법은 아주 기초적인 것만 알면 되므로 꼭 익혀두자. 사실 '기초적 통계 기법을 배운다'는 표현이 정확하다. 외삽같은 초보적인 기법을 익히고, 활용한다.
- 부피분석법 : 평형상수에 관한 내용을 배우고 산-염기 적정, 착물화 적정, 침전 적정으로 미지 시료를 정량하는 방법을 배운다.
- 전기화학 : 전기화학 전지에 관한 내용을 배우고 전위차법, 전압전류법, 전기화학 센서에 대해서 배운다. 산화-환원 반응을 이용한 부피분석법이 나온다.
- 분광분석법 : 빛에 대해서 잠깐 다루고 화학 결합과 빛의 오묘한 관계를 이용한 UV-Vis, IR, 기타 다양한 분광분석법에 대해 배운다. 사실 학부 분석화학에서는 그리 큰 비중을 차지하지 않는 토픽이며(심하게 건너뛰는 경우에는 Beer-Lambert Law 정도만 알면 된다) 나중에 고학년때 수강하는 기기분석에서 더 자세히 다루는 경우가 많다.
- 크로마토그래피: 크로마토그래피를 이용한 분리법은 대부분이 기기로 이루어지다보니 크로마토그래피 단원에서는 대부분 크로마토그래피에 대한 이론적인 부분만 배우게 된다. 하지만 아래에도 서술하겠지만 크로마토그래피는 전산화학 같은 매우 특이한 경우를 제외한 어떤 화학을 하든 필수 테크닉이므로 잘 들어둬야 하는 부분이다.
- 임상화학, 환경화학: 책 뒷부분에 맹장처럼 붙어있는 부분이다. 마치 유기화학 뒷부분의 생화학 단원처럼 대부분 배우지 않고 종강한다.
- 질량분석법: 담당 교수의 재량에 따라 심도있게 다루기도 한다. 전기장을 걸어서 m/z를 측정하거나 TOF(time of flight)를 통해 질량분석기에서 이동한 거리를 이용해 분자량을 측정하는 방법을 배운다.
5. 관련 자격증
- 화학분석기사/기능사: 기기분석에 관한 자격증으로 한국산업인력공단에서 1년에 1~2회 시행한다.