총질소(TN), 유기질소, 무기질소의 차이와 특성

질소는 자연계에서 필수적인 영양소로, 생물과 환경에서 다양한 형태로 존재합니다. 특히 수질관리나 환경분석에서 질소는 총 질소(TN), 유기질소, 무기질소로 나뉘어 다뤄집니다. 이를 자세히 살펴보겠습니다.

1. 총질소 (TN, Total Nitrogen)

가. 정의

• 수중에 존재하는 모든 형태의 질소를 합친 값.

나. 구성 요소

• 유기질소 (Organic Nitrogen): 단백질, 아미노산 등 생물학적으로 유래된 질소.
• 무기질소 (Inorganic Nitrogen): 암모니아성 질소(NH₄⁺), 질산성 질소(NO₃⁻), 아질산성 질소(NO₂⁻)로 구성.

다. 측정 방법

• 시료를 강산과 고온에서 분해하여 모든 질소를 질산(NO₃⁻) 형태로 전환 후 분석.
• 시료 내의 질소는 다양한 형태로 존재하며(예: 유기질소, 암모니아, 질산 등) 이를 통합적으로 분석하려면 모든 질소를 한 가지 일관된 형태(질산, NO₃⁻)로 변환해야 합니다.
• 질산(NO₃⁻)은 분석 기법(예: UV 흡광도법, 이온크로마토그래피)에 적합한 안정된 화합물이며, 다른 형태의 질소는 불안정하거나 분석 장비에 적합하지 않을 수 있으므로, 질산 형태로 전환하면 결과의 정확성과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
• 유기질소는 화학적으로 안정적이므로 고온과 강산(예: 황산, 과황산)을 사용해야 완전히 분해됩니다. 분해 과정에서 유기질소와 암모니아성 질소가 **질산(NO₃⁻)**으로 산화됩니다.

2. 유기질소 (Organic Nitrogen)

가. 정의

• 생물체나 유기물에서 유래한 질소 화합물.
• 단백질, 펩타이드, 요소, 아미노산 등.

나. 특성

• 생물학적 기원: 분변, 동물 사체, 식물 잔재물 등이 포함됨.
• 일반적으로 분해되어 암모니아성 질소(NH₄⁺)로 전환됨.

유기물의 분해 : 사체, 배설물, 낙엽 등 유기물에는 단백질, 아미노산과 같은 유기질소 화합물이 포함되어 있습니다. 미생물의 작용 : 토양이나 물 속에 존재하는 분해 미생물(분해자)이 유기질소를 분해합니다. 이 과정에서 질소는 암모니아(NH₃)로 방출됩니다. 암모늄 이온(NH₄⁺) : 암모니아는 물 속에서 이온화되어 암모늄 이온(NH₄⁺) 형태로 존재합니다.

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다. 측정 방법

• 유기질소 = 총 켈달 질소(TKN) - 암모니아성 질소.
• TKN(Total Kjeldahl Nitrogen)은 유기질소와 암모니아성 질소의 합.

3. 무기질소 (Inorganic Nitrogen)

가. 정의

• 유기물을 포함하지 않은 질소 형태로, 대부분 이온 상태로 존재.

나. 종류

 1) 암모니아성 질소 (NH₄⁺)

• 분해 초기 단계에서 발생.
• 독성 있음(높은 농도에서 생물에 해로움).

 2) 아질산성 질소 (NO₂⁻)

• 암모니아가 질화작용(Nitrification) 중간 단계에서 생성.
• 높은 독성을 가지며 수중에서는 일반적으로 낮은 농도로 존재

 3) 질산성 질소 (NO₃⁻)

• 암모니아 및 아질산이 완전 질화작용을 거쳐 생성.
• 수중에서 가장 안정된 형태로, 주요 식물 영양소 역할을 함.

4. 유기질소와 무기질소의 연결 : 질소 순환

가. 질소 순환 과정 요약

 1) 질소 고정 (Nitrogen Fixation)

• 대기 중 질소(N₂)가 생물이나 화학적 과정에 의해 암모니아(NH₃)로 전환.

 2) 암모니아화 (Ammonification)

• 유기질소 → 암모니아(NH₃) 또는 암모늄(NH₄⁺).

 3) 질화작용 (Nitrification)

• 암모늄(NH₄⁺)이 **아질산(NO₂⁻)**과 **질산(NO₃⁻)**으로 산화.

 4) 탈질화 (Denitrification)

• 질산(NO₃⁻)이 환원되어 대기 중 질소(N₂)로 방출.

나. 암모니아화의 중요성

• 유기질소를 암모니아 형태로 변환시켜 다른 생물이 흡수할 수 있는 무기질소 형태로 바꾸는 핵심 과정.
• 이 과정이 없으면 유기질소는 생태계에서 재활용되지 못함.

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