그렇다면 왜 산란광인가?
굴절률 및 흡광이 일정하여 매체가 광학적으로 균일하면 빛이 직진한다. 엄밀히 말하자면 진공에만 해당하는 이야기다. 광학 특성상의 변화 일체는 빛을 경로로부터 굴절한다. 상기 물리 변화, 이른바 입자에 의한 광 산란이 바로 탁도 현상을 유발하는 것이다.
균일 매체 및 장애물 하에서 빛의 전파를 생각해 보자. 입자가 눈에 혹은 현미경에 안 들어오니 산란이 없으리라 생각하면 오산이다. 맑은 공기나 순수에서조차 분자 수준으로 산란이 발생한다. 분자 산란이 아주 미미하기는 하지만 절대로 완전히 무시해버릴 수는 없다. 일례로 하늘이 파란 이유도 공기 분자가 일광을 산란하기 때문이다. 

빛이 산란하며 두 가지 현상이 나타나는데, 하나는 회절이고 다른 하나는 복사의 여기이다. 빛의 파동성 때문에 회절이 일어난다. 파동이 바로 앞에서 장애물을 만나면 지나가는 과정에서 경로로부터 굴절한다. 굴절각은 파장과 장애물 크기 간 관계에 따라 다르다. 둘째 과정은 원자가 들뜨기 때문에, 다시 말해 더 높은 에너지 준위로 올라가 받은 빛을 발산하기 때문에 생긴다.
상기 빛은 굴절, 반사, 쌍극자 복사 법칙에 의하며 입자 특성에 따라 방향이 다양하게 퍼지며 위 현상의 특수 사례로 거울 반사가 그것이다.
 다음의 변수로 산란광 강도에 영향을 미치는 것을 알아보면;
파장 λ입사광이 강도 Iinc로 구상 입자를 때린다. 산란광 강도 Isc는 산란각, 입자 크기, 파장, 입자 및 매체의 광학 특성에 대한 함수다. 이것을 다시 기호로 쓰면 다음과 같다.

Isc = Isc( Θ, λ, d, n )

여기서 Θ는 산란각, d는 입자 지름, λ는 파장, n은 매체 관련 산란계수다.
상기 방정식의 정확한 공식은 산란 이론에 따른다. 구상 입자의 경우 미 이론으로 변수 일체에 관한 일반해를 얻는다. 미 이론(Mie Theory: 구상 입자 산란광에 대한 이론. 독일 출신 물리학자 구스타프 미(1868-1957)의 이름을 따서 명명하였다.)은 레일리 이론(입자가 0.05μm 미만으로 극히 작은 특수 상황을 다룸)까지 포괄한다. 위의 방정식은 수학적 구조가 복잡하므로 컴퓨터로 해를 구해야 한다.
산란광 측정 실지 적용 사례가 탁도 값 측정이다. 탁도 값을 측정함으로 액체 및 기체 내 고형물 농도 정보를 얻을 수 있다.

포마진(Formazine)
포마진은 탁도 표준물로서 국제적으로 인정받으며 가장 보편화한 단위는 다음과 같다. 

·ASBC - “미국양조기술전문가모임”. 미국 단위로 양조업계에서 사용한다.
·EBC - “유럽양조협약”. 유럽 단위로 양조업계에서 사용한다.
·FAU - “포마진 감쇠단위”. 수처리 분야에서 투과광 측정(각도0°) 용도로 사용하는 단위. ISO 표준 7027에 따른다.
·FNU - “포마진 비탁법단위”. 수처리 분야에서 90°측정 시 사용하는 단위. ISO 표준 7027에 따른다.
·FTU - “포마진 탁도 단위”. 수처리 분야에서 사용하는 단위.
·NTU - “비탁법 탁도 단위”. 수처리 분야에서 90°측정 시 사용하는 단위. 미국 환경보호청에 따른다.
·TE/F - “탁도단위/포마진”. 독일 단위이며 현재 FNU 단위로 대체함.

탁도계는 값을 나타내는데 있어 측정 광의 강도가 아니라 레퍼런스 서스펜션의 농도를 스케일로 사용한다. 상기 교정 용액의 정확도가 후속 탁도 측정의 신뢰성을 판가름하므로 대단히 중요하다. 이러한 이유로 포마진은 탁도 표준으로서 국제적으로 공인한다. ISO 표준 7027(수질 - 탁도 측정)대로 본 표준을 언제든지 다시 만들어 사용할 수 있다.

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가)포마진(C2H4N2)용액
포마진은 시판하지 않으므로 다음에 따라 제조하여야한다.
·물에(3.2.1)헥사메틸렌테트라민(C6H12N4) 10.0 g을 용해하고 희석하여 100 ml로 만든다. (용액A).
·물에 하이드라진설페이트(N2H6SO4) 1.0 g을 용해하고 희석하여 100 ml로 만든다. (용액B).
주의: 하이드라진설페이트는 독성 물질로 암을 유발할 수도 있다.

·A 용액 5 ml와 B 용액 5 ml를 혼합한다.
·상기 저장용액의 탁도는 포마진 감쇠 단위(FAU) 또는 포마진 비탁법 단위로(FNU) 400이다.
·상기 용액은 25±3℃암소 조건하에 4주간 안정하다.

나)포마진 표준 부합 용액
저장용액을(3.2.2)물로(3.2.1) 필요한 만큼 희석해 표준 부합 탁도 용액을 제조한다. 희석에는 피펫과 부피 플라스크를 사용한다.
 상기 용액의 안정성은 1주를 넘지 않는다.
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제조 시의 명시온도는 필히 준수하도록 한다. 그 이유는 포마진 입자 크기에 상당 수준으로 영향을 미치기 때문이다. 대략 온도 변화로 인한 오차가 ℃당 1~2% 수준이다. 따라서 제조 시의 온도를 ± 1℃내로 일정하게 잡으면 좋다.
기타 결정적인 변수가 있다면 물의 순도를 들 수 있다. 위 과정에 따라 물을 여과하였을 때 잔류 산란은 경험상 0.02 FTU = 20mFTU 수준이다. 교정 과정 및 저 탁도 측정 시 이 점을 계산에 넣어야 한다.

[포마진 기반 탁도 단위 환산표]
과거에 교정 서스펜션으로 규조토(단위 “ppm SiO2”)를 사용했으나 현재 폐기한 상태다. 규조토는 입자 크기 분포가 표준화하지 않은 관계로 광 산란 특성의 재현성이 표준 서스펜션으로서의 요구수준을 만족하지 못한다. 반면 규조토는 물에 자연적으로 존재하는 탁도 물질과 광학적 특성이 매우 흡사하다는 장점이 있다. 

※규조토(Diatomaceousearth)
탁도 측정용 교정 서스펜션. “ppm SiO2”단위를 사용한다.
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색 보정
산란광 측정용 광도 측정 장치로 흡광성 물질의 영향을 제거한다. 측면 산란광 강도로 탁도값을 측정하는 방식은 다음과 같다.
⦁플로우 셀에 광선이 통과하게 한다.
⦁고형물 입자(탁도)가 산란광을 발생하면 특정 각도에서 측정한다.
이 방식은 셀을 곧장 통과하는 빛을 무시해버린다.

색 보정이 빠진 탁도 측정
매체가 흡광성 물질(착색 성분 등)을 포함한 경우 계수가 2부터 5에 이르기까지 광선을 쉽사리 약화하여 엉뚱한 결과가 나올 수 있다. 따라서 위와 같은 상황에서는 매체의 흡광 효과를 반드시 제해야 한다. 측정 광선과 기준 광선으로 이원화함으로써 상기 목표를 달성할 수 있다.

광선과 수광소자를 이원화하여 색을 보정한다
기준 광선이 매체를 곧장 통과하면서 흡광성 물질과 산란 둘 다가 감쇠를 일으킨다. 플로우 셀 설계 상 광선 둘 다가 동일한 거리를 지나도록 안배하였으므로 측정 시점에서 두 광선이 약화한 정도가 동일하다. 이로써 흡광에 의한 효과를 제할 수 있다.
위 방식은 수광소자를 이원화 하였으므로 구조적인 약점이 있다. 노후화가 다르게 진행함에 따라 값은 결국 틀어지게 마련이다. 광선을 이원화하되 단일 수광소자로 번갈아 들어가게 하면 이 문제를 해결할 수 있다. 
☞ 광선을 이원화 하면서도 단일 수광소자로 색보정이 가능하다

색 보정의 장점은 그뿐만이 아니다. 색 보정은 연속 측정 구성 시 창의 오염을 상쇄할 수 있다. 두 광선이 두 창을 거치기 때문이다. 그런가 하면 최대치 발생을 막는 역할도 한다. 다시 말해 고 탁도 환경에서 특성 곡선이 뒤집히는 상황을 방지할 수 있다는 뜻이다(다중 산란).
그러나 색 보정 방식에도 일말의 문제점이 있다. 산란 매체가 색 필터(파장)처럼 작용하므로 사용 광 색상이 산란 과정에 영향을 끼친다. 협대역(혹은 엄밀히 말해 단색) 광을 사용하면 이 문제를 해결할 수 있다. EBC 및 ISO 표준이 탁도계에 색 필터를 요구하는 이유가 바로 여기 있다. <계속> 

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