다양한 매질에서 GC/MS를 이용한 휘발성 유기화합물의 분석 Analysis of Volatile Organic Compounds (VOCs) by Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS) in various matrices원문보기
이재환
(Graduate School, Yonsei University
Dept. of Chemistry
국내박사)
2장에서는 최근, 대도시 지역의 대기중의 오존농도가 차량의 증가로 인하여 급격하게 증가하고 있다. 유기물 탄화수소로 이루어진 오전 전구체들은 대기 중에서 오존형성의 인디케이터 (indicator)로 작용한다. 오전 전구체들은 대기중에서 매우 낮은 농도로 존재하고 있기 때문에 이들을 정확하게 분석하는 것은 매우 어려운 실정이다. 본 연구에서는 대기중의 오존 전구체들을 평가하고자 하였다. 본 연구의 목적은 대기 중 오전 전구체들을 측정하기 위한 분석적 방법들을 비교하는 데 있다. 측정은 첫번째로 캐니스터 (Canister)와 300 mg Carbopack B와 150 mg Carbosieve SIII가 스테인레스 스틸관에 일렬로 충전된 흡착관 방법을 이용하여 시료를 채취하고 분석은 GC/MS와 GC/FID방법을 이용하여 평가하였다. 대기중에 존재하는 오존 전구체의 전체 측정량에 대한 측정결과 흡착관 GC/MS 방법과 캐니스터 GC/MS 방법간의 차이는 54.1 %, 흡착관 GC/MS 방법과 캐니스터 GC/FID 방법간의 차이는 51.1 %, 캐니스터 GC/MS방법과 캐니스터 GC/FID 방법간의 차이는 16.3 %로 나타났다. 3장에서는 Tedlar bag/SPME/GC/MS 시스템을 이용하여 대기와 작업장(분석 실험실)에서의 ...
2장에서는 최근, 대도시 지역의 대기중의 오존농도가 차량의 증가로 인하여 급격하게 증가하고 있다. 유기물 탄화수소로 이루어진 오전 전구체들은 대기 중에서 오존형성의 인디케이터 (indicator)로 작용한다. 오전 전구체들은 대기중에서 매우 낮은 농도로 존재하고 있기 때문에 이들을 정확하게 분석하는 것은 매우 어려운 실정이다. 본 연구에서는 대기중의 오존 전구체들을 평가하고자 하였다. 본 연구의 목적은 대기 중 오전 전구체들을 측정하기 위한 분석적 방법들을 비교하는 데 있다. 측정은 첫번째로 캐니스터 (Canister)와 300 mg Carbopack B와 150 mg Carbosieve SIII가 스테인레스 스틸관에 일렬로 충전된 흡착관 방법을 이용하여 시료를 채취하고 분석은 GC/MS와 GC/FID방법을 이용하여 평가하였다. 대기중에 존재하는 오존 전구체의 전체 측정량에 대한 측정결과 흡착관 GC/MS 방법과 캐니스터 GC/MS 방법간의 차이는 54.1 %, 흡착관 GC/MS 방법과 캐니스터 GC/FID 방법간의 차이는 51.1 %, 캐니스터 GC/MS방법과 캐니스터 GC/FID 방법간의 차이는 16.3 %로 나타났다. 3장에서는 Tedlar bag/SPME/GC/MS 시스템을 이용하여 대기와 작업장(분석 실험실)에서의 휘발성 유기화합물을 측정하였다. 분석 적용범위를 위한 직선성은 1 ∼ 30 ppbv로 하였다. 40가지 target 휘발성 유기화합물에 대한 검출한계는 10 pptv에서 0.93 ppbv로 조사되었다. Tedlar bag/SPME/GC/MS ,방법을 이용한 휘발성 유기화합물의 평균 상대표준편차는 8.8 % (n = 5)를 보였으며, 이 방법에 의해 다양하게 존재하는 독성 휘발성 유기화합물을 정확성 있게 분석할 수 있었으며, ppb 수준의 저농도에서 낮은 검출한계와 넓은 범위의 직선성을 얻을 수 있었다. 하지만, 낮은 분자량과 높은 증기압을 가진 chloromethane과 vinylchloride, 그리고 ethylchloride와 1,2-dichloroethane과 같은 휘발성 유기 화합물들은 상대적으로 낮은 결과를 보였다. 이 방법을 이용하여 외부 정량법을 이용하여 실제 시료에 적용한 결과 10 종류의 휘발성 유기화합물을 검출할 수 있었으며, 0.04 ∼ 1.85 ppbv 농도범위로 존재함을 확인하였다. 4장에서는 부피가 48-L 인 환경 시험 챔버와 68.4 mL로 제작된 초소형 FLEC 방법을 이용하여 건축용 내장재인 카펫에서 방출되는 휘발성 유기화합물에 대한 분석방법을 비교하였다. 카펫에서 방출되는 시료의 채취는 400 mg의 Tenax가 충전된 흡착관을 이용하였으며, 분석은 자동 열탈착기 (ATD - 400, Perkin-Elmer)를 이용하여 농축된 시료를 열탈착하고 최종 GC/MS와 GC/FID를 이용하여 분석하였다. 2가지 방법을 서로 비교하기 위하여 방출되는 휘발성 유기화합물에 대한 전체 휘발성 화합물의 방출량 (total VOCs, TVOCs)와 1차 감쇠 속도상수 (first-order decayrate constant), 그리고 반감기 (half-life)와 방출 속도 (emission factor)를 서로 비교하였다. 2가지 방법을 이용하여 분석한 결과 서로 상보성 있는 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 부피가 상대적으로 크고 이동성이 낮은 환경 챔버 방법이 갖는 단점을 FLEC 방법을 이용하여 고체상의 건축 내장재인 카펫에서 방출되는 휘발성 유기화합물의 분석적용에는 큰 문제가 없는 것으로 조사되었다. 5장에서는 다양하게 존재하는 휘발성 유기화합물에 대한 유전독성평가를 위해 자주달개비 미세핵 분석방법 (Tradescantia-micronucleus assay)과 흡착관/GC/MS에 의한 화학적 분석법을 이용하였다. 휘발성 유기화합물의 시료채취는 PVC 필름을 제조하는 화학공장에서 실시하였다. 자주달개비 화서 (inflorescence)를 1.4m 높이에 현장 노출시키고 동시에 휘발성 유기화합물의 화학적 분석을 위하여 흡착관을 자주달개비 화서와 동일한 위치에 노출시켜 시료를 채취하였다. 노출시간은 각각 2, 6, 9시간으로 설정하였다. 시료의 분석은 자동 열탈착기 (ATD - 400, Perkin-Elmer)를 이용하여 농축된 시료를 열탈착하고 최종 GC/MS로 분석하였다. 2시간 노출에 대한 자주달개비 미세핵은 장소 1과 2와 3에서 각각 6.13 ± 0.47, 5.40 ± 1.60, 2.93 ± 0.43 MCN/100 사분자 (tetrads)를 보였다. 흡착관을 이용한 화학적 분석결과 trichloroethylene, toluene, ethylbenzene, (m,p,o)-xylene, styrene, 1,3,5-trimethylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene 과 같은 다양한 물질들이 화학공장 실내공간에서 검출되는 것으로 나타났으며, 가장 높은 농도로 검출되는 toluene의 평균농도는 장소 1, 2, 3에서 각각 1946.6, 1368.3, 340.1 ug/㎥을 각각 보였다. 자주달개비 미세핵은 시간의 노출에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, toluene 농도로 시간에 따른 노출시간과 미세핵 간 상관계수 (r^(2))는 0.96을 보였다. 자주달개비 미세핵 분석방법과 흡착관을 이용한 화학적 분석방법을 이용하여 화학공장의 실내환경에서 현장 노출을 통해서 휘발성 유기화합물에 대한 유전독성을 평가할 수 있었다.
2장에서는 최근, 대도시 지역의 대기중의 오존농도가 차량의 증가로 인하여 급격하게 증가하고 있다. 유기물 탄화수소로 이루어진 오전 전구체들은 대기 중에서 오존형성의 인디케이터 (indicator)로 작용한다. 오전 전구체들은 대기중에서 매우 낮은 농도로 존재하고 있기 때문에 이들을 정확하게 분석하는 것은 매우 어려운 실정이다. 본 연구에서는 대기중의 오존 전구체들을 평가하고자 하였다. 본 연구의 목적은 대기 중 오전 전구체들을 측정하기 위한 분석적 방법들을 비교하는 데 있다. 측정은 첫번째로 캐니스터 (Canister)와 300 mg Carbopack B와 150 mg Carbosieve SIII가 스테인레스 스틸관에 일렬로 충전된 흡착관 방법을 이용하여 시료를 채취하고 분석은 GC/MS와 GC/FID방법을 이용하여 평가하였다. 대기중에 존재하는 오존 전구체의 전체 측정량에 대한 측정결과 흡착관 GC/MS 방법과 캐니스터 GC/MS 방법간의 차이는 54.1 %, 흡착관 GC/MS 방법과 캐니스터 GC/FID 방법간의 차이는 51.1 %, 캐니스터 GC/MS방법과 캐니스터 GC/FID 방법간의 차이는 16.3 %로 나타났다. 3장에서는 Tedlar bag/SPME/GC/MS 시스템을 이용하여 대기와 작업장(분석 실험실)에서의 휘발성 유기화합물을 측정하였다. 분석 적용범위를 위한 직선성은 1 ∼ 30 ppbv로 하였다. 40가지 target 휘발성 유기화합물에 대한 검출한계는 10 pptv에서 0.93 ppbv로 조사되었다. Tedlar bag/SPME/GC/MS ,방법을 이용한 휘발성 유기화합물의 평균 상대표준편차는 8.8 % (n = 5)를 보였으며, 이 방법에 의해 다양하게 존재하는 독성 휘발성 유기화합물을 정확성 있게 분석할 수 있었으며, ppb 수준의 저농도에서 낮은 검출한계와 넓은 범위의 직선성을 얻을 수 있었다. 하지만, 낮은 분자량과 높은 증기압을 가진 chloromethane과 vinylchloride, 그리고 ethylchloride와 1,2-dichloroethane과 같은 휘발성 유기 화합물들은 상대적으로 낮은 결과를 보였다. 이 방법을 이용하여 외부 정량법을 이용하여 실제 시료에 적용한 결과 10 종류의 휘발성 유기화합물을 검출할 수 있었으며, 0.04 ∼ 1.85 ppbv 농도범위로 존재함을 확인하였다. 4장에서는 부피가 48-L 인 환경 시험 챔버와 68.4 mL로 제작된 초소형 FLEC 방법을 이용하여 건축용 내장재인 카펫에서 방출되는 휘발성 유기화합물에 대한 분석방법을 비교하였다. 카펫에서 방출되는 시료의 채취는 400 mg의 Tenax가 충전된 흡착관을 이용하였으며, 분석은 자동 열탈착기 (ATD - 400, Perkin-Elmer)를 이용하여 농축된 시료를 열탈착하고 최종 GC/MS와 GC/FID를 이용하여 분석하였다. 2가지 방법을 서로 비교하기 위하여 방출되는 휘발성 유기화합물에 대한 전체 휘발성 화합물의 방출량 (total VOCs, TVOCs)와 1차 감쇠 속도상수 (first-order decay rate constant), 그리고 반감기 (half-life)와 방출 속도 (emission factor)를 서로 비교하였다. 2가지 방법을 이용하여 분석한 결과 서로 상보성 있는 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 부피가 상대적으로 크고 이동성이 낮은 환경 챔버 방법이 갖는 단점을 FLEC 방법을 이용하여 고체상의 건축 내장재인 카펫에서 방출되는 휘발성 유기화합물의 분석적용에는 큰 문제가 없는 것으로 조사되었다. 5장에서는 다양하게 존재하는 휘발성 유기화합물에 대한 유전독성평가를 위해 자주달개비 미세핵 분석방법 (Tradescantia-micronucleus assay)과 흡착관/GC/MS에 의한 화학적 분석법을 이용하였다. 휘발성 유기화합물의 시료채취는 PVC 필름을 제조하는 화학공장에서 실시하였다. 자주달개비 화서 (inflorescence)를 1.4m 높이에 현장 노출시키고 동시에 휘발성 유기화합물의 화학적 분석을 위하여 흡착관을 자주달개비 화서와 동일한 위치에 노출시켜 시료를 채취하였다. 노출시간은 각각 2, 6, 9시간으로 설정하였다. 시료의 분석은 자동 열탈착기 (ATD - 400, Perkin-Elmer)를 이용하여 농축된 시료를 열탈착하고 최종 GC/MS로 분석하였다. 2시간 노출에 대한 자주달개비 미세핵은 장소 1과 2와 3에서 각각 6.13 ± 0.47, 5.40 ± 1.60, 2.93 ± 0.43 MCN/100 사분자 (tetrads)를 보였다. 흡착관을 이용한 화학적 분석결과 trichloroethylene, toluene, ethylbenzene, (m,p,o)-xylene, styrene, 1,3,5-trimethylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene 과 같은 다양한 물질들이 화학공장 실내공간에서 검출되는 것으로 나타났으며, 가장 높은 농도로 검출되는 toluene의 평균농도는 장소 1, 2, 3에서 각각 1946.6, 1368.3, 340.1 ug/㎥을 각각 보였다. 자주달개비 미세핵은 시간의 노출에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, toluene 농도로 시간에 따른 노출시간과 미세핵 간 상관계수 (r^(2))는 0.96을 보였다. 자주달개비 미세핵 분석방법과 흡착관을 이용한 화학적 분석방법을 이용하여 화학공장의 실내환경에서 현장 노출을 통해서 휘발성 유기화합물에 대한 유전독성을 평가할 수 있었다.
Ozone concentration in the air has sharply increased in metropolitan areas in recent years, due to the rise in vehicular volume. Ozone precursors are composed of hydrocarbons of organic compound; hence, hydrocarbons as indicative of ozone formation need to be monitored in ambient air. Since ozone pr...
Ozone concentration in the air has sharply increased in metropolitan areas in recent years, due to the rise in vehicular volume. Ozone precursors are composed of hydrocarbons of organic compound; hence, hydrocarbons as indicative of ozone formation need to be monitored in ambient air. Since ozone precursors exist at a very low level (from ppb to ppt) in ambient air, however, it is difficult to analyze them accurately. This study investigated ozone precursors in ambient air. The main purpose of this study was to compare analytical methods for the measurement of ozone precursors in the atmosphere. Measurement was evaluated by two different methods, the first using a canister (Silco-canister) and the second using an adsorbent (300 mg Carbopack B + 150 mg Carbosieve SIII) tube. Resulting differences in measurement for total ozone precursor emissions were 54.1 % between the adsorption tube and the canister-GC/MS, 51.1 % between the adsorption tube and the canister-GC/FID, and 16.3 % between the canister-GC/MS and the canister-GC/FID. We estimated volatile organic compounds (VOCs) in ambient and workplace air using a Tedlar bag /SPME/GC/MS system. The calibration curve was set to be linear over the range of 1 ∼ 30 ppbv. The detection limits ranged from 10 pptv to 0.93 ppbv for all VOCs. Reproducibility of TO-14 target gas mixtures by solid phase microextraction (SPME)/GC/MS averaged at 8.8 % (RSD). Air toxic VOCs (hazardous air pollutants, HAPs) containing a total of forty halohydrocarbons, aromatics, and haloaromatic carbons could be analyzed with good accuracy, low detection limit and wide linearity at low ppbv level. Only reactive VOCs with low molecular weight, such as chloromethane, vinylchloride, ethylchloride and 1,2-dichloroethane, yielded relatively poor results using this technique. In case of ambient air samples, ten VOCs were identified and quantified after external calibration. VOC concentration in ambient and workplace air ranged from 0.04 to 1.85 ppbv. The overall process was successfully applied to identify and quantify VOCs in ambient/workplace air. The SPME techniques proved to be very useful tools in the analysis of wide VOCs in the air. The VOC emissions from a carpet were compared using two different emission test methods, namely the environmental chamber (48-L volume) and the field and laboratory emission cell (FLEC) methods. Airborne VOCs collected on a tube packed with 400 mg Tenax TA adsorbent were thermally desorbed using ATD-400 and analyzed by GC/MS and GC/FID. Total VOCs, first-order decay rate constant, half-life (t_(1/2)), and emission rates for target VOCs were compared, and the resulting comparable parameters showed similar results for the two methods utilized. Ultimately, the FLEC method showed good correlation results with environmental chamber method, and was therefore found to be an alternative method for the analysis of VOCs emitted from building materials such as the carpet sample. The genotoxic effects of VOCs in the workplace air of a chemical factory were studied by means of the Tradescantia-micronucleus assay and chemical analysis. Sampling was performed in a chemical factory of poly-vinyl chloride (PVC) film production. Inflorescences of the Tradescantia BNL 4430 were placed for 2, 6, and 9 h at the height of 1.40 m in the workplaces and the outdoors in the vicinities of chemical industry. Air samplings were collected from the same places and analyzed by automatic thermal desorption/gas chromatography/mass spectrometry. The frequencies of micronucleus exposed for 2-h in site 1, site 2, and site 3 were 6.13 ± 0.47, 5.40 ± 1.60, and 2.93 ± 0.43 MCN / 100 tetrads, respectively. GC/MS analysis proved the presence of various VOCs such as trichloroethylene, toluene, ethylbenzene, (m,p,o)-xylene, styrene, 1,3,5-trimethylbenzene, and 1,2,4-trimethylbenzene. Mean values of toluene measured by 2-h sampling in site 1, site 2, and site 3 were 1946.6 g/㎥, 1368.3 g/㎥, and 340.1 g/㎥, respectively. The concentration of toluene in site 1 and 2 were at least 4-6 times higher than that in site 3. The micronucleus frequencies increased in proportion to exposure time. Moreover, there was a correlation between the micronucleus frequencies and the toluene concentration in the air (R^(2) = 0.96). The results of in situ monitoring proved the applicability of the Trad-MCN assay combined with chemical analysis, for monitoring genotoxic chemicals in work environments.
Ozone concentration in the air has sharply increased in metropolitan areas in recent years, due to the rise in vehicular volume. Ozone precursors are composed of hydrocarbons of organic compound; hence, hydrocarbons as indicative of ozone formation need to be monitored in ambient air. Since ozone precursors exist at a very low level (from ppb to ppt) in ambient air, however, it is difficult to analyze them accurately. This study investigated ozone precursors in ambient air. The main purpose of this study was to compare analytical methods for the measurement of ozone precursors in the atmosphere. Measurement was evaluated by two different methods, the first using a canister (Silco-canister) and the second using an adsorbent (300 mg Carbopack B + 150 mg Carbosieve SIII) tube. Resulting differences in measurement for total ozone precursor emissions were 54.1 % between the adsorption tube and the canister-GC/MS, 51.1 % between the adsorption tube and the canister-GC/FID, and 16.3 % between the canister-GC/MS and the canister-GC/FID. We estimated volatile organic compounds (VOCs) in ambient and workplace air using a Tedlar bag /SPME/GC/MS system. The calibration curve was set to be linear over the range of 1 ∼ 30 ppbv. The detection limits ranged from 10 pptv to 0.93 ppbv for all VOCs. Reproducibility of TO-14 target gas mixtures by solid phase microextraction (SPME)/GC/MS averaged at 8.8 % (RSD). Air toxic VOCs (hazardous air pollutants, HAPs) containing a total of forty halohydrocarbons, aromatics, and haloaromatic carbons could be analyzed with good accuracy, low detection limit and wide linearity at low ppbv level. Only reactive VOCs with low molecular weight, such as chloromethane, vinylchloride, ethylchloride and 1,2-dichloroethane, yielded relatively poor results using this technique. In case of ambient air samples, ten VOCs were identified and quantified after external calibration. VOC concentration in ambient and workplace air ranged from 0.04 to 1.85 ppbv. The overall process was successfully applied to identify and quantify VOCs in ambient/workplace air. The SPME techniques proved to be very useful tools in the analysis of wide VOCs in the air. The VOC emissions from a carpet were compared using two different emission test methods, namely the environmental chamber (48-L volume) and the field and laboratory emission cell (FLEC) methods. Airborne VOCs collected on a tube packed with 400 mg Tenax TA adsorbent were thermally desorbed using ATD-400 and analyzed by GC/MS and GC/FID. Total VOCs, first-order decay rate constant, half-life (t_(1/2)), and emission rates for target VOCs were compared, and the resulting comparable parameters showed similar results for the two methods utilized. Ultimately, the FLEC method showed good correlation results with environmental chamber method, and was therefore found to be an alternative method for the analysis of VOCs emitted from building materials such as the carpet sample. The genotoxic effects of VOCs in the workplace air of a chemical factory were studied by means of the Tradescantia-micronucleus assay and chemical analysis. Sampling was performed in a chemical factory of poly-vinyl chloride (PVC) film production. Inflorescences of the Tradescantia BNL 4430 were placed for 2, 6, and 9 h at the height of 1.40 m in the workplaces and the outdoors in the vicinities of chemical industry. Air samplings were collected from the same places and analyzed by automatic thermal desorption/gas chromatography/mass spectrometry. The frequencies of micronucleus exposed for 2-h in site 1, site 2, and site 3 were 6.13 ± 0.47, 5.40 ± 1.60, and 2.93 ± 0.43 MCN / 100 tetrads, respectively. GC/MS analysis proved the presence of various VOCs such as trichloroethylene, toluene, ethylbenzene, (m,p,o)-xylene, styrene, 1,3,5-trimethylbenzene, and 1,2,4-trimethylbenzene. Mean values of toluene measured by 2-h sampling in site 1, site 2, and site 3 were 1946.6 g/㎥, 1368.3 g/㎥, and 340.1 g/㎥, respectively. The concentration of toluene in site 1 and 2 were at least 4-6 times higher than that in site 3. The micronucleus frequencies increased in proportion to exposure time. Moreover, there was a correlation between the micronucleus frequencies and the toluene concentration in the air (R^(2) = 0.96). The results of in situ monitoring proved the applicability of the Trad-MCN assay combined with chemical analysis, for monitoring genotoxic chemicals in work environments.
주제어
#휘발성 유기화합물 오존 전구체 캐니스터 흡착관 현장 실험실 방출 셀 환경 챔버 테들라 백 가스크로마토그래피/질량분석기 고체상 극미량 추출 자주달개비 미세핵 분석법 VOCs ozone precursor canister adsorption tube FLEC chamber Tedlar bag GCMS solid-phase microextraction (SPME) Tradescantia micronucleus (Trad-MCN) assay
학위논문 정보
저자
이재환
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Dept. of Chemistry
지도교수
Dai Woon Lee
발행연도
2004
총페이지
xiii, 144장
키워드
휘발성 유기화합물 오존 전구체 캐니스터 흡착관 현장 실험실 방출 셀 환경 챔버 테들라 백 가스크로마토그래피/질량분석기 고체상 극미량 추출 자주달개비 미세핵 분석법 VOCs ozone precursor canister adsorption tube FLEC chamber Tedlar bag GCMS solid-phase microextraction (SPME) Tradescantia micronucleus (Trad-MCN) assay
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