[논문]피크패턴법을 이용한 절연유 중 PCBs 분석

신선경; 김혜진; 정다위; 전태완; 김진경; 박석운; 정영희; 정일록

피크패턴법을 이용한 절연유 중 PCBs 분석
Analysis of the polychlorinated biphenyls in transformer oils using peak matching method 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.18 no.5, 2005년, pp.410 - 418

신선경 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과) , 김혜진 (환경부 낙동강관리청 측정분석과) , 정다위 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과) , 전태완 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과) , 김진경 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과) , 박석운 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과) , 정영희 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과) , 정일록 (국립환경과학원 환경보건안전부 제품안전성평가과)

초록
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PCBs는 뛰어난 물리 화학적, 열적 안전성과 전기 절연성으로 인해 윤활유, 열교환유체, 복사지 등 많은 용도로 사용되어 왔으며, 1930년대에서 1970년대까지 Aroclors, Kaneclors, Clophens, Phenaclors 등과 같은 상업적 PCBs 생산품들이 절연유로 사용되었다. 본 연구에서는 PCBs의 주된 배출원인 변압기 절연유를 채취하여 Aroclor 1242, 1248, 1254, 1260의 표준물질을 사용하여 정성분석을 하였다. 제작년도 및 제작사별로 채취 분석한 결과 절연유는 Aroclor 1242, Aroclor 1254, Aroclor 1260의 단일 제품을 함유하거나 이들이 혼합되어 함유되어 있는 것으로 조사되었다. 또한, 시판되는 스크리닝 키트(20 ppm, 50 ppm)를 이용한 절연유 시료 분석방법의 적용성을 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

PCBs had numerous uses such as hydraulic fluid, heat exchange fluid, sealant, lubricant, and carbonless copy paper. They are most likely found in electric utilities, power stations, industrial facilities, electronic manufacturing plants, petrochemical plants, railroad systems, electric equipment repair facilities, mining sites (active or abandoned), and military camps. Due to its outstanding chemical and thermal stabilities and electrical insulation properties, the commercial and industrial products of PCBs, such as Aroclors, Kaneclors, Clophens, Phenaclors etc., had been widely used as thermal oil and transformer oil from 1930s until the 1970s. The transformer oils were analyzed as a main source of polychlorinated biphenyls (PCBs) emission into the environment. Qualitative estimation of oil extracts as carried out with Aroclor 1242, 1248, 1254, 1260. The transformer oils contained the pure and mixed of Aroclor 1242, Aroclor 1254, and Aroclor 1260. Also, commercial screening kit of 20 ppm and 50 ppm were applied to the transformer oil samples.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

우리나라 폐기물공정시험방법 제14항 나의 액상폐기 물 중 PCBs 분석방법 "를 근거로 하여 Fig. 1과 같이 시료를 전처리하여 Table 1의 분석조건으로 GC/ECD로 분 석하였다. 우리나라 폐기물관리법에서는 액상폐기물 중 PCBs를 2 mg/# 규제하고 있다.
판매 또는 사용을 금지하였으며, 1999년 개 정 시 50 ppm 이상 함유한 혼합물질을 직용대상에 포함 시켰다. 따라서, 본 연구의 변압기 분석결과를 PCBs에 대한 규제가 전혀 없었던 1979년까지의 시기, 전기설비 설치기준령에 의해 전기기기의 PCBs 사용을 금지한(79. 8월), 80년 이후부터 96년까지의 시기와 1997년 이후에서 2002년까지 기간으로 구분하여 비교 검토하였다.
또한, GC/ECD의 분석 결과와 발색법을 이용한 스 크리닝 키트를 이용한 분석 결과를 비교하기 위해 Aroclor 1242 20 ppm 및 Aroclor 1260 50 ppm을 신유 에 표준물질을 주입하여 확인하였다. 그 결과, 20 ppm 의 Aroclor 1242는 19.
미국 EPA 9079 분석법 및 L 2000 analyzer DX을 이용하여 GC/ECD로 분석한 절연유 시료를 정 량하여 결과를 비교하여 적용성 여부를 검토하였다. 미국 EM 9079 분석법은 절연유 시료를 발색시켜 키트의 색과 비교하여 농도를 측정하는 스크리닝 방법과, L 2000 analyzer DX을 이용하여 발색된 시료 중의 엮소 함량을 측정하여 절연유 중 PCBs 함량을 측정하는 분석법으로 서 이 기 기는 PCBs 함량이 99%인 Askarel의 함량으로 결과를 나타낸다.
분석결과의 정 량방법으로는 시료 중에서 검출된 크 로마토그램과 표준물질의 크로마토그램을 비교하여 피 크패턴의 일치여부를 확인한 후 정 량하는 피크패턴법을 이용하여 정량하였다.
채취 . 분석된 절연유 시료를 미국 EM 9079 분석법 에서 제시하고 있는 스크리닝 키트 및 L2000 Analyzer DX을 이용하여 재분석하여, 스크리닝법의 적용성 여부를 검토하였다. 스크리닝 키 트는 20 ppm, 50 ppm 및 100 ppm의 세 종류 농도로 시판되고 있어, 표준물질을 20 ppm 및 50 ppm으로 조제하여 확인 실험 수행하였으며 (Fig.
본 연구에서는 PCBs 함유 폐기물인 절연유를 현행 폐기물공정시험법에 제시된 방법으로 채취 . 분석하여 년도별 제작사별 PCBs 함유패턴을 파악하였으며, 또한, PCBs 함유 폐기물을 비용 효과적인 관리방안 검토 를 위해 미국 EPA의 분석법을 이용한 스크리닝 방법의 적용성 여부를 검토하였다.
분석된 절연유 시료를 미국 EM 9079 분석법 에서 제시하고 있는 스크리닝 키트 및 L2000 Analyzer DX을 이용하여 재분석하여, 스크리닝법의 적용성 여부를 검토하였다. 스크리닝 키 트는 20 ppm, 50 ppm 및 100 ppm의 세 종류 농도로 시판되고 있어, 표준물질을 20 ppm 및 50 ppm으로 조제하여 확인 실험 수행하였으며 (Fig. 5), GC/ECD로 분석한 시료를 스크리닝 분석법으 로 재분석하여 분석결과를 비교하여 다음의 Table 3과 같이 나타내었다.
피크패턴법은 시료 농축액을 GC에 주입해서 크로 마토그램을 구한 다음, PCBs의 표준액을 적절히 혼 합해서 같은 방법으로 GC에 주입하여 시료용액의 피 크패턴과 유사한 크로마토그램을 비교하여, PCB 표 준품의 종류와 혼합비율을 산정한다. 시료용액으로부터 얻은 크로마토그램의 피크패턴에 가장 유사한 패 턴을 나타내는 PCBs혼합 표준액을 농도별로 조제하여 각각의 크로마토그램을 구하여, 각 피크의 높이 (또는 피크면적)를 구하여 이들의 합으로 검량선을 작 성한다. 우리나라는 PCBs로 인정되는 피크는 모두 정 량하도록 제시되어 있으나, 전처리 과정 중 방해피크 등이 완전히 제거되지 않아 농도의 과대평가 우려가 있어 절연유 중 PCBs 분석법에서는 표준시료에서 검 출된 크로마토그램 중 가장 큰 피크의 25% 이상의 감도를 나타내는 피크 및 IUPAC No.

대상 데이터

1960년, 1970년대, 1980년대 및 1990년대 이후로 구 분하여, 절연유 시료 33건을 채취 . 분석한 결과를 다음 의 # 2에 정리하였다.
절연유 중 PCBs 함량을 분석하기 위하여 33건의 변 압기 절연유를 채취하였다. 시료는 변압기의 밸브를 열 은 후 절연유로 3회 정도 용기내부를 완전히 닦아낸 다음 갈색유리용기에 상부공간이 없도록 채취하여 폴리테 트라플루오르에틸렌(PTFE)으로 피복된 격막이 내장되어 있는 뚜껑 이나 동일 격막의 알루미늄 캡으로 밀봉하여 4℃ 이하의 어두운 곳에 보관하였다.

데이터처리

채취 . 분석된 절연유 시료를 스크리닝 키트 및 L2000DX를 이용하여 재분석하여, GC/ECD 분석결과와 비교 - 검토하였다. 스크리닝 키트는 절연유 중 PCBs 함유 농도에 따라 색 이 변화함으로써 PCBs의 함유정도를 파악하는 것으로, 시판되고 있는 20 ppm 및 50 ppm 키트를 적용한 결과, 고농도의 PCBs을 함유한 경우 또는 시료 전처리 전 대략적인 PCBs 함유 농도를 확인하 는데 유용한 것으로 판단되었다.

이론/모형

본 연구에서는 PCBs 함유 폐기물인 절연유를 현행 폐기물공정시험법에 제시된 방법으로 채취 . 분석하여 년도별 제작사별 PCBs 함유패턴을 파악하였으며, 또한, PCBs 함유 폐기물을 비용 효과적인 관리방안 검토 를 위해 미국 EPA의 분석법을 이용한 스크리닝 방법의 적용성 여부를 검토하였다.
절연유 중 PCBs함유 폐기물의 배출특성을 파악하기 변압기 제작년도 및 제작사 등을 고려하여 절연유 시료를 채취하였으며, 우리나라 공정시험방법 상에 제시된 분석법에 준하여 시료를 분석하였다.

성능/효과

또한, GC/ECD의 분석 결과와 발색법을 이용한 스 크리닝 키트를 이용한 분석 결과를 비교하기 위해 Aroclor 1242 20 ppm 및 Aroclor 1260 50 ppm을 신유 에 표준물질을 주입하여 확인하였다. 그 결과, 20 ppm 의 Aroclor 1242는 19.86 ppm으로 측정되었으며, 50 ppm의 Aroclor 1260은 37.84 ppm으로 측정되었다. 그러나, 본 연구에서는 표준물질과 신유를 이용한 표 준물질 종류에 따른 다양한 농도범위의 시료를 조제 하여 실험이 수행되지 않아, 보다 다양한 농도 범위 및 반복실험을 수행한 후 시료에의 적용성 여부가 추 가로 검토되어야 할 것으로 판단되어진다.
1960년대 중반에 설치된 FU사의 변압 기는 Aroclor 1254를 사용한 것으로 나타났으며, 검출 된 PCBs의 농도가 우리나라의 규제기준인 2 ppm 이하 로 함유된 것으로 조사뇌었다. 그러나, 1968년도 제작 된 GL 사의 변압기의 경우에는 변압기에 일반직으로 많이 사용뇌는 Aroclor 1242, 1254 및 1260의 세 종류의 PCBs 제품을 모두 포함하는 것으로 나타났으며, 검 출된 농도도 변압기의 절연유가 교체된 경우(A-60S-03) 를 제외하고는 모두 규제기준 이상의 고농도 PCBs을 함유하는 것으로 조사되었다.
두 종류 이상의 PCBs 제품을 함유하고 있는 변압기 절연유의 정 량방법을 간단히 설명하면, Fig. 4에서 보는 바와 같이 일부 중복 피크를 제외한 피크를 이용하여 개별 PCBs 표준제품의 농도를 결정하고, 두 농도의 비 로 혼합된 비를 결정한 다음 구해진 함량 비율의 혼합 표준용액을 제조한 후 세가지 이상의 농도(0.5, 1, 2, 5, 10 ppm)를 사용한 검 량선을 작성하여 정 량하였으며, 검 량선의 직선성은 0.9998-0.9999의 범위로 나타났으며, 분석시료에 주입한 내부표준물질의 회수율은 Table 2에 나타난 바와 같이 77~97%로 나타나 폐기물 공정시험 법에서 제시하는 회수율 75~120%을 만족하였다.
또한, AS 사의 변압기에서는 PCBs가 검출되지 않았 으나, 농일년도 HI사 및 TO사에서 제작된 변압기에서는 우리나라의 규제기준 이상의 PCBs가 검출되었으며, 함유하고 있는 PCBs의 종류는 제작사마다 약간의 차이를 나타내고 있는 것으로 조사되었다.
본 분석법에 제시된 방법검출한계는 시료와 동일 매 질에 PCBs 표준용액을 본 시험법에서 제시한 유효측정 농도 0.05 mg/L의 5~10배 농도를 스파이크하여 시료와 농일한 순서로 전처리하여, 피크/잡음(Signal to Noise, S/N)의 비가 2.5:1 이 되는 농도를 계산하여 제시하였으 며 , 회수율은 절연유 중에 십 엮화비페 닐 (# No 209) 이 함유되어 있지 않으므로 실험결과의 신뢰도 확보를 위해 십엮화비페닐을 100-200 ng/mL 신유(PCBs를 함 유하지 않은 절연유)에 주입하여 회수율이 75~120%를 만족하도록 하고 있다.
분석된 절연유 시료를 스크리닝 키트 및 L2000DX를 이용하여 재분석하여, GC/ECD 분석결과와 비교 - 검토하였다. 스크리닝 키트는 절연유 중 PCBs 함유 농도에 따라 색 이 변화함으로써 PCBs의 함유정도를 파악하는 것으로, 시판되고 있는 20 ppm 및 50 ppm 키트를 적용한 결과, 고농도의 PCBs을 함유한 경우 또는 시료 전처리 전 대략적인 PCBs 함유 농도를 확인하 는데 유용한 것으로 판단되었다.
그러나, 본 연구에서는 표준물질과 신유를 이용한 표 준물질 종류에 따른 다양한 농도범위의 시료를 조제 하여 실험이 수행되지 않아, 보다 다양한 농도 범위 및 반복실험을 수행한 후 시료에의 적용성 여부가 추 가로 검토되어야 할 것으로 판단되어진다. 아울러, 50 ppm 이상의 고농도 PCBs로 오염된 물질의 사용을 금하는 유해 화학물질관리 법 과 국제 협 약의 이 행 사항 등을 고려해 볼 때, 간이분석기나 분석키트 등을 이용하여 PCBs의 함유 여부를 현장에서 1차 스크리닝 하는 방법이 효율적인 것으로 판단된다.
제작년도 및 제작사별로 채취 - 분석한 결과, 절연유 제조에 사용된 PCBs 제품은 Aroclor 1242, 1254 및 1260 으로 조사되었으며, 몇몇 절연유는 Aroclor 1242 : 1260, Aroclor 1254: 1260 및 Aroclor 1242 : 1254의 제품을 혼 합하여 사용한 것으로 나타났다.

후속연구

84 ppm으로 측정되었다. 그러나, 본 연구에서는 표준물질과 신유를 이용한 표 준물질 종류에 따른 다양한 농도범위의 시료를 조제 하여 실험이 수행되지 않아, 보다 다양한 농도 범위 및 반복실험을 수행한 후 시료에의 적용성 여부가 추 가로 검토되어야 할 것으로 판단되어진다. 아울러, 50 ppm 이상의 고농도 PCBs로 오염된 물질의 사용을 금하는 유해 화학물질관리 법 과 국제 협 약의 이 행 사항 등을 고려해 볼 때, 간이분석기나 분석키트 등을 이용하여 PCBs의 함유 여부를 현장에서 1차 스크리닝 하는 방법이 효율적인 것으로 판단된다.

참고문헌 (15)

Toxic Substance Control Act Inventory, USA, 1991
Environmental Health Criteria 140, PCBs, WHO, 1993
M. D. Erickon, Analytical Chemistry of PCBs, Lewis Publishers, New York, 1997
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상세보기
G. M. Frame, J. W. Cochran and S. S. Boewadt, Complete PCB congener distribution for 17 Aroclor mixtures determined by 3HRGC systems optimized for comprehensive, quantitative, congener-specific analysis, Journal of High Resolution Chromatography, 19, 657- 668(1996)

상세보기
UNEP Chemical, 2002, PCB Transformers and Capacitors, From Management to Reclassification and Disposal, UNEP Chemicals
UNEP Chemical, 2002, Regionally based assessment of persistent toxic substances. Regional Report (http:/ /www.chem.unep.ch/pts/)
UNEP Chemicals, 1999, Guidelines for the identification of PCBs and materials Containing PCBs, First Issue, UNEP
UNEP Chemicals, 2000, Survey of Currently Available Non-Incineration PCB Destruction Technologies, UNEP
Basel Convention, 'Preparation of a National Environmentally Sound Management Plan for PCBs and PCBContaminated Equipment', UNEP (2003)
국립환경연구원, PCBs 함유폐기물의 적정관리 방안에 관한 연구 (2003)
환경부, 폐기물공정시험방법 (2004)
US EPA Method 8082A, Polychlorinated biphenyls (PCBs) by GC, November 2000
ASTM D4059, Analysis of PCBs in Insulating Liquids by GC (2003)
USEPA Method 9079, Screening Test method for Polychlorinated Biphenyls in Transformer Oil (1996)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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