본 연구에서는 ICP-DRC/MS를 이용하여 비소(arsenic) 분석의 주요 방해물질인 $^{40}Ar^{35}Cl^+$과 $^{40}Ca^{35}Cl^+$에 의한 간섭의 영향 없이 극미량의 비소를 간편하고 신속하게 측정할 수 있는 방법을 제시하였다. 즉, 반응기체로 산소($O_2$)를 dynamic reaction cell에 도입하여 플라즈마 기체 내부에서 생성된 비소이온($As^+$)과 반응시켜 $AsO^+$를 생성시킨 후 m/z=91을 검출함으로써 기존의 m/z=75($As^+$) 검출방법에 비해 우수한 재현성과 검출한계를 얻을 수 있었다. 반응기체($O_2$)의 양은 0.5 mL/min 일 때 최적조건으로 나타났으며, 검출한계는 $0.02{\mu}g/L$, 정확도(RSD)는 3.4%, 회수율은 96%로 나타났다. 이 분석방법으로 서울시 한강 팔당 본류 유입 지류천에서 채취된 시료 중의 비소를 분석한 결과, $0.53{\sim}1.26{\mu}g/L$의 농도로 나타났으며 우수한 재현성을 나타냈다. 또한 이 방법은 다량의 염소(Cl)나 칼슘(Ca)을 함유한 해수, 식품, 하수 및 폐수 중의 비소 분석에도 유용하게 적용될 수 있으리라 기대된다.
본 연구에서는 ICP-DRC/MS를 이용하여 비소(arsenic) 분석의 주요 방해물질인 $^{40}Ar^{35}Cl^+$과 $^{40}Ca^{35}Cl^+$에 의한 간섭의 영향 없이 극미량의 비소를 간편하고 신속하게 측정할 수 있는 방법을 제시하였다. 즉, 반응기체로 산소($O_2$)를 dynamic reaction cell에 도입하여 플라즈마 기체 내부에서 생성된 비소이온($As^+$)과 반응시켜 $AsO^+$를 생성시킨 후 m/z=91을 검출함으로써 기존의 m/z=75($As^+$) 검출방법에 비해 우수한 재현성과 검출한계를 얻을 수 있었다. 반응기체($O_2$)의 양은 0.5 mL/min 일 때 최적조건으로 나타났으며, 검출한계는 $0.02{\mu}g/L$, 정확도(RSD)는 3.4%, 회수율은 96%로 나타났다. 이 분석방법으로 서울시 한강 팔당 본류 유입 지류천에서 채취된 시료 중의 비소를 분석한 결과, $0.53{\sim}1.26{\mu}g/L$의 농도로 나타났으며 우수한 재현성을 나타냈다. 또한 이 방법은 다량의 염소(Cl)나 칼슘(Ca)을 함유한 해수, 식품, 하수 및 폐수 중의 비소 분석에도 유용하게 적용될 수 있으리라 기대된다.
In this investigation, an ICP-DRC/MS method to measure arsenic with ultra-trace concentration without any interference by the compounds such as $^{40}Ar^{35}Cl^+\;and\;^{40}Ca^{35}Cl^+$, which disturb the precise measurement of arsonic was described. Thus, the oxgen was introduced into th...
In this investigation, an ICP-DRC/MS method to measure arsenic with ultra-trace concentration without any interference by the compounds such as $^{40}Ar^{35}Cl^+\;and\;^{40}Ca^{35}Cl^+$, which disturb the precise measurement of arsonic was described. Thus, the oxgen was introduced into the dynamic reaction cell as reaction gas and reacted with arsenic ion created in plasma gas, $AsO^+$ was formed and detected with m/z of 91 by ICP-MS. It resulted in better detection limit than the old method with m/z of 75($As^+$). The optimum condition for oxygen supply as the reaction gas was 0.5 mL/min. The analytical features of the method are as follows: detection limit of $0.02{\mu}g/L$, precision(RSD) of 3.4%, and recovery of 96%. Arsenic in the water samples from the tributary streams to the Han River and the main stream of Paldang were analyzed with this method to identify the characteristics in its distribution. The concentration of As ranged from 0.53 to $1.26{\mu}g/L$. We could measure As with very low concentration, less than $1.0{\mu}g/L$, with excellent reproducibility. The method developed is expected to be applied to analyze As of the samples from sea water, food, and domestic and industrial waste water which have high concentration of Cl and/or Ca.
In this investigation, an ICP-DRC/MS method to measure arsenic with ultra-trace concentration without any interference by the compounds such as $^{40}Ar^{35}Cl^+\;and\;^{40}Ca^{35}Cl^+$, which disturb the precise measurement of arsonic was described. Thus, the oxgen was introduced into the dynamic reaction cell as reaction gas and reacted with arsenic ion created in plasma gas, $AsO^+$ was formed and detected with m/z of 91 by ICP-MS. It resulted in better detection limit than the old method with m/z of 75($As^+$). The optimum condition for oxygen supply as the reaction gas was 0.5 mL/min. The analytical features of the method are as follows: detection limit of $0.02{\mu}g/L$, precision(RSD) of 3.4%, and recovery of 96%. Arsenic in the water samples from the tributary streams to the Han River and the main stream of Paldang were analyzed with this method to identify the characteristics in its distribution. The concentration of As ranged from 0.53 to $1.26{\mu}g/L$. We could measure As with very low concentration, less than $1.0{\mu}g/L$, with excellent reproducibility. The method developed is expected to be applied to analyze As of the samples from sea water, food, and domestic and industrial waste water which have high concentration of Cl and/or Ca.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 #로 인한 간섭의 영향 없이 비소를 간편하고 빠르게 측정하기 위한 ICP-DRC/MS 검출방법을 시도하였다. 즉, ICP-MS의 DRW] 반응기체로 산소(6)를 도입하여 플라즈마 기체 내부에서 생성된 비소이온 (As*)과 반응시켜 AsO*를 형성, mlz = 91을 검출하고자 하였다.
제안 방법
ICP-MS 기기조건 설정 시 비소에 대해 m/z = 91(AsO*, 90.9165) 을 선택하였으며, 토치(torch) 위치 조절 놉(knob)을 사용하여 토치와 콘(cone) 사이를 최적화 하였다. 비소 분석에 사용된 아르곤(Ar) 기체의 유속은 plasma gas 15.
검정곡선의 작성을 위해 1,000 mg/L 표준원액을 탈이 온수에 단계별로 희석하여 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0 및 2.0 pg/L 표준용액을 조제하였다. 표준용액 조제 시 탈이온수 30 mL 당 질산(65%) 2.
따라서 본 연구에서는 산소의 주입량을 0.5 mL/min로 주입하여 분석하였다.
무기물질과의 상관관계 검토가 필요하다. 따라서 비소 농도와의 상관성을 조사하기 위해 BOD(biochemical oxygen demand), COD(아lemical oxygen demand), TOC(total organic carbon), 칼슘(Ca) 및 염소(Cl)와 같은 수질인자의 농도를 측정하였다. BOD는 winkier azide modification method, COD 는 KMnd method, TOC 는 standard method 5310C의 분석방법으로 sievers 820 TOC analyzer(USA)< 이용하여 분석하였다.
무기물질이 함유되는 특성을 띤다. 따라서 비소 분석 시 주요 간섭물질인 ArCl+ 형성의 원인에도 불구하고 전처리 시약으로 유기물 분해를 위해 염산을 첨가하여 전처리하였다.
0 mL/min으로 변화 시켜 최적 반응조건을 설정하고자 하였다. 또한 반응가스로 암모니아를 사용할 때와 비교 검토를 위해 암모니아 주입량을 0.1 ~ 1.0 mL/min으로 변화시켜 분석결과를 관찰하였다.
BOD는 winkier azide modification method, COD 는 KMnd method, TOC 는 standard method 5310C의 분석방법으로 sievers 820 TOC analyzer(USA)< 이용하여 분석하였다. 또한 시료 중 칼슘(Ca) 농도는 inductively coupled plasma atomic emission spectro- meter(ICP-AES, Jobin Yvon, Ultima, France)를 사용하여 측정하였고, 염소(Cl) 농도는 ICP-MS(PerkinElmer-SCIEX ELAN DRC Ⅱ, Canada)를 사용하여 측정하였다.
본 연구에서는 반응기체로 산소(O2)를 ICP-DRC/MS에 주입하여 플라스마에서 생성된 비소이온(As1)과 반응시켜 m/z = 91(AsO*)로 변형하여 비소를 정량하였다. 이 분석방법은 지금까지의 비소 분석방법과는 달리 염소(C1) 나 칼슘(Ca) 성분을 함유한 시료의 분석에서 문제시 되는 # 의 간섭의 영향 없이 비소를 μg/L 이하의 낮은 농도까지 신속하게 분석할 수 있었으며 0.
무기물질이 함유되어 있다. 본 연구에서는 한강수계 10개의 지류천을 대상으로 시료를 채취하여 위에서 정립된 비소 분석방법으로 분석하였다. Fig.
비소이온과 산소와의 반응에 의한 AsO+의 최적 생성조건을 설정하기 위해 3 μg/L 비소 표준용액을 조제하고 반응 가스인 산소를 0.0 ~ 1.0 mL/min으로 주입하여 AsO*의 생성량을 관찰하였다. 다음 Fig.
9 mL를 가하여 밀폐시킨 후 microwave digester 를 이용하여 시료 중의 탁질이 완전히 분해되어 무색의 깨끗한 용액이 될 때까지 처리한 후 ICP-DRC/MS에 주입하여 분석하였다. 전처리 시약으로 유기물 분해를 위해 비소 분석 시주요 간섭물질인 ArCl+ 형성의 원인에도 불구하고 염산을 첨가하여 전처리하였다.
시도하였다. 즉, ICP-MS의 DRW] 반응기체로 산소(6)를 도입하여 플라즈마 기체 내부에서 생성된 비소이온 (As*)과 반응시켜 AsO*를 형성, mlz = 91을 검출하고자 하였다. 또한 이 분석방법으로 서울의 상수원인 한강 .
채취된 시료는 전처리용 100 mL Teflon 용기에 30 mL를취하고 질산(65%) 2.7 mL와 시료 중의 유기물 처리를 위해 염산(30%) 0.9 mL를 가하여 밀폐시킨 후 microwave digester 를 이용하여 시료 중의 탁질이 완전히 분해되어 무색의 깨끗한 용액이 될 때까지 처리한 후 ICP-DRC/MS에 주입하여 분석하였다. 전처리 시약으로 유기물 분해를 위해 비소 분석 시주요 간섭물질인 ArCl+ 형성의 원인에도 불구하고 염산을 첨가하여 전처리하였다.
채취된 시료는 전처리용 100 mL Teflon 용기에 30 mL를취하고 질산(65%) 2.7 mL와 염산(30%) 0.9 mL를 각각 가하여 밀폐시킨 후 microwave digester(Milestone Ethos T.C., Italy)를 이용하여 시료 중의 탁질이 완전히 분해되어 무색의 깨끗한 용액이 될 때까지 처리하였다.
또한 이 분석방법으로 서울의 상수원인 한강 . 팔당 본류 유입 10개 지류천에서 채취한 시료 중의 비소를 분석하여 그 농도 분포를 검토하였다.
위의 분석방법으로 서울시 한강 . 팔당 본류 유입 지류천을 대상으로 비소 분석을 실시하였으며 1.0 pg/L 이하의 낮은 농도까지 ArCl*, CaCl*의 간섭의 영향 없이 분석이 가능하였다. 분석결과, 비소는 0.
0 pg/L 표준용액을 조제하였다. 표준용액 조제 시 탈이온수 30 mL 당 질산(65%) 2.7 mL와 염산(30%) 0.9 mL를 첨가하여 분석 시료와 산(acid) 농도를 유사하게 하였다. Fig.
플라즈마 기체 내부에서 생성된 비소이온(As*)과 반응시켜 AsO*(m/z = 91)를 생성시킬 때의 최적조건을 설정하기 위해 반응 기체인 산소(O2)의 주입량을 0.0 ~ 1.0 mL/min으로 변화 시켜 최적 반응조건을 설정하고자 하였다. 또한 반응가스로 암모니아를 사용할 때와 비교 검토를 위해 암모니아 주입량을 0.
대상 데이터
본 연구에 사용된 분석 시료는 다량의 유 . 무기물질을 함유한 것으로 시료내의 비소 농도와 유 .
분석 시료는 한강 . 팔당 본류 유입 10개 지류천에서 채취하였으며, 시료는 하수처리장에서 정화된 방류수가 지류천의하천수에 혼입되어 다량의 유 .
45 N/A로 조절하여 사용하였다. 시료 도입장치는 cyclonic spray chamber (Glass Expansion, Inc., Australia)와 meinhard type nebulizer 를 사용하였으며, autosampler는 PerkinElmer AS/90을 사용하였다.
cm 탈이온수로 3회 이상 헹구어 사용하였다. 시료 전처리에 사용된 질산과 염산은 Eco-research(UP-1 ON, UP-10H, Korea)사 이ass-8을 사용하였다.
분석 시료는 한강 . 팔당 본류 유입 10개 지류천에서 채취하였으며, 시료는 하수처리장에서 정화된 방류수가 지류천의하천수에 혼입되어 다량의 유 . 무기물질이 함유되는 특성을 띤다.
이론/모형
따라서 비소 농도와의 상관성을 조사하기 위해 BOD(biochemical oxygen demand), COD(아lemical oxygen demand), TOC(total organic carbon), 칼슘(Ca) 및 염소(Cl)와 같은 수질인자의 농도를 측정하였다. BOD는 winkier azide modification method, COD 는 KMnd method, TOC 는 standard method 5310C의 분석방법으로 sievers 820 TOC analyzer(USA)< 이용하여 분석하였다. 또한 시료 중 칼슘(Ca) 농도는 inductively coupled plasma atomic emission spectro- meter(ICP-AES, Jobin Yvon, Ultima, France)를 사용하여 측정하였고, 염소(Cl) 농도는 ICP-MS(PerkinElmer-SCIEX ELAN DRC Ⅱ, Canada)를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
Fig. 1에 나타난 바와 반응기체인 산소가 공급되지 않은 경우, AsO*가 전혀 생성되지 않음을 확인하였으며, 반응 기체가 0.5 mL/min의 유속으로 주입되어 비소이온(As)과 반응 할 때 AsO*가 최대로 생성되는 것을 알 수 있었다. 이는 산소의 주입량이 0.
Fig. 3과 같이r2 = 0.99 이상의 우수한 선형의 검정 곡선을 얻을 수 있었으며, 검출한계는 Table 2에 나타낸 바와 같이 0.02 jxg/L, 정확도(RSD)는 3.4%, 회수율은 96%로 나타났다.
두 하천 모두 상류지역은 비교적 맑은 계곡수가 흐르고 있으나 하류지역의 다수의 축사와 아파트에서 방류되는 축산폐수와 생활하수가 하수처리장에서 정화된 후 방류되어 방류수 중의 비소 농도가 다른 지류천 방류수보다 높은 것으로 판단된다. 그러나 국내의 먹는물 수질기준 50 iig/L 보다는 훨씬 낮은 함량이며 EPA와 WHO의 기준인 10 μg/L에 비해서도 약 1/10 수준으로 매우 낮은 농도로 검출됨을 알 수 있었다.
1 mg/L로 나타났으며 염소 농도는 시료 전처리에 사용된 염산으로 영향으로 분석 시료 모두에서 7, 000 mg/L 이상의 높은 농도로 나타났다. 그러나 비소를 AsO*(m/z = 91)로 변형하여 측정하는 경우, ArCl*와 CaCl*의 영향 없이 우수한 검출한계와 재현성을 가지고 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 분석방법은 염소나 칼슘 성분을 다량 함유하는 해수, 하수, 식품 및 폐수 등의 비소를 1.
또한 비소 농도와의 상관관계를 조사하기 위해 측정한 BOD 는 3.5-19.2 mg/L, COD는 5.7-13.7 mg/L, TOC는 3.0-7.5 mg/L의 범위로 나타났다. BOD의 경우 덕소천에서 19.
5 mg/L로 가장 높은 농도로 검출되었다. 또한 비소 분석 시 주요 간섭물질인 ArCl* 와 CaCl* 의 전구물질인 칼슘 농도는 20.6-56.1 mg/L로 나타났으며, 염소 농도는 시료 전처리에 사용된 염산의 영향으로 분석 시료 모두에서 7, 000 mg/L 이상의 높은 농도로 나타났다. Table 4에 수질인자 분석결과를 나타내었다.
26 μg/L 범위로 검출되었으며, BOD, COD, TOC 등의 다른 수질 항목들과는 상관성이 없는 것으로 나타났다. 또한 비소 분석 시 주요 간섭물질인 ArCl*와 CaCl*의 전구물질인 칼슘 농도는 20.6~56.1 mg/L로 나타났으며 염소 농도는 시료 전처리에 사용된 염산으로 영향으로 분석 시료 모두에서 7, 000 mg/L 이상의 높은 농도로 나타났다. 그러나 비소를 AsO*(m/z = 91)로 변형하여 측정하는 경우, ArCl*와 CaCl*의 영향 없이 우수한 검출한계와 재현성을 가지고 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
분석결과, Table 3과 같이 비소 농도는 0.53~ 1.26 jig/L 범위로 검출되었으며, 덕소천과 월문천에서 1.26, 1.18 μg/1.로 다른 지류천에 비해 높은 농도로 검출되었다. 덕소천은 유로 연장은 2.
0 pg/L 이하의 낮은 농도까지 ArCl*, CaCl*의 간섭의 영향 없이 분석이 가능하였다. 분석결과, 비소는 0.53-1.26 μg/L 범위로 검출되었으며, BOD, COD, TOC 등의 다른 수질 항목들과는 상관성이 없는 것으로 나타났다. 또한 비소 분석 시 주요 간섭물질인 ArCl*와 CaCl*의 전구물질인 칼슘 농도는 20.
91(AsO*)로 변형하여 비소를 정량하였다. 이 분석방법은 지금까지의 비소 분석방법과는 달리 염소(C1) 나 칼슘(Ca) 성분을 함유한 시료의 분석에서 문제시 되는 # 의 간섭의 영향 없이 비소를 μg/L 이하의 낮은 농도까지 신속하게 분석할 수 있었으며 0.02 μg/L의 검출한계와 우수한재현성을 얻을 수 있었다.
5, 6과 같이 비소 농도와 수질 인자와의 상관 관계를 조사한 결과, 유의한 상관관계는 거의 없는 것으로 나타났다. 특히 비소 분석 시 주요 간섭물질인 ArCl*와 CaCl*의 전구물질인 칼슘과 염소는 높은 농도로 나타났으나 비소를 AsO*(m/z = 91)로 측정 시 어떠한 간섭의 영향 없이 우수한 검출한계와 재현성을 가지고 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
그러나 비소를 AsO*(m/z = 91)로 변형하여 측정하는 경우, ArCl*와 CaCl*의 영향 없이 우수한 검출한계와 재현성을 가지고 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 분석방법은 염소나 칼슘 성분을 다량 함유하는 해수, 하수, 식품 및 폐수 등의 비소를 1.0 μm 이하의 낮은 농도 범위에서 분석하는 경우에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
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