선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이에 따라 현장(on-site)에서 이동하면서 실시간 분석이 가능한 휴대용 X-선 형광 측정기 시장의 규모가 증가되고 있는 추세이나广 대부분의 분석 장비와 마찬가지로 100% 수입에 의존하고 있으므로 향후 시장의 확대 가능성을 고려하였을 때 국산화가 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국산 휴대용 X- 선 형광 측정 장비의 개발을 위한 기초연구로서 토양 중의 중금속을 bench-top ED-XRF 및 휴대용 XRF를 이용하여 empirical (EM) 법 및 fundamental parameter (FP) 법으로 정 량 분석하고 그 결과를 상호 비교하였다.
제안 방법
- Soil 모드에서 측정 가능한 원소는 S, K, Ca, Sc, Ti, Y Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, W, Hg, Pb, Th, U의 총 32 원소이다. Soil 모드는 main, low, high 등 3개의 필터를 15초 간격으로 자동으로 바꾸면서 45초간 측정 되므로 측정시간을 45초, 90초, 135초, 180초, 225초 등으로 변화시켜가면서 측정하여 최적의 분석조건을 정립하였다. 측정 시간에 따른 각 원소의 농도별 D 백분율은 Fig.
- ED-XRF와 동일한 방법으로 측정하였다. Soil 모드는 main, low, high 등 3개의 필터를 15초 간격으로 자동으로 바꾸면서 시료당 최소한 45초간 측정 되므로 측정시간을 변화시켜 가면서 최적의 분석조건을 정립하였다. 정립한 최적의 분석조건에서 토양 시료 및 CRM을 분석하여 bench-top 결과와 상호 비교 하였다.
- X-선 형광분석용 시료 컵에 토양 인증표준물질 (JSAC 0461-0466) 또는 토양 시료를 가득 채워 넣고 bench-top ED-XRF의 EM 법 및 FP 법으로 대기 상태에서 최소한 6회 이상 반복 측정하여 분석하였다. 먼저 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6종의 원소에 대한 XRF의 최적 분석조건을 정 립하기 위하여 Table 2와 같이 측정 전압 및 측정 시간 등의 파라메터를 변화 시켜 가면서 측정하였다.
- 그러나 실제 토양은 SiO2, AI2O3, Fe2O3, MgO, K2O, CaO 등으로 이루어져 있으며, 이 외에 다른 원소들이 있더라도 산소와 결합한 형태로 존재한다. 따라서 EDS로 분석한 토양시료의 원소분석 결과를 참고하여 측정된 데이터에 O의 함량을 임의로 넣어주고 각 원소들의 함량을 보정, 계산하였다. Table 3 에서 보는 바와 같이 FP 법에 의한 각 시료 중의 금속원소의 측정값들은 EM 법 및 휴대용 XRF 법의 측정값과 유사한 경향을 나타내나 상대표준편차가 10% 전후로 큼을 알 수 있다.
- 즉, Table 2와 같이 Cr 분석은 A1 필터를 사용하고 11-13 kV에서 측정하며, As, Se, Hg, Pb는 Pd thick 필터 및 26~35 k¥ Cd는 Cu thick 필터 및 45-50 kV 이다. 따라서 EM 법에 의한 토양 중의 중금속 함량의 최적 분석조건을 정 립하기 위하여 6종의 중금속이 각각 0-1500 ㎎/㎏ 농도로 포함되어 있는 인증표준물질 JSAC 0461~0466을 사용하여 측정 전압 및 측정 시간을 변화시켜가면서 분석하였다. 측정 전압 및 측정 시간에 따른 각 원소의 인증값과 측정값 차이 (D)의 백분율을 비교한 결과는 각각 Fig.
- 따라서 휴대용 XRF의 시료 측정시간을 135초로 설정하고 토양시료 중의 금속원소들을 측정하였으며, 측정 된 32종의 원소들 중 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6 종의 원소만을 분석하여 bench-top의 EM 법 및 FP 법과 비교하고자 Table 3에 나타내었다. 휴대용 XRF 에 의한 각 원소의 측정값은 EM 법에 의한 측정값 및 상대표준편차와 전체적으로 유사함을 알 수 있으나, Cr 측정값이 상당히 높게 나타나므로 실제 토양을 휴대용 XRF로 분석 할 경우에는 이를 고려하여야 할 것이다.
- 먼저 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6종의 원소에 대한 XRF의 최적 분석조건을 정 립하기 위하여 Table 2와 같이 측정 전압 및 측정 시간 등의 파라메터를 변화 시켜 가면서 측정하였다. 정립한 최적의 분석조건에서 각각 금속농도가 서로 다른 6종의 토양 CRM을 사용하여 검량선을 작성하였으며, 토양 시료 및 CRM을 분석하여 상호 비교하였다.
- 본 연구에 사용된 bench-top ED-XRF는 필터의 종류 및 사용 유무에 따라 Table 1과 같이 8가지 측정조건이 있으며, 분석하는 시료 및 원소에 따라 filter, 전압, 전류, 분위기 등이 각각 다르다. 즉, Table 2와 같이 Cr 분석은 A1 필터를 사용하고 11-13 kV에서 측정하며, As, Se, Hg, Pb는 Pd thick 필터 및 26~35 k¥ Cd는 Cu thick 필터 및 45-50 kV 이다.
- 먼저 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6종의 원소에 대한 XRF의 최적 분석조건을 정 립하기 위하여 Table 2와 같이 측정 전압 및 측정 시간 등의 파라메터를 변화 시켜 가면서 측정하였다. 정립한 최적의 분석조건에서 각각 금속농도가 서로 다른 6종의 토양 CRM을 사용하여 검량선을 작성하였으며, 토양 시료 및 CRM을 분석하여 상호 비교하였다.
대상 데이터
- 자동으로 조절 된다. Soil 모드에서 측정 가능한 원소는 S, K, Ca, Sc, Ti, Y Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Pd, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, W, Hg, Pb, Th, U의 총 32 원소이다. Soil 모드는 main, low, high 등 3개의 필터를 15초 간격으로 자동으로 바꾸면서 45초간 측정 되므로 측정시간을 45초, 90초, 135초, 180초, 225초 등으로 변화시켜가면서 측정하여 최적의 분석조건을 정립하였다.
- 사용하였다. 여러가지 금속이 서로 다른 농도로 포함되어 있는 토양 시료로는 미국 RTC 사에서 구입한 CRM-025, CRM-027, CRM-042, CRM-051 soil, CRM-044 chalky loam, CLN-3 및 CLN-5 clean clay 등을 측정 시료로 사용하였다.
- 토양 시료 중의 중금속 분석을 위한 검량선 작성에는 Ct, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6종의 유해금속 원소를 0-1500 ㎎/㎏ 농도 범위로 오염시킨 6종의 인증표준 물질(JSAC-O461, 0462, 0463, 0464, 0465, 0466 polluted soil, brown forest soil)을 일본 분석화학회에서 구입하여 사용하였다. 여러가지 금속이 서로 다른 농도로 포함되어 있는 토양 시료로는 미국 RTC 사에서 구입한 CRM-025, CRM-027, CRM-042, CRM-051 soil, CRM-044 chalky loam, CLN-3 및 CLN-5 clean clay 등을 측정 시료로 사용하였다.
데이터처리
- 9999로서 우수한 상관관계를 나타내고 있다. 본 검량선을 이용하여 분석한 측정값 즉, EM 법에 의한 토양 시료 중의 각 원소의 측정값을 인증값과 함께 Table 3에 기록하고, FP 법 및 휴대용 XRF 법에 의한 측정값들과 상호 비교하였다. 토양 시료에는 6가지 원소들 외에 다른 원소들도 많이 포함되어 있으나 인증표준 물질의 인증값과 비교하기 위해서 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6가지 원소에 대해서만 나타내었다.
- Soil 모드는 main, low, high 등 3개의 필터를 15초 간격으로 자동으로 바꾸면서 시료당 최소한 45초간 측정 되므로 측정시간을 변화시켜 가면서 최적의 분석조건을 정립하였다. 정립한 최적의 분석조건에서 토양 시료 및 CRM을 분석하여 bench-top 결과와 상호 비교 하였다.
이론/모형
- 인증표준물질(CRM, Certified Reference Material) 및 시료 분석을 위해 사용한 bench-top ED-XRF는미국 Thermo 사의 ARL QUANT'X 모델을 사용하였으며, 휴대용 XRF는 미국 Thermo-NITON 사의 XL3t 모델로서 각 기기의 분석조건은 Table 1과 같다. 휴대용 XRF의 측정 모드는 soil, plastic 및 alloy 모드로 구성되어져 있으며, 각 모드 마다 다른 알고리즘을 사용하고 측정 가능 원소도 다르다.
성능/효과
- 토양 시료에는 6가지 원소들 외에 다른 원소들도 많이 포함되어 있으나 인증표준 물질의 인증값과 비교하기 위해서 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6가지 원소에 대해서만 나타내었다. JSAC 시료는 매트릭스가 동일한 JSAC 인증표준물질로 작성된 검량선을 이용하기 때문에 6개 원소의 거의 모든 농도 범위에서 인증값에 근접한 측정값과 Hg를 제외한 5개 원소에서 3.8% 이하의 상대표준편차를 나타냈다. Blank 토양으로 구입한 CLN-3과 CLN-5 시료는 6개 원소의 함량이 극미량이어서 모든 X-선 형광분석기로 검출 및 분석하기에 적합하지 않았다.
- 본 연구에서 정립한 XRF의 최적 분석조건에서 측정 한 13종의 토양 시료에서 Cr, As, Se, Hg, Pb, Cd 등 6종의 유해금속 원소의 함량은 bench-top ED-XRF 의 EM 방법 및 휴대용 XRF의 soil 모드에 의한 방법이 유사한 결과를 나타냈으나, bench-top ED-XRF의 FP 방법은 측정값과 인증값이 약간 차이가 있는 결과를 보여 주므로 특히, 시료에 대한 매트릭스 등의 정보를 고려하여야 한다. 각 원소의 농도 인증값이 20 ppm 이하인 시료의 경우 3가지 분석방법 모두 측정값의 상대표준편차가 상당히 높음을 알 수 있다.
- 2에서 보는 바와 같이 인증표준물질 JSAC- 0461을 제외하면 시간에 따라 감소하는 경향을 알 수 있다. 즉, Hg를 제외한 각 금속 원소의 함량이 낮은 인증표준 물질 JSAC-O461 ~0463에서는 200초 이상에서 D 백분율이 10% 이하이나, 각 금속 원소의 함량이 높은 인증표준물질 JSAC-0465, 0466은 100초 이상에서 D 백분율이 10% 이하로 큰 차이를 나타내지 않았다. 따라서 토양 시료의 경우 200초 이상의 측정 시간이 필요함을 알 수 있었다.
- 측정 전압을 1 kV 씩 변화 하면서 측정한 각 원소의 농도별 D 백분율은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 인증표준 물질 JSAC-O461 을 제외하면 모든 전압에서 큰 차이를 보이지 않으며, 낮은 농도에서 높은 농도로 갈수록 모든 원소의 D 백분율이 감소함을 알 수 있다. 즉, Cre 12 kV에서, Cd는 50 kV에서 가장 낮은 D 백분율을 나타내었다.
후속연구
- 특히, 표준물질을 사용하지 않았음에도 휴대용 XRF의 soil 모드는 토양에 대한 여러가지 함수를 적용한 알고리즘을 이용하여 토양 인증표준물질의 인증값과 유사한 측정값을 얻은 것으로 사료된다. 따라서 국산 휴대용 형광분석기의 개발이라는 본 사업의 최종 목표를 달성하기 위해서는 앞으로 알고리즘에 대한 이해 및 연구가 수행되어져 야 할 것으로 사료된다.
- 비교하고자 Table 3에 나타내었다. 휴대용 XRF 에 의한 각 원소의 측정값은 EM 법에 의한 측정값 및 상대표준편차와 전체적으로 유사함을 알 수 있으나, Cr 측정값이 상당히 높게 나타나므로 실제 토양을 휴대용 XRF로 분석 할 경우에는 이를 고려하여야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.