[논문]Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)를 이용한 인산석고 야적장 침출수 중의 <tex>$^{226}Ra$</tex> 분석법 개발

김근호; 김용재; 장병욱

[국내논문] Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)를 이용한 인산석고 야적장 침출수 중의 $^{226}Ra$ 분석법 개발
Determination of $^{226}Ra$ Isotope in the Leachate around Phosphogypsum Stack Using Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA) 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.36 no.4, 2011년, pp.223 - 229

김근호 (과학기술연합대학원대학교) , 김용재 (과학기술연합대학원대학교) , 장병욱 (과학기술연합대학원대학교)

초록
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일반적으로 사용되는 액체섬광계수기를 이용한 $^{226}Ra$ 분석에는 Ba 공침법을 통해 얻어진 $Ba(Ra)SO_4$ 침전물을 이용하게 된다. 그러나, 인산석고 침출수의 경우 ${SO_4}^{2-}$, $Ca^{2+}$등의 이온이 다량 존재하여 순수한 $Ba(Ra)SO_4$ 침전물을 얻기가 힘들기 때문에 정확한 분석이 매우 어렵다. 본 연구에서는 분석화학에서 금속이온의 분리에 일반적으로 많이 활용되는 Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)를 이용하여 인산석고 침출수에서의 Ba 공침법을 개발하였고 실제 인산석고 야적장 주변 침출수의 분석에 적용하였다. 또한 개발된 분석 방법은 침출수와 유사한 매질의 $^{226}Ra$ 모의표준시료을 제조하여 확인하였고 IAEA-434 인증표준물질을 통해 분석 신뢰성을 검증하였다. 실제 인산석고 야적장 침출수를 분석한 결과 0.102 $Bq{\cdot}kg^{-1}$의 농도를 보였고 검출하한치는 3.4 $mBq{\cdot}kg^{-1}$였다. $^{226}Ra$ 모의표준시료 분석을 통한 측정농도는 첨가한 농도와 1% 내외로 잘 일치하며 좋은 상관관계($R^2$=0.99)를 보였다. 인증표준물질의 분석 결과 인증값과 비교하여 5.8% (k=1)이내로 잘 일치하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Ba is the most useful element to get the $Ba(Ra)SO_4$ precipitate. However, when the high concentrations of ions such as sulfate, calcium are existed in the leachate of phosphogypsum stack, it is difficult to get the $Ba(Ra)SO_4$ precipitate. Since this reason, the developed method for the Ba coprecipitate using EDTA was performed to determine the $^{226}Ra$ concentration in the high sulfate sample. The average concentration of $^{226}Ra$ in a leachate of phosphogypsum using this method was 0.102 $Bq{\cdot}kg^{-1}$ and the minimal detectable activity is 3.4 $mBq{\cdot}kg^{-1}$. The $mBq{\cdot}kg^{-1}$ method was 0.102 $Bq{\cdot}kg^{-1}$ and the minimal detectable activity is 3.4 $mBq{\cdot}kg^{-1}$. The $^{226}Ra$ stock solution and the CRM (Certified Reference Material) were analyzed to verify this method. In analyzed $^{226}Ra$ stock solution, bias with added concentration was approximately 1% and the correlation curve between $^{226}Ra$ concentration in simulated standard sample and measured $^{226}Ra$ concentration showed good agreement with a correlation coefficient ($R^2$) of 0.99. In analyzed CRM, maximum bias with reference value was 5.8% (k=1) and the analytical results were in good agreement with the reference value.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이런 이유로, 인산석고에 빗물과 비슷한 pH로 조절한 증류수를 희석하여 제조한 모의 침출수에서 ²²⁶Ra분석이 시도된 적은 있으나[19,20] 실제 인산석고 야적장 침출수에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Ethylenediaminetetraacetic acid (이하 EDTA)를 이용하여 인산석고 야적장 침출수 중의 ²²⁶Ra을 분석할 수 있는 방법을 개발하였다.
본 연구에서는 기존의 BaSO₄ 침전분리법을 응용하여 SO₄^2- 이 다량으로 존재하는 인산석고 야적장 침출수 중의 ²²⁶Ra 분석을 위한 방법을 개발하였다. EDTA를 사용하 여, BaSO₄ 침전의 생성을 조절하여 운반체로 첨가된 Ba이 Ra과 균질하게 섞일 수 있도록 하고, 다량으로 함께 공침되는 CaSO₄ 침전물 생성을 억제하였다.
본 연구의 ²²⁶Ra 분석법은 Kim 등[3]의 suspension gel method을 바탕으로 인산석고 야적장 침출수와 같이 SO₄^2- 농도가 높은 환경시료에 적용 가능하도록 개발되었다. 본 연구에서 사용된 용액 제조에는 모두 GR 등급의 시 약과 비저항이 18.

제안 방법

226Ra의 농도는 액체섬광계수기를 통하여 얻어진 분당 계수 값을 기기의 효율과 회수율로 보정하여 계산하였다. 최적 PSA(Pulse Shape Analysis)는 알파핵종인 ²⁴¹Am과 베타핵종인 ³⁶Cl 표준선원을 이용하여 설정하였고 그 값은 96이다.
Ra 을 모두 공침시킬 수가 없다. Ba 운반체가 첨가되는 즉시 BaSO₄ 침전물로 생성되는 것을 막고 동시에 시료 내에 대량으로 존재하는 Ca²⁺ 의 방해를 막기 위하여 시료용액 (인산석고 침출수 500 mL)에 1 M 4Na-EDTA 용액(pH 9.0 이상) 150 mL를 먼저 첨가하였다. 45 mg·g^-1 농도의 Ba carrier 1 g을 정확히 넣은 후 첨가된 Ba과 ²²⁶Ra이 잘 섞이도록 약 30 분간 저어주었다.
Ra 분석을 위한 방법을 개발하였다. EDTA를 사용하 여, BaSO₄ 침전의 생성을 조절하여 운반체로 첨가된 Ba이 Ra과 균질하게 섞일 수 있도록 하고, 다량으로 함께 공침되는 CaSO₄ 침전물 생성을 억제하였다. 500 mL의 침출수를 분석했을 때 검출하한치는 3.
건고된 침전물이 담겨있는 바이엘의 무게를 측정하여 회수율을 구한 다음 탈이온수 8mL 와 Instagel® Plus 8 mL 그리고 Ultima GoldTM AB 4 mL를 넣고 중탕하여 침전물과 섬광체가 잘섞이도록 흔들어 주었다.
본 연구에서 개발된 분석법은 동일한 인산석고 야적장 침출수를 4개로 나누어 적용하였고 분석결과는 표 1과 같다. 4개의 시료에 대한 분석결과 평균 0.
본 연구에서 개발된 분석법은 전술한 바와 같이, EDTA을 사용하여 2족 원소들(Ca²⁺ , Sr²⁺ , Ba²⁺ , Ra²⁺ )을 EDTA에 결합시켜 SO₄^2- 과의 침전물 생성을 억제시켜 인산석고 야적장 침출수와 같이 Ca²⁺ 및 SO₄^2- 농도가 높은물 시료에서²²⁶Ra 분석하기 위한 순수한 Ba(Ra)SO₄를 얻는 방법이다. 일반적으로 EDTA는 유기화합물의 일종으로 화학식은 C₁₀H₁₆N₂O₈ 이다(그림 3).
이렇게 제조된 모의시료는 각 300 mL 씩 6개의 시료로 나눈 후 각각에 다른 농도의 226Ra 표준용액(0, 2.86, 5.72, 8.54, 11.4, 14.2 Bq·g -1 )을 넣어 총 6개의 모의표 준시료를 제조하여 침출수 분석과 동일한 방법으로 226 Ra 을 분석하여 모의 표준용액 농도와 비교하였다.
45 mg·g^-1 농도의 Ba carrier 1 g을 정확히 넣은 후 첨가된 Ba과 ²²⁶Ra이 잘 섞이도록 약 30 분간 저어주었다. 초산을 이용하여 시료용액의 pH를 4.2 - 4.6으로 조정하여 Ba(Ra)SO₄ 공침 전이 생성되도록 하였으며 원심분리 하여 침전물을 회수 하였다. 침전물에 함께 공침된 일부 2족 원소들을 제거하기 위하여 회수한 침전물을 비이커로 옮기고 1 M 4Na-EDTA 용액 10 mL를 넣어 가열하면서 시료를 녹인후 10% (NH₄) 2 SO₄ 용액 5 mL를 넣은 후 초산으로 pH를 4.
측정은 액체섬광계수기를 이용하여 30분씩 5회 반복하였다. ²²⁶Ra의 농도는 액체섬광계수기를 통하여 얻어진 분당 계수 값을 기기의 효율과 회수율로 보정하여 계산하였다.
6으로 조정하여 Ba(Ra)SO₄ 공침 전이 생성되도록 하였으며 원심분리 하여 침전물을 회수 하였다. 침전물에 함께 공침된 일부 2족 원소들을 제거하기 위하여 회수한 침전물을 비이커로 옮기고 1 M 4Na-EDTA 용액 10 mL를 넣어 가열하면서 시료를 녹인후 10% (NH₄) 2 SO₄ 용액 5 mL를 넣은 후 초산으로 pH를 4.2 - 4.6으로 조정하여 Ba(Ra)SO₄를 재침전 시켰으며 윈심분리 하여 침전물을 회수하였다. 침전물에 존재하는 불용성 불순물 제거를 위해 같은 방법으로 Ba(Ra)SO₄침전 물을 다시 녹이고 0.

대상 데이터

개발된 분석법의 검증을 위한 모의 시료 제조는 2010 년 한국지질지원연구원에서 분석한 인산석고 야적장 침출수의 주성분원소 분석결과[21]를 근거로 수산화칼슘 5.46 g, 인산 50.3 g, 질산알루미늄 2.94 g, 황산망간(Ⅱ) 0.17 g, 황산아연 0.09 g, 염화나트륨 11.7 g, 황산암모늄 17.3 g을 탈이온수에 넣은 후 전체 부피를 2 L로 맞추었 다. 이렇게 제조된 모의시료는 각 300 mL 씩 6개의 시료로 나눈 후 각각에 다른 농도의²²⁶Ra 표준용액(0, 2.
계측시료 제조를 위한 섬광체는 미국 Packard Instrument 사의 Instagel Plus와 UltimaGold™ AB가 사용되었다.
2 Bq·g ^-1 )을 넣어 총 6개의 모의표 준시료를 제조하여 침출수 분석과 동일한 방법으로 226 Ra 을 분석하여 모의 표준용액 농도와 비교하였다. 또한, 인증표준물질 분석의 경우²²⁶Ra에 대한 적절한 액체 표준물질이 없어 IAEA 인산석고 인증표준물질 (IAEA -434)을 녹여 사용하였다. 인산석고 인증표준물질 1 g을 Teflon beaker에 넣고 10 mL의 진한 불산과 진한 질산을 각각 넣고 증발 건고시켰다.
본 연구에서 사용된 용액 제조에는 모두 GR 등급의 시 약과 비저항이 18.2 MΩ 이상의 탈이온수(Milli-Q reagent water system, Millipore, Bedford, MA, USA)가 사용되었다.
액체섬광계수기(1220 Quantulus, EG & G Wallac Oy) 교정을 위한 226 Ra 표준용액은 Amersham 사에서 구입하였으며, 본 연구의 분석법 검증을 위해 사용된 인산 석고 인증표준물질은 IAEA-434이었다.

성능/효과

4개의 시료에 대한 분석결과 평균 0.102 Bq·kg-1 , 상대표준편차 7.37%를 보였으며 회수율은 대부분의 시료에서 70% 이상이었다.
500 mL의 침출수를 분석했을 때 검출하한치는 3.4 mBq·kg-1 이었 고, 226Ra 표준용액을 첨가한 모의표준시료와 인산석고 인증표준물질을 분석 결과는 첨가한 농도와 인증 농도와 잘일치하였다.
3%의 차이를 보여주었다. 각각의 분석값은 최대 5.8% (k=1)이내에서 잘 일치하였으며, 상대표준편차는 1.9% 였다.
본 연구에서 검토된 분석법의 타당성 평가를 위하여 표준모의시료와 표준인증물질을 분석한 결과는 표 2, 3과 같다. 표준모의시료의 경우 첨가한 농도와 1% 내외 에서잘 일치하였으며, 그림 4에 나타낸 바와 같이 첨가된 농도와 분석된 농도 간의 상관계수제곱(R²)은 0.99로 매우 좋은 상관관계를 보여줬다. 표준인증물질의 경우 5회 반복 분석한 결과, 평균 739 Bq·kg^-1 이고, 인증값과는 평균 4.
표준인증물질의 경우 5회 반복 분석한 결과, 평균 739 Bq·kg-1 이고, 인증값과는 평균 4.3%의 차이를 보여주었다.

후속연구

4 mBq·kg^-1 이었 고, ²²⁶Ra 표준용액을 첨가한 모의표준시료와 인산석고 인증표준물질을 분석 결과는 첨가한 농도와 인증 농도와 잘일치하였다. 향후 본 연구의 분석법은 인산석고 야적장 침출수가 환경에 미치는 영향을 평가하기 위한²²⁶Ra 분석에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	226 Ra 농도 분석에는 어떤 방법이 있는가?	환경시료에서의 226 Ra 농도 분석에는 다양한 방법들이 존재한다. 이 중 감마선 분광계측기(ɤ-Spectrometer)를 이용한 분석, 알파선 분광계측기(⍺-Spectrometer)를 이용한 분석 그리고 액체섬광계수기(LSC; Liquid Scintillation Counter)를 이용한 분석이 일반적으로 가장 널리 활용되고 있다[12]. 감마선 분광계측기를 이용한 분석은 시료의 전처리가 간단한 반면, 226Ra의 감마선 에너지 (186.
	인산석고는 무엇인가?	인산석고(Phosphogypsum)는 인산비료산업에서 발생 하는 부산물로써 그 속에는 다양한 중금속과 천연기원 방사성핵종이 높은 농도로 함유되어 있으며, 인산비료의 원재료인 인산염광물 속에 포함된 226Ra의 약 90%가 인산석 고로 이동한다[1,2]. 환경영향 연구에 의하면 인산석고 야적장의 경우 유해한 핵종들이 인산석고 침출수 내에 포함 되어 있고 특히, 226Ra의 경우 상대적으로 높은 농도가 야적장 주변에서 확인되었다[3].
	라듐은 무엇인가?	한편, 라듐(Ra)은 대표적인 천연방사성 핵종으로 같은 알칼리 토금속인 Ca2+ , Sr2+ 및 Ba2+ 과 화학적 거동이 유사하기 때문에 채내에 유입되었을 때 뼈 속에 축적되어 내부피폭을 일으키게 되며, 특히, 226Ra의 경우 다른 Ra 동위원소들에 비해 상대적으로 긴 반감기(1,600년) 때문에 매우 유독한 방사성 핵종으로 취급되고 있다[8,9]. 이러한 이유로 환경시료 내 라듐 동위원소는 방사선방호 관점에서 매우 중요하게 다루어진다[10,11].

참고문헌 (23)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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