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
- 본 연구에서는 실내공기질법에서 제시하고 있는 GC/FID와 GC/MS법을 이용하여 건축자재로 많이 쓰이는 목질제품의 휘발성유기화합물(VOC)의 방출특성을 비교 분석하고, 분석기기에 따른 VOC 측정 특성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 고체흡착관으로 채취한 시료는 각각 초저온 농축 장치(Cryogenic system)인 자동열탈착장치(Tekmar 6000)가 장착된 GC/FID와 GC/MS를 사용하여 분석하였다. 고체흡착관은 280℃에서 5분간 탈착하여 220℃의 이송라인을 통하여 -150℃의 internal trap에 농축된 후 290℃로 탈착되어 GC/FID (HP 5890)와 GC/MS (Perkin Elmer, Clarus 500)로 주입되었다.
- 공기 공급장치는 VOC가 제거된 깨끗한 공기를 일정한 유량으로 공급하였고 0.5회/hr로 환기시켜주었다. 챔버에서 배출되는 공기는 167 mL/min의 유량으로 고체흡착관을 이용하여 채취하였다.
- 두 분석 기기에 따라 얻어지는 TVOC의 검출 특성을 파악하기 위하여, GC/FID와 GC/MS에서 각각 얻어진 TVOC의 농도값을 이용하여 식(1)과 같이 F/M ratio를 산정하였다.
- 본 연구에서는 GC/FID와 GC/MS 두 종류의 분석 기기를 이용하여 목질제품에서 방출되는 TVOC와 개별 VOC에 대한 비교분석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 VOC의 정량을 위하여 7가지의 AVOC (hexane, benzene, toluene, ethylbenzene, m,pxylene, styrene, o-xylene)와 5가지의 NVOC (α-pinene, camphene, β-pinene, α-terpinene, d-limonene) 물질에 대하여 검정(calibration)이 이루어졌다.
- 목질제품에서 방출되는 VOC를 알아보기 위하여 ‘실내공기질공정시험기준’에서 규정하는 소형 챔버법을 사용하였다. 스테인리스스틸 재질의 소형 챔버는 20 L 용량을 가지며, 항온항습기를 이용하여 온도 25℃, 습도는 50%로 실험 기간 동안 일정하게 유지되도록 하였다.
대상 데이터
- 낙엽송과 백합나무의 경우 각각 48년생과 45년생으로 경기도 가평에서 2004년 벌채되어진 것으로 41%의 수분을 포함하고 있다. 각 대상 목재는 수분함량 10%로 건조되어 가로 162 mm, 세로 162 mm의 동일한 크기로 준비하였다.
- 본 연구에서는 연구대상 물질로서 국산 침엽수림의 주요 수종인 낙엽송(Japanese Larch)과 백합나무(Yellow Poplar), 목질제품의 99% 이상을 차지하는 파티클 보드(PB), 중밀도섬유판(MDF)을 선정하였다. 낙엽송과 백합나무의 경우 각각 48년생과 45년생으로 경기도 가평에서 2004년 벌채되어진 것으로 41%의 수분을 포함하고 있다.
- 챔버에서 배출되는 공기는 167 mL/min의 유량으로 고체흡착관을 이용하여 채취하였다. 이때 사용된 고체흡착관은 Tenax TA(SUPELCO, USA)와 CarbotrapTM(SUPELCO, USA)로 충진되어 있는 Pyrex관을 사용하였다.
이론/모형
- 목질제품에서 방출되는 VOC를 알아보기 위하여 ‘실내공기질공정시험기준’에서 규정하는 소형 챔버법을 사용하였다.
성능/효과
- • 생재의 경우 TVOC에 대한 F/M ratio가 거의 1에 가깝게 나타나지만, 목질 합판의 경우에는 2~6으로 FID에 의해서 검출된 값이 크게 나오는 것을 확인할 수 있었다.
- 각 목질제품별 GC/FID와 GC/MS를 이용한 TVOC 을 비교해 보면 생재인 낙엽송과 백합나무의 F/M ratio가 1 이하의 값을 나타내며, 목질합판제품(MDF 와 PB) 경우 2 이상의 값을 나타내고 있다. 특히 MDF E0의 경우 약 6 정도의 큰 차이를 나타내고 있다(그림 3).
- 각 제품별 주요 NVOC는 α-pinene과 β-pinene, d-limonene이었으며, AVOC의 경우 Toluene이 방출되었다.
- 이는 NVOC의 함량이 OVOC보다 높은 생재의 경우 OVOC 배출량이 높은 합성목질제품에 비하여 두 기기 사이의 유사성을 보이고 있으며, 합성목질제품에 경우 NVOC 함량이 높게 방출되는 PB E0에서 두 기기의 높은 유사성을 볼 수 있었다. 그리고 각 목질 제품별 두 분석기기의 TVOC의 함량에 차이를 보이나 목질제품별 주요 구성성분의 비율은 유사하게 두 기기에서 검출되는 것을 확인할 수 있다. 또한 OVOC 함량이 비교적 높은 목질제품에서 GC/FID로 분석한 결과값이 GC/MS로 분석한 결과치보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 낙엽송 생재의 경우 NVOC의 방출량이 다른 목질제품보다 높은 양을 방출하고 있으며, α-pinene 이 전체 NVOC에서 약 60% (GC/FID: 67%, GC/MS: 55%), β-pinene이 약 23% (GC/FID: 21%, GC/MS: 27%)를 차지했다.
- 본 연구에서는 VOC의 정량을 위하여 7가지의 AVOC (hexane, benzene, toluene, ethylbenzene, m,pxylene, styrene, o-xylene)와 5가지의 NVOC (α-pinene, camphene, β-pinene, α-terpinene, d-limonene) 물질에 대하여 검정(calibration)이 이루어졌다. 동일한 액상 표준물질을 위의 분석조건으로 GC/FID와 GC/MS을 이용하여 분석한 결과, 개별 VOC에 대하여 0.98 이상의 결정계수(r2)를 확인할 수 있었다(표 2).
- 또한 MDF의 경우 등급별로 구성성분의 함량이 서로 다르게 나타났지만 주로 β-pinene, d-limonene이 가장 많이 방출되는 것을 확인할 수 있었다.
- 그리고 각 목질 제품별 두 분석기기의 TVOC의 함량에 차이를 보이나 목질제품별 주요 구성성분의 비율은 유사하게 두 기기에서 검출되는 것을 확인할 수 있다. 또한 OVOC 함량이 비교적 높은 목질제품에서 GC/FID로 분석한 결과값이 GC/MS로 분석한 결과치보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Toluene과 Benzene 등이 포함된 방향족 탄화수소 혼합물과 α-pinene, limonene 등의 혼합물에서 GC/MS보다 GC/FID의 측정값이 높게 분석된 Hodgson (1995)의 연구결과와 유사하였다.
- 반면 GC/MS의 분석 결과 낙엽송 생재에서 1,772 μg/m3으로 가장 높게 방출되었으며, 그 밖의 제품에서는 1,000 μg/m3 이하로 TVOC가 방출되고 있음을 확인할 수 있었다.
- 3배 적게 방출되었다. 반면 합성목질제품의 경우 GC/FID 방출량이 GC/MS보다 높게 측정되었으며, 특히 PB에 비해 MDF의 GC/FID 방출량이 더 높게 측정되었다.
- (2005)의 연구결과에 의하면 PB와 MDF 에서 Toluene과 Benzene의 함량이 높게 측정되었다. 본 연구에서도 OVOC 중 Toluene의 함량이 제일 많았으며, 특히 등급이 낮은 제품일수록 Benzene과 Toluene의 함량이 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 제조과정에서 사용된 접착제 성분이 일부 포함되어 있기 때문인 것으로 판단된다.
- 생재와 합성목질제품에 대하여 두 기기의 TVOC 방출특성을 살펴보면 생재의 경우 GC/FID로 분석한 결과가 GC/MS로 분석한 결과에 비해 약 1.3배 적게 방출되었다. 반면 합성목질제품의 경우 GC/FID 방출량이 GC/MS보다 높게 측정되었으며, 특히 PB에 비해 MDF의 GC/FID 방출량이 더 높게 측정되었다.
- 이는 NVOC의 함량이 OVOC보다 높은 생재의 경우 OVOC 배출량이 높은 합성목질제품에 비하여 두 기기 사이의 유사성을 보이고 있으며, 합성목질제품에 경우 NVOC 함량이 높게 방출되는 PB E0에서 두 기기의 높은 유사성을 볼 수 있었다. 그리고 각 목질 제품별 두 분석기기의 TVOC의 함량에 차이를 보이나 목질제품별 주요 구성성분의 비율은 유사하게 두 기기에서 검출되는 것을 확인할 수 있다.
- 표 3에서 보는 바와 같이 GC/FID와 GC/MS를 사용하여 측정한 결과, 두 기기에서의 정량된 TVOC의 양이 상당한 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. GC/FID의 경우 MDF E2에서 1,497 μg/m3으로 가장 높게 방출되었고, MDF E1 (1,304 μg/m3), 낙엽송 생재(1,224 μg/m3) 순으로 방출되었다.
- 합성목질제품의 경우 생재에 비해 NVOC의 함량이 적게 배출되었다. 한편 GC/MS로 분석한 결과와 GC/FID를 이용하여 분석한 결과를 비교했을 때 합성목질제품의 NVOC의 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며 특히 MDF의 경우 PB보다 크게 증가하는 경향을 알 수 있었다. 그러나 생재의 경우 이와는 정 반대로 GC/MS로 분석할 경우 NVOC 비율이 감소하였다.
후속연구
- 이에 따라, 현재 병행되고 있는 GC/FID 및 GC/MS 분석 방법을 대상 물질의 성상 및 특성에 대하여 일정한 검증 없이 일률적으로 사용하게 된다면 결과값에 있어서 큰 오차를 야기시킬 가능성이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 검출기에 따른 물질의 감응 특성 및 그 특성을 고려한 즉, 물질들의 다차원적인 환산 등을 고려한 다양한 추후 연구가 필요할 것으로 보인다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.