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
- 12 HG-ICP-AES는 비소 분석 시 ICP-AES에서 발생할 수 있는 분광학적 간섭을 줄이거나 제거하고 검출한계를향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.12 따라서 본 연구에서는 토양 중 비소 분석방법의 정확성을 높이기 위하여 다양한 비소 농도 수준의 인증 표준물질 (Certified reference material, CRM) 및 현장시료를 ICP- AES와 HG-AAS로 교차 분석하여 결과에서 발생한 문제점들을 살펴보았으며 대체 분석 방법으로 HG-ICP- AES의 적합성을 평가하였다.
제안 방법
- 5, 1. 2, 5, 10, 20, 50 µg/L의 표준용액으로 작성하였으며 사용한 파장은 ICP-AES와 동일하게 3개 파장을 선택하였다 (Table 2).
- 2.1.2에서 기술한 CRM에 대하여 HG-ICP-AES로 분석을 실시하여 ICP-AES를 이용한 측정 결과보다 어떠한 점이 개선될 수 있는지를 확인하였다. 또한, HG-AAS를 이용한 QA/QC자료 및 농도범위에 따른 직선성을 서로 비교하여 HG-ICP-AES가 토양오염 공정시험기준의 두 방법에 대한 대체 분석 방법으로 적합한지를 평가하였다.
- 2에서 기술한 CRM에 대하여 HG-ICP-AES로 분석을 실시하여 ICP-AES를 이용한 측정 결과보다 어떠한 점이 개선될 수 있는지를 확인하였다. 또한, HG-AAS를 이용한 QA/QC자료 및 농도범위에 따른 직선성을 서로 비교하여 HG-ICP-AES가 토양오염 공정시험기준의 두 방법에 대한 대체 분석 방법으로 적합한지를 평가하였다.
- 반응이 끝난 추출액은 Whatman No. 40 여과지로 여과한 후 최종부피가 100 mL가 되도록 0.5 M 질산으로 정용한 것을 분석시료로 하였다.7
- VGA-77을 연결하여 사용하였다. 산화제 및 환원제의 유속 1.0 mL/min, 시료 도입 유속 7~8 mL/min, 파장 193.7 nm의 조건에서 검정곡선은 0, 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10 µg/L로 작성하여 분석하였다. ICP-AES는 Varian사의 720ES와 PerkinElmer사의 Optima 8300을 사용하였으며, 검정곡선은 0.
- 예비환원용액은 5% (w/v) L(+)-ascorbic acid 및 5%(w/v) potassium iodide를 증류수에 녹여 사용하였다. 왕수추출액 2 mL당 염산 및 예비환원용액 각 5 mL씩을 가하고 2 시간 정치 후 표선을 증류수로 맞추어 분석하였다. VGA에 사용한 산화제는 5 M 염산을, 환원제는 0.
- 정도관리는 토양오염 공정시험기준에서 정한 정량한계 (ICP-AES 1.5 ㎎/㎏, HG-AAS 0.1 ㎎/㎏)를 고려하여 용액의 최종농도가 ICP-AES 1.5 ㎎/㎏, HG-AAS 0.083 ㎎/㎏이 되도록 바탕용액에 첨가하고 7회 반복으로 실시하였다.7 HG-ICP-AES를 이용한 방법은 공정시험기준이 아니지만 HG를 사용하므로 HG-AAS와 동일하게 평가하였다.
- 7 HG-ICP-AES를 이용한 방법은 공정시험기준이 아니지만 HG를 사용하므로 HG-AAS와 동일하게 평가하였다. 정확도(Accuracy), 정밀도(Precision) 및 정량한계(Limit of quantification, LOQ)는 7회 반복 측정의 결과로부터 산정하였다.
- 공정시험기준에 준하여 채취하였다. 채취한 토양은 풍건 후 100 mesh로 체거름하여 분석용 시료로 조제하였다.7 CRMe 다양한 수준의 비소를 함유하며, 왕수추출에 대한 인증 값이 있는 RTC(Wyoming, USA) 사 4종의 토양(CRM026, CRM030, CRM051, SQC-001)을 사용하였다(Table 1).
- 토양 3 g을 250 mL 반응용기에 옮긴 후 왕수(염산: 질산=3:1)를 가하여 토양오염 공정시험기준에 따라 추출하였다. 반응이 끝난 추출액은 Whatman No.
대상 데이터
- 채취한 토양은 풍건 후 100 mesh로 체거름하여 분석용 시료로 조제하였다.7 CRMe 다양한 수준의 비소를 함유하며, 왕수추출에 대한 인증 값이 있는 RTC(Wyoming, USA) 사 4종의 토양(CRM026, CRM030, CRM051, SQC-001)을 사용하였다(Table 1).
- HG-AAS는 Varian사의 AA280FS에 수소 화물 발생 장치 VGA-77을 연결하여 사용하였다. 산화제 및 환원제의 유속 1.
- 197) nm를 이용하여 비교·검토하였다. HG-ICP-AESe Varian 720ES에 VGA-77을연결하여 적용하였다. 검정곡선은 0.
- 5, 1, 2, 5, 10 µg/L로 작성하여 분석하였다. ICP-AES는 Varian사의 720ES와 PerkinElmer사의 Optima 8300을 사용하였으며, 검정곡선은 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2 mg/L의 표준용액으로 작성하였다. 파장은 193.
- 왕수추출액 2 mL당 염산 및 예비환원용액 각 5 mL씩을 가하고 2 시간 정치 후 표선을 증류수로 맞추어 분석하였다. VGA에 사용한 산화제는 5 M 염산을, 환원제는 0.36%(w/v) sodium borohydride와 0.3% sodium hydroxide의 혼합용액을 사용하였다. ICP-AES로 분석하는 시료는 별도로 예비환원을 실시하지 않았다.
- 그리고 sodium borohydride (Kanto, Japan) 및 sodium hydroxide (Yakuri, Japan)은 수소화물 생성 장치(Vapor generation accessory, VGA)에 환원제로 사용하였다.
- 왕수추출에 사용된 질산 및 염산은 유해금속측정용 (Wako, Japan)을 사용하였으며 L(+)-ascorbic acid (Junsei, Japan) 및 potassium iodide(Wako, Japan)는 왕수추출시료 중 비소의 예비환원에 사용하였다. 그리고 sodium borohydride (Kanto, Japan) 및 sodium hydroxide (Yakuri, Japan)은 수소화물 생성 장치(Vapor generation accessory, VGA)에 환원제로 사용하였다.
- 토양시료는 비소농도가 높은 것으로 알려진 폐광 산 주변을 대상으로 총 5개 지점의 표토(0~30 cm)를 토양오염 공정시험기준에 준하여 채취하였다. 채취한 토양은 풍건 후 100 mesh로 체거름하여 분석용 시료로 조제하였다.
- 5, 1, 2 mg/L의 표준용액으로 작성하였다. 파장은 193.696, 188.979 (188.980), 197.198(197.197) nm를 이용하여 비교·검토하였다. HG-ICP-AESe Varian 720ES에 VGA-77을연결하여 적용하였다.
성능/효과
- 198 nm를 비교해본 결과, 고농도 시료에서는 파장별 분석 결과가 ±10% 이내의 차이를 보이는 반면, 저농도 시료에서는 파장별로 값의 차이가 컸다(Table 3). 1파장인 193.696 nm에서 비소 농도는 다른 파장에 비하여 낮게 나오는 경향이 있었으며, 특히 저농도 시료에서는 39% 이하의 정확도를 보였다. ISO 22036에서 추천하는 파장인 188.
- 14 영국 환경청(2006)에서 발간한 자료 역시 ICP- AES를 이용하여 CRM을 분석한 결과에서 비소의 경우 대부분 인증값 대비 높은 값으로 편향되는 결과를 포함하고 있었으며, 특히 Fe, Al이 높으면 비슷한 수준의 As에도 불구하고 bias가 큰 특징을 보였다.9 본연구에서는 일반적으로 간섭 영향이 적은 188.979 nm 역시 철, 알루미늄 등 지각성분의 농도가 높은 CRM026의 경우 측정의 오차가 발생할 수 있는 것을 확인하였다.
- HG-ICP-AES의 적용성을 확인하기 위하여 2.1.2에서 서술한 동일한 4종의 CRM을 왕수추출하여 파장별(193.696, 188.979, 197.198)로 3회 반복하여 분석한 결과, 모든 시료에서 파장간 분석 결과의 차이가 ±10% 이내임을 확인하였으며(Table 6), 스펙트럼 상 ICP-AES에서 관찰되었던 철, 알루미늄 등 지각물질 등에 의한 간섭이 나타나지 않았다(Fig. 3). 다만, 저농도 시료의 경우 ICP-AES와 비교하여 정확도가 훨씬 향상되었으나, 고농도 시료의 경우 희석배수가 올라감에 따라 분석 결과의 정밀·정확도가 떨어진 것을 관찰할 수 있었다.
- ICP-AES를 이용하여 CRM 및 현장시료를 분석한 결과 파장 및 비소 농도수준에 따라 측정값의 오차가 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 토양오염 공정시험 기준상 1파장인 193.
- 198 nm에서 ICP-AES로 분석한 결과 저농도에서 파장별 분석 결과 차이가 더 컸으며, 수백 ppm수준의 고농도에서 분석 결과의 차이는 ±10% 이내로 나타났다(Table 4). ICP-AES의 분석 결과는 저농도 시료(S-1~3)에서 3개의 파장 중 188.979 nm에서의 결과가 HG-AAS 분석 결과와 가장 유사한 것으로 나타났으며, 농도가 높아질수록 1파장인 193.696 nm의 분석 결과가 HG-AAS 분석 결과와 더 유사하였다. 따라서 ICP-AES를 이용하여 토양 중 비소를 정량할 경우 정확한 분석을 위하여 반드시 다파장 분석을 실시하여야 하며, 파장별 분석 결과의 차이가 일정 수준을 초과할 경우 다른 분석 장비와 결과 값을 비교해 보는 등 추가적인 실험을 실시할 필요가 있다.
- 각 분석 방법의 정밀·정확도, 검정곡선의 결정계수는 금속류에 대한 토양오염 공정시험기준 상의 목표값 정밀도 30% 이내, 정확도 70~130%, 검정곡선 r2>0.98) 을 만족하는 것으로 평가되었다(Table 5).7 HG-ICP- AES의 경우 HG-AAS와 동일한 조건의 비소농도 (0.083 ㎎/㎏)를 측정하기에는 정밀·정확도가 다소 떨어지는 것으로 나타났다.
- 980 nme 대체적으로 좋은 정확도를 보였으나 CRM 026의 경우 비소농도를 과대평가하였다. 그러나 동종의 다른 장비의 분석 결과와 비교해본 결과 저농도 CRM의 분석 결과의 정확도가 향상되어 ICP-AES를 이용한 저농도 비소 정량의 어려움을 확인할 수 있었다.
- 3). 다만, 저농도 시료의 경우 ICP-AES와 비교하여 정확도가 훨씬 향상되었으나, 고농도 시료의 경우 희석배수가 올라감에 따라 분석 결과의 정밀·정확도가 떨어진 것을 관찰할 수 있었다. 기존 분석방법인 HG-AAS와 비교하여 HG-ICP-AES의 정량한계는 다소 높은 경향을 보였으나, 좀 더 넓은 검정곡선범위에서 직선성을 보이며 ICP-AES에 비하여 더 낮은 농도의 비소를 측정할 수 있는 것으로 나타나 다양한 수준의 토양 시료에 적용하기 용이할 것으로 예상되었다(Table 5).
- 비소 및 지각성분의 수준이 서로 다른 4종의 CRM 을 이용하여 공정시험기준의 1파장인 193.696 nm 와 기타파 장인 188.979, 197.198 nm를 비교해본 결과, 고농도 시료에서는 파장별 분석 결과가 ±10% 이내의 차이를 보이는 반면, 저농도 시료에서는 파장별로 값의 차이가 컸다(Table 3). 1파장인 193.
- 비소의 농도가 다양한 현장시료 5점에 대하여 193.696, 188.979 nm 및 197.198 nm에서 ICP-AES로 분석한 결과 저농도에서 파장별 분석 결과 차이가 더 컸으며, 수백 ppm수준의 고농도에서 분석 결과의 차이는 ±10% 이내로 나타났다(Table 4). ICP-AES의 분석 결과는 저농도 시료(S-1~3)에서 3개의 파장 중 188.
- 수 있는 것으로 나타났다. 토양오염 공정시험 기준상 1파장인 193.696 nm는 상대적으로 고농도의 철, 알루미늄 등을 함유한 시료의 경우 분광학적 간섭으로 인하여 비소분석 결과의 정확도가 떨어질 수 있는 것으로 확인되었으며, Fe, Al, Ca, Mg 등의 간섭영향이 거의 없는 것으로 알려진 188.979 nm 파장 역시 시료 특성에 따라 저농도 비소의 정량이 어려운 것으로 나타났다. 따라서 ICP-AES를 이용하여 비소를 정량할 경우 다파장 분석을 통해 파장별 분석 결과의 비교를 통해 간섭 영향을 확인하여야 하고 간섭영향이 의심될 경우 간섭을 제거하거나 다른 분석 방법과 비교하는 등 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.
- 파장별 스펙트라를 살펴본 결과 1파장인 193.696 nm 는 측정파장 부근에서 발광하는 원소로 인한 분광학적 간섭이 확인되었으며, 일반적으로 토양 분석 시 사용되고 있는 188.980 nm는 다른 비교적 발광 광도도 높고 측정 파장 부근에서 발광하는 원소의 영향이 없는 것으로 보였다(Fig. 1). 197.
- 표준용액을 이용하여 철(50 mg/L)과 알루미늄(50 mg/L)을 측정해본 결과, 철의 경우 193.696 nm, 197.197 nm에서 정량피크 앞에 피크가 형성되며 (partial overlap), 알루미늄의 경우 193.696 nm에서 정량구간의 바탕선이 높아짐(sloping background)을 확인하였다(Fig. 2). 미국 환경청 method 6010C에서는 추천 파장인 193.
후속연구
- 다만, 저농도 시료의 경우 ICP-AES와 비교하여 정확도가 훨씬 향상되었으나, 고농도 시료의 경우 희석배수가 올라감에 따라 분석 결과의 정밀·정확도가 떨어진 것을 관찰할 수 있었다. 기존 분석방법인 HG-AAS와 비교하여 HG-ICP-AES의 정량한계는 다소 높은 경향을 보였으나, 좀 더 넓은 검정곡선범위에서 직선성을 보이며 ICP-AES에 비하여 더 낮은 농도의 비소를 측정할 수 있는 것으로 나타나 다양한 수준의 토양 시료에 적용하기 용이할 것으로 예상되었다(Table 5).
- 따라서 ICP-AES를 이용하여 비소를 정량할 경우 다파장 분석을 통해 파장별 분석 결과의 비교를 통해 간섭 영향을 확인하여야 하고 간섭영향이 의심될 경우 간섭을 제거하거나 다른 분석 방법과 비교하는 등 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다. 대체 분석 방법으로 제안한 HG-ICP-AES는 ICP- AES의 분광학적 간섭의 약점을 보완하여 저농도 비소를 측정하기 용이하며, HG-AAS의 직선성을 나타내는 검량범위가 좁다는 단점 역시 HG-ICP-AES로 극복할 수 있는 것으로 나타나 실험실에서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 ICP-AES 분석상의 유의사항 및 대체 분석 방법을 토양오염 공정시험기준에 반영할 필요가 있다고 판단된다.
- 979 nm 파장 역시 시료 특성에 따라 저농도 비소의 정량이 어려운 것으로 나타났다. 따라서 ICP-AES를 이용하여 비소를 정량할 경우 다파장 분석을 통해 파장별 분석 결과의 비교를 통해 간섭 영향을 확인하여야 하고 간섭영향이 의심될 경우 간섭을 제거하거나 다른 분석 방법과 비교하는 등 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다. 대체 분석 방법으로 제안한 HG-ICP-AES는 ICP- AES의 분광학적 간섭의 약점을 보완하여 저농도 비소를 측정하기 용이하며, HG-AAS의 직선성을 나타내는 검량범위가 좁다는 단점 역시 HG-ICP-AES로 극복할 수 있는 것으로 나타나 실험실에서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 696 nm의 분석 결과가 HG-AAS 분석 결과와 더 유사하였다. 따라서 ICP-AES를 이용하여 토양 중 비소를 정량할 경우 정확한 분석을 위하여 반드시 다파장 분석을 실시하여야 하며, 파장별 분석 결과의 차이가 일정 수준을 초과할 경우 다른 분석 장비와 결과 값을 비교해 보는 등 추가적인 실험을 실시할 필요가 있다. 또한 다른 원소로 인한 간섭을 확인하기 위하여 철, 알루미늄 등 간섭 원소를 동시에 분석하여 시료의 특성을 파악할 필요가 있다.
- 대체 분석 방법으로 제안한 HG-ICP-AES는 ICP- AES의 분광학적 간섭의 약점을 보완하여 저농도 비소를 측정하기 용이하며, HG-AAS의 직선성을 나타내는 검량범위가 좁다는 단점 역시 HG-ICP-AES로 극복할 수 있는 것으로 나타나 실험실에서 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 ICP-AES 분석상의 유의사항 및 대체 분석 방법을 토양오염 공정시험기준에 반영할 필요가 있다고 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.