[논문]직독식 측정기 PID와 능동식 시료채취기에 의한 GC-FID 정량분석법의 VOCs 농도 비교 연구

여진희; 최광민

doi:10.15269/jksoeh.2016.26.3.301

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: Direct-reading instrument(Photoionization detectors, PID) and quantitative analysis using active type air sampling (Gas chromatography-flame ionization detector, GC-FID) were tested to evaluate their ability to detect volatile organic compounds(VOCs) in a semiconductor manufacturing plan...

Objectives: Direct-reading instrument(Photoionization detectors, PID) and quantitative analysis using active type air sampling (Gas chromatography-flame ionization detector, GC-FID) were tested to evaluate their ability to detect volatile organic compounds(VOCs) in a semiconductor manufacturing plant. Methods: The organic compounds used were acetone and ethanol which are normally used as cleaning solutions in the semiconductor manufacturing. The evaluation was based on the preparation of test solutions of known acetone and ethanol concentration in a chamber($600{\times}600{\times}1150mm$). Samples were prepared that would be equivalent to 5~100 ppm for acetone and 10~ 200 ppm ethanol. GC-FID and PID were evaluated simultaneously. Quantitative analysis was performed after sampling and the direct-reading instrument was checked using real-time data logging. Results: Positive correlations between PID and GC-FID were found for acetone and ethanol at 0.04~2.4% for acetone(TLV: 500 ppm) and 0.1~8.3% for ethanol(TLV: 1000 ppm). When the sampling time was 15 min, concentration of test solution was the most similar between measurement methods. However, the longer the sampling time, the less similar the results. PID and GC-FID had similar exposure patterns. Conclusions: The results indicate that PID and GC-FID have similar exposure pattern and positive correlation for detection of acetone and ethanol. Therefore, PID can be used for exposure monitoring for VOCs in the semiconductor manufacturing industry. This study has significance in that it validates measuring occupational exposure using a portable device.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 반도체 제조 작업환경에서 불규칙적으로발생되는 VOCs의 실시간 모니터링을 위한 직독식 측정 도구로 PID의 활용 가능성을 확인하고자 산업안전보건법의 작업환경측정 및 분석방법과 PID를 동시 노출한 실험실 평가연구이다. 반도체 제조 산업의 유지보수작업 중 세척의 목적으로 사용되는 Chemicalwetted wiper 원료물질인 아세톤과 에탄올을 평가 대상 물질로 선정하여 능동식 시료채취기와 직독식 측정기인 PID를 밀폐된 챔버 내에서 동시 노출하고, 채취한 활성탄관을 GC-FID로 정량 분석한 농도와 PID 평균 측정농도의 상관관계를 비교하였다.

제안 방법

본 연구는 반도체 제조 작업환경에서 불규칙적으로발생되는 VOCs의 실시간 모니터링을 위한 직독식 측정 도구로 PID의 활용 가능성을 확인하고자 산업안전보건법의 작업환경측정 및 분석방법과 PID를 동시 노출한 실험실 평가연구이다. 반도체 제조 산업의 유지보수작업 중 세척의 목적으로 사용되는 Chemicalwetted wiper 원료물질인 아세톤과 에탄올을 평가 대상 물질로 선정하여 능동식 시료채취기와 직독식 측정기인 PID를 밀폐된 챔버 내에서 동시 노출하고, 채취한 활성탄관을 GC-FID로 정량 분석한 농도와 PID 평균 측정농도의 상관관계를 비교하였다.

대상 데이터

반도체 제조 작업환경의 유지보수작업 시 주로 사용되는 chemical-wetted wiper의 원료물질인 아세톤과 에탄올을 연구 대상물질로 선정하였고, 표준물질은 Sigma Aldrich(USA)사의 아세톤(acetone, 99.8%)과 에탄올(ethanol, 99.8%)을 사용하였다.

데이터처리

PID의 측정 결과는 시간가중 평균농도를 보정계수(Correction Factor, CF)로 보정하였고, GC-FID의 정량분석 결과는 각 물질별 탈착효율(Desorption efficiency,DE) 실험 결과로 보정하였다.

성능/효과

01배로 희석하여 각 농도별 두 측정값을 비교하였다. 고농도 수준의 아세톤은 두 측정값이 ±6~27% 차이로 매우 유사한 농도 결과를 확인하였고, 저농도 수준에서±29~52% 차이가 확인되었지만 실제 농도 차이는 0.2~12 ppm으로 아세톤의 노출기준 500 ppm 대비 0.04~2.4% 수준이었다. 에탄올은 고농도 수준에서두 측정값은 ±26~35%, 저농도 수준에서 ±49~120% 차이를 나타냈으나 실제 농도 차이는 1~83 ppm으로 에탄올 노출기준인 1000 ppm 대비 0.
본 연구는 반도체 제조 작업환경에서 발생하는 비정기적 VOCs 노출의 실시간 모니터링을 위한 직독식 측정 도구로서의 PID 활용 가능성을 검토하였다. 아세톤과 에탄올을 연구대상으로 선정한 경우 PID의 평균 측정결과는 GC-FID의 정량분석법과 비교 시 유사한 농도를 나타내었다. 따라서 PID의 활용을 통해 유지보수작업 시 설비 내 화학물질 노출경향, 작업자 개인노출평가, 화학물질 누출 사고의 발생에 대비하여 즉각적인 농도 확인을 통해 적합한 초기 대응이 가능할 것이다.
4% 수준이었다. 에탄올은 고농도 수준에서두 측정값은 ±26~35%, 저농도 수준에서 ±49~120% 차이를 나타냈으나 실제 농도 차이는 1~83 ppm으로 에탄올 노출기준인 1000 ppm 대비 0.1~8.3% 수준이었다(Table 3).

후속연구

따라서 PID의 활용을 통해 유지보수작업 시 설비 내 화학물질 노출경향, 작업자 개인노출평가, 화학물질 누출 사고의 발생에 대비하여 즉각적인 농도 확인을 통해 적합한 초기 대응이 가능할 것이다. 또한 공정별, 작업형태에 따른 노출특성 및 노출 패턴을 파악하고 적절한 보호구의 지급, 국소배기장치의 활용 및 성능개선 등 작업환경개선 도구로서 활용도가 높을 것으로 기대된다.
아세톤과 에탄올을 연구대상으로 선정한 경우 PID의 평균 측정결과는 GC-FID의 정량분석법과 비교 시 유사한 농도를 나타내었다. 따라서 PID의 활용을 통해 유지보수작업 시 설비 내 화학물질 노출경향, 작업자 개인노출평가, 화학물질 누출 사고의 발생에 대비하여 즉각적인 농도 확인을 통해 적합한 초기 대응이 가능할 것이다. 또한 공정별, 작업형태에 따른 노출특성 및 노출 패턴을 파악하고 적절한 보호구의 지급, 국소배기장치의 활용 및 성능개선 등 작업환경개선 도구로서 활용도가 높을 것으로 기대된다.
하지만 PID는 특정 화학물질의 정량분석은 불가능하므로 노출평가를 위한 측정도구로 사용하기에 제한이 있어 법적 작업환경측정 도구가 아닌 VOCs의 실시간 모니터링 도구로 매우 유용하게 활용할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	VOCs의 직독식 측정기에는 무엇이 있으며 최근 어떤 연구가 활발히 이루어지고 있는가?	VOCs의 직독식 측정기는 전자코 시스템(Electronic nose)과 광이온화 검출기(Photo Ionization Detector,PID) 등이 있으며 그 중 휴대가 편리하고 측정 장소에서 즉각적인 농도를 확인할 수 있는 PID의 활용에 대한 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. PID는 공기 중 VOCs 분자를 자외선 에너지에 의해 이온화하고, 가스 이온이 전극판으로 이동하면서 생성된 전류를 측정하여 농도로 산출하는 직독식 측정기이다(Figure 1).
	위험성 평가를 위한 개인 노출평가 도구로서 PID가 적합한 이유는 무엇인가?	한편 PID는 법적 작업환경평가 도구로 사용할 수는 없으나 작업환경 내에서 광범위한 농도 변화의 실시간 모니터링 도구로서의 유용하게 활용할 수 있겠다. 따라서 PID는 법적 작업환경측정 및 평가와 병행한 작업환경개선 도구로 활용함으로서 작업환경뿐만 아니라 위험성 평가를 위한 개인 노출평가 도구로서 활용에 적합하다(Duarte et al.
	산업안전보건법에 의한 작업환경측정 및 평가는 어떤 단점이 있는가?	산업안전보건법에 의한 작업환경측정 및 평가는 능동식 시료채취기(Personal air sampler)를 이용하여 작업장의 공기 중에 비산하는 VOCs를 활성탄관에 포집하고 기기분석을 통해 정량평가 하는 방법으로 시료의 채취와 분석에 많은 시간과 운영비용이 소요되는 단점이 있다. 또한 시간가중평가(Time Weighted Average, TWA)를 기본으로 적용하기 때문에 작업 장소에서 발생가능한 단발성 사고에 의한 노출 또는 실시간 노출 평가는 불가하다.

참고문헌 (12)

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Duarte K, Justino CIL, Freitas AC, Duarte AC, Rocha-Santos TAP. Direct-reading methods for analysis of volatile organic compounds and nanoparticles in workplace air. Trends in Analytical Chemistry 2014;53:21-32

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R.A.E System, ppb RAE 3000 User's Guide. Rae System. 2007
U.S. Environmental Protection Agency(EPA). METHOD 21. 1995

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