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문제 정의
- 본 연구에서는 F-1 fiber monitor를 이용하여 측정조건과의 연관성에 따른 장치의 신뢰성 및 실제 노출평가 적용 가능성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 8 ㎛, 직경 25 ㎜의 MCE(mixed cellulose ester) 필터가 내장되어있는 50 ㎜ 카울(cowl)을 High Volume Pump(Megalite pump, The Original Thomas Megalite High Volume Pump)에 연결하여 8 L/min의 유량으로 60 분간 총 480 L를 포집하였으며 F-1의 경우 2L/min의 유량으로 60 분간 총 120 L 포집을 실시하였다. 또한 현장 주변의 측정 조건이 석면의 비산에 미치는 영향을 파악하기 위하여 해당 시료 포집 시의 온도, 토양 내 함수율, 풍속을 측정하였다.
- 본 연구에서는 실시간 섬유상 물질 측정 장치인 F-1을 이용하여 NOA 지역의 토양 내 석면함유율에 따른 석면섬유 농도를 측정하고자 한다. 또한, 주변 측정 조건과의 연관성을 파악하여 장치의 정확도와 신뢰성을 평가하고 실제 노출평가 적용 가능성을 평가하고자 하였다.
대상 데이터
- F-1의 현장 적용 가능성을 평가하기 위하여 충북 제천시 수산면 동아광산 주변 NOA 지역 12 지점에서 F-1 측정과 ABS를 동시에 실시하였다(Table 2, Figure 3).
- 시료는 표준 석면샘플과 석면이 확인되지 않은 NOA 지역의 일반 토양을 이용하여 시료를 제작하였다. 석면샘플은 미국 RTI International로부터 확보된 표준 석면샘플을 이용하였으며 토양은 60 mesh(250 ㎛) 표준체를 이용하여 체가름을 실시한 다음 바탕물질로 이용하였다. 시료는 0.
- 시료는 표준 석면샘플과 석면이 확인되지 않은 NOA 지역의 일반 토양을 이용하여 시료를 제작하였다. 석면샘플은 미국 RTI International로부터 확보된 표준 석면샘플을 이용하였으며 토양은 60 mesh(250 ㎛) 표준체를 이용하여 체가름을 실시한 다음 바탕물질로 이용하였다.
데이터처리
- 0을 이용하였으며 각 방법을 통하여 확인된 섬유상 물질의 농도는 평균, 표준편차로 제시하였다. PCM 방법과 F-1 분석 결과, TEM 방법과 F-1 분석 값의 비교 결과는 Shapiro-Wilk test를 통해 정규성 검정을 실시한 후 paired t-test를 실시하여 통계적 유의성을 확인하였다. 정밀도 평가 결과는 상대오차(RD)로 제시하였으며, 재현성 평가 결과는 변동계수(CV)로 제시하였다.
- 정밀도 평가 결과는 상대오차(RD)로 제시하였으며, 재현성 평가 결과는 변동계수(CV)로 제시하였다. 각 방법 간의 상관성은 Pearson’s correlation coefficient 분석을 실시하였으며, 선형성(linearity)과 최소자승법(least square method)을 통하여 회귀식(y=ax+b)과 결정계수(Coefficient of Determination, R2)로 제시하였다. 또한, 다중회귀분석(Multiple regression analysis)을 실시하여 각 변수(토양 내 석면함유율, 온도, 토양 내 함수율, 풍속)가 석면 섬유 농도에 미치는 영향을 확인하였다.
- 각 방법 간의 상관성은 Pearson’s correlation coefficient 분석을 실시하였으며, 선형성(linearity)과 최소자승법(least square method)을 통하여 회귀식(y=ax+b)과 결정계수(Coefficient of Determination, R2)로 제시하였다. 또한, 다중회귀분석(Multiple regression analysis)을 실시하여 각 변수(토양 내 석면함유율, 온도, 토양 내 함수율, 풍속)가 석면 섬유 농도에 미치는 영향을 확인하였다.
- 본 연구에서는 실험실 평가에 적용하기 전 챔버의 포트에서 균일한 농도가 유지됨을 확인하기 위해 균일성 검정을 실시하였다. 각 포트에 공극 0.
- 연구에서 수집된 자료는 SPSS system version 18.0을 이용하였으며 각 방법을 통하여 확인된 섬유상 물질의 농도는 평균, 표준편차로 제시하였다. PCM 방법과 F-1 분석 결과, TEM 방법과 F-1 분석 값의 비교 결과는 Shapiro-Wilk test를 통해 정규성 검정을 실시한 후 paired t-test를 실시하여 통계적 유의성을 확인하였다.
- PCM 방법과 F-1 분석 결과, TEM 방법과 F-1 분석 값의 비교 결과는 Shapiro-Wilk test를 통해 정규성 검정을 실시한 후 paired t-test를 실시하여 통계적 유의성을 확인하였다. 정밀도 평가 결과는 상대오차(RD)로 제시하였으며, 재현성 평가 결과는 변동계수(CV)로 제시하였다. 각 방법 간의 상관성은 Pearson’s correlation coefficient 분석을 실시하였으며, 선형성(linearity)과 최소자승법(least square method)을 통하여 회귀식(y=ax+b)과 결정계수(Coefficient of Determination, R2)로 제시하였다.
이론/모형
- 평가는 다양한 기상 상황을 고려하기 위하여 오전·오후 각 2 회씩 실시하였다. ABS는 미국 환경보호국(United States Environmental Protection Agency, USEPA)에서 제시한 표준작업절차(Standard Operating Procedure, SOP)에 준하여 토양 교란활동 중 비산이 가장 많이 되는 시나리오인 김매기 작업을 선정하여 실시하였다(Figure 4, 5).
- 분석은 슬라이드를 충분히 건조시킨 후 위상차현미경(Phase Contrast Microscope, PCM)을 이용해 400 x에서 길이 5 ㎛ 이상, 종횡비(Aspect Ratio) 3:1 이상의 섬유상 물질을 모두 계수하였다. 또한 NIOSH 7402 방법에 준하여 필터를 그리드로 제작한 후 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 석면 섬유를 계수하였다. 토양 내 석면 함유율(%)의 경우 NIOSH 9002 방법에 준하여 편광현미경(Polarized Light Microscope, PLM)을 이용하여 400 point-counting으로 분석하였다.
- 입자상 물질의 실시간 측정에는 광산란(Lightscattering) 방식이 적용된다. 광산란 방식은 입자에 빛이 조사되는 경우 입자의 크기에 의해 산란되는 빛의 강도를 측정하여 입자의 수농도 및 크기를 확인하는 방식이다(Hinds, 2012).
- 또한 NIOSH 7402 방법에 준하여 필터를 그리드로 제작한 후 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 석면 섬유를 계수하였다. 토양 내 석면 함유율(%)의 경우 NIOSH 9002 방법에 준하여 편광현미경(Polarized Light Microscope, PLM)을 이용하여 400 point-counting으로 분석하였다.
성능/효과
- 1. 실험실 평가에서 제작된 시료의 석면함유율 증가에 따라 F-1 fiber monitor 측정값은 기존 방법인 PCM, TEM 방법과 양의 상관관계를 보였으나, 정확도 및 정밀도는 기존 방법에 비해 낮게 확인되었다.
- 2. 현장 평가에서 F-1 fiber monitor 측정값은 기존방법에 비해 높게 형성되었으며 실험실 평가에 비해 변동범위의 크기가 커졌다.
- 3. 다중회귀분석에서 PCM, TEM 다중회귀모델은 통계적으로 유의하지만 F-1 fiber monitor는 통계적 유의성을 보이지 않았다.
- 4. 토양 내 석면함유율 및 온도의 경우 PCM, TEM 회귀모델에서 영향력이 높았으나 토양 내 함수율 및 풍속은 영향력이 낮았다.
- 각 측정 방법의 정밀도 평가를 위한 상대오차(RD) 결과에서는 PCM 대비 54.1%, TEM 대비 57.3%의 오차율을 확인할 수 있었다(Table 5).
- 다중공선성 확인 결과에서는 토양 내 석면함유율, 온도, 토양 내 함수율, 풍속의 분산팽창인자(Variance Inflation Factor, VIF)가 10 미만으로 확인되어 다중공선성이 발생하지 않았다(1.595, 1.682, 1.906, 1.035).
- 이 장치에 시료가 투입되면 일정한 농도를 유지하며 장치에 연결된 각 포트를 통해 일정 시간동안 시료를 공급할 수 있다. 따라서 각 포트에 연결된 측정 장치 간의 성능 비교 실험을 실시할 수 있으며 이를 통해 재현성과 정확도 평가가 가능하다.
- 9%로 나타났다. 미국의 FM-7400과 영국의 Fibrecheck(FC-2)를 비교한 연구에서는 전체 실험에서 CV가 20% 미만으로 나타났지만(Kauffer et al., 2003), 본 연구에서는 F-1이 큰 변동을 보여 기존 방법이나 타 장비에 비해 재현성이 낮음을 확인할 수 있었다.
- 입자 계측용 시험 장치의 각 포트 별 균일성 검정을 한 결과 시료의 농도가 높아질수록 농도 값이 일정하게 증가하였으며 각 6개의 포트에서 균일하게 농도가 발생한 것을 확인할 수 있었다. 가장 낮은 농도인 0.
- 재현성 평가를 위한 변동계수(CV) 확인 결과에서는 PCM 방법이 13.6%, TEM 방법이 16.1%, F-1이 48.9%를 보여 기존 방법에 비해 F-1 측정값의 변동이 심한 것으로 확인되었다(Table 5).
- 재현성을 평가하는 지표로 이용되는 CV를 확인한 결과에서는 PCM 방법의 경우 13.6%, TEM 방법의 경우 16.1%, F-1의 경우 48.9%로 나타났다. 미국의 FM-7400과 영국의 Fibrecheck(FC-2)를 비교한 연구에서는 전체 실험에서 CV가 20% 미만으로 나타났지만(Kauffer et al.
- 정규성 검정에 따른 paired t-test 실시 결과, PCM 방법과 F-1 비교, TEM 방법과 F-1 비교는 통계적으로 유의하였다(p=.035, .042)(Table 6).
- 현장에서 실시된 평가 결과에서 PCM과 F-1과의 상관성 분석 결과 r=0.682로 확인되었으며, TEM과 F-1과의 상관성 분석 결과는 r=0.469으로 확인되었다. 현장에서는 실험실의 결과에 비해 상관성이 높지 않았다.
후속연구
- NIOSH 7400 method에서는 PCM 분석 시 1) 최대 100 개의 섬유 수를 계수, 2) 해당 필드에서 계수되는 섬유 수가 100 번째에 해당하는 경우 그 필드에 있는 섬유 수까지만 계수, 3) 계수하는 필드는 최소 20 필드 이상, 최대 100 필드까지를 분석하도록 권고하고 있다. 따라서 PCM 방법과 비교되기 위해서는 실시간 섬유상 물질 측정 장치의 정확성과 신뢰성이 충분히 확보되어야 한다고 사료된다.
- 하지만 바람만으로는 ABS 시나리오와 같이 물리적 행위에 의한 토양 교란활동을 적용한 실험이라고 생각하기에는 어렵다고 판단되었다. 따라서 석면의 비산에 풍속이 미치는 영향을 파악할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.
- 본 연구에서의 제한점은 1) 다양한 종류의 석면을 대상으로 평가를 실시하지 못하였으며, 2) 평가 조건의 다양성을 확보하지 못한 부분, 3) 다양한 NOA 지역에서의 평가가 실시되지 못한 점을 들 수 있다. 따라서 이러한 제한점을 보완한다면 실시간 섬유상 물질 측정방법의 정확도 및 정밀도를 높일 수 있을 것이라 판단된다. 또한, 실시간 섬유상 물질 측정 방법이 ABS 방법의 선행방법으로 적용되기 위해서는 ABS 방법의 문제점을 파악 및 개선하고 다양한 조건에서의 평가 데이터 확보 및 검토를 실시하여 충분한 신뢰성을 확보할 필요가 있다고 사료된다.
- 따라서 이러한 제한점을 보완한다면 실시간 섬유상 물질 측정방법의 정확도 및 정밀도를 높일 수 있을 것이라 판단된다. 또한, 실시간 섬유상 물질 측정 방법이 ABS 방법의 선행방법으로 적용되기 위해서는 ABS 방법의 문제점을 파악 및 개선하고 다양한 조건에서의 평가 데이터 확보 및 검토를 실시하여 충분한 신뢰성을 확보할 필요가 있다고 사료된다.
- 이상의 결과를 볼 때 F-1 fiber monitor를 이용한 현장의 노출 평가에는 어려울 것으로 판단되지만 screening 용도로의 활용은 가능할 것으로 사료된다. 또한, 실시간 섬유상 물질 측정 방법이 ABS 방법의 선행방법으로 적용되기 위해서는 충분한 신뢰성을 확보할 필요가 있다고 판단된다.
- 본 연구에서의 제한점은 1) 다양한 종류의 석면을 대상으로 평가를 실시하지 못하였으며, 2) 평가 조건의 다양성을 확보하지 못한 부분, 3) 다양한 NOA 지역에서의 평가가 실시되지 못한 점을 들 수 있다. 따라서 이러한 제한점을 보완한다면 실시간 섬유상 물질 측정방법의 정확도 및 정밀도를 높일 수 있을 것이라 판단된다.
- 이상의 결과를 볼 때 F-1 fiber monitor를 이용한 현장의 노출 평가에는 어려울 것으로 판단되지만 screening 용도로의 활용은 가능할 것으로 사료된다. 또한, 실시간 섬유상 물질 측정 방법이 ABS 방법의 선행방법으로 적용되기 위해서는 충분한 신뢰성을 확보할 필요가 있다고 판단된다.
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