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
- 국내에는 나노물질의 분진날림 연구가 없어 나노물질의 분진날림에 대해서도 전혀 알려지지 않았다. 본 연구에서는 여러 종류의 나노물질을 대상으로 분진날림 정도를 비교하여 각 나노물질이 공기 중에서 비산되는 정도를 비교하였다.
- 신약 개발 과정에서 작업자들이 신약 파우더에 노출될 가능성이 있지만,신약들에 대해서는 노출기준이 없는 경우가 많다. 신약을 혼합하거나 분쇄할 때 분진이 발생하므로 신약의 분진날림 특성을 연구하여 신약의 분진날림을 감소시켜 작업자의 건강을 보호하고자 하였다.
가설 설정
- 따라서 나노입자 존재를 100 ㎚ 이하에서만 확인하는 것이 아니라 응집체를 측정할 수 있도록 장비를 선정하여야 한다. 물론 0.3 ㎛ 이상의 입자는 OPC로 측정할 수 있으나 SMPS가 1 ㎛ 입자까지 측정할 수 있으므로 넓은 범위의 DMA를 사용하여 측정하는 것이 좋을 것이다.
제안 방법
- MPS에 투과전자현미경용 그리드(Lacey carbon film coated 400 mesh Ni grid, Electron Microscopy Sciences, USA)를 부착하여 개인시료채취 펌프(유량 2 Lpm)에 연결하였다. 10여분의 시료채취 후 실험실에서 그리드를 투과전자현미경으로 분석하였다. 공기 중 방출량이 많은 경우 시료채취 시간을 5분으로 하였다.
- 유리재질의 실험 튜브(지름 25 ㎜, 길이 200 ㎜)에 나노물질 약 1 g을 넣고, 실험실 볼텍스 쉐이커로 나노물질을 분산시켰다. 고효율여과지를 통과한 건조된 압축 공기가 유리 튜브로 이동하여 나노물질을 분산시켰다. 분산된 나노 입자는 15 ㎛ 이상의 입자를 걸러 주는 싸이클론(URG-200-30ENB @ 8 liter/ minutes)를 통과한 후 광학입자계수기 (Optical Particle Counter, Grimm 1.
- 공기 중 에어로졸의 입자 모양과 크기를 조사하였다. Table 5는 SMPS로 측정한 입자 수 농도를 이용해서 구한 기하평균직경의 평균값이다.
- 나노물질의 분진날림을 측정하기 위해 볼텍스 쉐이커(voltex shaker) 분산 장치를 이용하였다. 유리재질의 실험 튜브(지름 25 ㎜, 길이 200 ㎜)에 나노물질 약 1 g을 넣고, 실험실 볼텍스 쉐이커로 나노물질을 분산시켰다.
- 5 ㎛ 이상인 입자는 걸러지고,10 ∼ 350 ㎚ 입자 수와 크기 분포가 주사이동입자측정기(Scanning Mobility Particle Sizer, Grimm, Germany)로 측정되었다. 두 번째 싸이클론을 통과한 입자들을 PVC 여과지를 연결한 개인시료펌프(SKC, USA)를 이용해 중량 농도를 측정하였다. 공기 중 나노입자 모양과 크기를 투과전자현미경으로 확인하기 위해 미니 입자 샘플러(Mini Particle Sampler; MPS, INERIS, France)를 사용하였다.
- Table 1에 연구 대상의 특성이 나타나 있다. 밀도는 제품 병이나 제품 설명서에서 확인하였으며, 비표면적도 제품 설명서에서 확인하였다. 겉보기 밀도(bulk density)는 실험실에서 측정한 값이다.
- 본 연구에서는 SMPS에 중간 DMA를 사용하였고, 0.3 ㎛ 이상의 입자는 OPC를 사용하여 측정하였다. SMPS로 측정한 범위에서 기하평균직경의 평균값이 100 ㎚보다 적은 경우는 분진날림이 가장 적은 인듐산화물과 알루미늄산화물 ①이다.
- 분산된 나노 입자는 15 ㎛ 이상의 입자를 걸러 주는 싸이클론(URG-200-30ENB @ 8 liter/ minutes)를 통과한 후 광학입자계수기 (Optical Particle Counter, Grimm 1.108, Germany)로 0.3 ∼ 15 ㎛ 입자 수와 크기 분포를 측정하였다.
- 실험은 대상물질 1 g을 테스트 튜브 안에 넣고 1시간 동안 이루어졌다. 실험이 끝난 후 테스트 튜브 안의 남은 양을 측정하여 시간당 방출된 양을 계산하였다. 실험에 사용한 압축공기의 상대 습도는 약 34%이였고, 동일한 일자의 실내 상대습도는 60%였다.
- 싸이클론(URG-200-30ENB @ 8 liter/minutes)을 통과한 입자는 두 번째 싸이클론(DEED-500 @ 6.8 liter/minutes)을 통과하면서 2.5 ㎛ 이상인 입자는 걸러지고,10 ∼ 350 ㎚ 입자 수와 크기 분포가 주사이동입자측정기(Scanning Mobility Particle Sizer, Grimm, Germany)로 측정되었다.
- 알루미늄 산화물 ② 1 g을 105℃ 오븐에서 2시간 동안 유지시킨 후 분진날림 실험을 하여 원래 받은 상태(As requested)로 실험을 한 결과와 비교하였다(Table 6). 105℃ 오븐에서 2시간 동안 방치한 물질들이 전처리하지 않은 물질보다 방출량, 여과지 위에 침착된 양, 입자 수 농도 모두 높았다.
- 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, H-7100FA, Hitachi Instruments, Japan)을 이용하여 입자 형태를 관찰하였으며 원소분석은 에너지 분광 엑스레이스펙트로스코피(Energy Dispersive X-ray spectroscopy; EDS, EX-200, Horiba, Japan)를 이용하였다. 투과전자현미경을 100 ㎸ 가속전압과 25 ㎂ 빔 전류에서 운영하였다.
대상 데이터
- 두 번째 싸이클론을 통과한 입자들을 PVC 여과지를 연결한 개인시료펌프(SKC, USA)를 이용해 중량 농도를 측정하였다. 공기 중 나노입자 모양과 크기를 투과전자현미경으로 확인하기 위해 미니 입자 샘플러(Mini Particle Sampler; MPS, INERIS, France)를 사용하였다. MPS에 투과전자현미경용 그리드(Lacey carbon film coated 400 mesh Ni grid, Electron Microscopy Sciences, USA)를 부착하여 개인시료채취 펌프(유량 2 Lpm)에 연결하였다.
- 실험에 사용한 나노물질은 총 11종으로, 알루미늄 산화물 3종, 이산화티타늄 3종, 흄드 실리카 2종, 인듐산화물 1종, 란탄산화물 1종, 인듐주석산화물 1종이다. 인듐산화물, 란탄산화물, 인듐주석산화물은 시약 등급으로 시약회사에서 구매한 것이며, 다른 물질들은 공업용으로 생산된 것이다.
이론/모형
- 분진날림의 유럽연합 표준에서는 중량 기준의 분진 날림의 지표를 정의하고 있고, Evans et al.(2013)은 연구에서는 유럽연합 표준과 같은 분진날림 지표를 사용하였다. Schneider & Jensen(2008)은 유럽연합의 분진날림 지표와 총입자 수를 지표로 사용하였다.
- 투과전자현미경을 100 ㎸ 가속전압과 25 ㎂ 빔 전류에서 운영하였다. 투과전자현미경 이미지 분석을 위해 디지털 마이크로그래프 소프트웨어(Digital Micrograph, Gatan Inc., USA)를 사용하였다.
성능/효과
- 알루미늄 산화물 ② 1 g을 105℃ 오븐에서 2시간 동안 유지시킨 후 분진날림 실험을 하여 원래 받은 상태(As requested)로 실험을 한 결과와 비교하였다(Table 6). 105℃ 오븐에서 2시간 동안 방치한 물질들이 전처리하지 않은 물질보다 방출량, 여과지 위에 침착된 양, 입자 수 농도 모두 높았다. 나노물질의 수분이 제거 된 상태에서 훨씬 많은 양의 공기 중 입자가 생성되었다.
- 본 연구에서 나노물질들의 분진날림의 범위가 매우 넓었다. 가장 많은 분진날림이 발생하는 흄드 실리카부터 가장 분진날림이 적게 발생하는 인듐 산화물까지 질량농도나 입자 수 농도로 평가하였을 때 매우 넓은 범위에서 나타났다. 분진날림의 정도가 넓은 범위에 걸쳐 있으면 분진날림을 측정하는 실험 조건 설정이 매우 어렵다.
- 가장 많은 양이 공기 중으로 방출된 물질은 흄드 실리카 2종이며, 50 ∼90%가 공기 중으로 방출되었다.
- 각 물질의 반복 실험에서 평균의 차이가 있는지 통계적으로 확인하였을 때 흄드 실리카 2종, 알루미늄산화물 ②, 알루미늄산화물 ③ 등은 유의하게 다른 것으로 나타났다. 인듐주석산화물과 알루미늄 산화물 ①의 반복 측정 값은 다르지 않았다.
- 겉보기 밀도와 총입자 수 농도의 관계를 살펴보면 겉보기 밀도가 작으면 총입자수 농도 변이가 크고 농도가 높은 반면, 겉보기 밀도가 크면 총입자 수 농도 변이도 작고, 농도도 낮게 나타났다(Figure 3).
- 기본입자 2∼3개가 뭉쳐져 있는 경우와 여러 기본입자가 응집된 모습 등 다양한 입자들의 형상을 보였다.
- 이는 공기 중 입자를 포집하여 투과전자현미경으로 분석한 결과와도 일치한다. 대부분의 나노입자들이 공기 중에서 기본입자로 존재하기보다 여러 입자들이 응집된 응집체로 존재하는 것을 투과전자현미경 사진에서 확인할 수 있었다. 따라서 나노입자 존재를 100 ㎚ 이하에서만 확인하는 것이 아니라 응집체를 측정할 수 있도록 장비를 선정하여야 한다.
- 본 연구 결과, 분진날림을 호흡성 분진 질량농도와 입자 수 농도로 평가하여 분진날림 정도에 순서를 매겼다. 호흡성 분진 질량농도와 입자 수 농도의 순서는 일치하는 결과가 나왔다.
- 응집체가 많은 경우 입자 수 농도가 환경을 대표 한다고 보기 어려울 수 있다. 본 연구 결과에서 2.5 ㎛보다 작은 입자들의 공기 중 중량 농도와 총 입자 수 농도 순위가 어느 정도 일치함을 알 수 있었다. 따라서 좀 더 다양한 나노물질들을 대상으로 연구를 해 봐야겠지만, 현 연구 결과로는 두 가지 지표를 동시에 제시하는 것이 좋을 것 같다.
- 본 연구에서 대부분 실험 대상 물질의 기본입자의 크기는 100 ㎚이하였지만 공기 중에 분산된 입자는 100㎚ 이하의 입자는 매우 적었다. 투과전자현미경 결과도 공기 중 입자들이 응집된 형태로 있음을 보여 주었다.
- 본 연구에서는 흄드 실리카 2종이 가장 많은 분진 날림을 보여 주었다. 다른 연구 결과를 보면 흄드 실리카가 여러 실험 대상 물질 중 항상 높은 분진날림을 보여 주는 것은 아니었다.
- 실험이 끝난 후 테스트 튜브 안의 남은 양을 측정하여 시간당 방출된 양을 계산하였다. 실험에 사용한 압축공기의 상대 습도는 약 34%이였고, 동일한 일자의 실내 상대습도는 60%였다. 실험을 수행한 날의 실내 상대습도를 매일 감시하였으며, 실내 상대습도는 최소 33.
- 실험에 사용한 압축공기의 상대 습도는 약 34%이였고, 동일한 일자의 실내 상대습도는 60%였다. 실험을 수행한 날의 실내 상대습도를 매일 감시하였으며, 실내 상대습도는 최소 33.8%에서 최대 51.3%였다.
- 알루미늄 산화물 ③이 다음으로 높은 분진 날림을 보였다. 인듐산화물, 란탄산화물, 이산화티타늄 3종 및 알루미늄 산화물 ①은 총 입자수 농도가 100 particles/㎤ 이하로 나타났다.
- 3 ∼ 15 um 입자 수 농도를 OPC로 측정하였는데 OPC에서 가장 높은 농도를 보인 물질은 흄드 실리카이다(Table 3). 흄드 실리카 2종은 다른 나노물질들과는 달리 매우 높은 분진 날림이 나타났다. OPC로 측정한 결과가 약 10,000 particles/㎤ 로 나타나 장비의 검출 상한선에 도달하기도 하였다.
후속연구
- 본 연구 결과에서 나타난 바와 같이 각 나노물질은 특징적인 분진날림을 갖는다. 국내에서 사용 중인 나노물질을 더 많이 대상으로 분진날림을 측정한다면 나노물질의 분진날림 특징을 나노물질 작업장 환경관리에 이용할 수 있을 것이다.
- 분진날림이 가장 많은 물질이 입자 수농도 측정에서 장비의 상한 값을 넘지 않도록 해야 하며, 분진날림이 가장 작은 물질의 경우 중량 측정과 입자 수 측정에서 농도가 검지될 조건을 찾아야 한다. 본 연구 결과를 토대로 나노물질의 분진날림에 대한 후속 연구가 필요하다.
- 흄드 실리카와 비교하였을 때 대부분 금속산화물의 분진날림은 낮았다. 흄드 실리카를 대상에서 제외한다면 공기 중으로 더 많은 양이 방출될 수 있도록 실험 조건을 변경시킬 수 있을 것이다. 공기 중으로 더 많은 양이 방출된다면 물질 간의 분진날림 특성이 더 명확해 질 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.