[논문]용해도에 따라 노출기준이 다른 금속화합물의 정량방법 고찰

박승현; 노지원; 장미연

doi:10.15269/jksoeh.2020.30.2.87

용해도에 따라 노출기준이 다른 금속화합물의 정량방법 고찰
Review of the Determination Methods for Metal Compounds with Different Occupational Exposure Limits Depending on Solubility 원문보기

한국산업보건학회지 = Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene, v.30 no.2, 2020년, pp.87 - 98

박승현 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원) , 노지원 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원) , 장미연 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Objective: The purpose of this study was to propose a sequential procedure for the simultaneous analysis of soluble and insoluble metal compounds. Methods: Methods for sampling and analyzing metal compounds such as ISO standards, NIOSH methods, HSE methods, and OSHA methods were reviewed. Results: Some metals have different OELs depending on the solubility of the compound. Therefore, we should take into account these characteristics and perform an exposure assessment. Soluble metal compounds are first extracted from the filter, and then the filter is digested by acids to analyze residual insoluble components. The extraction of soluble compounds can be completed by agitation for about 60 minutes with a leach solution (water) in a water bath at 37℃. For the analysis of insoluble compounds, the sample filter and the filtration filter remaining after the extraction of the soluble compounds are analyzed. This allows simultaneous determination of soluble and insoluble metal compounds. For hexavalent chromium compounds, soluble hexavalent chromium can first be extracted from the filter by using sulfate buffer. The insoluble hexavalent chromium remaining in the filter can then be extracted using carbonate buffer. Conclusion: Workers are often exposed to many hazardous substances with different exposure limits at industrial sites. The OELs for compounds of the same metal can be set differently depending on solubility. This study can help evaluate a worker's exposure to metal compounds by suggesting methods for the simultaneous determination of soluble and insoluble metal compounds.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Metal compounds with different OELs according to solubility
표 Table 2. Sampling & analytical methods for the soluble metal compounds
표 Table 3. Sampling & analytical methods for Cr(Ⅵ) compounds
그림 Figure 1. Sequential determination of soluble and insoluble metal compounds.
그림 Figure 2. Sequential determination of soluble and insoluble Cr(Ⅵ) compounds.

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 물질들이 근로자에게 동시에 노출될 경우 물질의 용해도에 따라 가용성 화합물과 불용성 화합물로 분리하여 평가를 해야 한다. 본 연구에서는 NIOSH, OSHA, HSE, ISO 등이 권고하고 있는 금속화합물 측정분석방법 등에 대한 종합적인 고찰을 통해 같은 금속의 화합물이라도 노출기준이 다른 가용성 및 불용성 금속화합물을 정량할 수 있는 방법을 제시하였다. 이번 연구결과는 우리나라 산업보건기관 등이 금속화합물의 작업환경평가에 있어 용해도 특성에 따라 가용성과 불용성 화합물을 구분하여 평가할 수 있도록 도움을 줄 수 있을 것이다.
본 연구에서는 작업환경 측정분석에 있어 많이 활용되고 있는 NIOSH, HSE, 미국 산업안전보건청(Occupational Safety & Health Administration, OSHA)의 측정분석방법을 비롯하여 국제표준화기구(International Organization for Standardization, ISO) 국제규격 등에 대한 문헌 고찰을 통해 가용성 및 불용성 금속화합물을 정량하는 방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

6가크롬 화합물에 대해 각 기관별로 제시하고 있는 측정분석방법의 차이점을 살펴보고, 가용성 및 불용성 6가크롬 화합물을 분리하여 분석할 수 있는 방법에 대해 고찰하였다(ISO, 2005; HSE, 2005, 2020; OSHA, 2006, 2020; Ashley et al., 2009; IRSST, 2009; NIOSH, 2016a, 2020).
NIOSH, OSHA, HSE, ISO 등에서 권고하고 있는 가용성 및 불용성 금속화합물에 대한 측정분석 방법을 비교하여 고찰하였다(NIOSH, 1994a, 1994b; HSE, 1996a, 1996b; OSHA, 2002; ISO, 2004, 2012a, 2012b).
그리고 ACGIH가 TLV를 설정함에 있어서 가용성과 불용성에 대한 충분한 정의와 이해가 부족하였다는 점을 지적하였고 가용성 화합물의 추출용매, 온도 조건 등에 대해 적정한 절차가 있어야 한다는 점도 지적하였다.
그리고 가용성 6가크롬 화합물에 대한 추출을 위해 시료필터를 비이커에 옮겨 담은 다음 물이나 0.05 M(NH4)2SO4/0.05 M NH4OH 용액을 가하고 상온에서 흔들어주면서 1시간 동안 추출하는 방법을 사용한다.
그리고 비이커 내의 용액을 진공여과장치를 이용하여 여과한 다음 여과액을 희석하여 이온크로마토그래피를 이용하여 6가크롬 화합물을 분리해 내고 1,5-DPC와의 유도체를 형성하여 UV/Vis 검출기를 이용하여 정량한다.
그리고 이온크로마토그래피를 이용하여 6가크롬을 분리해 낸 다음 1,5-디페닐카바자이드(1,5-Diphenylcarbazide, 1,5-DPC)와 유도체를 형성한 다음 UV/Vis 검출기를 이용하여 정량한다.
다음으로 불용성 금속화합물을 분석하기 위해서는 가용성금속화합물을 추출하고 남은 시료필터와 여과과정에서 사용한 멤브레인 필터 모두를 산에 회화 후 희석하여 AAS 또는 ICP를 이용하여 분석한다.
먼저 NIOSH, HSE, OSHA와 같이 6가크롬 화합물의 용해도에 따른 노출기준에 차이가 없다면 2% NaOH/3% Na2CO3 용액으로 6가크롬 화합물을 추출하여 이온크로마토그래프를 이용하여 6가크롬 화합물을 분리한 다음 1,5-DPC를 이용하여 유도체를 형성하여 UV/Vis 검출기를 이용하여 총 6가크롬 화합물의 농도를 정량한다.
불용성 6가크롬 화합물에 대한 분석을 위해 2% NaOH/3% Na2CO3 용액을 가한 후 가열하면서 45∼60분간 추출한 다음 이온크로마토그래피를 이용하여 6가크롬을 분리해 내고 1,5-DPC와의 유도체를 형성하여 UV/Vis 검출기로 정량한다.
불용성 6가크롬 화합물을 분석하기 위해서는 시료필터를 비이커에 담고 0.2% NaOH/0.3% Na2CO3 용액을 가한 후 초음파 수조에서 60분간 추출한 다음 이온크로마토그래피를 이용하여 6가크롬을 분리해 내고 1,5-DPC와의 유도체를 형성하여 UV/Vis 검출기를 이용하여 정량한다.
수용성 6가크롬과 불용성 6가크롬의 노출기준이 동일한 NIOSH, OSHA, HSE의 경우는 수용성과 불용성을 구분하지 않고 총 6가크롬 화합물에 대한 측정분석방법을 제시하고 있다.
시료채취를 위해 PVC 멤브레인 필터가 사용되었고, 가용성 6가크롬 화합물에 대한 추출을 위해 시료필터를 필터카세트에 그대로 두거나 원심분리튜브에 옮겨 담은 다음 0.05 M (NH4)2SO4/0.05 M NH4OH 용액을 가하고 37℃에서 기계적인 방법으로 흔들어주면서 1시간 추출하는 방법을 사용하였다.
우리나라 작업환경측정대상 금속 및 그 화합물 가운데 가용성화합물, 불용성화합물 등과 같이 화합물의 용해도에 따라 노출기준이 달리 설정된 물질의 종류, 노출기준, ACGIH의 TLV에 대해 비교 검토하였다(ACGIH,2019a, 2019b; MoEL, 2020).
우리나라 작업환경측정대상 유해인자 가운데 용해도에 따라 노출기준이 다른 금속화합물의 노출기준 현황 및 ACGIH TLV 현황을 살펴보고, NIOSH, OSHA, HSE, ISO 등에서 권고하고 있는 가용성 및 불용성 금속화합물의 측정분석 방법을 고찰하였다.
그리고 추출된 용액에서 녹지 않은 성분은 여과 과정(filtration 기구나 syringe 필터를 이용)을 통해 제거하고, 용해된 금속화합물의 안정화를 위해 시료용액은 질산으로 산성화한다. 이렇게 추출한 가용성 금속화합물은 희석하여 AAS 또는 ICP를 이용하여 분석한다. 다음으로 불용성 금속화합물을 분석하기 위해서는 가용성금속화합물을 추출하고 남은 시료필터와 여과과정에서 사용한 멤브레인 필터 모두를 산에 회화 후 희석하여 AAS 또는 ICP를 이용하여 분석한다.
이후 불용성 6가크롬 화합물에 대한 추출을 위해 2% NaOH/3% Na2CO3 용액을 가한 후 40℃ 이하의 초음파 수조에서 30분간 추출하였다.

성능/효과

이상의 검토결과를 종합하여 용해도에 따라 노출기준이 다른 금속화합물의 종류별로 가용성, 불용성 화합물을 분리하여 정량할 수 있는 전처리 절차를 제시하였다.
종합적으로 살펴보면 PVC 필터 또는 동등 이상의 필터를 사용하여 측정을 하고 시료필터에서 가용성 6가크롬 화합물을 분리하기 위해 황산암모늄 완충용액인 0.05M (NH4)2SO4/0.05M NH4OH 용액을 이용하여 기계적인 방법으로 추출을 하여 분석을 한 다음, 불용성 6가크롬 화합물은 2% NaOH/3% Na2CO3 용액을 이용하여 초음파 수조에서 추출하거나 가열하면서 60분정도 추출하여 분석하면 될 것으로 여겨진다.

후속연구

앞에서 설명한 Table 2의 결과를 살펴보면 모든 측정분석방법에서 MCE 멤브레인필터를 사용하도록 권고하고 있다. 그리고 용해도에 따른 노출기준에 차이가 없다면 필터를 산에 회화 후 희석하여 AAS 또는 ICP를 이용하여 분석하면 될 것이다. 만약 용해도에 따라 노출기준이 달라서 가용성 화합물과 불용성 화합물을 구분하여 정량할 필요가 있는 경우는 먼저 가용성 화합물을 추출하여 정량한다.
본 연구에서는 NIOSH, OSHA, HSE, ISO 등이 권고하고 있는 금속화합물 측정분석방법 등에 대한 종합적인 고찰을 통해 같은 금속의 화합물이라도 노출기준이 다른 가용성 및 불용성 금속화합물을 정량할 수 있는 방법을 제시하였다. 이번 연구결과는 우리나라 산업보건기관 등이 금속화합물의 작업환경평가에 있어 용해도 특성에 따라 가용성과 불용성 화합물을 구분하여 평가할 수 있도록 도움을 줄 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가용성이란 무엇인가?	니켈, 크롬 등 일부 금속은 가용성화합물(또는 수용성 화합물)과 불용성화합물로 구분하여 노출기준이 설정되어 있다. 여기서 가용성(soluble)이란 수용성(water soluble)과는 구별될 수 있는 것으로 금속 화합물이 체액(body fluids)이나 표적장기(target organ)에서 물을 비롯하여 산이나 알칼리 등에 용해되어 건강영향을 나타낼 수 있는지를 고려한 의미라 할 수 있다(Fairfax & Blotzer, 1994; NOSH, 2016b). 우리나라의 니켈화합물에 대한 노출기준은 가용성화합물(soluble compounds)이 0.
	노출기준이 설정된 물질은 무엇인가?	우리나라 작업환경측정대상 금속 가운데 화합물의 용해도 특성을 고려하여 노출기준이 설정된 물질은 니켈, 바륨, 백금, 알루미늄, 은, 크롬, 텅스텐 등이다. 니켈의 경우 금속원소, 가용성화합물, 불용성무기화합물 등으로 구분하여 노출기준이 설정되어 있다.
	작업환경측정대상 금속의 노출기준이 용해도에 따라 다른 이유는 무엇인가?	크롬의 경우는 크롬 금속을 비롯하여 크롬2가, 크롬3가, 크롬6가 화합물에 대한 노출기준이 설정되어 있는데 크롬6가 화합물의 경우는 수용성과 불용성이 구분되어 있다. 노출기준이 용해도에 따라 다르게 설정되어 있는 것은 같은 금속의 화합물일지라도 인체에 미치는 영향에 차이가 있기 때문이다. 따라서 이들 금속화합물에 대해서는 용해도를 고려하여 작업환경평가가 이루어져야 한다(Park et al.

참고문헌 (25)

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Ashley K, Applegate GT, Marcy AD, et al. Evaluation of sequential extraction procedures for soluble and insoluble hexavalent chromium compounds in workplace air samples. J Environ Monit 2009;11(2):318-325, DOI: 10.1039/b812236a

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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