1992 한국분석과학회 제8회 총회(춘계) 및 학술발표회 특강

편집부(편집자) 한국분석과학회 1992 분석과학 Vol.5 No.2

XRD-XRF 연계 분석을 이용한 미세먼지 내 중금속이 포함된 상분석 및 발생원 규명

김성철,이병현,박영선,원성옥 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

도시의 미세먼지는 주로 황산염, 질산염과 탄화물, 광물로 구성되어 있고 미량의 무기성분을 포함한다. 그중 중금속은 가장 적은 비중을 차지하지만, 미량으로도 인체에 미치는 영향이 크기 때문에 그 조성과 함량, 발생 원인을 밝히는 것이 매우 중요하다. 특히 도시 미세먼지에서 미량의 중금속 성분은 다양한 인공 배출원을 추적할 수 있는 근거가 되므로 원소 함량과 더불어 정확한 상(phase)분석이 선행되어야 한다. 본 연구는 미세먼지 내 중금속이 포함된 상분석을 통해 발생원을 조사하기 위하여 KIST 체육관 옥상에 원심력 집진기(cyclone)를 설치하고, 24시간 단위로 미세먼지를 포집하였다. 또한 자동차 배기가스, 브레이크 분진 등 도시 미세먼지 배출원 7종에 대한 미세먼지도 수집하였다. 대기 중 포집 미세먼지는 미량이고 상당 부분 비정질을 포함하고 있어 X-선 회절(XRD)을 이용한 상분석이 매우 어렵다. 따라서 X-선 형광분석(XRF)을 연계 활용하여 Na~U 영역의 원소 함량을 분석하고 이를 바탕으로 XRD상분석을 시행하였다. 미세먼지 농도가 높지 않은 시기의 시료에서는 Si, K, Fe, Ca, Na, Al 등을 포함하는 광물이 대부분을 차지하고 있으며 비정질 함량이 높았다. 미세먼지 농도가 높았던 시기의 시료에서 XRD 데이터를 이용해 성공적으로 상분석을 할 수 있었고, XRF 결과를 종합하여 발생 원인을 추정하였다.

분석기기를 활용한 광물 판별 방법 간의 차이 및 상호 보완

최은철,구민호,성미나,노을,손형석 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

광물감정은 분석과 달리 정확한 수치로 광물이 판단되는 것이 아니라 광물에서 나타나는 다양한 특징을 고려하여 특정 광물로 감정한다. 광물을 판단할 때 주로 사용되는 분석장비는 편광현미경(투과 및 반사), X-선 회절분석기, 적외선 분광기(IR)가 있다. 본 연구는 광물 구분시 각각의 분석기기에 따른 장단점을 파악한 후 효과적인 상호 보완 방식을 제시하고자 하는 것을 목적으로 한다. 편광현미경의 경우 편광된 빛을 조사하여 광물을 투과하거나 반사시켜 굴절 또는 반사된 빛을 확인하여 색, 벽개, 소광각, 형태, 간섭상 등 다양한 특징을 확인할 수 있는 장점이 있는 반면, 암석의 특정 부분을 확인하는 방식으로 불균질한 암석 내에서 광물을 확인해야 한다는 점과 입자가 10 ㎛ 이하의 경우나 분상인 경우 제한적으로 확인 가능하다는 단점이 있다. X-선 회절분석기(X-ray diffractometer)의 경우 현미경과 달리 특정한 각도로 X-선을 조사하면 광물 내 격자간격에 따라 보강간섭이 일어나는 특징으로 광물을 식별하는 방식으로 분말 시료의 경우 균질성을 확보하기는 좋으며, 미립의 입자를 식별할 수 있는 장점이 있으나 백운모, 흑운모와 같이 유사한 격자구조를 가진 광물간 구분이 어려우며 주요하게 보강간섭이 일어나는 격자간격이 7Å, 10Å, 14Å 의 경우에는 해당되는 광물이 많아서 식별하기 힘들다는 단점을 가진다. 적외선분광기(Infrared spectroscopy)의 경우 IR을 시료로 조사하면 분자운동이 일어나며 분자운동이 일어나는 주파수 영역에 반응한 결과를 가지고 추정된 분자구조를 바탕으로 광물을 식별하는 방식으로 작용기가 있는 경우 함유 광물이나 탄산염 광물의 경우 구분이 유효하나 함수 규산염 광물인 점토나 운모류, 각섬석류를 제외한 무수 규산염 광물의 경우 식별을 할 수 없다는 단점이 있다. 또한 적외선 분광법 및 X-선회절 분석법은 빛을 조사하는 영역을 줄이고는 있으나 특정 광물이 아니 일정 영역에 대한 분석으로 둘 이상의 결과가 서로 영향을 준다는 단점이 있다. 광물을 판별하는 시료에서 각각의 광물의 입자경계가 육안으로 식별이 가능한 경우 현미경을 통한 분석이 우선 선택되어야 하며, 입자가 보이지 않는 경우 X-선 회절 분석이 우선적으로 시행되어야 하며 X-선 회절 결과 7Å, 10Å, 14Å에서 검출세기가 높게 나온 경우 편광현미경이나 적외선 분광기가 병행되어야 한다. 따라서 특정하고자 하는 대상 시료에 따라서 적합한 분석기기를 선택하는 것이 우선되어 야 하며, 경우에 따라 둘 이상의 분석기기를 이용하여 상호 결과를 보완해야 신뢰도 높은 광물 식별이 가능하다.

GC-MS와 GC-VUV를 이용한 먹는물 중 휘발성유기화합물분석법 비교연구

강혜림,고혁준,김은정,강경구 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

본 연구에서는 가스크로마토그래프를 활용한 먹는물 중 휘발성유기화합물 분석에 있어 검출기 종류에 따른 차이를 비교하고자 하였다. 먹는물수질공정시험기준 「ES 05601. 3c 휘발성유기화합물-헤드스페이스-가스크로마토그래피」를 준용하여 가스크로마토그래피-질량분석기(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS) 및 가스크로마토그래피-진공자외선분광기(gas chromatography-vacuum ultraviolet spectroscopy, GC-VUV)를 이용한 정도관리를 수행하였으며, 물 속의 휘발성유기화합물을 헤드스페이스법으로 전처리하여 분석에 적용하였다. 대표적 휘발성유기화합물로써 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 에틸벤젠(ethylbenzene), 메타/파라/오쏘-자일렌(meta/para/ortho-xylene)을 대상으로 표준시료를 사용하였으며, 플루오로벤젠(fluorobenzene) 10 μg/L을 내부표준물질로 하여 내부표준법으로 정량분석을 수행하였다. 정도관리를 위하여 방법검출한계(method detection limit, MDL), 정량한계(detection limit, DL), 검량선의 결정계수(coefficient of determination, r²), 정밀도(precision), 정확도(accuracy)를 평가하였다. 검량선은 5 ~ 200 μg/L 범위에서 선형 작성하였고, 결정계수는 GC-MS 0.999 ~ 1.000, GC-VUV 0.995 ~ 1.000로 나타났다. 방법검출한계는 GC-MS의 경우 0.379 ~ 0.447 μg/L(메타/파라-자일렌은 합산 0.977 μg/L)로, GC-VUV의 경우 1.661 ~ 4.318 μg/L로 확인되었으며, 정량한계는 GC-MS의 경우 1.206 ~ 1.425 μg/L(메타/파라-자일렌은 합산 3.111 μg/L)로, GC-VUV는 5.290 ~ 13.753 μg/L로 나타났다. 각 성분 30 μg/L에 대하여 GC-MS 이용 정량분석 시, 정확도 100.0 ~ 103.3 %와 정밀도 0.0 ~3.3 %로 나타났으며, GC-VUV 이용 시 정확도 93.3 ~ 100.0 %, 정밀도 3.3 ~ 17.9 %로 확인되었다. 위 결과를 통해 GC-VUV 보다 GC-MS 이용 시 상대적으로 낮은 농도까지 양호한 정량 분석이 가능함을 확인하였다. 다만, 메타/파라-자일렌과 같이 질량 스펙트럼에 차이가 없는 이성질체는 GC-MS로 구별이 어려웠으며 GC-VUV로는 식별이 가능하였다. 질량분석기는 이온화된 질량 스펙트럼을 측정함으로써 데이터를 수집하므로 이성질체 구별에 어려움이 있으나, 진공자외선분광기는 파장대별 흡광 스펙트럼을 측정하므로 흡광 패턴 비교를 통해 이성질체 식별이 가능하다. 또한, 이러한 측정원리 차이는 진공자외선분광기 이용 시 수분에 의해 생길 수 있는 스펙트럼 방해를 방지하는 것으로 알려져 있다. 위의 결과를 종합할 때, 정량 감도와 정성 탐색의 일부 차이는 있으나 두 검출기 모두 물 속 휘발성유기화합물 분석에 이용 가능함을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 먹는물 중 휘발성유기화합물 분석에 관한 GC-VUV 이용 분석법과 공정시험기준에 따른 GC-MS 이용 분석법의 상호보완적 활용이 기대된다.

GC-FID/Methanizer를 이용한 고순도 질소의 순도분석법 개발

유제이,문동민,이진복,김운중,홍기룡 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

산업의 고도화에 따라 반도체와 디스플레이에 사용되는 고순도 가스 및 미량의 가스상 불순물 분석을 위한 표준물질 및 관련 분석 기술의 필요성이 증가하고 있다. 국내 · 외 가스분석 관련 산업체에서 표준가스, 고순도 가스 및 특수가스 등의 생산을 위해 가스분석을 수행하고 있으나 품질관리에 애로사항이 많아 관리가 미흡한 실정이다. 본 실험실에서는 고순도 질소의 불순물로 존재할 수 있는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂), 및 메탄(CH₄)을 3 μmol/mol 농도로 중량법을 이용하여 제조한 바가 있다. 본 연구에서는 제조된 일차표준가스를 활용하여 고순도 질소의 순도분석법을 개발하였다. 기체크로마토그래프(Gas Chromatograph, GC)에 메타나이저(Methanizer)가 부착된 불꽃 이온화 검출기(Flame Ionization Detector)를 사용하였다. GC를 통해 물질을 분석할 때에는 운반가스와 시료가스가 필요하다. 일반적인 GC 분석에서 시료가스는 표준가스와 분석하고자 하는 가스가 번갈아 가며 사용되지만 개발된 순도분석법에서는 시료가스로서 일차표준가스를 고정적으로 사용하고 운반가스를 교체해가며 분석이 진행된다. 운반가스에 초고순도 질소를 사용한 분석값과 고순도 질소를 사용한 분석값을 비교하여 고순도 질소 내에 불순물의 농도를 측정할 수 있다. 본 실험에서는 액체질소와 제조사가 각기 다른 3곳의 99.999% 질소를 사용하여 분석을 진행하였다. 초고순도 질소와 순도분석이 필요한 질소를 각각 운반가스로 활용하였을 때 나오는 일차표준가스의 CO, CO₂, CH₄의 피크 면적을 비교하여 그 차이만큼을 불순물로 정량할 수 있다. 그 결과, 얻어진 불순물의 농도 값을 기존의 순도분석 방법과 비교하였을 때 불확도 내에서 서로 일치하는 것을 확인하였다.

이동 가능한 소형 근적외선 분광 분석기를 사용한 종이 기록물 내 산성도 및 함수율 분석에 대한 연구

이창영,이성욱,조원보,김효진,김찬봉 한국분석과학회 2012 분석과학 Vol.25 No.6

종이 기록물의 품질 평가에 있어서, 종이 내에 산성도와 함수율이 중요하다. 특히 중요한 종이기록물에 있어서는 현장에 가서 직접 측정해야 하는데, 현재의 종이 기록물의 품질 평가하는 ISO 표준분석 방법의 경우에는 파괴적인 방법이면서 현장에서 직접 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 현장에서 직접 측정하면서 비파괴적인 방법으로 분석하기 위해서, 이동 가능한 소형 비파괴 분석기인 근적외선 분광 분석기를 사용하였다. 소형 분광기의 파장 대역은 900부터 1700 nm 파장 대역을 사용하였으며, 확산 반사형 광화이버를 사용하여 종이의 표면에 측정하였다. 그리고 1970 년대부터 2003년까지의 종이 기록물을 사용하여 산성도와 함수율을 측정하였다. 측정 결과는 산성도와 함수율이 각각 0.9이상으로 두 인자에 대한 높은 상관관계를 확인 하였다. 이로써 소형 근적외선 분광 분석기와 광화이버를 사용하여 이동하면서 종이 기록물의 평가 시스템 개발이 가능한 것으로 확인 되었다.

습식 기기분석을 위한 동합금 상용표준물질 개발

김동인,이용현,김현정 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

동(Copper, 銅)은 기원전 8세기경부터 인류에 의해 사용되었고 기원전 3세기경부터 동과 주석의 합금인 청동을 사용하면서 청동기 시대가 시작되었다. 이후 비로소 인류문명생활의 시작이라고 하는 철기시대를 거치며 현재에 이르기까지 철은 인류의 수많은 분야에 적용되어왔다. 그럼에도 불구하고 동의 쓰임새는 실로 다양하여 고강도를 가지면서 연신율이 좋고 도전성이 높아야 하는 반도체 부품 등에 활용되는 등 철이 대체 할 수 없는 불가의 영역이 존재한다. 대부분 이러한 동을 이용한 제품들은 초기 설계 공정부터 합금원소의 함유량을 설정하여 필요와 용도에 맞는 제품설계를 위한 기본이 된다. 이후 생산과정에서 혹은 사용과정에서의 문제가 발생되었을 때 원인으로 많이 의심되는 재질 선정 문제 등은 육안으로는 알 수 없으므로 성분분석을 통해 성분원소의 함유량이 설계값에 비교하여 함량 차이는 없는지, 문제가 있다면 해당 원소의 어느 정도가 문제이고 분석결과 값을 신뢰해도 되는지 등을 직접 확인하여야 한다. 이때 중요한 것은 정확한 분석이며 해당 분석결과가 합리적인 결과인지 확인하기 위해서 표준물질을 이용한 비교시험을 통해 많이 확인된다. 따라서 성분분석의 필수품이라 할 수 있는 표준물질의 그 개발 과정에 대해서, 이번 연구에서는 습식 기기분석 용도의 Chip 타입의 동합금 표준물질 4종을 개발하고 이후 검증 및 측정불확도의 추정과정을 소개하고자 한다. 분석 원소 중 Cu는 전해무게분석법을 이용하였고 나머지 원소(Sn, Zn, Pb, Ni, Fe, P)는 유도결합플라스마 발광분광분석법(ICP-OES)을 통한 분석을 진행하였다. 제조된 후보표준물질의 균질성을 확인하기 위해 균등간격으로 10병 이상을 선택하여 측정하였고 분산분석(ANOVA)를 통해 검증하여 특성값을 설정하였다. 그리고 보관의 온도조건, 보관기간을 달리하여 회귀분석을 통해 안정성을 확인하였다. 측정불확도는 배치의 특성화 표준불확도, 병간 표준불확도, 안정성에 대한 표준불확도를 각각 산출하고 합성하여 표준물질 인증값에 대한 최종 확장불확도를 산출하였다.

도심 미세먼지 중 미세플라스틱의 정성 및 정량 분석

김도운,김주양,정재학,임용현 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

최근 전세계적으로 급증하는 미세플라스틱 연구결과 중에, 북극·에베레스트산 등 플라스틱 사용과 무관한 지역에서도 미세플라스틱이 발견되었는데 이는 미세플라스틱 밀도가 낮고 가벼워 공기를 통해서도 쉽게 이동되는 것을 알 수 있다. 이에 특히 대도시 내에 생활하는 시민들은 호흡하는 공기 중에 미세먼지와 함께 미세플라스틱이 어느 정도 존재하는가에 대한 관심이 매우 크다. 최근 국내 공기 중 미세플라스틱에 대한 연구는 2020년 서울시보건환경연구원 등에서 실내외 공기 및 강우 시료에 대해서 20 μm 이상 크기에 대해서 검출결과를 발표하기도 하였다. 본 연구에서는 한국표준과학연구원 미세먼지 CRM 개발 시료(수도권 도심 속에서 샘플링한 평균 10μm 크기의 미세먼지 시료)를 이용하여 공기 중 미세플라스틱 시험법 개발을 위해서, 분광법(μ-FT-IR, Raman) 및 열분해질량분석법(TED-GC-MS)을 활용한 미세플라스틱 정성/정량분석법을 개발하였다. 도심에서 샘플링된 미세먼지 시료의 특성상, 탄소성 에어로졸로 알려진 탄소성분(유기탄소 또는 원소탄소)등 다양한 유/무기 물질들이 혼합되어 있음에 따라, 미세플라스틱을 덮고 있는 유/무기막 제거를 위한 별도의 물리 및 화학적인 시료전처리 과정이 필요함을 확인하였으며, 시료 전처리 방법에 따라서 분광법 간에서도 결과 차이를 존재함을 확인하였다. 본 시험방법에서 측정 입자 크기를 결정할 여과 필터는 17 μm 입경의 Si 재질 filter를 사용하였으며, 여과된 시료에 대해서는 대표적인 미세플라스틱 시험방법으로 사용되는 μ-FT-IR, Raman과 TED-GC-MS를 사용하여 시험결과를 비교하였다. 본 분석에 적합한 시료량은 분광법으로는 0.1 g, TED-GC-MS 방법의 경우에는 0.5 g 이상이 1회 분석에 적정한 시료량으로 확인되었다. 이후 추가적인 시료간 균질성/안정성 평가를 통해서 최종적으로는 시판될 KRISS Urban PM CRM 중에 함유된 미세플라스틱의 정성/정량분석 결과를 제공하고자 한다. 한국분석과학연구소는 이외에도 도심 대기 중 강우시료에 대해서는 서울시 도심내 건물 옥상에 마련된 강수 샘플링설비를 통해서 강우 시 이벤트 별로 샘플링하여 미세플라스틱에 대해서 분광법(μ-FT-IR, Raman) 및 TED-GC-MS로 분석진행 중으로, 진행 결과/방향에 대해서 공유하고자 하며, 다양한 환경매질에서 미세플라스틱 정성/정량분석방법을 개발 및 모니터링을 진행할 예정이다. 현재 미세플라스틱 관련 수질분야의 연구논문 대비 시민들이 생활하는 실내 및 실외 대기환경분야 미세플라스틱 연구결과는 아직 부족하므로, 시험방법 개발 및 실태파악을 위한 관련 연구자들의 지속적인 관심과 연구가 필요한 상황이다.

ESI-MS/MS를 이용한 아실카르니틴과 아미노산의 정량분석

김호현,한상범,윤혜란,Kim, Hohyun,Han, Sang-Beom,Yoon, Hye-Ran 한국분석과학회 2001 분석과학 Vol.14 No.5

본 연구에서는 ESI-MS/MS를 이용해 혈액내에서 아실카르니틴과 아미노산을 신속하게 정량분석하는 방법을 개발하였다. 아실카르니틴과 아미노산은 3N butanolic hydrogen chloride를 사용하여 유도체화 과정을 거친 뒤 이중질량분석기로 분석하였다. 아실카르니틴은 precursor 85 ion scan을 사용하여 분석하였고, 아미노산들중 알라닌, 발린, 루신/이소루신, 메티오닌, 페닐알라닌, 타이로신, 아스파르트산, 글루탐산 등은 neutral loss 102 scan, 오르니틴과 시트롤린은 neutral loss 119 scan, 글리신은 neutral loss 56 scan, 아르기닌은 neutral loss 161 scan 그리고 아르기니노석시닉산은 product ion 459 scan을 사용하여 분석하였다. 이 방법은 일반적인 액체 크로마토그래피나 아미노산 분석기에 비해서 시료의 전처리가 비교적 간단하며, 높은 감도와 좋은 재현성을 보여주었다. In this study, a new quantitative analytical method has been developed for the rapid determination of acylcarnitines and amino acids in human blood using electrospray ionization / tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS). Acylarmitines and amino acids were analyzed by tandem mass spectrometry after conversion to their butylesters through treatment with 3N butanolic hydrogen chloride. Acylcrnitines were analyzed using precursor 85 ion scan and alanine, valine, leucine/isoleucine, methionine, phenylalanine, tyrosine, aspartic acid and glutamic acid were analyzed using neutral loss 102 scan, ornitine and citrulline were analyzed neutral loss 119 scan, glycine was analyzed using neutral loss 56 scan, arginine was analyzed using neutral loss 161 scan and argininosuccinic acid was analyzed product ion 459 scan. This method reduced sample preparation time compared to that with conventional amino acid analyzer and liquid chromatography, with high sensitivity and good reproducibility.

수질 중 냄새물질, Geosmin, 2-MIB, 분석을 위한 인증표준물질 개발

이종찬,유지수,서영민,최종천,강진희,김윤석 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

최근 하천, 호소 등의 조류에서 생성되는 성분(냄새물질, 독소, 유기물 등)은 상수원 수질 관리 문제로 근래에 관심이 폭증하고 있으며 분석, 제어, 기초연구 등에서 표준물질 수요가 증가하고 있다. 특히 냄새물질인 Geosmin과 2-MIB(2-methylisoborneol)의 두 물질은전 세계에서 일본과 미국 등 일부 국가에서만 생산되고 있다. 대상으로 하고있는 두 물질은 국내에서 수질 분석항목으로 감시항목으로 관리되고 있으며 기후변화에 따른 조류의 발생으로 분석수요가 급증하고 있으나, 아직 국내개발은 안 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 하천에서 발생하는 녹조(남조류)에서 냄새물질을 직접 추출하는 방법 (GC/MS-PFC, 분취용 가스크로마토 그래프 질량분석기)을 사용하여 검토하였으나 대용량 생산이 어려워서 표준물질용으로 대량 생산을 위해서 합성을 시도하여 약 80 mg (혼합물)의 냄새물질 양을 생산하였다. 생산된 냄새물질은 두 물질 혼합의 형태로 100 ng/mL수준으로 2 L를 조제하여 2 mL 갈색 앰플에 약 300개 정도 분취하여 보관하였다. 인증표준물질개발을 위하여 생산한 냄새물질에 대해서 우선 혼합물의 순도를 계산한 결과, 98.8%를 보여 구매한 CRM(97.0%)과 비교하여도 차이가 없었다. 또한 제조한 표준물질용 앰플들의 병내 병간균질성과 안정성을 ISO 13528에 준하여 평가하였다. 분산분석결과 두 물질 모두 F비가 F기각치보다 작아서 균질하다고 판단되었다. 장기안정성은 시료 조제 후 약 4개월간 매월 1회 분석을 실시하여 회귀분석을 통하여 평가하였다. Geosmin과 2-MIB의 확장불확도는 각각 5.6 ng/mL (약 95% 신뢰수준, k=2)와 9.2 ng/mL (약 95% 신뢰수준, k=2)로 평가되었다. 본 연구에서 개발한 표준물질은 특성값이 Geosmin과 2-MIB가 각각 99.6과 117.1 ng/mL로 평가되었다. 생산된 인증표준물질은 RRT시험을 통하여 상용화에 적합성을 평가한 후, 국내 수질분석기관에 보급할 예정으로 향후 시판 및 활용도가 국내외에서 기대된다.