토양 벤조a피렌 분석법 - 기체크로마토그래피 질량분석법(GC/MS)

토양오염공정시험기준(ES 07551.1b)

토양 벤조a피렌 분석법 - 기체크로마토그래피 질량분석법(GC/MS)

1.0 개요

1.1 목적

이 시험기준은 토양 중 벤조(a)피렌을 분석하는 방법으로, 속슬레 추출이나 초음파 추출방법으로 추출하여 실리카겔 또는 알루미나 컬럼을 통과시켜 정제한 다음, 농축하여 기체크로마토그래프-질량분석계로 측정하는 방법이다.

 

1.2 적용범위

1.2.1 이 시험기준은 토양시료 중 벤조(a)피렌을 기체크로마토그래프-질량분석계 (GC-MS, gas chromatography-mass spectrometer)로 분석하는 방법에 적용한다.

 

1.2.2 이 시험기준에 의한 토양 중 벤조(a)피렌의 정량한계는 0.005 mg/kg 이다.

 

1.3 간섭물질

1.3.1 해당 매질 또는 추출 용매 안에 함유하고 있는 불순물이 분석을 방해할 수 있다. 이 경우 방법바탕시료나 시약바탕시료를 분석하여 확인할 수 있다. 방해물질이 존재하면 용매를 증류하거나 정제용 컬럼을 이용하여 제거한다. 고순도의 시약이나 용매를 사용하면 방해물질을 최소화할 수 있다.

 

1.3.2 초자류는 사용 전에 아세톤, 분석 용매 순으로 각각 3 회 세정한 후 건조시킨 것을 사용하여 오염을 최소화할 수 있다.

 

1.3.3 높은 농도의 시료와 낮은 농도의 시료를 연속하여 측정할 때에는 오염의 가능성이 있으므로 용매를 사용하여 점검하는 것이 좋다.

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4.0 시약 및 표준용액

 

4.1 시약

4.1.1 노말헥산

노말헥산(n-hexane, C6H14, 86.17) 300 mL를 취하여 농축하여 약 3 mL로 한다. 이 액 10 µL를 미량주사기를 사용하여 가스크로마토그래프에 주입하였을 때 벤조(a)피렌 봉우리 위치에 봉우리가 나타나지 않는 것을 사용한다.

 

4.1.2 무수황산나트륨

무수황산나트륨(sodium sulfate, Na2SO4, 142.04) 100 g에 크로마토그래프용 노말헥산 50 mL를 흔들어 섞고 여과한다. 잔사에 크로마토그래프용 노말헥산 25 mL를 섞고 여과하여 풍건한다. 이 액 10 µL를 미량주사기를 사용하여 가스크로마토그래프에 주입하였을 때 벤조(a)피렌 봉우리 위치에 봉우리가 나타나지 않는 것을 사용한다. 또는 사용하기 전에 400 ℃에서 4 시간 이상 구워서 사용할 수 있다.

 

4.1.3 아세톤

아세톤(acetone, CH3OCH3, 58.08) 300 mL를 취하여 농축해서 약 3 mL로 한다. 이 액 10 µL를 미량주사기를 사용하여 가스크로마토그래프에 주입하였을 때 표준물질의 봉우리 부근에 불순물 봉우리가 없는 것을 사용한다.

 

4.1.4 아세톤/노말헥산(1:1)

아세톤(acetone, CH3OCH3, 58.08) 500 mL와 헥산(hexane, C6H14, 86.17) 500 mL를 섞어 사용한다.

 

4.1.5 디클로로메탄

디클로로메탄(methylene chloride, CH2Cl2, 84.93) 100 mL를 약 1～5 mL로 농축한 것을 5 µL 취하여 기체크로마토그래피에 주입할 때 표준물질의 봉우리 부근에 불순물 봉우리가 없는 것을 사용한다.

 

4.1.6 디클로로메탄/노말헥산(1:9)

디클로로메탄(methylene chloride, CH2Cl2, 84.93) 100 mL와 노말헥산(n-hexane, C6H14, 86.17) 900 mL를 섞어 사용한다.

 

4.1.7 디클로로메탄/노말헥산(1:1)

디클로로메탄(methylene chloride, CH2Cl2, 84.93) 500 mL와 노말헥산(n-hexane, C6H14, 86.17) 500 mL를 섞어 사용한다.

 

4.2 표준용액

4.2.1 벤조(a)피렌 표준원액(1,000 mg/L)

벤조(a)피렌 표준물질 20 mg을 정확히 취하여 20 mL의 부피플라스크에 넣고 디클로로메탄 등 적절한 용매에 녹여 정확히 20 mL로 하여 표준원액으로 한다. 상업적으로 제조하여 판매하는 것을 사용해도 된다.

 

4.2.2 벤조(a)피렌 표준용액(100 mg/L)

벤조(a)피렌 표준원액(1,000 mg/L) 2.0 mL을 20 mL의 부피플라스크에 정확히 취하여, 노말헥산을 넣어 20 mL로 한다. 이 표준용액 1 mL에는 벤조(a)피렌 100 µg을 함유한다.

 

4.2.3 벤조(a)피렌 표준용액(25 mg/L)

벤조(a)피렌 표준용액(100 mg/L) 5.0 mL을 20 mL의 부피플라스크에 정확히 취하여, 노말헥산을 넣어 20 mL로 한다. 이 표준용액 1 mL에는 벤조(a)피렌 표준물질 25 µg을 함유한다.

 

4.2.4 벤조(a)피렌 표준용액(5mg/L)

벤조(a)피렌 표준용액(25 mg/L) 5.0 mL을 25 mL의 부피플라스크에 정확히 취하여, 노말헥산을 넣어 25 mL로 한다. 이 표준용액 1 mL에는 벤조(a)피렌 표준물질 5 µg을 함유한다.

  

4.3 대체표준용액

4.3.1 대체표준원액(1,000 mg/L)

대체표준물질(surrogate) 크리센-d12(chrysene-d12) 20 mg을 정확히 취하여 20 mL 부피플라스크에 넣고 노말헥산에 녹여 정확히 20 mL로 한다. 상업적으로 제조하여 판매하는 것을 사용해도 된다.

 

4.3.2 대체표준용액(100 mg/L)

크리센-d12(chrysene-d12)(1,000 mg/L) 2.0 mL을 20 mL 부피플라스크에 정확히 취하고 노말헥산을 넣어 20 mL로 한다. 이 표준용액 1 mL에는 크리센-d12 (chrysene-d12) 100 µg을 함유한다.

4.3.3 대체표준용액(25 mg/L)

크리센-d12(chrysene-d12)(100 mg/L) 5.0 mL를 20 mL의 부피플라스크에 정확히 취하고 노말헥산을 넣어 20 mL로 한다. 이 표준용액 1 mL에는 크리센-d12 (chrysene-d12) 25 µg을 함유한다.

 

4.4 내부표준용액

4.4.1 내부표준원액(1,000 mg/L)

내부표준물질(internal standard) 피렌-d10(pyrene-d10) 20 mg을 정확히 취하여 20 mL의 부피플라스크에 넣고 노말헥산에 녹여 정확히 20 mL로 한다. 상업적으로 제조하여 판매하는 것을 사용해도 된다.

 

4.4.2 내부표준용액(100 mg/L)

피렌-d10(pyrene-d10)(1,000 mg/L) 2.0 mL를 20 mL의 부피플라스크에 정확히 취하고 노말헥산을 넣어 20 mL로 한다. 이 표준용액 1 mL에는 피렌-d10(pyrene-d10) 100 µg을 함유한다.

 

4.4.3 내부표준용액(25 mg/L)

피렌-d10(pyrene-d10)(100 mg/L) 5.0 mL를 20 mL의 부피플라스크에 정확히 취하고 노말헥산을 넣어 20 mL로 한다. 이 표준원액 1 mL에는 피렌-d10(pyrene-d10) 25 µg을 함유한다.

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7.0 분석 절차

 

7.1 전처리

 

7.1.1 추출

7.1.1.1 속슬레 추출법

7.1.1.1.1 시료 약 10 g ∼ 30 g을 비커에 넣고 분말형태로 유지되도록 무수황산나트륨을 적당량 넣어 잘 흔들어 섞은 다음, 원통형 추출용기에 넣는다. 이때 함수율이 높은 시료는 물이 흐르지 않도록 무수황산나트륨을 충분량 첨가하여 분말형태가 유지되도록 한다.

 

7.1.1.1.2 1 개 ～ 2 개의 비등석을 넣은 500 mL 둥근바닥플라스크에 아세톤/노말헥산(1:1) 300 mL를 넣고, 이 둥근바닥플라스크를 추출장치에 부착시켜 시간당 4～6 싸이클을 유지하면서 16 시간 동안 추출한 후 방치하여 냉각한다.

 

7.1.1.1.3 추출물은 회전증발농축기를 이용하여 5 mL 정도로 농축한 다음, 수집기에 옮긴 후 질소가스를 불어넣어 최종 액량을 1 mL가 되도록 농축한다.

 

7.1.1.2 초음파 추출법

7.1.1.2.1 시료 10 g ～ 30 g을 비커에 넣고 시료가 분말형태로 유지되도록 무수황산나트륨을 적당량 넣어 잘 흔들어 섞고 아세톤/노말헥산(1:1) 100 mL를 넣는다. 이때 함수율이 높은 시료는 물이 흐르지 않도록 무수황산나트륨을 충분량 첨가하여 분말형태가 유지되도록 한다.

7.1.1.2.2 초음파추출기의 원추형 팁을 용매 상부층으로부터 1.3 cm 내리되 토양층에는 닿지 않도록 한다. 이때 초음파추출기의 출력을 최대로 하고, 듀티사이클 (duty cycle)은 50%에 맞추고 펄스모드는 1 초에 고정한 다음 3 분간 초음파로 추출한다.

 

7.1.1.2.3 이와 같은 추출조작을 3 회 이상 반복하여 얻어진 추출물을 여지(5B)를 깐 부흐너 깔때기로 진공여과하거나 원심분리한 다음, 소량의 노말헥산으로 씻어낸다.

 

7.1.1.2.4 추출여액과 세척여액을 합하여 크로마토그래프용 무수황산나트륨 10 g을 충전시킨 분리관을 통과시켜 탈수시킨다.

 

7.1.1.2.5 추출물은 회전증발농축기를 이용하여 5 mL 정도로 농축한 다음, 수집기에 옮긴 후 질소가스를 불어넣어 최종 액량을 1 mL가 되도록 농축한다.

 

7.1.2 정제

7.1.2.1 4 % 함수실리카겔 정제

7.1.2.1.1 용매로 세정한 안지름 15 mm, 길이 300 mm의 정제용 컬럼에 무수황산나트륨 약 1 g, 4 % 함수실리카겔 4 g, 무수황산나트륨 1 g을 순차적으로 충진한다.

 

7.1.2.1.2 농축된 시료를 컬럼 기벽에 묻지 않고, 상단의 무수황산나트륨이 흩어지지 않도록 조심스럽게 주입 한 후, 디클로로메탄/노말헥산(1:1) 용액 25 mL로 매초 1 방울 속도로 유출시킨다.

 

7.1.2.1.3 유출액을 농축기로 약 5 mL로 농축한 다음 질소가스를 불어넣어 약 500 μL로 농축한 후 최종액으로 사용한다. 단, 유류를 많이 함유한 토양의 경우 실리카겔 정제를 하지 않고 알루미나 정제를 할 수 있다.

 

7.1.2.2 알루미나 정제

7.1.2.2.1 용매로 세정한 안지름 15 mm 길이 300 mm의 정제용 컬럼에 무수황산나트륨 약 1 g, 활성알루미나 10 g, 무수황산나트륨 1 g을 순차적으로 충진한다. 이때 충진 부분이 다소 변색된 경우는 사용하지 않는다.

 

7.1.2.2.2 농축된 시료를 컬럼 기벽에 묻지 않고, 상단의 무수황산나트륨이 흩어지지 않도록 조심스럽게 주입한 후, 노말헥산 100 mL와 10 % 디클로로메탄 함유 노말헥산 50 mL를 연속적으로 매초 1 방울 속도로 유출시키고 이 유출액은 버린다.

 

7.1.2.2.3 이어서 디클로로메탄 40 mL을 매초 1 방울 속도로 유출시킨다.

유출액을 농축기로 약 1 mL로 농축한 다음 질소가스를 불어넣어 약 500 μL로 농축한 후 최종용액으로 사용한다.

 

7.1.3 내부표준물질의 첨가

7.1.3.1 정제한 최종용액에 내부표준용액(25 ng/μL) 10 μL를 첨가한 후 시험용액으로 한다.

7.2 측정법

7.2.1 시험용액 일정량(2 µL)을 미량주사기로 기체크로마토그래프에 주입하여 크로마토그램을 작성한다.

 

7.2.2 크로마토그램으로부터 벤조(a)피렌에 해당되는 봉우리의 높이 또는 면적과 내부표준물질의 봉우리의 높이 또는 면적을 구한다.

[비고 1] 시료의 봉우리 면적이 검정곡선의 상한치를 초과할 경우에는 검정곡선의 범위에 들어올 수 있도록 하여 측정한다.

 

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8.0 결과보고

벤조(a)피렌과 내부표준물질에 대한 면적 비(Ax/Ai)를 구한다음 검정곡선식의 y(i)값에 대입하여 x(i)값을 계산하면 분석물질의 양(mg)을 계산할 수 있으며, 시험용액의 농도로부터 아래의 식을 사용하여 토양시료 중 벤조(a)피렌의 농도를 계산할 수 있다.

As : 검정곡선에서 얻어진 검출량(mg)

Vf : 시료의 최종 농축량(mL)

f : 희석배수(검량곡선의 범위를 벗어날 경우)

Wd : 수분보정한 토양시료의 건조중량(kg)

Vi : 검액의 주입량(μL)