수질 폴리클로리네이티드비페닐 분석법 - 용매추출/기체크로마토그래피(GC)

수질오염공정시험기준(ES 04504.1b)

수질 폴리클로리네이티드비페닐 분석법 - 

용매추출/기체크로마토그래피(GC)

1.0 개요

1.1 목적

이 시험기준은 물속에 존재하는 폴리클로리네이티드비페닐 (polychlorinated biphenyls, PCBs)을 측정하는 방법으로, 채수한 시료를 헥산으로 추출하여 필요시 알칼리 분해한 다음 다시 헥산으로 추출하고 실리카겔 또는 플로리실 컬럼을 통과시켜 정제한다. 이 액을 농축시켜 기체크로마토그래프에 주입하고 크로마토그램을 작성하여 나타난 피크 패턴에 따라 PCB를 확인하고 정량하는 방법이다. 

 

1.2 적용범위

이 시험기준은 지표수, 지하수, 폐수 등에 적용 할 수 있으며, 정량한계는 0.0005 mg/L이다.

 

1.3 간섭물질

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

 

1.3.2 고순도의 시약이나 용매를 사용하여 방해물질을 최소화하여야 한다.

 

1.3.3 전자포획검출기 (ECD)를 사용하여 PCB를 측정할 때 프탈레이트가 방해할 수 있는데 이는 플라스틱 용기를 사용하지 않음으로서 최소화 할 수 있다.

1.3.4 실리카겔 컬럼 정제는 산, 염화페놀, 폴리클로로페녹시페놀 등의 극성화합물을 제거하기 위하여 수행하며, 사용 전에 정제하고 활성화시켜야 하거나 시판용 실리카 카트리지를 이용할 수 있다.

 

1.3.5 플로리실 컬럼 정제는 시료에 유분의 관찰 또는 분석 후 시료 크로마토그램의 방해성문이 유분의 영향으로 판단될 경우에 수행하며 시판용 플로리실 카트리지를 이용할 수 있다. 

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4.0 시약 및 표준용액

 

4.1 시약

4.1.1 노말헥산

노말헥산 (n-hexane, C6H14, 분자량 : 86.17)은 바탕시험 할 때 분석물질의 피크부근에 불순물 피크가 없는 것을 사용한다.

 

4.1.2 무수황산나트륨

무수황산나트륨 (sodium sulfate, Na2SO4, 분자량 : 142.04)은 순도 98 % 이상의 시약용을 사용하며 필요시 사용하기 전에 400 ℃에서 4시간 이상 구워서 사용한다.

 

4.1.3 수산화칼륨․에틸알코올용액(1 M)

수산화칼륨 (potassium hydroxide, KOH, 분자량 : 56.11) 70 g을 소량의 정제수에 녹이고 에틸알코올(> 95.0 %)을 넣어 1 L로 하여 흔들어 섞는다.

 

4.1.4 실리카겔 (silicagel, SiO2․nH2O)

크로마토그램용 0.063 mm ～ 0.200 mm(70 mesh ～ 230 mesh)의 것을 사용한다. 실리카겔을 크로마토그래프용 노말헥산으로 씻은 다음 여과하여 비커에 넣고 층의 두께를 10 mm 이하로 하여 130 ℃에서 4시간 건조한 다음 데시케이터 안에서 30분간 식힌다. 또는 시판용 실리카 카트리지 제품을 사용할 수 있다.

 

4.1.5 플로리실 (florisil, MgSiO3)

플로리실은 입경 147 μm ∼ 246 μm, 130 ℃ 3시간 건조 후 데시케이터에서 30분간 방치하여 냉각한 것 20 g을 비커에 넣고 크로마토그래프용 헥산 30 mL를 넣어 유리막대로 저으면서 기포를 제거한다. 또는 시판용 플로리실 카트리지 제품을 사용할 수 있다.

 

4.1.6 헥산세정수

직접 노말헥산으로 세정한 정제수를 사용하며 바탕시험 할 때 분석물질이 검출되지 않아야 한다.

 

4.2 표준용액

4.2.1 PCBs 표준원액(1,000 mg/L)

시판되고 있는 PCBs 표준제품(예: Aroclor-1242, 1248, 1254, 1260)을 구입하여 0.1 g을 정확하게 달아 노말헥산에 녹여 정확히 100 mL로 한다. 시판되고 있는 PCBs 표준원액을 사용할 수도 있다.

 

4.2.1.1 PCBs 혼합표준용액

PCBs 표준원액 Aro-1242, Aro-1248, Aro-1254 및 Aro-1260 1,000 mg/L을 시료 분석 후 얻어진 피크 패턴을 확인하여 적절한 비로 혼합하여 1.0 mL가 되게 10 mL 부피플라스크에 취하여 넣고 노말헥산에 녹여 표선까지 채운다.

 

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7.0 분석절차

 

7.1 전처리

7.1.1 시료 1 L를 분별깔때기에 넣고 크로마토그래프용 헥산 50 mL를 넣어 5분 ～ 10분간 흔들어 섞고 정치하여 수층을 다른 분별깔때기에 옮긴다. 수층에 크로마토그래프용 헥산 50 mL를 넣어 5분 ～ 10분간 흔들어 섞고 정치하여 헥산층을 분리한다.

 

7.1.2 전체 헥산층을 합하여 농축기의 플라스크에 옮기고 물중탕에서 약 5 mL가 될 때까지 농축한다.

 

7.1.3 이하의 과정은 알칼리 분해가 필요한 시료에 대해 실시할 수 있다. 추출조작에서 얻어진 농축액을 200 mL 플라스크에 옮기고 수산화칼륨-에틸알코올용액(1 M) 50 mL를 넣어 환류냉각기를 부착하고 물중탕에서 1시간 정도 끓인 다음 50 ℃까지 방치하여 냉각한다. 크로마토그래프용 헥산 50 mL를 넣고 섞어서 실온까지 방치하여 냉각하고 분별깔때기에 옮긴다.

 

7.1.4 플라스크는 헥산 20 mL로 씻어서 분별깔때기에 합하고 정제수 25 mL를 넣어 수초간 세게 흔들어 섞고 정치한다. 수층을 분리하여 다른 분별깔때기에 넣고 크로마토그래프용 헥산 50 mL를 넣어 흔들어 섞은 다음 헥산층을 분리하여 앞의 헥산층에 합한다. 헥산층에 정제수 100 mL씩을 넣어 3회 반복 세게 흔들어 섞어서 씻어주고 헥산층을 분리한다.

 

7.1.5 헥산층을 크로마토그래프용 무수황산나트륨 10 g을 충전시킨 분리관에 유출시켜 유출액을 농축기의 플라스크에 넣고 물중탕에서 약 5 mL가 될 때까지 농축한다. 농축액은 실온에서 조용히 공기(또는 질소)를 송기하여 잔류 헥산 층을 휘발시킨다. 잔류물에 크로마토그래프용 헥산을 넣어 정확히 1 mL를 맞추고 시험 용액으로 한다.

 

7.2 정제

방해물질을 함유하지 않은 시료일 경우에는 정제과정을 생략할 수 있으며, 필요한 경우 다음의 정제 작업을 선택하여 수행할 수 있다.

 

7.2.1 실리카겔

7.2.1.1 안지름 10 mm, 길이 300 mm의 유리관 하부에 콕을 부착한 것으로 밑바닥에 탈지면 또는 유리섬유를 깔고 크로마토그래프용 헥산을 넣어 위까지 잠기도록 한다. 크로마토그래프용 실리카겔 4 g을 크로마토그래프용 헥산 10 mL를 넣어 유리막대로 저으면서 기포를 제거하고 관의 상부로부터 충전한다.

 

7.2.1.2 크로마토그래프용 헥산을 넣어 관의 내벽을 씻고 실리카겔층을 안정화 시킨 다음 크로마토그래프용 무수황산나트륨 1 g을 넣어 실리카겔 층의 위를 덮는다. 다시 크로마토그래프용 헥산 소량으로 피펫을 사용하여 관의 내벽을 씻고 콕을 열어 헥산층이 무수황산나트륨의 상단에 이를 때까지 유하시킨다.

 

7.2.1.3 헥산추출 또는 알칼리 분해조작에서 얻어진 농축액을 실리카겔 컬럼의 상부에 조용히 옮기고 콕을 열어 액면이 무수황산나트륨의 상단에 이르도록 한 다음 크로마토그래프용 헥산 2 mL씩으로 플라스크 및 컬럼의 내벽을 수회 씻어서 넣고 컬럼의 상부에 크로마토그래프용 헥산 200 mL를 넣어 분별깔때기를 연결하여 컬럼과 분별깔때기의 콕을 열고 매초 한 방울의 속도로 유출시킨다.

 

7.2.1.4 유출액은 실리카겔 컬럼 용출실험에서 얻어진 PCB의 유출 범위량까지 받아 농축기의 플라스크에 옮기고 수욕상에서 액량이 5 mL이하가 될 때까지 농축한다. 방치하여 냉각한 다음 크로마토그래프용 헥산을 정확히 1 mL로 하여 시료용액으로 한다.

[주 1] 실리카겔 컬럼 용출실험은 다음과 같이 수행한다. PCB(Aroclor-1242와 Aroclor-1260) 표준용액을 컬럼에 조용히 넣고 콕을 열어 액면이 무수황산나트륨의 상단에 이르도록 조절한다. 크로마토그래프용 헥산 2 mL로 컬럼의 내벽을 씻어준 다음 콕을 열어 액면을 조절하고 컬럼의 상부에 크로마토그래프용 헥산 300 mL를 넣은 분별깔때기를 연결하여 컬럼과 분별깔때기의 콕을 열고 매초 한 방울의 속도로 유출시킨다. 유출액을 10 mL 단위로 시험관에 분취하여 각각 순서에 따라 일정량을 기체크로마토그래프에 주입하고 크로마토그램을 작성하여 PCB의 유출시점과 종료점을 확인한다.

 

7.2.2 플로리실

7.2.2.1 알칼리 분해를 하여도 헥산층에 유분이 존재할 경우에는 다음과 같이 플로리실 컬럼을 통과시켜 유분을 분리한다. 안지름 20 mm, 길이 400 mm의 유리관 하부에 콕을 부착한 것으로 밑바닥에 탈지면 또는 유리섬유를 깔고 PCB 분석용 플로리실 20 g을 크로마토그래프용 헥산에 침적시켜 충전하고 상부에 크로마토그래프용 무수황산나트륨을 넣고 소량의 헥산으로 안정화시킨다.

 

7.2.2.2 알칼리 분해하여 얻은 헥산 농축액을 플로리실 컬럼의 상부에 조용히 옮기고 콕을 열어 액면이 무수황산나트륨의 상단에 이르도록 한 다음 크로마토그래프용 헥산 2 mL씩으로 플라스크 및 컬럼의 내벽을 수회 씻어서 넣고 컬럼의 상부에 크로마토그래프용 헥산 250 mL를 넣어 분별깔때기를 연결하여 컬럼과 분별깔때기의 콕을 열고 매초 2방울의 속도로 유출시킨다.

 

7.2.2.3 유출액은 플로리실 컬럼 용출실험에서 얻어진 PCB의 유출 범위량까지 받아 농축기의 플라스크에 옮기고 물중탕에서 액량이 5 mL이하가 될 때까지 농축한다. 방치하여 냉각한 다음 크로마토그래프용 헥산을 정확히 1 mL로 하여 시료용액으로 한다.

[주 2] 플로리실 컬럼 용출실험은 7.2.1.4의 방법과 동일하게 수행하여 PCB의 유출시점과 종료점을 확인한다.

 

7.3 확인시험

7.3.1 전처리에서 얻어진 시료용액 일정량을 미량주사기를 사용하여 기체크로마토그래프에 주입하고 크로마토그램을 작성하여 같은 조건에서 작성된 각 PCB 표준액의 크로마토그램과 비교한다.

 

7.3.2 크로마토그램상에 나타난 피크 패턴이 서로 비슷하면 시료 중에 PCB가 함유되어 있음을 알 수 있는데 이때에는 2종류 이상의 다른 컬럼을 사용하여 다시 크로마토그램을 작성하고 재확인한다.

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8.0 결과보고

 

8.1 각 시료 별 크로마토그램으로부터 각 물질에 해당되는 피크의 높이 또는 면적을 측정한 후 다음의 식을 사용하여 농도 (mg/L)를 계산한다.

As : 검정곡선에서 얻어진 석유계총탄화수소의 양 (ng)

Vf : 최종액량 (mL)

Wd : 시료의 량 (mL)

Vi : 시료의 주입량 (μL)

 

8.2 유기인의 결과는 각 성분별 농도를 합산하여 표시한다.