퇴적물 니켈(Ni) 분석법 - 유도결합플라스마/원자발광분광법(ICP)

수질오염공정시험기준(ES 04873.1)

퇴적물 니켈(Ni) 분석법 - 

유도결합플라스마/원자발광분광법(ICP)

이 시험기준은 퇴적물 속에 존재하는 니켈의 측정 방법이다. 퇴적물의 니켈-유도결합플라스마/원자발광분광법은 시료를 산분해법, 용매추출법으로 전처리 후 시료를 플라스마에 주입하여 방출하는 발광선 및 발광강도를 측정하는 방법으로 ES 04870.1 유도결합플라스마/원자발광분광법에 따른다.

 

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수질오염공정시험기준(ES 04870.1)

퇴적물 금속류 - 유도결합플라스마/원자발광분광법

1.0 개요

1.1 목적

이 시험기준은 퇴적물 측정망의 금속류를 측정하기 위한 방법으로, 퇴적물이 완전분해되도록 질산, 과염소산, 불산을 가하고 가열한다. 불산을 완전히 제거한 다음 질산용액(2 %)으로 적절히 희석하여 유도결합플라스마/원자발광분광계로 금속류의 농도를 측정한다.

 

1.2 적용범위

1.2.1 하천, 호소 등 담수 퇴적물 시료에 적용한다.

 

1.3 간섭물질

1.3.1 물리적 간섭

시료 도입부의 분무과정에서 시료의 비중, 점성도, 표면장력의 차이에 의해 발생한다. 시료의 물리적 성질이 다르면 플라스마로 흡입되는 원소의 양이 달라져 방출선의 세기에 차이가 생기며, 특히 시료 중에 산의 농도가 10% 이상으로 높거나 용존 고형물질이 1,500 mg/L 이상으로 높은 반면, 표준용액의 산의 농도는 5% 이하로 낮을 때에 물리적 간섭이 크다. 시료의 희석, 매질 일치법, 내부 표준법을 사용하여 간섭을 최소화한다.

 

1.3.2 이온화 간섭

이온화 에너지가 작은 소듐 또는 포타슘 등 알칼리 금속이 공존원소로 시료에 존재 시 플라스마의 전자밀도를 증가시키고, 증가된 전자 밀도는 들뜬 상태의 원자와 이온화된 원자수를 증가시켜 방출선의 세기를 크게 할 수 있다. 또는 전자가 이온화된 시료내의 원소와 재결합하여 이온화된 원소의 수를 감소시켜 방출선의 세기를 감소시킨다. 이 영향은 별로 심하지 않으며 적절한 운전 조건의 선택으로 최소화 할 수 있다.

 

1.3.3 분광 간섭

분석하는 금속원소 이외의 원소가 동일 파장에서 발광할 때, 파장의 스펙트럼선이 넓어질 때, 이온과 원자의 재결합으로 연속 발광할 때, 분자 띠 발광 시에 간섭이 발생한다. 시료 분석 후 보정이 반드시 필요하다.

 

1.3.4 만일 간섭효과가 의심되면 대부분의 경우가 시료의 매질로 인해 발생하므로 다음의 조치를 취한다.

 

1.3.4.1 바탕선 보정

미량원소 측정에는 바탕선 보정이 요구된다. 바탕선 발광에 대한 측정은 분석물질의 발광 파장과 인접하여 측정되어야 한다. 바탕선의 강도를 측정하기 위한 위치의 선택은 분석선과 인접한 파장의 복잡성에 따라 정해 질 수 있다. 선택된 위치는 광학적 간섭으로부터 자유로워야 하며 바탕선 강도의 변화는 측정에 사용되는 분석 파장에서 발생하는 강도의 변화와 같아야 한다. 바탕선 강도의 증가는 세로형 토치가 장착된 장비에서 더욱 심할 수 있다. 바탕선 보정이 분석 결과를 실질적으로 감소시킬 정도로 분석선이 넓어지는 경우에는 바탕선 보정이 요구되지 않는다.

 

1.3.4.2 연속 희석법

분석 대상의 농도가 검출한계의 10배 이상의 농도일 경우에 적용할 수 있으며 시료를 희석하여 측정하였을 때 희석배수를 고려해서 계산한 농도 값이 본래의 농도 값과의 차이가 10% 이하이어야 한다. 만약 10%를 벗어나면 물리적 및 화학적 간섭이 의심된다.

 

1.3.4.3 표준물질 첨가법

시료 중에 칼슘과 마그네슘의 농도 합이 500 mg/L 이상이고 분석대상 물질의 농도가 기준치의 90 % 이상일 때 표준물질 첨가법을 적용하는 것이 좋다. 측정시료에 표준물질을 검출한계의 20 ～ 100배의 농도로 첨가하여 분석하였을 때 회수율이 70 % ～ 130 % 이내이어야 한다. 만약 이 범위를 벗어나면 매질의 영향을 의심해야 한다.

 

1.3.4.4 다른 분석법 적용

유도결합플라스마/질량분석법으로 인증 표준물질을 분석하여 회수율이 적합한 경우 ICP/MS법을 적용한다.

 

1.3.4.5 전파장 분석

전파장 분석이 가능한 기기의 경우 파장의 간섭을 알기위해 전파장 분석(wavelength scanning)을 한다.

 

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4.0 시약 및 표준용액

 

4.1 시약

4.1.1 진한 질산(순도 65 % 이상), 진한 불산(순도 48 % 이상), 진한 과염소산(순도 70 % 이상), 진한 염산(순도 30 % 이상)

유해중금속 분석용 또는 그 이상의 등급을 사용한다.

 

4.1.2 정제수

시약용 정제수 또는 탈이온수(비저항 18 MΩ)를 사용한다.

 

4.2 표준용액

표준원액은 순도가 높은 시약으로 조제하거나 소급성이 있는 시판 혼합 표준원액 또는 단독 표준원액을 사용한다. 농도 10.0 mg/L 이하의 표준용액은 검정곡선 작성시 조제한다.

 

4.2.3 니켈

4.2.3.1 니켈 표준원액(1,000 mg/L)

니켈 금속(99.9 % 이상) 1.0 g에 염산 10 mL와 질산(1+3) 10 mL를 넣어 녹이고 정제수 100 mL를 넣고 가열하여 질소 증기를 방출시키기 위해 끓이고 식힌 다음 1 L 부피플라스크에 옮기고 정제수로 표선까지 채운다.

 

4.2.3.2 니켈 표준용액(10.0 mg/L)

4.2.1.2의 구리 표준용액(10.0 mg/L)의 제조법을 따른다.

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7.0 분석절차

7.1 전처리

7.1.1 조제한 분석용 시료 약 0.5 g을 정확히 취하여 테플론 비커에 넣고 진한 질산 5 mL, 진한 과염소산 2.5 mL, 진한 불산 5 mL를 순서대로 첨가한다. 순서대로 넣지 않으면 폭발 가능성이 있다.

[주 1] 테플론 비커 대신 다른 용기(밀폐형 봄브, 가압형 베셀, 환류냉각형 비커) 등을 사용할 경우 폭발이나 손실이 없도록 제작회사에서 권장하는 시료량, 산의 양을 따르되, 시료와 비슷한 금속 농도를 가진 인증 표준물질을 병행 분석하여 회수율을 검증해야 한다.

 

7.1.2 비커를 가열판 위에 놓고 테플론 시계접시를 덮은 후 80 ℃에서 1시간 동안 가열 후 가열판 온도를 130 ℃까지 증가시켜 퇴적물과 산이 완전히 분해될 때까지 가열한다.

[주 2] 완전분해에 소요되는 시간은 시료의 조성, 분해용기와 가열판 온도에 따라 다르며 비커를 사용할 경우 일반적으로 이틀 정도 걸린다. 가열판의 온도가 고르지 않을 경우 비커의 위치를 서로 바꿔준다. 가열판 대신 다른 가열장치(구멍이 있는 히팅블럭, 초단파 분해장치 등)를 사용할 경우 기기회사에서 권장하는 조건을 따르되 완전분해되도록 해야 한다.

 

7.1.3 만약, 용액이 전부 휘발되어도 퇴적물이 완전히 녹지 않은 경우에는 진한 질산 5 mL, 진한 과염소산 2.5 mL, 진한 불산 5 mL를 다시 첨가하여 재가열한다.

[주 3] 퇴적물이 완전히 분해되어 연한 노란색 또는 회색인 액상타원체가 형성되면 산을 추가하여도 흑갈색 발연가스가 발생하지 않는다.

 

7.1.4 퇴적물이 완전히 분해되면 질산용액(2 %) 20 mL를 가하여 80 ℃에서 시계접시를 덮지 않은 채 완전히 휘발시켜 불산을 제거한다. 다시 질산용액(2 %) 20 mL를 가하여 80 ℃에서 용존시킨다.

[주 4] 완전분해된 경우 액체가 맑고 용기 내벽에 방울 맺히지 않는다.

 

7.1.5 100 mL 부피플라스크로 옮기고 질산용액(2 %)으로 표선까지 맞춘다.

[주 5] 미량의 잔사가 남아 있을 경우 원심분리(3,000 rpm, 10분)하거나 산세척된 여과기와 여과지로 잔사를 제거한 다음 부피를 맞춘다.

[주 6] 여과지는 5C 또는 이와 동등 이상의 규격으로서 분석에 방해되는 성분을 포함하지 않는 여과지를 사용한다.

 

7.1.6 원소에 따라 시료 중 농도와 기기의 감도를 고려하여 추가 희석이 필요한지 검토하고, 필요한 경우 기기분석 전에 질산용액(2 %)으로 추가 희석한다.

[주 7] 알루미늄 측정용 시료는 추가 희석이 필요하다. 카드뮴은 대부분 시료에서 추가희석이 필요 없으며, 검정곡선의 최소농도보다 낮게 측정될 수도 있으므로 유도결합플라스마/질량분석법(ICP/MS)으로 측정하는 것이 바람직하다.

 

7.1.7 방법 바탕시료와 정도관리용 시료도 측정시료와 같이 전처리한다.

[주 8] 시료에 따라 전처리 과정에서 산을 추가한 양이나 기기측정 전 희석배수가 다를 경우 방법 바탕시료도 같은 처리를 한 것으로 준비한다.

 

7.3 측정법

7.3.1 시료 분석 전에 분무기, 토치, 시료주입기, 튜브의 막힘 및 오염 여부를 확인한다.

 

7.3.2 플라스마를 켜고 30 ∼ 60분간 불꽃을 안정화 시킨 후, 기기업체에서 제공하는 매뉴얼에 따라 해당 표준물질을 사용하여 분석조건을 최적화한다. 부록 10 표 2의 측정파장과 간섭 예를 참조한다.

 

7.3.3 시료는 3회 이상 반복 측정하여 발광세기의 평균치를 취한다.

 

7.3.4 시료 측정결과를 검정곡선에 대입하여 농도 (μg/L)를 계산한다. 시료 측정결과가 검정곡선 농도 범위를 벗어날 경우 질산용액(2 %)으로 적절히 희석하거나 검정곡선 농도범위를 조절하여 다시 측정한다. 

 

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8.0 결과보고

 

8.1 계산

 

C : 검정곡선에서 얻어진 분석시료의 금속 농도(mg/L)

B : 검정곡선에서 얻어진 바탕시험용액의 금속 농도(mg/L)

V : 시료용기의 부피(여기서는 0.1 L)

W : 시료의 무게(여기서는 0.0005 kg)

f : 희석배수(추가희석을 한 경우)

 

8.2 결과 보고

 

정량한계와 같은 자릿수까지 보고한다.