퇴적물 아연(Zn) 분석법 - 유도결합플라스마/질량분석법(ICP/MASS)

수질오염공정시험기준(ES 04876.2)

퇴적물 아연(Zn) 분석법 - 

유도결합플라스마/질량분석법(ICP/MASS)

이 시험기준은 퇴적물 속에 존재하는 아연의 분석방법이다. 퇴적물의 아연-유도결합플라스마/질량분석법은 시료를 산분해법, 용매추출법으로 전처리 후 시료를 고온 플라스마에 분사시켜 이온화된 원소를 진공상태에서 질량 대 전화비(m/z)에 따라 분리하는 방법이다. 이 시험기준은 ES 04870.2의 유도결합플라스마/질량분석법에 따른다.

 

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수질오염공정시험기준(ES 04870.2)

퇴적물 금속류 - 유도결합플라스마/질량분석법(ICP/MASS)

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/질량분석기로 금속류의 농도를 측정한다.

 

1.2 적용범위

1.2.1 하천, 호소 등 담수 퇴적물 시료에 적용한다.

1.3 간섭물질

1.3.1 다원자 이온간섭(polyatomic ion interferences)

분석하고자 하는 원소와 동일한 질량 대 전하비를 갖는 1개 이상의 원소간에 결합된 이온으로 인한 간섭을 말한다. 이러한 이온들은 플라스마, 시료 도입부, 질량분석기간의 인터페이스 구간에서 쉽게 생성된다. 이는 시료의 매질 및 기기 운영조건에 의해 가장 크게 영향을 받는다. 이러한 간섭으로 생성되는 이온에 대해서는 부록의 표 4를 참조한다. 다른 동위원소에 대한 선택이 쉽지 않을 경우 보정이 필요하다. 소듐(Na)이 과량으로 함유된 시료에서 구리(63Cu)는 소듐화아르곤(63ArNa)에 의한 간섭을 받으므로 보정을 하거나 다른 간섭이 없는 질량수인 구리(65Cu)를 선택하여 분석할 수 있으며, 염소(Cl)가 함유된 시료에서 비소(75As)는 염화아르곤(75ArCl)에 의한 다원자 이온간섭을 받으므로 보정을 실시하거나 매질을 일치하여 분석을 수행 할 수 있다.

 

1.3.2 동중원소 간섭(isobaric elemental interferences)

분석하고자 하는 원소와 다른 물질이(1가 또는 2가의 이온화 상태로) 동일한 질량 대 전하비를 가질 경우 질량분석기가 이를 분리해내지 못하여 간섭이 발생한다. 대부분의 원소는 동중원소에 의한 간섭을 거의 받지 않지만, 카드뮴 (114Cd)은 몰리브덴(Mo), 지르콘(Zr), 주석(Sn)에 의한 동중원소 영향을 받는다. 카드뮴을 질량수 114를 사용하여 분석할 경우 결과 값의 보정이 필요하다. 간섭물질의 농도를 동시에 측정하고, 카드뮴 동위원소 비를 검토하여 영향 유무를 확인하고, 보정해야 한다.

 

1.3.3 메모리 간섭

분석이 끝난 후 시료의 해당원소가 다음 시료의 측정결과에 영향을 미치는 경우이다. 시료주입장치, 스키머콘, 플라스마 토치, 분무장치 등에 분석물질이 흡착되어 발생한다. 이러한 간섭은 다음 시료의 분석 전 충분히 세정을 하면 감소시킬 수 있다. 질량분석법으로 3회 이상 반복 분석과정에서, 두 번째 질량 봉우리가 1번째보다 현저히 낮으면 전 시료의 농도가 높은지 여부를 확인한다.

 

1.3.4 물리적 간섭

시료가 분무기나 플라스마 내에서 이온화되는 과정에서 발생한다. 시료 내 용존물 질량이 많을 때도 스키머콘이 막히게 되어 이온화 효율을 감소시킨다. 따라서 시료의 용존고체물질의 농도가 0.2 % 이하여야 한다. 이에 대한 보정을 위하여 내부표준물질을 사용할 수 있다.

 

1.3.5 분해능에 의한 간섭

측정대상 질량이 인접한 질량에 의한 영향을 받는 경우이다. 이는 분석이온의 운동 에너지와 사중극자 질량분석기 내에 존재하는 기체입자에 의해 발생한다. 또한, 분석질량의 봉우리가 작을 때 인접한 큰 봉우리에 포함되어 측정될 수 있다. 이러한 간섭을 최소화하기 위하여 최적의 분해능 조절이 필요하다. 

 

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4.0 시약 및 표준용액

 

4.1 시약

4.1.1 진한 질산(65 %), 진한 불산(48 %), 진한 과염소산(70 %)

유해 중금속 분석용 이상의 등급을 사용한다.

 

4.1.2 정제수

시약용 정제수 또는 탈이온수(비저항 18 MΩ)를 사용한다.

 

4.2 표준용액

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

4.2.2.1 표준원액

ES 04870.1 유도결합플라스마/원자발광분광법의 4.2에 따른다.

 

4.2.2.2 표준용액

아연이 포함된 표준원액을 질산용액(2 %)으로 희석하여 0.01 mg/L 농도로 조제하고, 다른 금속은 0.1 mg/L 농도로 조제한다.

 

4.3 내부표준용액

ES 04870.1 유도결합플라스마/원자발광분광법의 4.3에 따른다.

 

4.4 인증 표준물질 (Certified Reference Material, CRM)

측정하고자 하는 시료와 금속의 농도범위가 유사한 것을 사용한다. 예를 들면 NIST의 SRM 2711, NWRI의 WQB-1, SUD-1 NRCC의 MESS-3, PACS-2, IAEA-405, IAEA-SL-1 등이 있다. 

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7.0 분석절차

7.1 전처리

ES 04871.1 금속류-유도결합플라스마/원자발광분광법과 같이 전처리한다.

 

7.2 검정곡선의 작성

7.2.1 항목별 표준용액 또는 혼합표준용액(0.1 mg/L, 0.01 mg/L)을 0 mL ∼ 50 mL 범위 내에서 단계적으로 취하여 100 mL 부피플라스크에 옮긴다.

 

7.2.2 질산용액(2 %)으로 표선까지 채운 후 각 표준용액을 질량분석기로 측정한다.

 

7.2.3 질산용액(2 %)에 대해 얻은 질량세기를 보정하고 분석항목 각각의 농도와 측정세기와의 관계로부터 검정곡선을 작성한다.

 

7.2.4 내부 표준법이나 표준물질 첨가법을 적용할 경우 ES 04400.4 금속류-유도결합플라스마/질량분석에 따른다.

 

7.3 측정법

7.3.1 기기 최적화

7.3.1.1 유도결합플라스마/질량분석기 측정조건의 예를 표 4에 나타내었다.

 

7.3.1.2 플라스마를 켜고 30분 후 튜닝 용액으로 기기 업체에서 제시하는 기기 초기화, 질량보정, 기체유량 최적화 과정을 수행한다.

 

7.3.1.3 산화물생성 및 2가 이온생성에 의한 간섭을 억제하기 위하여 산화세륨/세륨(CeO/Ce) 및 바륨 2가 이온/바륨(Ba2+/Ba) 비를 측정하여 각각의 비율이 5 %를 넘지 않도록 최적화한다. 단, 산화물 생성 및 2가 이온 생성을 측정하기 위해 기기 제조업체에서 제시된 방법이 있다면 그에 따르도록 한다.

 

7.3.1.4 해당 원소의 분해능을 확인하여야 하며, 최적의 감도를 위해서는 봉우리높이의 5 %에서 0.75 amu의 분해능을 가져야 한다.

7.3.1.5 튜닝 용액으로 5회 이상 측정하여 기기의 반복성을 확인한다. 이 때 측정결과의 표준편차는 각 원소 별로 모든 원소에 대해 5 % 이내이어야 한다.

 

7.3.1.6 시료에 대한 정보가 없을 경우 500배 정도 희석하여 사전에 낮은 질량에서 높은 질량을 스캔하여 농도 범위를 파악한다.

 

7.3.1.7 만약 0.1 amu 이상 질량의 차이가 날 경우 질량 검정(mass calibration)을 실시한다.

 

7.3.2 시료 측정

7.3.2.1 시료, 방법 바탕시료를 3회 이상 반복 측정하여 평균치를 취한다.

 

7.3.2.2 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 농도계산

시료에서 각 금속의 측정값으로부터 계산한 농도를 사용하여 다음의 식으로부터 시료 중에 농도를 계산한다.

 

C1 : 검정곡선에서 얻어진 분석시료의 금속 농도(μg/L)

C0 : 검정곡선에서 얻어진 바탕시험용액의 금속 농도(μg/L)

f : 희석배수(검정곡선의 범위를 벗어날 경우)

V : 전처리 후 맞춘 부피(여기서는 100 mL)

Wd : 시료의 건조중량(g)

 

8.2 결과 보고

정량한계와 같은 자릿수까지 보고한다.