[수질] 수질오염공정시험기준(금속류)

1. 금속류

물속에 존재하는 구리, 납, 망간, 비소, 수은, 아연, 바륨, 주석, 카드뮴, 크롬, 6가 크롬, 니켈, 철, 셀레늄, 안티몬 등의 금속류의 분석으로, 간섭물질, 전처리과정, 기기분석에 및 내부정도관리에 대해 자세히 기술하고 있다.

측정 금속	불꽃 원자흡수 분광광도법	자외선/ 가시선 분광법	유도결합플라스마 원자발광분광법	유도결합플라스마 질량분석법	양극벗김 전압전류법	원자형광법
4401 구리	04401.1	04401.2	04401.3	04401.4	-	-
4402 납	04402.1	04402.2	04402.3	04402.4	04402.5	-
4403 니켈	04403.1	04403.2	04403.3	04403.4	-	-
4404 망간	04404.1	04404.2	04404.3	04404.4	-	-
4405 바륨	04405.1	-	04405.2	04405.3	-	-
4406 비소	04406.1	04406.2	04406.3	04406.4	04406.5	-
4407 셀레늄	04407.1	-	-	04407.2	-	-
4408 수은	04408.1	04408.2	-	-	04408.3	04408.4
4409 아연	04409.1	04409.2	044409.3	04409.4	04409.5	-
4410 안티몬	-	-	04410.1	04410.2	-	-
4411 주석	04411.1	-	04411.2	04411.3	-	-
4412 철	04412.1	04412.2	04412.3	-	-	-
4413 카드뮴	04413.1	04413.2	04413.3	04413.4	-	-
4414 크롬	04414.1	04414.2	04414.3	04414.4	-	-
4415 6가 크롬	04415.1	04415.2	04415.3	-	-	-

1) 금속류-불꽃 원자흡수분광광도법

 

- 물속에 존재하는 중금속을 정량하기 위하여 시료를 2,000 K ∼ 3,000 K의 불꽃 속으로 시료를 주입하였을 때 생성된 바닥상태의 중성원자가 고유 파장의 빛을 흡수하는 현상을 이용하여, 개개의 고유 파장에 대한 흡광도를 측정하여 시료 중의 원소농도를 정량하는 방법으로 분석이 가능한 원소는 구리, 납, 니켈, 망간, 비소, 셀레늄, 수은, 아연, 철, 카드뮴, 크롬, 6가 크롬, 바륨, 주석 등이다

 

원소	선택파장(nm)	불꽃연료	정량한계 (mg/L)
Cu	324.7	A-Ac1	0.008 mg/L
Pb	283.3/217.0	A-Ac1	0.04 mg/L
Ni	232.0	A-Ac1	0.01 mg/L
Mn	279.5	A-Ac1	0.005 mg/L
Ba	553.6	N-Ac2	0.1 mg/L
As	193.7	H3	0.005 mg/L
Se	196.0	H3	0.005 mg/L
Hg	253.7	CV4	0.0005 mg/L
Zn	213.9	A-Ac1	0.002 mg/L
Sn	224.6	A-Ac1	0.8 mg/L
Fe	248.3	A-Ac1	0.03 mg/L
Cd	228.8	A-Ac1	0.002 mg/L
Cr	357.9	A-Ac1	0.01 mg/L (산처리), 0.001 mg/L (용매추출)

US EPA Method 200.0 Metals Atomic Absorption Spectrometry

1 A-Ac : 공기-아세틸렌

2 N-Ac : 아산화질소-아세틸렌

3 H : 환원기화법(수소화물 생성법)

4 CV : 냉증기법

 

 

2) 금속류-흑연로 원자흡수분광광도법

- 물속에 존재하는 중금속을 분석하기 위하여, 일정 부피의 시료를 전기적으로 가열된 흑연로 등에서 용매를 제거하고, 전류를 다시 급격히 증가시켜 2,000 K ∼ 3,000 K 온도에서 원자화시킨 후 각 원소의 고유 파장에 대한 흡광도를 측정하여 시료 중의 원소농도를 정량하는 방법으로 분석이 가능한 원소는 구리, 납, 니켈, 망간, 비소, 셀레늄, 철, 카드뮴, 크롬, 6가 크롬, 바륨, 주석 등이다.

원소명	선택파장 (nm)	정량한계 (mg/L)
Cu	324.7	0.005 mg/L
Pb	283.3/ 217.0	0.005 mg/L
Ni	232.0	0.005 mg/L
Mn	279.5	0.001 mg/L
Ba	553.6	0.01 mg/L
As	193.7	0.005 mg/L
Se	196.0	0.005 mg/L
Sn	224.6	0.002 mg/L
Fe	248.3	0.005 mg/L
Cd	228.8	0.0005 mg/L
Cr	357.9	0.005 mg/L

매질개선제 (modifier)	해당 원소
1500 mg Pd/L + 1,000 mg Mg(NO3)2/L	As, Cu, Mn, Se, Sn,
500-2,000 mg Pd/L + 환원제	As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb
5,000 mg Mg(NO3)2/L	Cr, Fe, Mn
100-500 mg Pd/L	As, Sn
50 mg Ni/L	As, Se
2 % PO34- + 1,000 mg Mg(NO3)2/L	Cd, Pb

 

3) 금속류-유도결합플라스마-원자발광분광법

• 물속에 존재하는 중금속을 정량하기 위하여 시료를 고주파유도코일에 의하여 형성된 아르곤 플라스마에 주입하여 6,000 K ∼ 8,000 K에서 들뜬 상태의 원자가 바닥상태로 전이할 때 방출하는 발광선 및 발광강도를 측정하여 원소의 정성 및 정량분석에 이용하는 방법으로 분석이 가능한 원소는 구리, 납, 니켈, 망간, 비소, 아연, 안티몬, 철, 카드뮴, 크롬, 6가 크롬, 바륨, 주석 등이다.
• 간섭물질 

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 비중이 큰 황산과 인산 사용 시 물리적 간섭이 크다. 시료의 종류에 따라 분무기의 종류를 바꾸거나, 시료의 희석, 매질 일치법, 내부표준법, 농축분리법을 사용하여 간섭을 최소화한다.

 

② 이온화 간섭

 

이온화 에너지가 작은 나트륨 또는 칼륨 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.

 

③ 분광 간섭

 

측정원소의 방출선에 대해 플라스마의 기체 성분이나 공존 물질에서 유래하는 분광학적 요인에 의해 원래의 방출선의 세기 변동 및 다른 원자 혹은 이온의 방출선과의 겹침 현상이 발생할 수 있으며, 시료 분석 후 보정이 반드시 필요하다.

 

정도관리 항목	정도관리 목표
정량한계 검정곡선 정밀도 정확도	표 2에 따른다. 결정계수 (R2) ≥ 0.99 상대표준편차가 25 % 이내 75 % ～ 125 %

원소명	선택파장(1차)1	선택파장(2차)1	정량한계1,2 (mg/L)
Cu	324.75	219.96	0.006 mg/L
Pb	220.35	217.00	0.04 mg/L
Ni	231.60	221.65	0.015 mg/L
Mn	257.61	294.92	0.002 mg/L
Ba	455.40	493.41	0.003 mg/L
As	193.70	189.04	0.05 mg/L
Zn	213.90	206.20	0.002 mg/L
Sb	217.60	217.58	0.02 mg/L
Sn	189.98	-	0.02 mg/L
Fe	259.94	238.20	0.007 mg/L
Cd	226.50	214.44	0.004 mg/L
Cr	262.72	206.15	0.007 mg/L

항 목	조 건
입사 라디오고주파 전력 (incident RF power) 반사 라디오고주파 전력 (reflected RF power) 작업코일 위 시야높이 (viewing height above work coil) 주입관 안지름 (injector tube orifice I.d.) 아르곤 공급 (argon supply) 아르곤 압력 (argon pressure) 냉각 아르곤기체 유속 (coolant argon flow rate) 에어로솔 운반 아르곤기체 유속 (aerosol carrier argon flow rate) 보조 아르곤기체 유속 (auxiliary argon flow rate) 시료 흡입 속도 (sample uptake rate)	1,100 watts < 5 watts 15 mm 1 mm liquid or gas 40 psi 19 L/min 620 mL/min 300 mL/min 1.2 mL/min

 

4) 금속류-유도결합플라스마-질량분석법

물속에 존재하는 중금속을 분석하기 위하여 유도결합플라스마 질량분석법을 사용한다. 유도결합플라스마 질량분석법은 6,000 K ∼ 10,000 K의 고온 플라스마에 의해 이온화된 원소를 진공상태에서 질량 대 전하비 (m/z)에 따라 분리하는 방법으로, 분석이 가능한 원소는 구리, 납, 니켈, 망간, 바륨, 비소, 셀레늄, 아연, 안티몬, 카드뮴, 주석, 크롬 등이다.

 

5) 금속류-양극벗김전압전류법

- 납과 아연을 은/염화은 기준전극에 대해 각각 약 -1,000 mV와 -1,300 mV 전위차를 갖는 유리질 탄소전극에 수은 얇은 막을 입힌 작업전극에 금속으로 석출시키고, 시료를 산성화시킨 후 착화합물을 형성하지 않은 자유 이온 상태의 비소, 수은은 작업전극으로 금 얇은 막 전극 또는 금 전극을 사용하며 비소와 수은은 기준전극 (Ag/AgCl 전극)에 대하여 각각 약 -1,600 mV와 -200 mV에서 금속 상태인 비소와 수은으로 석출 농축시킨 다음 이를 양극벗김전압전류법으로 분석하는 방법

- Nernst 방정식

금속	검출 전위 범위
납 비소 수은 아연	-490 mV ∼ - 410 mV -900 mV ∼ -500 mV 500 mV ∼ 800 mV -1,300 mV ∼ -700 mV

정도관리 항목	정도관리 목표
정량한계 검정곡선 정밀도 정확도	0.0001 mg/L(납), 0.0003 mg/L(비소), 0.0001 mg/L(수은), 0.0001 mg/L(아연) 결정계수(R2) ≥ 0.98 또는 감응계수 (RF)의 상대표준편차 ≤ 20 % 상대표준편차가 20 % 이내 75 % ∼ 125 %