배출가스 중 특정 오염물질의 연속측정과 실험실 분석은 측정원리와 시료 전처리에 따라 방법을 선택해야 한다. 비분산적외선분석법(NDIR)은 분산 소자를 사용하지 않고 특정 파장을 선택해 가스 농도를 측정하며, 유기물 등이 많은 입자 시료의 금속 분석에는 저온회화법 같은 적절한 전처리 방법을 사용한다.
출제기준 단원 「배출가스 중 오염물질측정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
묻는 꼴
문제 수
무엇을 묻나
NDIR 원리 판별
1
NDIR의 비분산 정의와 검출기 선택성 구분
NDIR 선택성 진위 판단
1
NDIR이 분산 소자 사용 여부와 검출기 특성 중 옳은 것 가리기
입자 시료 전처리 선택
1
유기물 다량 시료의 금속 분석에 적합한 전처리법 고르기
뜻
비분산적외선분석법(NDIR)은 광원을 통해 시료를 통과한 적외선의 흡수량 변화를 측정하여 목적 성분의 농도를 구하는 분석법이다. 명칭의 '비분산(Non-dispersive)'은 프리즘이나 회절격자 같은 분산 소자를 사용하지 않는다는 의미이며, 대신 광학필터나 선택성 검출기를 이용해 특정 흡수 파장대만을 선택하여 검출한다.
NDIR의 핵심은 분산장치를 통해 스펙트럼을 얻는 대신, 목적 기체가 흡수하는 파장대만을 걸러내어 광강도 감소를 측정하는 점이다. 따라서 분산형 분광법에서처럼 분산 변화량을 해석하는 방식과는 원리가 다르며, 선택성 검출기를 사용한다는 점이 중요하다.
배출가스나 포집된 입자 시료의 금속 분석에서는 시료의 성상에 따라 전처리 방법을 달리 선택해야 한다. 시료에 유기물이나 유리탄소가 다량 포함된 경우에는 일반 산분해로는 완전히 분해되지 않을 위험이 있으므로, 유기물을 효과적으로 제거할 수 있는 전처리법을 채택해야 한다.
저온회화법은 유기물과 유리탄소가 많은 시료의 금속 성분을 분석할 때 사용하는 전처리법으로, 유기물을 낮은 온도에서 태워 제거하여 금속 회수에 유리하도록 처리하는 방법이다. 이 방법은 산분해만으로는 제거되지 않는 유기물 잔류를 해결하는 수단으로 사용한다.
예제
비분산적외선분석법 관련 문제는 '비분산 = 분산 소자 미사용'이라는 정의를 기준으로 판별한다. 분산 소자를 사용해 스펙트럼을 얻는다는 서술이나, NDIR이 비선택적 검출기를 사용한다고 하는 설명은 오답이다. 반대로 필터나 선택성 검출기를 사용해 특정 파장만을 측정한다는 설명은 NDIR의 원리와 일치한다.
입자 시료의 금속 분석 관련 문제는 시료의 유기물 함량을 확인하여 전처리법을 선택하는 패턴이 많다. 유기물이 다량 포함된 시료에 질산 등 산분해만 적용하면 분해 불완전으로 오차가 발생할 수 있으므로, 이런 경우 저온회화법을 전처리로 사용하는 설명이 적합하다.
대표 기출 3문항
비분산적외선분석법에 관한 내용 중 알맞지 않은 것은?
대기 및 굴뚝 배출가스 중의 오염물질을 연속적으로 측정하는 비분산 정필터형 적외선 가스분석계에 대하여 적용한다.
비분산(non dispersive)이란 프리즘 회절격자와 같은 소자를 이용하여 빛의 분산을 억제하는 것을 말한다.
선택성 검출기를 이용 시료중 특성성분에 의한 적외선의 흡수량 변화를 측정하여 시료중 들어있는 특정성분농도를 측정한다.
적외선가스분석계는 적외선광원, 회전섹터, 광학필터, 시료셀, 비교셀, 적외선검출기, 증폭기, 지시계로 구성된다.
정답과 해설 보기
정답 ② · 문제는 비분산적외선분석법(NDIR)에 관한 설명 중 부적절한 것을 찾는 것이다. NDIR은 분광용 프리즘이나 회절격자 같은 분산 소자를 사용하지 않고 광학필터로 특정 파장을 선택하여 검출하는 방식이므로 '분산 장치를 이용해 분산을 억제한다'는 표현은 부정확하다.
비분산적외선분석법(NDIR)은 프리즘이나 회절격자 같은 분산 소자를 사용하지 않고 특정 파장대만 선택적으로 검출하는 방식이다.
비분산 적외선 분석법에 관한 설명으로 틀린 것은?
비선택적 검출기를 이용하여 적외선반사량 및 흡수량의 비율을 측정하여 시료중 성분을 구하는 방법이다.
적외선 가스분석계는 고정형과 이동형으로 분류한다.
분석계는 일반적으로 적외선 광원, 회전섹터, 광학필터, 시료셀, 비교셀, 적외선검출기, 증폭기 및 지시계로 구성된다.
광원은 원칙적으로 니크롬선 또는 탄화규소의 저항체에 전류를 흘려 가열한 것을 사용한다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 문항은 비분산 적외선 분석법(NDIR)에 대한 설명 중 틀린 것을 찾는 문제이다. NDIR은 특정 가스의 흡수 대역을 선택적으로 측정하기 때문에 선택적 검출기를 사용하며, ‘비선택적 검출기를 사용한다’는 진술은 잘못되었다.
비분산 적외선 분석법(NDIR)은 선택적 검출기를 사용하므로 비선택적 검출기 사용한다는 설명은 틀린 것이다.
배출가스의 입자물질 중 납 및 카드뮴을 측정하기 위하여 다량의 유기물, 유리탄소를 함유한 시료를 채취하였다. 이 시료를 분석용시험용액으로 제조하기 위한 방법으로 가장 알맞는 것은?
질산 - 염산법
질산법
저온회화법
질산 - 과산화수소법
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 유기물과 유리탄소가 많은 입자 시료에서 납·카드뮴을 분석하기 위한 적절한 전처리 방법을 묻고 있다. 유기물과 탄소성분이 다량 포함된 경우에는 산분해만으로는 유기물을 완전히 제거하기 어려워 저온회화법(산화적 처리)을 통해 유기물을 완전 산화·제거한 뒤 금속을 회수하는 것이 바람직하다.
유기물 및 유리탄소가 많은 시료의 납·카드뮴 분석을 위한 가장 알맞은 전처리 방법은 저온회화법이다.