개념 한 쪽
작업환경의 가스·증기상 유해인자는 적절한 포집법과 단위 변환 공식을 이용해 농도를 산정한다.
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출제기준 단원 「가스 및 증기상 물질의 측정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 석면 측정 방법 선택 | 1 | 석면 농도 평가에 가장 널리 쓰이는 현미경법을 고른다 |
| ppm→mg/m³ 환산 계산 | 1 | 주어진 조건에서 기체 농도를 mg/m³로 환산하는 계산을 요구한다 |
| 액체→기체 ppm 계산 | 1 | 액체 유기용제가 증발했을 때 공기 중 농도를 ppm으로 구하는 방법을 묻는다 |
가스나 증기 상태의 물질 농도는 상황에 따라 ppm이나 mg/m³로 표시되며, 표준 상태의 몰부피를 이용해 상호 변환한다. 0℃, 1기압에서는 1몰이 22.4L를 차지한다고 보고 ppm→mg/m³ 변환식에 22.4를 사용한다. 25℃, 1기압 기준 문제에서는 몰부피 24.45L를 사용하는 공식을 적용한다.
ppm에서 mg/m³로 변환하는 기본식은 조건에 따라 다음 형태를 사용한다. 0℃ 기준은 mg/m³ = (ppm × 분자량) ÷ 22.4이고, 25℃ 기준은 mg/m³ = ppm × (분자량 / 24.45) 형태를 사용한다. 반대로 mg/m³에서 ppm으로 바꿀 때는 각 식을 변형하여 계산한다. 계산 과정에서 몰질량과 단위 변환(μg→mg 등)에 유의한다.
혼합물의 작업환경 노출기준은 각 성분의 분율과 허용기준(TLV 등)을 이용해 역수 합의 역수로 계산한다. 공식은 EM = 1 / Σ(fi / TLVi) 형태이며, 각 성분이 독립적으로 기여한다고 가정할 때 적용한다. 석면처럼 섬유상 입자는 개수 기준 단위(f/cc)를 사용하여 측정하며 ppm 또는 mg/m³과 단위가 다르다는 점을 구분한다.
유기용제 등 기체상 유해인자의 포집에는 활성탄 흡착법이 흔히 사용된다. 분진 등 입자상 물질은 여과 포집법을, 수용성 가스는 임핀저법을 적용하는 등 유해인자의 상태에 따라 적절한 포집법을 선택한다.
1) 표준상태(0℃, 1기압)에서 CO의 농도 100ppm을 mg/m³로 변환한다. CO의 몰질량은 28g/mol이므로 식 mg/m³ = (ppm × M) ÷ 22.4에 대입하면 (100 × 28) ÷ 22.4 = 2800 ÷ 22.4 ≒ 125mg/m³가 된다.
2) 벤젠 증기 농도 계산 예시(25℃ 기준). 검출된 질량이 657μg이고 채취 공기량이 0.112m³일 때 ppm = (질량 mg × 24.45) ÷ (분자량 × 부피 m³) 공식을 사용한다. 657μg = 0.657mg이므로 (0.657 × 24.45) ÷ (78 × 0.112) ≒ 1.84ppm이 나온다.
3) 액체 유기용제 1mL(비중 0.87)가 100L 공기 중에서 모두 증발한 경우 농도 계산 방법 비교. 질량기준 단순 계산은 1mL×0.87g = 0.87g을 100L로 나누어 (0.87/100)×10^6 = 8700ppm이 되지만, 기체 상태 농도를 구하려면 질량→몰수→기체부피로 변환해야 한다. 0.87g ÷ 92g/mol ≒ 0.00946mol이며, 25℃에서 1몰이 24.5L라면 기체부피 ≒ 0.232L가 된다. 0.232L/100L × 10^6 ≒ 2320ppm이므로, 문맥상 기체부피 기준을 적용하면 약 2320ppm이 된다.
4) 혼합용제의 노출기준 예시. 성분이 각각 20%, 30%, 50%이고 TLV가 주어졌다면 EM = 1 / (0.2/TLV1 + 0.3/TLV2 + 0.5/TLV3) 공식을 적용해 허용농도를 산정한다.
공기 중 석면 농도를 허용기준과 비교할 때 가장 일반적으로 사용되는 석면 측정방법은 무엇인가?
정답 ③ · 석면 농도를 측정하여 허용기준과 비교 평가하기 위한 가장 일반적인 산업안전보건법상의 공식 측정 방법은 위상차 현미경법(Phase Contrast Microscopy, PCM)입니다. 이 방법은 섬유상 물질의 개수를 카운트하는 데 적합하여 광학 현미경법 등 다른 방식보다 석면 섬유 농도 평가에 널리 사용되고 있습니다.
석면 섬유 농도를 허용기준과 비교할 때 가장 일반적으로 사용되는 방법은 위상차 현미경법이다.
어떤 유해 작업장에 일산화탄소(CO)가 0℃, 1기압 상태에서 100ppm 이라면 이 공기 1m³ 중에 CO는 몇 mg 포함되어 있는가?
정답 ② · 문항은 표준상태(0°C, 1기압)에서 100ppm의 일산화탄소가 공기 1m³에 몇 mg 포함되는지를 물어본다. 기체 농도 변환식은 C(mg/m³) = (ppm × 분자량) / 22.4를 사용한다.
표준상태에서 기체 농도(ppm)를 mg/m³로 변환할 때는 몰질량과 22.4L/mol 상수를 이용한다.
공기 100L 중에서 A 유기용제(분자량=92, 비중=0.87) 1mL가 모두 증발하였다면 공기 중 A 유기용제의 농도는 몇 ppm인가? (단, 25℃, 1기압 기준)
정답 ② · 문항은 100 L 공기에 1 mL의 유기용제가 모두 증발했을 때의 ppm 농도를 계산하라고 요구한다. 계산 과정은 액체의 질량 = 부피×비중 = 1 mL×0.87 g/mL = 0.87 g, 몰수 = 질량/분자량 = 0.87 g / 92 g·mol⁻¹ ≈ 0.00946 mol, 기체 부피(25℃) = 몰수×몰부피(24.5 L/mol) ≈ 0.00946×24.5 ≈ 0.232 L이다.
ppm 농도는 (질량(g)/부피(L))×10^6으로 계산하며, 질량은 부피×비중으로 구한다.
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