개념 한 쪽
작업환경 측정에서 시료채취 방법과 매체 선택은 대상 물질의 성질에 따라 달라진다. 흡착관과 막여과지는 각각의 물성에 맞게 유량과 용매를 결정하여 정확한 포집과 분석을 확보한다. 유량 변동이 있을 때는 평균 유량을 사용하여 채취 공기량을 계산한다.
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출제기준 단원 「작업환경 측정 순서와 방법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 흡착제 특성 판별 | 1 | 실리카겔과 활성탄의 극성·비극성 선택성을 가려내기 |
| 탈착 용매와 흡착제 연관 | 1 | 실리카겔 탈착에 적절한 용매 성질을 묻기 |
| 평균유량 계산 적용 | 1 | 변동 유량일 때 평균 유량으로 채취 부피 계산하기 |
흡착제는 극성과 비극성 특성에 따라 선택성이 달라진다. 실리카겔은 표면이 극성을 띠므로 극성 물질과의 흡착력이 크며, 비극성 물질(예: 비극성 아민류)에는 활성탄보다 흡착력이 낮아 채취에 부적절할 수 있다는 점을 구별해야 한다. 반대로 활성탄은 비극성 물질에 대해 선택성이 높다.
실리카겔은 극성 흡착제이므로 탈착 시에도 극성 용매를 사용해야 효율적인 회수가 가능하다. 비극성 용매(예: 이황화탄소)는 실리카겔에서의 탈착에 부적절하므로 사용하지 않는 것이 권장된다는 점을 유의해야 한다. 또한 실리카겔은 수분에 민감하여 습도가 높을 경우 파괴 용량이 감소하는 특성이 있다.
막여과지 종류는 재질별로 용도와 분석 적합도가 상이하다. MCE 여과지는 혼합셀룰로오스에스테르로 만들어져 표면에 입자가 침착되는 표면 여과 방식이며, 산에 용해되어 금속 성분을 산 전처리로 분석하는 데 적절하다. 반면 중량분석에는 흡습성으로 인해 무게 불안정성이 있는 MCE보다 PVC 여과지를 사용하는 것이 적합하다.
능동식 흡착관 채취에서는 유량 조절이 중요하다. 흡착제와 가스의 충분한 접촉 시간을 확보하기 위해 연속 시료채취 기준에서는 유량을 낮게 유지하는 것이 권장되며, 대표적으로 0.2L/min 이하를 목표로 설정한다.
농도 변동이 큰 상황이나 시간평균값을 산출해야 하는 경우에는 순간시료채취가 적합하지 않다. 순간시료채취는 특정 시점의 농도를 파악하는 '스냅샷' 방법으로, 저농도 분석이나 시간가중평균 산출에는 장시간 채취가 필요하다.
유량이 변하는 동안 채취한 공기의 부피를 계산할 때는 평균 유량에 시간을 곱한다. 예를 들어 채취 전 유량이 24.6 L/min, 채취 후 유량이 27.6 L/min, 채취 시간이 11분이면 평균 유량은 (24.6 + 27.6) ÷ 2 = 26.1 L/min이 된다. 이 값을 시간 11분과 곱하면 채취 부피는 26.1 × 11 = 287.1 L가 된다.
흡착관 선택 시 실리카겔을 극성 물질에, 활성탄을 비극성 물질에 우선 고려하는 방식으로 매체를 결정한다. 실리카겔 사용 시에는 탈착용매로 극성 용매를 선택하고, 습도가 높은 환경에서는 실리카겔의 파괴 용량 감소를 염두에 둔다.
흡착제 중 실리카겔이 활성탄에 비해 갖는 장단점으로 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 실리카겔은 흡습성이 매우 뛰어나 수분을 잘 포집하지만, 아민류(아닐린, 오르토-톨루이딘 등)와 같은 일부 물질은 흡착 효율이 떨어져 활성탄보다 포집이 더 어려운 단점이 있습니다. 반면에 유독성 물질인 이황화탄소를 탈착제로 사용하지 않아도 되며, 추출 용매가 기기 분석에 미치는 간섭 효과가 적은 장점도 존재합니다.
실리카겔은 아민류 흡착력이 활성탄보다 낮으므로, 아민류 채취가 어렵다는 설명은 실리카겔의 단점이다.
실리카겔 흡착관에 대한 설명으로 옳지 않는 것은?
정답 ① · 실리카겔은 흡착력이 매우 강한 극성 흡착제입니다. 극성 물질을 채쳤을 경우 극성이 매우 강한 물이나 알코올과 같은 극성 용매를 이용해야 탈착이 가능하며, 일반적인 용매로는 탈착이 어렵습니다.
실리카겔은 극성 흡착제이므로 극성 물질을 흡착하면 탈착 시 극성 용매(물 등)가 필요하며, 비극성 용매로는 탈착이 어렵다.
유기용제 측정매체인 실리카켈에 관한 장단점으로 바르지 않은 것은?
정답 ① · 문항은 실리카겔을 흡착매체로 사용할 때의 장단점 중 잘못된 설명을 찾는 문제이다. 실리카겔은 극성 표면을 가진 흡착제로서 극성 물질과의 친화력이 크고 비극성 물질에 대한 선택성은 낮다.
실리카겔은 활성탄보다 비극성 물질에 대한 선택성이 낮다.
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