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기기분석

미량오염물질 분석 시 반드시 추가로 고려할 정도관리(QA/QC) 사항

by Prof. Sung-Deuk Choi 2020. 11. 8.

오염물질의 기기분석 결과를 사용하기 전에 반드시 거쳐야 하는 것이 "정도관리"입니다. 이에 대해서는 국립환경과학원에서 발간한 QA/QC 핸드북에 관련 내용이 상세히 정리되어 있습니다.

 

환경시험·검사 QA/QC 핸드북 (제2판) 

ecolibrary.me.go.kr/nier/#/search/detail/5508913?offset=17

 

미량오염물질의 분석결과 정도관리에 있어서 가장 기본적인 항목은 (1) 회수율, (2) 정확도/정밀도 (CRM 분석), (3) 기기/방법검출한계(IDL, MDL)입니다(POPs 분석 시에는 더 많은 항목이 필요합니다). 그런데 이 정도만 검토해서 분석 상에 문제가 없다고 생각하고 바로 연구에 사용하면 절대 안 됩니다. 위의 세 가지 항목만 고려해서 자료를 산출하면, 연구자가 아닌 분석 기술자(테크니션)에 불과합니다. 제가 분석결과를 연구에 활용하기 위해 추가로 고려하는 사항은 아래와 같습니다. 

 

정도관리 추가 고려사항 

(1) 환경 매체 중 환산농도(대기 pg/m3, 토양/퇴적물 pg/g, 물 pg/L)가 선행연구와 비교하여 비슷한 수준인가?

만약 농도 결과가 기존에 알려진 농도보다 터무니 없이 낮거나 높다면 실험 오류일 가능성이 크므로 반드시 재분석을 해야 합니다. POPs, PAHs, 중금속은 북극/남극 환경시료에서도 검출됩니다. 그런데 우리나라 환경매체에서 불검출이라고요? 추출 시료량이 적거나, 추출이 제대로 되지 않았거나, 바탕시료 농도가 너무 높거나, 분석기기 상태가 좋지 않기 때문입니다. 

 

(2) 선행연구에서 보통 검출되지 않거나 농도가 매우 낮은 물질이 고농도로 검출되었다?

두 가지 가능성이 있습니다. 첫째, 특정 오염물질이 정말로 높을 수 있습니다. 화학사고나 특정 배출원 영향을 받을 수 있습니다. 둘째, 방해물질이 분석대상물질과 같은 시간대에 크로마토그램의 피크로 나오는 현상입니다. 일반 GC로는 해결할 수 없습니다. 그래서 질량분석기를 사용해야 합니다. 저는 환경매체 중 미량오염물질을 GC/FID/ECD나 HPLC로 분석했다고 하면, 그 자료를 믿지 않습니다. 이때는 질량분석기를 사용해서 정성이온과 정량이온의 비율을 제대로 확인해야 합니다.

 

(3) 개별 물질의 프로필이 선행연구와 비교하여 비슷한 경향인가?

일반적으로 다이옥신 17종, PAHs 16종, 중금속 10종 이상을 분석합니다. 따라서 시료 한 개를 분석해도 여러 개별 물질 농도가 산출됩니다. 개별 물질의 농도 경향을 프로필(혹은 패턴)이라고 합니다. 예를 들어, 울산에서 수동대기채취기를 이용하여 주로 기체상 시료를 채취하고 PAHs를 분석하면, 아래 그림과 같이 Phe는 항상 Ant보다 농도가 높습니다. 만약에 이런 경향이 반대가 된다면, 거의 100% 오류입니다. 아마도 크로마토그램 상에서 피크 순서를 혼동했거나, 엑셀로 자료를 저장하는 과정에서 자료가 밀렸을 가능성이 있습니다. 위에서 언급한 방해물질 효과일 수도 있습니다.

(4) 바탕시료 농도로 어떻게 보정했는가?

바탕시료를 수시로 분석하고, 실제 시료 농도 보정에 사용합니다. 미량분석의 경우, 시료채취나 실험 과정에서 시료가 오염될 수 있기 때문입니다. 실험 배치별로 농도를 보정하기도하고, 다수 바탕시료를 분석해서 물질별 농도 평균을 계산해서 일괄적으로 보정하는 방법도 있습니다. 그런데 평상시와는 다르게 바탕시료에서 분석대상물질이 고농도로 검출되는 사례가 있다면, 위와 같이 단순히 보정해서는 안 됩니다. 바탕시료가 오염된 만큼 실제 시료도 이 정도로 오염되었다고 단정할 수 없습니다. 고농도 바탕시료로 보정하면 위에서 언급한 농도수준과 프로필이 완전히 달라질 수 있습니다. 바탕시료가 여러 개라고 해도 한 개의 고농도 바탕시료 때문에 평균값이 커지기 때문입니다. 이 때는 평균값이 아닌 중간값을 사용하거나, 해당 바탕시료 분석결과를 면밀히 살펴보고(방해물질 영향, 자료처리 상의 오류 등) 이상치로 판명되면 이 결과는 보정에 사용하지 않아야 합니다. 분석과 자료 해석 경험이 풍부해야 제대로 이 문제를 해결할 수 있습니다.

 

번외 사항  

(1) 다른 학생이 분석하면 잘 되는데, 제가 분석하면 왜 이럴까요? → 정성이 부족해서야

기기분석 보다는 전처리 과정에서 실수를 했을 가능성이 큽니다. 저는 보통 학생들에게 기기 탓을 하지 말아라. 거의 100% 네 탓이다라고 말합니다. 전처리 실험과정을 정확하게 따르지 않고, 대충 빨리 빨리 실험하면 회수율이 엉망이 되고, HRMS 상에서는 잠금질량값이 크게 흔들립니다. 시료 농축과 컬럼 용출 등은 천천히 여유있게 해야 하는데, 시료가 많으면 대충 간이법으로 처리하고, 컬럼에서 빨리 용출시키고, 과도하게 빨리 농축(질소 유속 증가, 온도 증가)하거나, 플라스크 벽면에 남은 물질을 잘 모으지 않으면 회수율이 잘 나올 리가 없습니다. 한 마디로 요약하면 "정성이 부족하다"입니다. 

 

(2) 분석장비 자동 정량값을 사용했는데 뭐가 문제인가요? → 크로마토그램에서 피크 하나하나 다 검토해야 돼 

분석기기의 Method만 잘 작성해 놓으면, 자동으로 정량값이 산출됩니다. 이 값을 그대로 사용하는 것이 가장 편합니다. 그런데 크로마트그램에서 소프트웨어가 자동으로 피크를 찾아내어 피크 면적을 계산한 내역을 꼼꼼하게 확인해야 합니다. 크로마토그램의 베이스라인이 올라가는 경우, 그 베이스라인에 따라 같이 올라가면서 피크 면적을 계산했는지, 베이스라인이 올라가기 전(RT값 앞의 베이스라인) 수준으로 내려서 피크 면적을 계산했는지 확인해서, 모든 시료와 표준물질에 일괄적인 피크 적분 방법을 적용해야 합니다. 또한, 피크가 두 개가 겹쳐 있는 상황에서 어떻게 분리해서 피크 면적을 계산했는지, 시료별/물질별로 RT값이 밀리지 않았는지 등을 일일이 검토해야 합니다. 

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