해양퇴적물에서의 중금속 및 유기화합물 분석법의 원리 및 특징 비교 : 퇴적물 내 HNS 관리대상물질의 새로운 분석법 개발을 위한 기초문헌 연구

국문 초록 (Abstract)

국내 해양산업시설 HNS 배출에 대한 배출기준 정립을 위해서는 현장 실태조사 및 생태독성 연구 등의 복합적인 다학제 연구가 필요하다. 그 중 실태조사를 위해서는 해양매체인 해수 및 해양퇴적물에서의 관리대상물질에 대한 분석법 정립이 필요하다. 본 연구에서는 〈해양산업시설 배출 위험유해물질 관리기술 개발 사업〉의 일환으로 연구의 최종목표인 관리대상물질의 배출기준을 제시하여 위하여 현장 실태조사를 통한 해수 및 해양퇴적물에서의 정확한 잔류농도를 파악하는 것이 필수적이다. 하지만 이들 물질의 해수 및 퇴적물에서의 잔류현황을 파악하기 위해 새로운 분석법의 개발이 필요하다. 그러므로 2차년도부터 특정 관리대상물질에 대한 분석법을 빠르게 정립하기 위한 기반 연구로서 본 1차년도 연구에서는 해양수산부, 환경부, 미국 환경보호청 및 기존 문헌을 통해 퇴적물에 대한 중금속 및 유기화합물의 다양한 분석법을 정리하였다.
금속류의 경우 퇴적물은 산분해법, 해수에 대해서는 용매 추출법 등이 있다. 퇴적물에 대한 산분해법은 질산법, 질산-염산법, 질산-황산법, 질산-과염소산법, 질산-과염소산-불화수소산법 등이 있으며, 완전추출법 혹은 부분 추출법 등 연구목적에 따라 퇴적물에 대해 적절한 산분해법을 사용한다. 필요에 따라 재추출하거나 희석 등을 실시한다. 국내 공정시험 기준에 제시된 구리, 니켈, 망간, 아연, 주석 등 대표 화합물은 원자흡수 분광광도법, 유도결합 플라스마 원자발광분광법, 유도결합 플라스마 질량분석법 등으로 정량분석한다.
유기화합물의 경우, 속실렛, 진탕추출 등의 방법으로 추출한 뒤, 흡착제를 채운 유리컬럼으로 정제 후 농축한다. 필요에 따라서는 유도체화와 용매치환 등을 실시한다. 최종적으로 기체/액체 크로마토그래피로 물질을 분리한 후 질량분석 검출기, 불꽃 이온화 검출기 또는 광이온화 검출기 등 다양한 검출기로 정성정량 분석한다.
1차년도 연구를 통해 퇴적물 중 중금속 및 유기화합물에 대한 다양한 분석법을 통해 추출, 정제, 농축, 기기분석 등 각 분석 단계별로 공통점 및 차이점을 요약하였고, 차이점에 대해서는 그 이유를 파악하였다. 이러한 연구를 통해 2차년도부터 해양환경공정시험기준에 포함되지 않은 특정 중금속 및 유기화합물의 분석법을 개발하는데 있어서 기반을 구축할 수 있게 되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to establish the guideline for HNS emission from marine industrial facilities, complex multidisciplinary studies such as field surveys and ecotoxicity studies are needed. Among them, it is necessary to establish new analytical method of the substances to be managed in seawater and marine sediments for the field survey. In this study, the final goal of the 〈Development of Technology for Impact Assessment and Management of HNS discharged from Marine Industrial Facilities〉 was to present the guideline of substances to be managed, for which it is essential to identify the exact residual concentrations in seawater and marine sediments through field surveys. If there is not an appropriate method for the substances in Korean Standard Method of Examination for Marine Environment, it is necessary to develop a new analytical method to determine these substances in seawater and sediments. Therefore, in this first year, the analytical methods for the heavy metals and organic compounds on sediments through the Ministry of Oceans and Fisheries, the Ministry of Environment, the United States Environmental Protection Agency, and the scientific papers were reviewed.
For metals, there are acid extraction methods for sediments, and solvent extraction methods for seawater. Solvents for acid extraction methods include nitric acid, the mixture of nitric acid-hydrochloric acid, the mixture of nitric acid-sulfuric acid, the mixture of nitric acid-perchloric acid, the mixture of nitric acid-perchloric acid-hydrofluoric acid, etc. Complete extraction method or partial extraction method was used according to the research purpose. If necessary, 2<SUP>nd</SUP> extraction or additional dilution was performed. Representative metals such as copper, nickel, manganese, zinc, and tin are quantitatively analyzed by atomic absorption spectroscopy, inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy, and inductively coupled plasma mass spectrometry.
After extraction by Soxhlet and shaking extraction, organic compounds were purified with a glass column filled with an adsorbent and then concentrated. If necessary, derivatization and solvent replacement are performed. Finally, the organic compounds are separated by gas/liquid chromatography, and then the qualitative and quantitative analysis is performed with various detectors such as mass spectrometry detector, flame ionization detector, or photoionization detector.
Through the first year study, the similarities and differences were summarized for each analysis step, such as extraction, purification, concentration, and instrumental analysis for heavy metals and organic compounds in the sediment. The reasons for the differences were identified too. Through these studies, from the second year, it will be possible to develope new analytical methods for specific heavy metals and organic compounds that were not included in Korean Standard Method of Examination for Marine Environment.