토양 오염물질 분석

이 페이지에서 제공되는 정보:

• 토양 내 유기 오염물질
• 영양분 분석
• 중금속 분석
• ASE 토양 시료 클린업

유기 오염물질은 인체와 환경에 해롭거나 유해한 것으로 판명된 광범위한 화합물을 포괄합니다. 이러한 화합물 중 상당수가 인간이 만들어 낸 화학물질로서 산업, 제조 및 농업 활동에서 사용하고 발생한 것입니다. 오염물질의 잠재적인 큰 영향력과 더불어 농약 유출 등의 오염 축적에 대한 토양의 높은 민감성으로 인해, 일상적으로 생체이물(xenobiotic) 화합물이 존재하는지를 알기 위해 환경 매트릭스를 분석합니다. 오염된 토양에 대한 노출은 직접적인 접촉이나 간접적인 지하수 및 표층수 시스템의 오염을 통해 인간의 건강에 직접적으로 영향을 미칠 가능성이 있습니다.

규제기관들은 유사한 건강 영향, 동시 발생 여부, 공통적 분석 방법, 공통적 처리 또는 관리 절차로 오염물질을 그룹화하여 규제함으로써 알려진 오염물질에 대한 규정 준수를 모니터링하는 데 드는 비용을 합리화하려고 합니다. 알려진 오염물질과 더불어 알려지지 않은 미지의 화합물은 환경 보호에 심각한 위협을 가하며 전세계적으로 문제를 야기하고 있습니다.

광범위한 종류의 화합물이 토양에 존재하는지 여부를 분석하고 규제 요건을 충족시키기 위해서는 다양한 분석적 기법을 사용한 강력한 전략이 필요합니다. 화합물을 성공적으로 추출하여 식별하고, 정량화하려면 여러 가지 토양 유형에 대한 시료 전처리 및 분석을 지원하는 워크플로우를 고려해야 됩니다. 추출 접근법에는 일반적으로 용매 교환, 고체상 추출(SPE), 가속 용매 추출(ASE) 및 마이크로파 추출법이 있습니다. 크로마토그래피 분리 및 질량분석법 기술은 환경 매트릭스 내의 이러한 화합물에 대해 대량의 식별 및 정량화 데이터를 제공합니다. 토양의 유기 오염물질을 분석하기 위한 일반적인 분석 방법에는 GC, HPLC, IC, GC-MS, IC-MS 및 LC-MS가 있습니다. Thermo Fisher Scientific 환경 분석 포트폴리오는 이러한 일상적인 크로마토그래피 및 질량분석법 기술 모두를 위해 맞춤화된 시스템을 제공합니다. 또한 이러한 시스템과 함께 오늘날의 유기 오염물질 규정을 효율적이고 효과적으로 충족시키고 미래의 변화하는 요구사항에 대처할 수 있는 종합적인 워크플로우도 함께 제공합니다.

EPA 분석법 8260C 및 PAH 분석을 사용한 휘발성 유기 오염물질 분석의 예를 참조하십시오.

또한 ASE-GC-MS를 사용한 살충제 분석을 위한 워크플로우를 참조하십시오.

유기 오염물질 분석에 사용되는 기기 및 소모품:

식물의 성장에는 최소 17개 이상의 영양분이 필수적입니다. 일부는 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 황과 같은 다량 영양소(대량으로 존재)인 반면 다른 원소는 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴 등의 미량 영양소입니다. 토양과 퇴비(바이오 고형물)에서 이용 가능한 영양분의 양을 파악하여 올바른 종류와 양의 비료를 살포하는 것은 아주 중요합니다. 부족한 영양분을 과도하게 사용하면 식물이 성장 가능성이 줄어들고 자원 낭비로 이어지며 심지어 토양이 오염될 수 있습니다. 토양과 퇴비의 영양분 분석을 위해서는 서로 다른 기술을 통해 일상적인 여러 변수를 측정해야 합니다.

토양 다량 영양분 검사

원소 분석기

다량 영양분은 토양의 품질을 파악하기 위해 반드시 측정해야 합니다. 이는 연소를 통해 원소를 가스 형태로 변환하고 가스 크로마토그래피로 분리한 후 원소 분석기로 정량화할 수 있습니다.

• 질소—토양 내 질소는 식물 성장을 위해 추가할 비료의 양을 평가하고 계산하는 데 중요한 부분입니다. 질소 함량 정량화는 영양 공급과 처리를 위해 다양한 유형의 농작물의 품질을 측정하고, 농업 및 환경 연구에서 질소 순환(N-cycle)과 질소 고정(N-fixation)을 모니터링하는 데 필수적입니다.
• 총탄소, 총유기탄소 및 CHNS—퇴비에 사용되는 물질의 이질성으로 인해 질소, 전탄소, 총유기탄소(TOC), 재생된 폐기물의 황 함량과 같은 변수의 정확한 조절은 높은 품질의 비료를 보장하기 위한 핵심적인 요인입니다.
• 황—탄소 및 질소와 마찬가지로 황 또한 생명체의 필수 성분으로, 몇 가지 아미노산(시스테인, 시스틴, 메티오닌)의 섭취와 합성 전반에 관여합니다. 황 결핍은 야채 작물의 성장에 부정적인 영향을 미칩니다. 또한 활엽수잎 및 침엽수잎에서 검출되는 황 농도는 환경 오염의 지표가 되기도 합니다.

이러한 모든 분석들은 다음의 기기로 수행할 수 있습니다.

MAS Plus 자동시료주입기(autosampler) → FlashSmart NC/토양 분석기

영양분 분석

원소 분석기와 더불어 불연속 분석기를 칼륨 및 인 분석에 사용할 수도 있습니다. 원소의 성질에 의해 영양분을 측정하는 원소 분석기와 달리 불연속 분석기는 영양분 및 특정 화학물질의 특이적 화학 반응을 활용해 색을 만들어 내고, 이를 불연속 분석기가 검출하게 됩니다. 토양 검사 외에도 불연속 분석기는 식수 및 폐수 분석에도 사용할 수 있습니다.

비료 분석에 대한 사례 연구를 살펴보십시오.

광물 분석

식물의 성장에는 광물 원소가 필요합니다. 이러한 광물 영양소는 아주 작은 양이 필요하기 때문에 미량 영양소입니다(주로 ppm 수준). 광물 원소는 금속 원소이며 종종 ICP-OES로 분석됩니다.

광물 영양소를 분석하려면 먼저 토양에서 이를 추출해야 합니다. 추출 방법에는 DTPA-TEA, HCL 용액, Mehlich-1, Mehlich-3, 완전 분해(EPA 3050B, 3051A, 3052 Method) 등 여러 가지가 있습니다. 요구 사항에 따라 서로 다른 추출 방법을 사용할 수 있습니다.

광물 분석은 다음의 기기를 사용하여 수행할 수 있습니다.

마이크로파 분해 시스템(CEM 사 제품) → CETAC 자동시료주입기(Autosampler) → iCAP 7600 ICP-OES 분석기

광물 금속 원소와 더불어 비소(준금속), 카드뮴, 납, 수은과 같은 토양 내 독성 중금속은 같은 기술로 분석할 수 있습니다. 또는 더욱 감도 높은 냉증기 원자 흡수 분석기, 냉증기 원자 형광 분석기, 또는 ICP-MS 기술도 사용할 수 있습니다. 이러한 원소의 정량화는 비료로 사용되는 바이오 고형물에 필요하며 미국 EPA에 따른 토양 검사에도 필요합니다. 토양과 식물을 오염물질로부터 보호하여 오염된 음식을 먹지 않도록 하려면 이러한 독성 금속을 아주 낮은 수준으로 유지하는 것이 필요합니다.

중금속 분석에는 크로마토그래피, 분광법, 전기화학에 기반한 여러 가지 기술이 사용됩니다.

ICP-OES 및 ICP-MS

토양 시료 분석에 ICP-MS를 사용할 때 총용존고체(TDS)에 대한 ICP-MS의 한계점을 인식하는 것이 중요합니다. 일반적인 ICP-MS는 0.2% 미만의 TDS를 처리할 수 있습니다. 그러나 아르곤 가스 희석 또는 자동 희석 기법을 사용하면 ICP-MS 분석 시 고농도 매트릭스에 대한 허용오차가 개선됩니다.

독성 중금속의 ICP-MS 분석용 기기

CETAC 자동시료주입기(Autosampler) → iCAP RQ ICP-MS

6가 크롬(Cr (VI))도 독성 중금속의 일종으로 화학 및 가죽 가공 산업 등 여러 산업에서 발생합니다. 캘리포니아 주에서는 이를 식수와 토양에서 규제하고 있습니다.

미국 EPA 승인 분석법:

• 식수에 대한 Method 218.7의 Cr (VI) 이온 크로마토그래피 분석
• SW846 Method 7199의 지하수 및 산업 폐수 내 Cr (VI) 이온 크로마토그래피 분석
• 토양의 Cr (VI) 추출에 대한 EPA SW846 Method 3060A

당사는 가속 용매 추출(ASE)을 활용한 이온 크로마토그래피 방법도 개발하였습니다. 이 방법은 ASE로 시료를 전처리한 다음 post-column derivertization을 통한 이온 크로마토그래피로 Cr (VI)를 정량화합니다. 포스터 노트 70729를 다운로드하십시오.

토양 내 Cr (VI) 측정용 기기:

Dionex ASE 350 가속 용매 추출기 → Dionex ICS-6000 Hybrid HPIC 시스템 → Dionex Chromeleon 7.2 크로마토그래피 데이터 시스템

X-선 형광(XRF) 분석기

휴대용 XRF를 토양 내 중금속 원소를 검출하기 위한 강력한 도구입니다. 한 번에 25개 금속을 분석하는 XRF 분석기는 시료를 분해할 필요 없이 현장에서 토양 시료를 분석할 수 있습니다. EPA SW846 Method 6200은 고체 폐기물 내 금속 분석과 토양 분석에 XRF를 사용합니다. 그러나 이 방법의 낮은 검출 한계는 일반적으로 대부분의 분석물에 대해 RCRA(Resource Conservation and Recovery Act, 자원 보존 및 복원법)에 규정된 규제 수준보다 높습니다. 이 방법은 금속 측정 시 원자 흡수 기술(ICP-OES 및 ICP-MS 등)에 대한 확인 방법으로 사용됩니다. 그럼에도 이 기기는 현장 검사 및 품질 관리 작업을 위한 우수한 도구입니다.

XRF는 중금속 분석뿐만 아니라 S, P, Al, Mg, Si, U와 같은 기타 원소도 분석할 수 있습니다.

XRF 분석기가 독성 금속 및 오염물질을 검출하는데 어떻게 사용되는지 보려면 XRF 토양 오염물질 분석 페이지를 참조하십시오.

흡착제 및 추출후(post-extraction) 클린업 카트리지를 사용하여 원치 않는 간섭을 해결할 수 있습니다. 

• 특선된 흡착제를 사용한 셀내(In-cell) 추출은 간섭물질을 제거하며 추출 및 추출후 정화 단계의 완전한 자동화를 가능하게 합니다. 이 옵션은 전체적인 비용과 전처리 시간을 낮춰주고 시료 처리량을 높여줍니다.
• 추출후(Post-extraction) 클린업 카트리지는 추출물을 정화할 수 있는 특선된 흡착제를 제공합니다. 이 흡착제는 상승된 온도와 압력에서 용제의 반응 확률을 낮춰줍니다.

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