한국지하수토양환경학회 춘계학술발표회 2013년 4월 11일-12일 한화리조트 제주
토양 중 불소함량 측정을 위한 X선 형광분석법의 적용:
2. Mn 및 Fe 간섭에 대한 보정계수 산정
안진성․이준석․김주애․윤혜온 한국기초과학지원연구원 e-mail : [email protected]
Abstract / 요 약 문
토양 중 불소농도 측정을 위한 현행 공정시험기준은 과염소산을 이용한 불소 추출, 수증기 증류법을 이용한 간섭원소 제거에 이은 자외선/가시선 분광분석을 명시하고 있다 [1]. 그러나 전처리 과정에서 매우 긴 시간이 소요되기 때문에, 그 대체 분석방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구진은 비파괴 분석법의 하나 인 파장 분산형 X선 형광분석법(wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry, WDXRF)을 이용하 여 토양 중 불소농도를 평가하고 그 유효성을 확인한 바 있다 [2]. 이전 연구에서는 1지역 토양오염우려기준 (400 mg/kg)에 못 미치는 812 mg/kg의 검출한계를 보여 고농도 오염시료에 한정적으로 이용하였다. 또한 불 소 정량에 이용되는 F-Kα와 방출파장의 크기가 가장 유사한 Fe-Lα가 분석결과에 미치는 영향을 정량화하고 이를 보정하였다. 본 연계 논문발표에서는 이전 연구의 한계점을 개선하고자, (1) 분석시편 제조 방법의 개량 을 통해 검출한계를 저감시키고, (2) 토양 주원소(Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti, Mn, P)가 불소분석결과에 미치는 영향을 파악하였다. 본 연구는 연계 논문발표 중 두 번째로, 검출한계가 향상된 분석시편 제조 조건 하 에서 토양 주원소의 간섭영향을 확인하였다.
WDXRF는 고 에너지 X선에 의해 들뜬 시료 내 불소원자가 안정화되면서 방출하는 F-Kα(i.e., 0.677 keV, 1.83 nm)를 측정함으로써 시료 내 불소농도를 정량한다. 따라서 이와 유사한 방출에너지 값을 갖는 원소 들 중 유의한 간섭이 있을 경우 보정을 수행해야 한다. 10개의 토양 주원소의 시료 내 함량을 각각 95%(w/w) 로 하고 2%(w/w)의 불소를 첨가한 후, 정성분석모드를 이용해 피크 중첩현상을 확인하였다.
Element Line Wavelength (nm) Energy (KeV) Bragg angle (2θ°)
Fe Lα1 1.7586 0.705 41.394
F Kα 1.8307 0.677 43.174
Mn Lβ1 1.9103 0.649 45.153
표 1. Fe, F 및 Mn의 방출선 종류, 파장 및 에너지와 PX1 분광결정(2d = 4.9759 nm) 을 이용하여 계산한 Bragg angle
그 결과, Fe와 Mn에서 방출선의 유사성에 의해 유의한 피크 중첩현상이 확인되었으며 나머지 원소들은 과량 의 함량에도 불구하고 영향을 미치지 않았다(표 1). 이들 두 원소의 간섭영향을 정량화하기 위하여, 시료 내 불소의 함량은 동일하게 유지하면서 Fe와 Mn의 함량을 0, 10, 50 및 95%(w/w)로 달리하여, 43.174°(i.e., PX1 결정으로 분광하여 얻은 F-Kα의 Bragg angle)에서 측정되는 불소의 분석감도(intensity)를 비교하였다. 그 결 과, 불소의 함량에 상관없이 Fe와 Mn의 함량이 증가함에 따라 불소 분석감도가 선형적으로 증가함을 확인하 였다. Fe와 Mn은 토양 10대 주원소에 속하여 그 영향을 배제할 수 없을 뿐만 아니라, 불소의 경우 다른 중원
소와는 달리 Kα선 이외의 방출파장을 선택하여 중첩을 피하는 방법이 불가능하기 때문에, 이들 원소에 대한 보정계수(correction factor, CF)를 산정하였다. CF는 Fe와 Mn의 시료 내 함량과 43.174°의 Bragg angle에서 측정된 불소 분석감도 간의 선형관계의 기울기로부터 산출하였으며, 각각 0.0118과 0.0056이다. 이전 연구에서 는 1:1(w/w)의 토양과 셀룰로오스 접착제의 혼합비로 제조한 분석시편을 이용하여 Fe에 대한 CF를 산정하였 는데, 그 값은 0.0045였다 [2]. Fe에 대한 보정계수의 차이는 전처리 방법의 변화에 기인한 것으로 판단되며, 이는 CF 산정 시 불소의 검량선 작성에 이용한 전처리 방법과 보정계수 산정을 위한 실험의 전처리 방법이 동일해야 함을 의미한다. 본 연구에서 산정한 CF의 유효성을 검증하고 WDXRF를 이용한 토양 중 불소농도 측정의 적용 범위를 확장하고자 인증표준물질을 이용한 분석 정확도 검증 실험을 진행할 예정이다.
key words : X선 형광분석법, 불소, 토양, 간섭원소, 보정계수
사사
본 연구는 환경부의 토양, 지하수 오염방지기술개발사업인 GAIA(Geo-Advanced Innovative Action) Project의 지원을 받아 수행되었습니다.
참고문헌
1. KMOE (Korean Ministry of Environment), Soil official testing method in Korea. 2009.
2. An, J., K.-H. Kim, H.-O. Yoon, and J. Seo, Application of the wavelength dispersive X-ray fluorescence technique to determine soil fluorine with consideration of iron content in the matrix.
Spectrochimica Acta Part B, 69: p. 38-43, 2012.
