화학사고 현장에서 운용하도록 개발된 휴대용 GC/MS의 적정 시료 주입방식 연구 및 장비의 분석방식별 성능평가를 실시하였다. 사고대비물질 69종 중 4종(methyl chloride, vinyl chloride, benzene, toluene)의 대상물질을 선정하였고, 성능평가용 표준시료는 한국표준과학원에서 제조한 인증표준물질(CRM)을 사용하였다. 연구 결과, 1) 3가지(실린더, 백, 캐니스터)의 시료주입방식 중 백(bag) 주입방법이 가장 적합한 주입방법으로 판단되었다. 백(bag)의 재질이나 용량은 결과에 큰 영향을 미치지는 않았다. 도입 시료의 적절한 purge time은 Loop method와 Tenax method 모두 2분에서 가장 좋은 재현성을 보였다. 2) 휴대용 GC/MS에서 채택하고 있는 3가지 분석방식(sample loop, tenax concentration, carbopack concentration method)에 대한 대상물질의 재현성, 검출한계, 직선성 등의 성능평가 실시 결과 benzene, toluene과 같이 비교적 분자량이 큰 화합물은 Tenax 흡착관에, methyl chloride, vinyl chloride와 같이 분자량이 작고 휘발성이 큰 화합물은 carbopack 흡착관에 농축 분석하는 것이 더욱 재현성 있는 결과를 얻을 수 있었다.
Purge & Trap-GC/MS 전처리 방법과 capillary column gas chromatography/ mass spectrometry 분석법을 이용한 휘발성유기물 분석에 있어서, 보다 효울적으로 시료를 주입하는 방법에 대하여 연구하였다. 미국환경청에서 제시한 물 중의 휘발성 유기물 분석방법에서 이용하는 moisture control nodule 과 cryorefocusing에 따르는 여러가지 문제점을 관찰하였다. 이러한 무제점을 해결하기 위해 개선된 시료 주입방식을 제시하고, 여러가지 트랩과 컬럼의 특성을 조사하여 최적 실험조건을 구하였다. 이때 사용한 Purge & Trap 장치의 트랩은 carbopack B/carboxen 1000과 1001이었으며, 기체 크로마토그라프의 컬럼은 주문 제작한 dimethyldiphenylpolysiloxane crosslingking moiety capillary 컬럼을 사용하였다. 본 연구에서 제시한 방법으로 물 중에 포함된 54종의 휘발성유기물을 대상으로 동시분석할 때의 정확도와 정밀도에 대해 조사하였으며, 각 화합물에 대한 method detection limit를 구하였다.
본 연구에서는 주요 환원황 화합물에 해당하는 4가지 황성분, $H_2S$, $CH_3SH$, DMS, DMDS을 이용하여, 이들의 주요 검출방법에 해당하는 GC/PFPD 방식의 검출특성을 대부분의 환경시료의 분석에 활용할 수 있는 두 가지 기준에서 비교 분석하였다. 우선 수 십 ppb 단위의 고농도 시료들에 대한 분석특성을 이해하기 위해, GC/PFPD에 루프주입장치를 결합한 고농도 모드 시스템을 구성하고, 이에 대한 평가를 시도하였다. 그리고 이에 대비하여, 열탈착 시스템을 연계한 저농도 모드 시스템을 이용하여, 환경대기와 같이 극단적으로 낮은 농도 (ppt 수준)로 존재하는 시료들의 분석기법을 평가하였다. 양 분석방식의 비교에 의하면, 개별 황성분들의 검출특성은 대단히 규칙적인 특성을 유지하는 것으로 나타났다. 고농도모드를 이용한 비교결과에 의하면, 황화수소의 경우 가장 약한 감도를 보인 반면, 황원소를 두개 함유한 DMDS는 가장 민감한 감도를 보였다. 고농도 모드에 대비하여 저농도 모드의 감도를 비교할 경우, 감도가 수십 배 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. 양 방식의 뚜렷한 감도차이에도 불구하고, 선택한 모드에 상관없이 황성분들의 상대적인 검량특성은 비교적 규칙적인 경향성이 유지되는 것으로 나타났다. 이들 성분에 대한 정확한 검량을 위해서는 다양한 관점에서 검출특성을 정의하기 위한 노력이 수반되어야 할 것으로 사료된다.
석탄가스화 복합발전시스템의 성능을 평가하기 위한 방안의 일환으로, 석탄시료의 탄종과 공급방식을 변경하면서 정적 시스템모사방법을 사용하여 생성 석탄가스의 발열량과 발전효율을 비교하였다. 석탄의 탄종은 유연탄 3종과 아역청탄 3종을 비교하였고 공급방식은 분류층 가스화기에서 사용되는 건식과 습식 두 가지에 대하여 비교하였다. 시스템 모사방법의 검증을 위해서는 모사결과를 Shell사와 Texaco사에서 발표된 같은 석탄시료에 대한 실증자료와 비교하여 사용된 모사방법이 적절함을 입증한 후 다른 시료에 대하여 모사방법을 적용하였다. 탄종에 따른 결과를 보면, 석탄내 탄소분이 많을수록 가스화에 의한 생성가스의 발열량과 발전효율 모두 증가하는 경향을 보이며 습식공급방식이 건식방식에 비해 탄종변화에 민감한 결과를 보였다. 특히, 습식공급 방식으로 아역청탄을 사용하는 경우는 생성가스의 발열량과 발전효율의 측면에서 유연탄에 비해 현저히 낮은 수치를 보여주고 있어 이용에 제한적임을 추정할 수 있었다. 발전효율 측면에서는 건식 석탄주입방식이 아역청탄의 경우 최대 3%, 유연탄의 경우 1% 정도의 효율이 습식방식에 비해 높게 모사 되었다.
SPME 분석기법은 헤드스페이스(Headspace: HS) 방식으로 기체상태의 흡착을 유도하거나, 액상시료에 직접 접촉하는 방식으로 분석대상 물질을 추출할 수 있다. 본 연구에서는 CAR/PDMS fiber를 이용하여, 액상시료의 VOC 분석을 시도하였다. 3 가지 변수 (흡착온도, 흡착시간, 교반여부)의 강약을 동시에 감안한 8가지 조합조건에서 분석효율을 조사하였다. (1) 용출온도: 30 대비 $50^{\circ}C$. (2) SPME fiber 시료노출시간: 10과 30 min. (3) 교반적용 여부: 무 교반 대비 1200 rpm. 8가지의 조합형 분석조건에서 HS-SPME 방식을 적용하여분석한 결과, S50-30 (stirring speed: 1200 rpm, exposure temp: 50oC, exposure time: 30 min)에서 가장 분석효율이 높게 나타났다. 가장 좋은 감도를 보인 S50-30방식의 분석 회수율을 GC에 직접주입하는 방식을 임의의 기준으로 평가하였을 때, 성분에 따라 상대 회수율이 45.5~68.5%로 나타났다. 본 연구의 결과, 3가지 변수 중에서 교반여부는 검량 특성을 결정짓는 가장 중요한 인자로 나타났다.
모세관 컬럼의 기체-액체 크로마토그래피로 11종의 유기인제 잔류 농약을 분석하기 위한 최적 분리를 검토 하였으며 시료 도입시 주입방식과 기화관의 종류에 대한 조사도 하였다. 분리 방식(split mode)으로 기화관은 석영솜을 충진한 관에서 봉우리 높이에 대한 재현성이 가장 좋았다. 농약의 최적 분리를 주는 모세관 컬럼은 SE-54보다 SE-30(25m)이었고 온도상승방식은 $200^{\circ}C$에서 $230^{\circ}C$까지$5^{\circ}C/min$로 승온시켜 5분간 유지하고 $270^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C/min$로 승온해서 5분간 등온을 유지하였다. 또한 각 농약의 머무른 시간의 상대표준편차는 ${\pm}0.19%$ 이하의 좋은 결과를 보였다.
본 연구에서는 이온주입 된 4H-탄화규소(SiC) 에피 층 위에 환원된 그래핀 산화물 (r-GO)을 보호 층으로 적용하여 고온 열처리 공정 중 발생하는 표면 거칠기 악화를 개선하였다. 실험에 사용 된 4H-SiC 에피 층은 $4^{\circ}$ off-axis n-형 4H-SiC 기판 위에 $10{\mu}m$ 두께로 성장되었다. $n^+$-형 4H-SiC 층을 제공하기 위해 $1.73{\times}10^{15}cm^{-2}$ 농도의 질소를 고온 고에너지 이온주입 공정으로 주입하였고, 보호 층으로 사용한 r-GO는 스프레이 코팅 방식으로 4H-SiC 층 위에 형성하였다. r-GO를 보호 층으로 적용 한 결과, 적용하지 않은 시료에 비해 고온 열처리 후 표면 거칠기 (RMS)가 10배 개선되었으며, 전기적 측정으로 추출한 누설 전류를 통해 표면 거칠기 개선으로 표면 상태가 완화되었음을 확인하였다.
"드럼 코아시편 채취장치" 는 침출/내수성 시험, 압축강도 측정시험, 열 순환 시험등 의 파괴적 물성시험을 수행하기 위해서 경질(시멘트 고화체) 및 연질(파라핀왁스) 등의 방사성폐기물드럼으로부터 코아 시료를 채취하는 장비이다, 시편채취의 최대길이는 860 mm 이며 코아 시편의 직경은 50~200 mm 이며 일반적으로 "방사성폐기물 고화체의 물성시험"에 사용되는 시편은 실험실적으로 제조한 소규모 모의 고화체 시편과 고화공정에서 직접 채취한 소규모 시편, 200L 드럼으로부터 코아시편을 채취 가공하여 만든 시편과 같이 3종류가 있다. 고화공정에서 발생되는 고화체는 일반적으로 200 L 드럼에 주입되며, 고화체의 균일성 정도는 고화공정의 특성, 폐기물/고화매질 혼합비, 200 L 고화체 드럼의 냉각방식에 따라 다르다. 따라서, 실험실에서 제조한 시편과 공정에서 채취한 소규모시편은 실제 고화공정을 대표할 없으며 또한 실제 발생된 고화체의 조성과도 동일하다고 볼 수 없다. 따라서 200 L 드럼으로부터 코아시편을 채취하여 만든 시편이 고화공정과 고화체를 대표할 수 있는 시편으로 볼 수 있다 그러므로 고화체 및 고화공정을 대표할 수 있는 코아시편을 채취할 수 있는 장치를 제작하여 다양한 코아시편을 200 L 고화체 드럼으로부터 수직 코아시편을 채취할 필요가 있으며 실험에서 코아시편 채취속도와 연관된 Z-AXIS 의 Rpm은 운전범위는 0-2000 Rpm 이나 이때 너무 빠른 속도는 기계에 치명적인 손상을 초래 할 수 있으므로 위험한 것으로 나타났으며 500-1000 Rpm 의 속도가 적합한 것으로 시험되었으며 시편을 절삭하는 Spindle의 Rpm은 운전범위는 0-1500Rpm 이나 무리한 운전을 피해 가장 적절한 Speed로 운전해야하며 시험결과 500-800Rpm 이 최적운전범위로 나타났다 또한 시멘트고화체에서의 코아 채취시험에서는 Spindle의 속도는 500 Rpm, Z -AXIS 의 Rpm은 900 Rpm이 가장 적합한 것으로 나타났으며 성능평가시험을 통하여 비트부의 절삭속도와 Z축의 이동속도에 관한 그라프를 획득하였으며 시편의 크기에 따라서 Spindle의 속도를 증감하여야함을 확인할 수 있었다.
도심 지역의 하수관거에서 발생하는 주요 악취성분들의 발생특성 및 배출경향을 평가하였다. 하수관거에서 발생하는 총 6 가지의 지정 악취물질들($H_2S$, $CH_3SH$, DMS, DMDS, $CH_3CHO$, $NH_3$)을 주 대상으로 선정하여 조사를 실시하였다. 건조한 조건과 습한 조건을 유지하는 2개의 비교대상 하수관거에서 악취시료를 채취하였다. 측정한 악취물질들을 농도기준의 절대값과 이를 경험식에 주입하여 산출한악취지수(OI, SOI)를 동시에 활용하는 방식으로 비교분석을 하였다. 실험 결과, 전체 분석 성분 중 $CH_3SH$, $H_2S$, DMS 등의 환원황화합물(reduced sulfur compounds: RSC) 성분들이 악취세기에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또 연구결과들을 전체적으로 종합해 보면, 주요 악취성분들의 일간 발생경향은 식생활 및 배수 등의 인간활동과 어느 정도 연관성을 띄고 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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