요오드화 수소산 환원법에 의한 납의 정밀분석 방법에 대한 연구

Abstract

환경규제의 패러다임이 제품생산에서 비롯된 환경 오염적인 측면에서 제품 자체에 대한 관리의 측면이 강조 되면서 세계 여러 국가에서 제품에 대한 환경규제를 발표하고 실행하고 있다. 이러한 규제들은 제품 내 유해 물질에 대한 규제도 포함하고 있으며, 유해 물질 별 규제치가 설정되어 있다. 이러한 규제치 들은 임의적인 첨가가 아닌 오염 또는 재활용 등에서 비롯될 수 있는 의도하지 않은 첨가에 관점이 맞춰져 있다. 이러한 규제치에 대한 적합성 확인을 위하여 제품을 구성하고 있는 재질들에 대한 유해물질 분석 방법이 필요하다. 제품을 구성하고 있는 재질 중 많은 부분을 차지하는 플라스틱은 주성분인 고분자 외에 여러 가지 화합물이 첨가된 매질 (matrix)이 복잡한 물질이다. 이러한 플라스틱에 포함된 유해 물질에 대한 여러 측정방법이 적용, 개발 되고 있다. 본 연구에서는 이러한 규제 유해 물질들 중 플라스틱에 함유된 납 (Pb) 성분의 분석에 있어 효율적이고 측정 범위가 넓은 분석방법에 대해 알아보았다. 플라스틱에 함유된 납을 분석하기 위해서는 우선, 주성분인 유기 성분 들을 제거해야 한다. 유기 성분을 분해하고 제거 할 수 있는 가장 좋은 방법은 황산으로 처리하는 방법이나 황산처리 시 납 성분이 PbSO4로 침전되기 때문에 이를 다시 용해하는 과정을 필요로 한다. 용해 방법으로 고무에 적용되던 NH4Ac용해 방법이 사용되어 왔으나, 시험 결과 이 방법은 납 함유량 0.1 wt% 이상에서 정량적으로 적용 가능 한 방법이어서, 국제적인 납의 규제 농도인 0.1 wt%에 적용하기 힘든 방법이다. 따라서 플라스틱을 황산으로 전처리할 때 생성되는 PbSO4를 분리하지 않고 형성된 PbSO4를 정량적으로 환원 시키는 HI 환원법을 적용, 이 방법에 대한 특성을 고찰 하였다. HI 환원법을 적용하기 위한 기초 연구를 진행 하였다. 순수 PVC에 Pb 표준용액을 첨가한 후 HI 환원법을 이용하여 99.5% 이상의 회수율을 얻었다. HI 환원법의 validation을 위하여 인증표준물질인 BCR-680, BCR-681에 대한 적용 시험을 실시하여 100%대의 회수율을 얻었으며, 이들 결과로부터 HI 환원법이 플라스틱 내 납 측정에 적용할 수 있는 시험 방법임을 증명 하였다. 일반적으로 분해가 어려운 PVC 재질에 대한 기준물질 (RM)을 제조하여 PbSO4분리-NH4Ac 용해법과 HI 환원법에 대한 특성을 관찰 하였다. 다른 혼산에 의해 분해가 어려운 PVC를 황산을 사용하여 쉽게 분해한 후 납의 분석에 있어 문제가 되는 PbSO4 침전에 대한 HI 환원의 적용 결과 99.8 % 이상의 정밀도를 나타내었다. PVC RM에서도 HI 환원법이 높은 정확도과 정밀도를 나타내는 재현성 높은 전처리 방법임을 확인 할 수 있었다. 또한 정립된 HI 환원법에 대한 3개 기관의 시험실간 실험 (RRT)을 통해 방법에 대한 신뢰성을 확인 할 수 있었다. 이러한 HI 환원법의 또 다른 특징은 환원제인 HI에 의해 SO4이온을 H2S로 환원시켜 휘발, 제거하여 황산에 의한 ICP-AES 측정의 방해요소를 제거하는 동시에 매질에 첨가 되어 있을 수 있는 난용제들의 주요 성분인 Sb, Sn 또한 휘발시켜 불순물에 의한 영향을 감소시킬 수 있다는 것이다. 본 연구를 통해 정립된 HI 환원법은 플라스틱 내 납 (Pb) 성분을 정량하기 위해 가장 적합한 전처리법이며, 납의 측정 농도 범위가 넓으며, 조작이 매우 간단하고 정밀도와 정확도가 높은 방법임을 확인하였다.; In the view of environmental regulations, it have been focused on the pollution by manufacturing processes. Nowadays, however, the paradigm of the environmental regulation is changed into the management system regulating a product itself. Therefore, environmental regulations for products are announced and enforced in many countries. In these regulations, it is included that restricts the use of the certain hazardous substances and set the limit value for each substance. The limit value is not focused on intended addition but such as contaminants or by-products from a recycling process. Hence, test methods for materials which component the product are required to confirm these values. Many products are manufactured by plastic parts. Plastic is mainly composed of polymer matrices, and is a complex material which contains various additives. Many test methods have been developed and applied to analyze hazardous substances in plastic. In this study, we developed a quantitative analysis method, which has a wide detection range and is very effective, especially for lead in plastic. To analysis of lead plastics matrix are must be performed to decompose and remove polymers which constitute plastic mainly. The best method is using sulfuric acid, but it is required to dissolute a precipitate called lead sulfate. It has been applied for a method using NH4Ac solution to determine lead in rubber. However, our study shows that it is not suitable for materials which contains lead less than 0.1 wt%, the limit value. For that reason, we developed HI (hydrogen iodide) reduction method for determination of lead in plastic. HI, as a reductant, reduces SO4 (sulfate) ions to H2S, and then H2S is volatilized. This reaction prevent a problem that sulfuric acid may interfere with results in ICP-AES. Simultaneously volatilizing insoluble materials, such as tin and antimony, it has made test results more reliable. In addition, it has resulted accurately for samples containing lead less than 0.1 wt%. We added pure lead standard solution into lead-free PVC samples, and performed by HI reduction test method. The recovery of lead was over 99.5%. To validate our optimized HI reduction method, we applied to the certificated reference materials (CRM), such as BCR-680 and BCR-681. From these samples, it resulted that the recoveries of target elements were approximately 100%. We convince that HI reduction method is able to be applied to determine lead in plastics quantitatively. To investigate properties of two test methods, PbSO4 separation-NH4Ac dissolution method and HI reduction method, we performed to another kind of reference materials (RM), PVC containing lead compounds. In most cases, PVC is not decomposed by acid mixture. We decomposed PVC easily using sulfuric acid. Applying HI reduction method to precipitation of PbSO4, it resulted that accuracy was over 99.8%. We also obtained test results with high accuracy and precision from HI reduction method for PVC RM. Interlaboratory test (Round Robin test, RRT) was executed by three testing laboratory for optimized HI reduction method, and we convinced our testing data. Through this study, we conclude that HI reduction method to determine lead in plastic is applicable to samples having wide range lead concentration, simple to perform, and able to obtain satisfactory results with high accuracy and precision.