EPA3550 초음파 추출 지침
초음파 추출은 친환경적인 추출 방법으로, 소량의 실험실 시료뿐 아니라 상업적 생산 규모의 유용 화합물 추출에도 적용할 수 있습니다. 미국 환경보호청(EPA)은 자원보전회수법(RCRA)을 뒷받침하기 위해 다양한 분석화학 및 특성 시험 방법론, 환경 시료 채취 및 모니터링, 품질보증 체계의 시행을 권고합니다. EPA는 초음파 보조 추출에 대해 다음 지침을 발표했습니다:
시험법 3550C – 초음파 추출
1. 범위 및 적용
또한, 시험법으로 정의되는 매개변수의 분석에 해당 시험법의 사용이 요구되는 경우를 제외하고, SW-846 시험법은 분석 절차나 기법의 수행 방법에 관한 일반 정보를 담은 지침용 시험법입니다. 실험실은 이 정보를 자체적인 일반 용도 또는 특정 프로젝트에 적용하기 위한 상세한 표준작업절차서(SOP)를 작성하는 기본 출발점으로 사용할 수 있습니다. 이 시험법에 포함된 성능 데이터는 지침 제공만을 목적으로 하며, 실험실 인정에 필요한 절대적인 품질관리(QC) 허용 기준으로 사용하도록 의도된 것이 아니며 그러한 목적으로 사용해서는 안 됩니다.
1.1 이 시험법은 토양, 슬러지 및 폐기물과 같은 고체에서 비휘발성 및 반휘발성 유기 화합물을 추출하는 절차를 설명합니다. 초음파 공정은 시료 매트릭스와 추출 용매의 긴밀한 접촉을 보장합니다.
1.2 이 시험법은 유기 화합물의 예상 농도에 따라 두 가지 절차로 나뉩니다. 저농도 절차(11.3절)는 개별 유기 성분의 예상 농도가 20 mg/kg 이하인 경우에 적용하며, 더 많은 양의 시료를 사용하여 세 차례 연속 추출합니다(농도가 낮을수록 추출하기가 더 어렵습니다). 중간/고농도 절차(11.4절)는 개별 유기 성분의 예상 농도가 20 mg/kg을 초과하는 경우에 적용하며, 더 적은 양의 시료를 사용하여 한 차례 추출합니다.
1.3 분석 전에 추출액에 어떤 형태로든 정제 처리를 수행할 것을 강력히 권장합니다(예: 3600 계열 시험법 사용).
1.4 최대 추출 효율을 달성하려면 시험법(제조업체의 지침 포함)을 정확히 따르는 것이 매우 중요합니다. 추출 절차의 핵심 사항에 관한 설명은 11.0절을 참조하십시오. 구체적인 작동 설정은 제조업체의 지침을 참조하십시오.
1.5 이 시험법은 서로 다른 분석 대상 물질군에 사용할 수 있는 최소 세 가지 추출 용매계를 설명합니다(7.4절 참조). 관심 분석 대상 물질에 대해 적절한 성능을 입증할 수 있다면 다른 용매계를 사용할 수도 있습니다. 추출 용매의 선택은 관심 분석 대상 물질에 따라 달라지며, 모든 분석 대상 물질군에 보편적으로 적용할 수 있는 단일 용매는 없습니다. 특히 약 10 μg/kg에 가깝거나 그 이하인 농도에서 초음파 추출 효율에 대한 우려가 있으므로, 분석자는 관심 분석 대상 물질과 관심 농도에 대해 특정 용매계 및 작동 조건의 성능을 반드시 입증해야 합니다. 이러한 입증은 이 시험법에 구체적으로 열거된 용매계를 포함하여 사용되는 모든 용매계에 적용됩니다. 이러한 입증에는 최소한 오염되지 않은 기준 매트릭스를 사용하여 시험법 3500에 기술된 최초 숙련도 입증이 포함되어야 합니다. 시험법 8000은 이러한 입증뿐만 아니라 매트릭스 첨가 시료 및 실험실 관리 시료의 결과에 대한 성능 기준을 개발하는 데 사용할 수 있는 절차를 설명합니다.
1.6 EPA는 낮은 십억분율(ppb) 수준의 농도 및 그 이하에서 유기인계 농약에 대한 초음파 추출 효율을 다룬 발표 데이터가 제한적임을 지적합니다. 따라서 특히 이러한 화합물에 이 시험법을 적용할 때에는 위에서 그리고 시험법 3500에서 논의한 것과 같은 성능 데이터가 뒷받침되어야 합니다.
1.7 이 시험법을 사용하기 전에 분석자는 품질관리 절차, QC 허용 기준의 개발, 계산 및 일반 지침에 관한 추가 정보를 얻기 위해 전체 분석에 사용될 수 있는 각 절차 유형의 기본 시험법(예: 시험법 3500, 3600, 5000 및 8000)을 참조하는 것이 좋습니다. 또한 분석자는 시험법, 장치, 재료, 시약 및 소모품의 선택에 부여된 유연성과, 사용한 기법이 관심 매트릭스 내의 관심 분석 대상 물질 및 관심 수준에 적합함을 입증해야 하는 분석자의 책임에 관한 지침을 얻기 위해 매뉴얼 앞부분의 면책 조항과 제이장의 정보를 참조해야 합니다.
또한 분석자와 데이터 사용자에게는 규정에 명시적으로 정해진 경우를 제외하고, 연방 시험 요건을 충족하기 위해 SW-846 시험법을 반드시 사용해야 하는 것은 아니라는 점을 안내합니다. 이 시험법에 포함된 정보는 분석자와 규제 대상자가 의도한 용도의 데이터 품질 목표를 충족하는 결과를 얻는 데 필요한 판단을 내릴 때 사용할 지침으로 EPA가 제공합니다.
1.8 이 시험법은 적절한 경험과 교육을 갖춘 분석자가 직접 사용하거나 그러한 분석자의 감독하에 사용하는 경우로 제한됩니다. 각 분석자는 이 시험법으로 허용 가능한 결과를 얻을 수 있는 능력을 입증해야 합니다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 입증은 관심 분석물질과 사용되는 용매계뿐만 아니라 저농도 및 중간/고농도 시료에 대한 절차별로 수행해야 합니다.
다중 시료 초음파 처리기 “VialTweeter” – 밀봉된 여러 바이알과 시험관의 동시 시료 전처리용
2. 시험법 요약
2.1 저농도 절차 – 시료를 무수 황산나트륨과 혼합하여 유동성이 좋은 분말로 만듭니다. 혼합물을 초음파 추출법으로 용매를 사용하여 세 번 추출합니다. 진공 여과 또는 원심분리로 추출액을 시료에서 분리합니다. 이렇게 얻은 추출액은 최종 농축, 정제 및/또는 분석을 수행할 준비가 된 상태입니다.
2.2 중간 / 고농도 절차 – 시료를 무수 황산나트륨과 혼합하여 유동성이 좋은 분말로 만듭니다. 이를 초음파 추출법으로 용매를 사용하여 한 번 추출합니다. 추출액의 일부를 정제 및/또는 분석용으로 수집합니다.
3. 정의
이 시험법과 관련될 수 있는 용어의 정의는 제일 장과 제조업체의 지침을 참조하십시오.
4. 간섭
4.1 용매, 시약, 유리 기구 및 기타 시료 처리 장비는 시료 분석에서 인위적 신호 및/또는 간섭을 유발할 수 있습니다. 시험법 바탕시료를 분석하여 이 모든 물질과 기구가 해당 분석 조건에서 간섭을 유발하지 않음을 입증해야 합니다.
시약을 특정 기준에 따라 선정하고 전체가 유리로 된 장치에서 증류하여 용매를 정제해야 할 수 있습니다. 품질 관리 절차에 관한 구체적인 지침은 사용할 각 시험법을 참조하고, 유리 기구 세척에 관한 일반 지침은 제사 장을 참조하십시오.
4.2 간섭은 일반적으로 관심 분석물질에 따라 다릅니다. 따라서 추출 간섭에 관한 구체적인 지침은 시험법 3500과 해당 정량 시험법을 참조하십시오.
5. 안전
이 시험법은 사용과 관련된 모든 안전 문제를 다루지는 않습니다. 실험실은 안전한 작업 환경을 유지하고, 이 시험법에 나열된 화학물질의 안전한 취급에 관한 OSHA 규정의 최신 정보를 담은 자료철을 유지할 책임이 있습니다. 이 분석에 참여하는 모든 직원이 물질안전보건자료(MSDS) 참고 자료철을 이용할 수 있어야 합니다.
6. 장비 및 소모품
이 매뉴얼에서 상표명이나 상용 제품을 언급하는 것은 오직 예시를 위한 것이며, EPA의 승인이나 해당 제품만을 사용하라는 권고를 의미하지 않습니다. SW-846 시험법에 인용된 제품과 기기 설정은 시험법 개발 중에 사용되었거나 이후 EPA가 평가한 제품과 설정입니다. 의도한 용도에 적합한 시험법 성능이 입증되고 문서화된 경우, 이 매뉴얼에 나열된 것 이외의 유리 기구, 시약, 소모품, 장비 및 설정을 사용할 수 있습니다.
이 절에는 일반적인 실험실 유리 기구(예: 비커 및 플라스크)는 나열하지 않습니다.
6.2 초음파 전처리 – 티타늄 팁이 장착된 혼형 장치 또는 적절한 성능을 제공하는 장치를 반드시 사용해야 합니다. (예: UP200Ht 또는 UP200St)
6.2.1 초음파 파쇄기 – 파쇄기는 출력이 최소 300와트여야 하며 펄스 작동 기능을 갖추어야 합니다. 캐비테이션 소음을 줄이도록 설계된 장치를 권장합니다. 저농도 및 중/고농도 시료의 추출을 위해 파쇄기를 준비할 때는 제조업체의 지침을 따르십시오. (예: UP400S)
6.2.2 저농도 시험법 절차에는 3/4인치 혼을 사용하고, 중/고농도 시험법 절차에는 1/2인치 혼에 부착된 1/8인치 테이퍼형 마이크로팁을 사용하십시오.
6.3 방음 상자 – 청력 손상을 방지하기 위해 방음 인클로저(예: 방음 상자 SPB-L)의 사용을 권장합니다. 이를 통해 초음파 처리 과정의 캐비테이션 소음을 크게 줄일 수 있습니다.
추가 장비
6.4.1 건조 오븐 – 105 degC를 유지할 수 있는 것.
6.4.2 데시케이터.
6.4.3 도가니 – 자기제 또는 일회용 알루미늄제.
6.5 파스퇴르 피펫 – 1-mL, 유리제, 일회용.
6.7 진공 또는 가압 여과 장치
6.7.1 뷰흐너 깔때기
6.7.2 여과지
6.8 Kuderna-Danish (K-D) 장치
6.8.1 농축관 – 10-mL, 눈금이 있는 것. 추출액의 증발을 방지하기 위해 갈아 맞춘 유리 마개를 사용합니다.
6.8.2 증발 플라스크 – 500-mL. 스프링, 클램프 또는 이와 동등한 수단으로 플라스크를 농축관에 연결하십시오.
6.8.3 Snyder 컬럼 – 볼 세 개가 있는 매크로형.
6.8.4 Snyder 컬럼 – 볼 두 개가 있는 마이크로형.
6.8.5 스프링 – 1/2인치.
6.9 용매 증기 회수 시스템.
참고: 이 유리 기구는 Kuderna-Danish 증발 농축기를 사용해야 하는 농축 절차에서 용매를 회수하기 위한 목적으로 권장됩니다. 휘발성 유기물의 대기 배출을 규제하는 연방, 주 또는 지방자치단체 규정에 따라 이 장치의 설치가 요구될 수 있습니다. EPA는 배출 저감 프로그램을 시행하는 방법으로 이러한 유형의 회수 시스템 설치를 권장합니다. 용매 회수는 폐기물 최소화 및 오염 예방 시책에 부합하기 위한 수단입니다.
6.10 비등석 – 용매로 추출 처리한 것, 약 10/40 메시(탄화규소 또는 이와 동등한 재료).
6.11 수조 – 가열식이며 동심원 링 덮개가 있고 ± 5 degC 이내로 온도를 제어할 수 있는 것. 수조는 후드 안에서 사용해야 합니다.
6.12 저울 – 상부 접시형이며 0.01 g 단위까지 정확하게 칭량할 수 있는 것.
6.13 바이알 – 2-mL, GC 자동 시료 주입기용이며 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 라이닝이 있는 나사식 마개 또는 크림프 마개가 장착된 것.
6.14 유리 섬광계수용 바이알 – 20-mL, PTFE 라이닝이 있는 나사식 마개가 장착된 것.
6.15 스패튤러 – 스테인리스강 또는 PTFE 재질.
6.16 건조 컬럼 – 내경 20-mm의 붕규산 유리 크로마토그래피 컬럼으로, 바닥에 유리솜이 있는 것.
참고: 소결 유리 디스크가 있는 컬럼은 고도로 오염된 추출액의 건조에 사용한 후 오염을 제거하기 어렵습니다. 소결 필터가 없는 컬럼을 구매할 수 있습니다.
흡착제를 지지하기 위해 작은 유리솜 패드를 사용하십시오. 컬럼에 흡착제를 충전하기 전에 유리솜 패드를 아세톤 50 mL로 먼저 세척한 다음 용리 용매 50 mL로 세척하십시오.
6.17 질소 증발 장치(선택 사항) – N-Evap, 12구 또는 24구(Organomation Model 112 또는 이와 동등한 장치).
7. 시약 및 표준물질
7.2 유기물이 없는 시약수. 이 방법에서 언급하는 모든 물은 제일장에 정의된 유기물이 없는 시약수를 의미한다.
7.3 황산나트륨(과립형, 무수), Na2SO4. 얕은 트레이에서 400 degC로 4 hrs 동안 가열하거나 염화메틸렌으로 황산나트륨을 사전 세척하여 정제한다. 황산나트륨을 염화메틸렌으로 사전 세척하는 경우, 방법 공시험 시료를 분석하여 황산나트륨으로 인한 간섭이 없음을 입증해야 한다.
7.4 추출 용매
시료는 관심 농도에서 시료 매트릭스로부터 관심 분석물질을 최적의 재현성 있는 회수율로 추출할 수 있는 용매계를 사용하여 추출해야 한다. 추출 용매의 선택은 관심 분석물질에 따라 달라지며, 모든 분석물질군에 보편적으로 적용할 수 있는 단일 용매는 없다. 이 방법에 구체적으로 명시된 용매계를 포함하여 어떤 용매계를 사용하든, 분석자는 관심 농도 수준에서 관심 분석물질에 대해 적절한 성능을 입증해야 한다. 이러한 입증에는 최소한 깨끗한 기준 매트릭스를 사용하여 방법 3500에 기술된 초기 숙련도 입증을 수행하는 것이 포함되어야 한다. 방법 8000에는 이러한 입증뿐 아니라 매트릭스 첨가 시료 및 실험실 관리 시료의 결과에 대한 성능 기준을 수립하는 데 사용할 수 있는 절차가 기술되어 있다.
아래에 기술된 용매계 중 다수는 아세톤과 같은 수혼화성 용매와 염화메틸렌 또는 헥산과 같은 비수혼화성 용매의 조합을 포함한다. 수혼화성 용매의 목적은 혼합 용매가 고체 입자 표면의 수층을 통과할 수 있게 하여 젖은 고체의 추출을 용이하게 하는 것이다. 비수혼화성 용매는 극성이 유사한 유기화합물을 추출한다. 따라서 헥산과 같은 비극성 용매는 PCBs와 같은 비극성 분석물질에 흔히 사용되는 반면, 염화메틸렌과 같은 극성 용매는 극성 분석물질에 사용할 수 있다. 아세톤의 극성도 혼합 용매계에서 극성 분석물질을 추출하는 데 도움이 될 수 있다.
표 1에는 다양한 추출 용매계를 사용하여 NIST SRM에서 추출한 일부 준휘발성 유기화합물의 회수율 데이터 예시가 제시되어 있다. 다음 절에서는 다양한 분석물질 부류에 대한 용매 선택 지침을 제공한다.
모든 용매는 잔류농약 분석용 등급 또는 이와 동등한 등급이어야 한다. 용매는 사용 전에 탈기할 수 있다.
7.4.1 준휘발성 유기물은 아세톤/헥산(1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) 또는 아세톤/염화메틸렌(1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2)으로 추출할 수 있다.
7.4.2 유기염소계 농약은 아세톤/헥산(1:1, v/v CH3COCH3/C6H14) 또는 아세톤/염화메틸렌(1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2)으로 추출할 수 있다.
7.4.3 PCBs는 아세톤/헥산(1:1, v/v CH3COCH3/C6H14), 아세톤/염화메틸렌(1:1, v/vCH3COCH3/CH2Cl2) 또는 헥산(C6H14)으로 추출할 수 있다.
7.4.4 분석자가 시료 매트릭스 내 관심 농도에서 관심 분석물질에 대해 적절한 성능을 입증할 수 있다면 다른 용매계를 사용할 수 있다(방법 3500 참조).
7.5 치환 용매 – 일부 정량 방법을 사용하는 경우, 추출 용매를 해당 정량 방법에 사용되는 기기와 호환되는 용매로 치환해야 한다. 적절한 치환 용매를 선택하려면 사용할 정량 방법을 참조한다. 모든 용매는 잔류농약 분석용 등급 또는 이와 동등한 등급이어야 한다. 치환 용매의 예시는 다음과 같다.
7.5.1 헥산, C6H14
7.5.2 2-프로판올, (CH3)2CHOH
7.5.3 사이클로헥산, C6H12
7.5.4 아세토니트릴, CH3CN
7.5.5 메탄올, CH3OH
방음 상자 SPB-L은 초음파 처리 시 발생하는 캐비테이션 소음을 크게 줄입니다.
8. 시료 채취, 보존 및 보관
8.1 네 번째 장의 서론, “유기 분석대상물질” 분석법 3500 및 사용할 구체적인 정량 분석법을 참조하십시오.
8.2 이 절차로 추출할 고체 시료는 반휘발성 유기물을 함유한 다른 고체 시료와 동일한 방식으로 채취하고 보관해야 합니다.
9. 품질 관리
9.2 최초 숙련도 입증
각 실험실은 사용하는 각 시료 전처리법과 정량 분석법의 조합에 대해, 깨끗한 매트릭스 내 목표 분석대상물질에 대해 허용 가능한 정확도와 정밀도를 갖춘 데이터를 생성하여 최초 숙련도를 입증해야 합니다. 또한 새로운 직원을 교육하거나 기기에 중대한 변경이 이루어질 때마다 숙련도 입증을 반복해야 합니다. 숙련도 입증 방법에 관한 정보는 분석법 8000을 참조하십시오.
9.3 처음에는 시료를 처리하기 전에 분석자가 시료 및 시약과 접촉하는 장비의 모든 부분에 간섭이 없음을 입증해야 합니다. 이는 방법 바탕시료를 분석하여 수행합니다. 지속적인 점검을 위해, 시료를 추출, 정제 및 분석할 때마다, 그리고 시약이 변경될 때마다 만성적인 실험실 오염에 대한 예방 조치로 방법 바탕시료를 추출하고 관심 화합물을 분석해야 합니다.
9.4 모든 방법 바탕시료, 매트릭스 첨가 시료 또는 반복 시료에는 실제 시료에 사용하는 것과 동일한 분석 절차(11.0절)를 적용해야 합니다.
9.5 적절한 체계적 계획 문서 및 실험실 표준작업절차서(SOP)에 포함된 표준 품질 보증 관행을 이 분석법에 적용해야 합니다. 모든 기기 작동 조건을 기록해야 합니다.
9.6 추출 및 시료 전처리의 품질 관리 절차는 분석법 3500도 참조하고, 정량 분석의 QC 절차는 사용할 정량 분석법을 참조하십시오.
9.7 해당 정량 분석법에 명시된 경우, 추출 전에 모든 시료에 대체 표준물질을 첨가해야 합니다. 자세한 내용은 분석법 3500과 8000 및 해당 정량 분석법을 참조하십시오.
9.8 앞서 언급한 바와 같이, 초음파 추출을 포함한 모든 추출 기법의 사용은 시료 매트릭스 내 관심 분석대상물질에 대해 관심 농도 수준에서 특정 용매계와 작동 조건의 성능을 입증하는 데이터로 뒷받침되어야 합니다.
10. 교정 및 표준화
이 시료 추출 절차와 직접 관련된 교정 또는 표준화 단계는 없습니다.
11. 절차
1.4절에서 언급한 바와 같이, 초음파 추출은 토양/고체에 대한 다른 추출법만큼 철저한 추출법이 아닐 수 있습니다. 따라서 최대 추출 효율을 달성하려면 이 분석법을 정확하게 따르는 것이 매우 중요합니다(제조업체의 지침 포함). 이 기법을 성공적으로 사용하려면 최소한 다음 사항을 준수해야 합니다:
11.1 시료 취급
11.1.2 폐기물 시료 – 여러 상으로 구성된 시료는 추출 전에 두 번째 장에 설명된 상 분리 절차에 따라 준비해야 합니다. 이 추출 절차는 고체에만 적용됩니다.
11.1.3 분쇄 가능한 건조 폐기물 시료 – 폐기물이 1 mm 체를 통과하거나 1 mm 구멍으로 압출될 수 있도록 분쇄하거나 다른 방법으로 잘게 나눕니다. 분쇄 후 최소 10 g을 얻을 수 있도록 충분한 양의 시료를 분쇄 장치에 넣습니다.
주의: 실험실 오염을 방지하기 위해 건조와 분쇄는 후드 안에서 수행해야 합니다.
11.1.4 분쇄하기 어려운 점착성, 섬유성 또는 유성 물질 – 추출 시 혼합이 가능하고 시료 표면이 최대한 노출되도록 이러한 물질을 자르거나 잘게 찢거나 다른 방법으로 크기를 줄입니다.
11.2 건조 중량 백분율 측정 – 시료 결과를 건조 중량 기준으로 계산하려는 경우, 분석 측정에 사용할 시료 분취분과 동시에 별도의 시료 분취분을 칭량해야 합니다.
주의: 건조 오븐은 후드 안에 두거나 배기 설비를 갖추어야 합니다. 심하게 오염된 유해 폐기물 시료로 인해 실험실이 상당히 오염될 수 있습니다.
추출할 시료 분취분을 칭량한 직후, 시료에서 추가로 5–10 g을 분취하여 미리 무게를 잰 도가니에 넣고 칭량합니다. 이 분취분을 105 degC에서 하룻밤 동안 건조합니다. 칭량하기 전에 데시케이터에서 식힙니다.
건조 중량 백분율은 다음과 같이 계산합니다:
건조 중량(%) = (건조 시료 중량(g) / 시료 중량(g)) x 100
오븐에서 건조한 이 분취분은 추출에 사용하지 않으며, 건조 중량을 측정한 후 적절히 폐기해야 합니다.
11.3 저농도 추출 절차
이 절차는 유기 분석물질을 20 mg/kg 이하로 함유할 것으로 예상되는 고체 시료에 적용됩니다.
초음파 처리 전 단계
11.3.1 휘발성이 더 높은 추출 대상 물질의 손실을 방지하기 위해 다음 단계를 신속하게 수행해야 한다.
11.3.1.1 시료 약 30 g을 칭량하여 400-mL 비커에 넣는다. 질량을 0.1 g 단위까지 기록한다.
11.3.1.2 각 배치에서 첨가 대상으로 선정된 시료에 매트릭스 첨가용 용액 1.0 mL를 첨가한다. 매트릭스 첨가용 화합물과 농도의 적절한 선택에 관한 지침은 시험법 3500을 참조한다. 11.3절의 참고 사항도 참조한다.
11.3.1.3 모든 시료, 첨가 시료, QC 시료 및 바탕시료에 대체표준물질 용액 1.0 mL를 첨가한다. 대체표준물질과 농도의 적절한 선택에 관한 지침은 시험법 3500을 참조한다. 11.3절의 참고 사항도 참조한다.
11.3.1.4 겔 투과 정제(시험법 3640 참조)를 사용할 경우, 분석자는 GPC 컬럼에 주입하면서 추출액의 절반이 손실되는 것을 보상하기 위해 대체표준물질 첨가용 용액(해당하는 경우 매트릭스 첨가용 용액도 포함)을 두 배의 부피로 첨가하거나 최종 추출액을 통상 부피의 절반으로 농축해야 한다. 11.3절의 참고 사항도 참조한다.
11.3.1.5 자유롭게 흐르는 모래와 같은 질감을 갖지 않는 비다공성 또는 습윤 시료(고무질 또는 점토형)는 주걱을 사용하여 무수 황산나트륨 60 g과 혼합해야 한다. 필요한 경우 황산나트륨을 더 첨가할 수 있다. 황산나트륨을 첨가한 후 시료는 자유 유동성을 띠어야 한다. 11.3절의 참고 사항도 참조한다.
11.3.1.6 추출 용매 또는 혼합 용매 100 mL를 즉시 첨가한다(용매 선택에 관한 정보는 7.4절 및 표 2 참조).
11.3.2 3/4인치 파쇄기 혼의 팁 바닥면을 용매 표면 아래 약 1/2인치 지점에 두되, 침전층보다는 위에 위치하도록 한다.
참고: 초음파 혼 / 소노트로드가 제조업체의 지침에 따라 올바르게 장착되었는지 반드시 확인한다.
11.3.3 출력 제어를 100%(최대 출력) 또는 제조업체의 권장 출력 설정으로, 모드 스위치를 펄스(연속 에너지가 아닌 펄스 에너지)로, 듀티 사이클을 50%(전체 시간의 50% 동안 에너지를 켜고 50% 동안 끔)로 설정하여 시료를 3 min 동안 초음파로 추출한다. 마이크로팁 프로브를 사용하지 않는다.
11.3.4 추출액을 따라내어 깨끗한 500-mL 여과 플라스크에 연결된 뷰흐너 깔때기의 여과지(예: Whatman No. 41 또는 동등품)를 통해 여과한다. 또는 추출액을 원심분리병에 따라 넣고 저속으로 원심분리하여 입자를 제거한다.
11.3.5 깨끗한 용매를 매회 100-mL씩 추가로 사용하여 추출을 두 번 더 반복한다. 각 초음파 추출 후 용매를 따라낸다. 마지막 초음파 추출 후 시료 전체를 뷰흐너 깔때기에 붓고, 추출 용매로 비커를 헹군 다음 헹굼액을 깔때기에 넣는다.
초음파 처리 후 단계
11.3.6 필요한 경우 11.5절의 절차에 따라 분석 전에 추출액을 농축한다. 그렇지 않으면 11.7절로 진행한다.
시료 초음파 처리용 마이크로팁이 장착된 UP200St
11.4 중간 / 고농도 추출 절차
이 절차는 유기 분석 대상 물질을 20 mg/kg 초과하여 함유할 것으로 예상되는 고체 시료에 적용된다.
초음파 처리 전 단계
11.4.2 각 배치에서 첨가 대상으로 선정된 시료에 매트릭스 첨가 용액 1.0 mL를 넣는다. 매트릭스 첨가 화합물과 농도의 적절한 선택에 관한 지침은 시험법 3500을 참조한다. 11.3절의 주석도 참조한다.
11.4.3 모든 시료, 첨가 시료, QC 시료 및 공시험 시료에 대체표준물질 첨가 용액 1.0 mL를 넣는다. 대체표준물질과 농도의 적절한 선택에 관한 지침은 시험법 3500을 참조한다. 11.3절의 주석도 참조한다.
11.4.4 겔 투과 정제(시험법 3640 참조)를 사용할 경우, 분석자는 GPC 컬럼에 주입하면서 손실되는 추출액의 절반을 보상하기 위해 대체표준물질 첨가 용액(해당하는 경우 매트릭스 첨가 용액도 포함)을 두 배의 부피로 넣거나 최종 추출액을 통상 부피의 절반으로 농축해야 한다.
11.4.5 자유롭게 흐르는 모래 같은 질감을 갖지 않는 비다공성 시료 또는 습윤 시료(고무상 또는 점토형)는 스패튤라를 사용하여 무수 황산나트륨 2 g과 반드시 혼합해야 한다. 필요한 경우 황산나트륨을 더 넣을 수 있다. 황산나트륨을 첨가한 후 시료는 자유롭게 흐르는 상태가 되어야 한다(11.3절의 주석 참조).
11.4.6 첨가한 대체표준물질 및 매트릭스 첨가물의 부피를 고려하여 최종 부피가 10.0 mL가 되도록 필요한 양의 용매를 즉시 넣는다(용매 선택에 관한 정보는 7.4절 및 표 2 참조).
11.4.7 1/8인치 테이퍼형 마이크로팁 초음파 프로브를 사용하여 출력 제어 설정을 5로, 모드 스위치를 펄스로, 듀티 사이클을 50%로 설정하고 2 min 동안 시료를 추출한다.
11.4.8 일회용 파스퇴르 피펫에 유리솜을 2–3 cm 길이로 느슨하게 채운다. 시료 추출액을 유리솜으로 여과하고 적절한 용기에 추출액을 모은다. 시료에서 추출 용매 10 mL 전량을 회수할 수는 없다. 따라서 분석자는 사용할 정량 시험법의 감도에 적합한 부피를 모아야 한다. 예를 들어, 추출액을 추가로 농축할 필요가 없는 시험법의 경우(예: 시험법 8081은 일반적으로 최종 추출액 부피로 10 mL를 사용함), 추출액을 섬광 바이알이나 밀봉 가능한 다른 용기에 모을 수 있다. 추가 농축이 필요한 추출액의 경우, 최종 시료 결과의 계산을 간소화하기 위해 해당하는 모든 시료에서 일정한 부피를 모으는 것이 바람직하다. 예를 들어, 깨끗한 농축관에 추출액 5.0 mL를 모은다. 이 부피는 원래 시료 추출액 총부피의 정확히 절반에 해당한다. 필요에 따라 최종 시료 계산에 추출액 절반의 “손실”을 반영하거나, 손실을 보상하기 위해 최종 추출액을 공칭 최종 부피의 절반으로 농축한다(예: 1.0 mL 대신 0.5 mL).
11.4.9 필요한 경우, 분석 전에 11.5절 또는 11.6절의 절차에 따라 추출액을 농축한다. 그렇지 않으면 11.7절로 진행한다.
농축 기법
감도 기준을 충족하기 위해 필요한 경우, 저농도 또는 중간/고농도 추출 절차로 얻은 시료 추출액을 K-D 기법이나 질소 증발법을 사용하여 적용할 정량 분석법과 특정 용도에 필요한 최종 부피로 농축할 수 있습니다.
11.5.1 적절한 크기의 증발 플라스크에 10-mL 농축관을 부착하여 Kuderna-Danish(K-D) 농축기를 조립합니다.
11.5.2 약 10 g의 무수 황산나트륨이 들어 있는 건조 컬럼에 추출액을 통과시켜 건조합니다. 건조된 추출액을 K-D 농축기에 모읍니다.
11.5.3 정량적으로 옮기기 위해 용매 20-mL 분량을 추가로 사용하여 수집관과 건조 컬럼을 헹구고, 헹굼액을 K-D 플라스크에 모읍니다.
11.5.4 깨끗한 비등석 한 개 또는 두 개를 플라스크에 넣고 구가 세 개인 Snyder 컬럼을 부착합니다. 제조업체의 지침에 따라 용매 증기 회수용 유리 기구(응축기 및 수집 장치, 6.9절 참조)를 K-D 장치의 Snyder 컬럼에 부착합니다. 컬럼 상단에 약 1 mL의 염화메틸렌(또는 다른 적절한 용매)을 넣어 Snyder 컬럼을 미리 적십니다. 농축관이 온수에 부분적으로 잠기고 플라스크의 둥근 하부 표면 전체가 뜨거운 증기에 노출되도록 K-D 장치를 온수조(용매의 끓는점보다 15 – 20 EC 높은 온도)에 놓습니다. 10 – 20 min 내에 농축이 완료되도록 필요에 따라 장치의 수직 위치와 수온을 조절합니다. 증류 속도가 적절하면 컬럼의 구가 활발하게 달그락거리지만 챔버에는 액체가 넘치지 않습니다. 육안으로 보이는 액체 부피가 1 mL에 도달하면 K-D 장치를 수조에서 꺼내 최소 10 min 동안 액체가 흘러내리도록 두고 냉각합니다.
주의: 추출액이 완전히 증발하여 마르지 않도록 하십시오. 일부 분석 대상 물질이 심하게 손실될 수 있기 때문입니다. 유기인계 농약은 특히 이러한 손실에 취약합니다.
11.5.4.1 용매 교환이 필요한 경우(표 2 또는 해당 정량 분석법에 명시된 대로), Snyder 컬럼을 잠시 분리하고 교환 용매 50 mL와 새 비등석을 넣습니다.
11.5.4.2 Snyder 컬럼을 다시 부착합니다. 적절한 증류 속도를 유지하기 위해 필요한 경우 수조 온도를 높이면서 추출액을 농축합니다.
11.5.5 Snyder 컬럼을 분리합니다. 용매 1 – 2 mL로 K-D 플라스크와 Snyder 컬럼의 하부 연결부를 헹구고, 헹굼액을 농축관에 모읍니다. 추출액은 11.6절에 개략적으로 설명된 기법 중 하나를 사용하여 추가로 농축하거나, 적절한 용매를 사용하여 최종 부피를 5.0 – 10.0 mL로 조절할 수 있습니다(표 2 또는 해당 정량 분석법 참조). 황 결정이 있으면 시험법 3660에 따라 정제합니다.
11.6 추가 농축이 필요한 경우, 마이크로 Snyder 컬럼 기법(11.6.1절 참조) 또는 질소 증발 기법(11.6.2절 참조)을 사용합니다.
11.6.1 마이크로 Snyder 컬럼 기법
11.6.1.1 깨끗한 새 비등석을 농축관에 넣고 구가 두 개인 마이크로 Snyder 컬럼을 농축관에 직접 부착합니다. 제조업체의 지침에 따라 용매 증기 회수용 유리 기구(응축기 및 수집 장치)를 K-D 장치의 마이크로 Snyder 컬럼에 부착합니다. 컬럼 상단에 염화메틸렌 또는 교환 용매 0.5 mL를 넣어 Snyder 컬럼을 미리 적십니다. 농축관이 온수에 부분적으로 잠기도록 마이크로 농축 장치를 온수조에 넣습니다. 5 – 10 min 내에 농축이 완료되도록 필요에 따라 장치의 수직 위치와 수온을 조절합니다. 증류 속도가 적절하면 컬럼의 구가 활발하게 달그락거리지만 챔버에는 액체가 넘치지 않습니다.
11.6.1.2 육안으로 보이는 액체 부피가 0.5 mL에 도달하면 장치를 수조에서 꺼내 최소 10 min 동안 액체가 흘러내리도록 두고 냉각합니다. Snyder 컬럼을 분리하고 용매 0.2 mL로 하부 연결부를 헹구어 헹굼액을 농축관에 모읍니다. 최종 추출액 부피를 1.0 – 2.0 mL로 조절합니다.
주의: 추출액이 완전히 증발하여 마르지 않도록 하십시오. 일부 분석 대상 물질이 심하게 손실될 수 있기 때문입니다. 유기인계 농약은 특히 이러한 손실에 취약합니다.
11.6.2 질소 증발 기법
11.6.2.1 농축관을 따뜻한 수조(30 degC)에 넣고 깨끗하고 건조한 질소(활성탄 컬럼을 통과시켜 여과한 질소)를 완만하게 흘려 용매 부피가 0.5 mL가 될 때까지 증발시킵니다.
주의: 프탈레이트 간섭을 유발할 수 있으므로 탄소 트랩과 시료 사이에 새 플라스틱 튜브를 사용해서는 안 됩니다.
11.6.2.2 농축하는 동안 용매로 농축관 내벽을 여러 번 씻어 내립니다. 증발하는 동안 물이 응축되어 추출액에 들어가지 않도록 농축관의 위치를 잡습니다. 정상적인 절차에서는 추출액이 마르도록 두어서는 안 됩니다.
주의: 추출액이 완전히 증발하여 마르지 않도록 하십시오. 일부 분석 대상 물질이 심하게 손실될 수 있기 때문입니다. 유기인계 농약은 특히 이러한 손실에 취약합니다.
11.7 이제 추출액에 정제 절차를 적용하거나 적절한 정량 분석 기법을 사용하여 목표 분석 대상 물질을 분석할 수 있습니다. 추출액을 즉시 추가로 처리하지 않을 경우 농축관을 마개로 막고 냉장고에 보관합니다. 추출액을 2일보다 오래 보관할 경우, PTFE 라이닝이 있는 나사식 마개가 장착된 바이알로 옮기고 적절하게 라벨을 부착해야 합니다.
12. 데이터 분석 및 계산
이 추출 절차와 명시적으로 관련된 계산은 없습니다. 최종 시료 결과의 계산에 대해서는 해당 정량 분석법을 참조하십시오.
13. 시험법 성능
14. 오염 예방
14.1 오염 예방에는 폐기물 발생 지점에서 폐기물의 양 및/또는 독성을 줄이거나 제거하는 모든 기법이 포함됩니다. 시험실 운영에는 오염을 예방할 기회가 많습니다. EPA는 오염 예방을 최우선 관리 방안으로 두는 환경 관리 기법의 우선순위 체계를 수립했습니다. 실행 가능한 경우 시험실 직원은 폐기물 발생에 대처하기 위해 오염 예방 기법을 사용해야 합니다. 발생원에서 폐기물을 줄이는 것이 현실적으로 불가능한 경우, EPA는 차선책으로 재활용을 권장합니다.
14.2 시험실 및 연구 기관에 적용할 수 있는 오염 예방에 관한 정보는 미국화학회 정부 관계 및 과학 정책 부서에서 제공하는 『적을수록 좋다: 폐기물 감량을 위한 시험실 화학물질 관리』를 참조하십시오. 주소: 1155 16th St., N.W. Washington, D.C. 20036, https://www.acs.org.
15. 폐기물 관리
폐기물 관리에 관한 자세한 정보는 14.2절에 기재된 주소의 미국화학회에서 제공하는 『시험실 직원을 위한 폐기물 관리 매뉴얼』을 참조하십시오.
문헌/참고 자료
- U.S. EPA, “Interlaboratory Comparison Study: Methods for Volatile and Semi-Volatile Compounds,” Environmental Monitoring Systems Laboratory, Office of Research and Development, Las Vegas, NV, EPA 600/4-84-027, 1984.
- C. S. Hein, P. J. Marsden, A. S. Shurtleff. Evaluation of Methods 3540 (Soxhlet) and 3550 (Sonication) for Evaluation of Appendix IX Analytes from Solid Samples. S-CUBED, Report for EPA Contract 68-03-33-75, Work Assignment No. 03, Document No. SSS-R- 88-9436, October, 1988.
- I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.
알아두면 좋은 사실
초음파 조직 균질기는 흔히 프로브형 초음파 처리기, 음파 용해기, 초음파 파쇄기, 초음파 분쇄기, 소노럽터, 소니파이어, 음파 분쇄기, 세포 파쇄기, 초음파 분산기 또는 용해기로 불립니다. 이러한 다양한 명칭은 초음파 처리로 수행할 수 있는 여러 응용 분야에서 비롯됩니다.
UP200Ht용 다양한 크기의 소노트로드