다시 뛰는 공정도시 서울!

문서번호 대기질통합분석센터-3874 결재일자 2021. 5. 28. 공개여부 대시민공개 방침번호 시 민 ★주무관 미세먼지연구팀장 대기질통합분석센터장 최유리 안미진 05/28 조석주 협조 『가스상모바일랩(PTR-ToF-MS)』 4월 정도관리결과 보고 2021. 5.28 대기질통합분석센터 서울시보건환경연구원 『가스상모바일랩(PTR-ToF-MS)』 4월 정도관리결과 보고 가스상모바일랩 측정장비의 정상적인 운영을 위한 PTR-ToF-MS를 4월 월간점검 및 교정을 실시하고 진행결과를 보고함 Ⅰ 개 요 ○ 대상기기 대상기기 분석항목 분석방법 PTR-TOF 1000ultra (IONICON, Austria) VOCs 비행시간질량분석기 (Time of flight) ○ 점검 일시 : 2021년 4월 12일(이전교정실시일: 2021. 3. 17.) ○ 평가 방법 ▷ 분석물질 정량은 1)이온통과율(Transmission rate), 2)물질별 교정곡선 (표준물질 Multi-point 분석)으로 진행함 - 이온통과율: 분석물질의 분자량 범위를 포함한 넓은 범위의 질량범위에서 임의의 이온성분의 손실을 보정하는 작업으로 이온이 가진 분자량의 크기에 따라 PTR-ToF-MS에서 손실률의 차이를 가져오기 때문에 이를 보정하기 위함 - 분석 물질의 보다 정확한 농도 산출을 위해 표준물질(TO-14A/Restek)를 최소 5단계로 희석하며 산출된 계수를 동위원소비율로 보정하여 최종적인 산출된 multiplier을 적용함 - Transmission 및 Concentration factor(multiplier)를 적용하여 다시 계산 된 농도를 확인하여 올바른 보정값이 적용되었는지 확인함 ○ 사용된 표준물질(CRM) : TO-14A Aromatics 100ppbv in N2, RESTECK Table 1. 표준물질 항목 및 농도 　 Component Formula Protonated Formula Protonated Mass Concentration (ppb) Isotope corrected Conc.(ppb) 1 Benzene C6H6 C6H6H+ 79.054 109 102.17 2 Toluene C7H8 C7H8H+ 93.07 109 101.06 3 Chlorobenzene C6H5Cl C6H5ClH+ 113.56 110 78.12 4 m,p,o-Xylene/Ethylbenzene C8H10 C8H10H+ 107.086 433 397.10 5 Styrene C8H8 C8H8H+ 105.07 92 84.39 6 1,3,5/1,2,4-Trimethylbenzene C9H12 C9H12H+ 121.0939 215 195.03 7 o,m,p-Dichlorobenzene C6H4Cl2 C6H4Cl2H 146.969 317 170.58 8 1,2,4-Trichlorobenzene C6H3Cl3 C6H3Cl3H+ 180.93 104 42.40 Ⅱ 시 험 방 법 ○ 「표준물질？레귤레이터(1 ~ 2bar유지) ？ MFC(100ml/min) ？ 분석 장비 inlet」순으로 연결 ○ 이온통과율(Transmission rate) 산출 과정 ① 표준물질(100ppb TO-14A)를 희석하여 약 15ppb의 농도 수준으로 흘려준 다음 각 물질별 Transmission rate을 계산함 Fig. 1. Transmission Rate 계산 결과 Fig. 2. Transmission rate 적용 사진 ○ 5단계 표준물질로 교정과정 ① 표준물질(TO-14A)를 zero generator에서 나오는 희석공기를 사용하여 5단계 희석하여 각 단계별로 농도가 안정화될 때까지 흘려주면서 측정함 Table 2. 단계 별 희석 배율 표 Step Dilution factor Zero air flow (sccm/min) Standard flow (sccm/min) Target concentration (ppb) 1 0.1429 120 20 13.41 ~ 62.00 2 0.0714 130 10 6.57 ~ 30.93 3 0.0357 135 5 3.29 ~ 15.46 4 0.0214 137 3 1.97 ~ 9.28 5 0.0071 139 1 0.66 ~ 3.09 6 0 140 0 0 ※ 농도는 물질별로 상이함(화학구조는 다르나 동일한 질량을 나타내는 물질은 동일한 시간에 검출됨) ② 그림3에 5단계별로 희석한 측정한 결과를 PTR-Viewer에서 cal과 edit peak(앞서 구한 transmission rate 적용) 과정을 통해 mulitiplier 값을 구함 ③ ②에서 구한 값을 각 물질별 동위원소비율을 적용하여 최종 multiplier 값을 계산하여 peak table에 적용함 ④ transmission rate와 최종 multiplier값을 측정한 결과에 적용하여 농도값을 산출하고 5단계로 희석하여 계산값과 비교함 Fig. 3. 농도 보정을 위한 표준 가스 측정 사진 Fig. 4. 농도 보정을 위한 Factor 계산 사진 Table 3. 산출된 최종 보정 값 　 m/z 2021-02-02 2021-03-17 2021-04-12 　 multiplier cal_multiplier multiplier cal_multiplier multiplier cal_multiplier 1 79 0.6177 0.6590 0.7287 0.7775 0.6066 0.6471 2 93 0.9449 1.0192 1.1349 1.2241 0.9494 1.0240 3 105 0.8408 0.9166 1.0106 1.1018 0.7375 0.8040 4 107 1.0286 1.1216 1.2401 1.3522 1.0383 1.1322 5 113 0.9371 1.3195 1.1608 1.6345 0.9736 1.3709 6 121 0.8594 0.9474 1.0357 1.1418 0.7922 0.8733 7 147 0.8877 1.6497 1.0715 1.9913 0.8980 1.6688 8 181 0.9993 2.4509 1.1728 2.8764 0.9978 2.4474 Ⅲ 시 험 결 과 ○ 이온통과율(Transmission rate) 산출 결과 - 월간 점검에서 실시 된 질량 별 투과율(Transmission) 결과값은 아래 표4와 그림5으로 나타남 Table 4. 계산된 질량 별 투과율 값 Mass(amu) Transmission 21 0.0759 79 0.7124 93 0.7900 107 0.9074 147 1.0000 Fig. 5. 계산된 질량 별 투과율 곡선 - 표준물질의 설정 농도별, cps(count per second)에 대한 검량선을 그림6과 그림7로 나타냄 Fig. 6. 검량선(Benzene, Toluene, Styrene, Chloro benzene 및 Trichlorobenzene) Fig. 7. 검량선(Ethyl benzene+Xylene, Trimethylbenzene 및 Dichlorobenzene) Table 5. 표준 가스 농도 vs PTR intensity(감도) 비교 표 Benzene (C6H6) R2 = 0.9997 Concentration(ppb) 0 0.779 2.336 3.893 7.786 15.571 CPS(Count Per Second) 26 652 1907 3234 6707 13682 Toluene (C7H8) R2 = 1.0000 Concentration(ppb) 0 0.779 2.336 3.893 7.786 15.571 CPS(Count Per Second) 100 593 1549 2524 4891 9722 Styrene (C8H8) R2 = 0.9997 Concentration(ppb) 0 0.657 1.971 3.286 6.571 13.413 CPS(Count Per Second) 33 634 1828 3033 5968 11758 Ethyl benzene + o,m,p-Xylene (C8H10) R2 = 0.9999 Concentration(ppb) 0 3.093 9.279 15.464 30.929 62.000 CPS(Count Per Second) 64 2176 6226 10253 19923 39844 Chlorobenzene (C6H5Cl) R2 = 1.0000 Concentration(ppb) 0 0.786 2.357 3.929 7.857 15.714 CPS(Count Per Second) 31 478 1347 2217 4326 8574 Trimethylbenzene (C9H12) R2 = 1.0000 Concentration(ppb) 0 1.536 4.607 7.679 15.357 30.714 CPS(Count Per Second) 56 1392 4057 6768 13383 26990 Dichlorobenzene (C6H4Cl2) R2 = 0.9999 Concentration(ppb) 0 2.264 6.793 11.321 22.643 45.286 CPS(Count Per Second) 21 1147 3392 5641 11019 21753 Trichlorobenzene (C6H3Cl3) R2 = 0.9998 Concentration(ppb) 0 0.743 2.229 3.714 7.429 14.857 CPS(Count Per Second) 12 242 744 1257 2491 4852 - 모든 물질의 R Square(R²)는 0.9997 이상으로 높은 직선성을 가짐을 확인 - 검량 및 이온통과율을 구하기 위해 측정한 데이터에 최종 multiplier와 transmission rate값을 적용하여 5단계 희석한 농도값과 비교함 Ⅳ 평가 및 결론 ○ TO-14A 표준물질 농도(13.41 ~ 62.00ppb)에서 이온통과율을 산출하여 m/z 21.02는 0.0759으로 산출됨 ※ m/z 21.02의 이온통과율값에 따라 산출되는 농도값 변화로 인해 기기 작동시 H3O+ cps값 점검필요 ○ 표준물질의 농도를 다섯 단계로 희석하여 선형성테스트 결과는 결정계수가 0.9997이상으로 높은 직선성을 나타냄 ○ 산출된 multiplier와 이온통과율을 측정결과에 적용하여 희석농도수치와 비교한 결과, 최대 ±11%(스티렌) 차이를 나타냄. 끝.

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대기질통합분석센터-3874

D0000042656519