KR20100018204A - 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컬럼크로마토그래피를 이용하여 폴리염화비페닐류를 포함하는 절연유 중에서 유분을 제거하고, 별도로 용출된 폴리염화비페닐류와 항체와의 반응정도를 이용하여 현행 폐기물공정시험법에 비해 분석결과의 정확성, 신속성 및 현장 적용성이 우수한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 함유 농도를 분석하는 방법를 제공하기 위한 것이다.
폴리염화비페닐류, PCBs, 폐기물공정시험법, 항원-항체, 바이오센서, 멤브레인 키트, 색도 측정
Description
본 발명은 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류(polychlorinated biphenyls, 이하 PCBs라 칭함)의 분석방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 컬럼크로마토그래피를 이용하여 PCBs를 포함하는 절연유 중에서 유분을 제거하고, 별도로 용출된 PCBs와 항체와의 반응정도를 이용함으로써 현행 폐기물공정시험법에 비해 분석결과의 정확성, 신속성 및 현장 적용성이 우수한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 함유 농도를 분석하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 절연특성을 높이기 위해 주로 변압기 절연유에 폴리염화비페닐류를 사용하고 있으나, 최근에 PCBs의 인체 및 생태 유해성이 밝혀짐에 따라 생산과 사용이 금지된 물질이 되었다.
이에 따라, 국내에서는 폐기물 관리법에 따라 규제기준을 초과할 경우 지정폐기물로 관리하고 있으며, PCBs의 농도분석은 환경부에 의해 인정받는 "폐기물 측 정·분석 전문기관(PCBs)"만이 폐기물 공정 시험방법에 의해 수행하도록 규정하고 있다.
그러나, 폐기물공정시험방법은 분석절차가 복잡하여 많은 분석시간과 고가의 분석비용이 소모되며, 고도로 훈련된 분석인력이 요구되어 신속한 PCBs의 농도분석은 현실적으로 불가능한 실정이다. 게다가 국내 폐기물 측정·분석 전문기관의 분석능력 또한 연간 발생하는 분석물량에 비해 매우 부족하여 분석대기 중인 폐 변압기의 적체가 증가하고 있고, 2차 환경오염을 유발하는 등 전력설비의 원활한 수급에 큰 차질을 초래하고 있다.
이에 본 발명은 많은 분석시간과 고가의 분석비용이 소모되는 현행 폐기물공정시험법의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 바이오센서를 이용하여 보다 짧은 시간과 적은 비용으로 변압기 절연유 중에 함유된 폴리염화비페닐류(PCBs)를 분석하는 방법을 제공하는데 목적이 있는 것이다.
본 발명의 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류(PCBs)의 분석방법은 절연유를 중성 실리카겔과 황산 실리카겔이 충진된 컬럼크로마토그래피에 얹혀서 노말헥산으로 PCBs를 용출시키는 단계,
상기 용출된 헥산에 디메틸설폭사이드를 첨가하고, 헥산을 전량 증발시킨 후에 원심분리에 의해 유분충과 DMSO을 상하로 층분리하는 단계(전처리단계),
상기 DMSO층에 다시 DMSO를 첨가하고 완충용액과 항체용액을 첨가하는 단계(항체반응단계);
상기 시료용액과 완충용액, 항체용액을 잘 혼합하여 1 내지 2 시간 동안 반응을 시킨 다음에 PCBs 농도 측정을 위하여 PCBs에 대응하는 항체를 포획하기 위한 멤브레인 키트에 통과시키는 단계; 및
상기 멤브레인 키트에 포획되는 항체의 양에 따라 달라지는 색상을 통해서 PCBs의 양을 검출하는 단계(검출단계)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류(PCBs)의 분석방법은 현행 폐기물공정시험법에 비해 분석시간이 약 1/7로 매우 짧고(현행 공정시험법 : 약 4.5일, 본 발명: 약 0.7일), 분석비용도 약 18.9만원에서 5만원으로 약 1/4 정도로 적게 소모되며, 고도로 훈련된 인력을 요구하지 않기 때문에 손쉽게 절연유 중 PCBs의 농도를 측정(기지농도의 표준시료의 분석을 통한 검량선 이용)할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법은, 전처리단계, 항체반응단계 및 검출단계로 구성되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 방법에서 전처리 단계는 절연유 일정량을 분취하여 중성실리카겔과 황산 실리카겔이 충진된 컬럼크로마토그래피에 얹히고 노말헥산(n-hexane) 약 100mL로 용출시킨다. 이때 헥산에 의해 PCBs는 용출이 되고 대부분의 유분은 제거된다.
상기와 같이 용출된 헥산에 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, 이하 DMSO라 칭함)를 0.25mL 첨가하고, 회전증발농축기를 이용하여 헥산을 전량 증발시켜 DMSO만이 남도록 한다. 이때 PCBs는 DMSO에 용해되어 있게 된다.
농축이 끝난 후에 DMSO와 소량의 유분 혼합물을 원심분리기를 이용하여 유분충(상)과 DMSO층(하)으로 각각 분리하고, 층분리가 끝난 DMSO층에서 일정량(50uL)을 분취한 후 다시 깨끗한 DMSO 50uL를 첨가한다. 그리고 미리 준비한 완충용액(PBS solution, NaCl 8g + Na2HPO4·12H2O 2.9g + KCl 0.2g + KH2PO4 0.2g)과 쥐 또는 토끼에 항원(PCBs)를 주입하여 생산하고 국내 변압기 절연유의 PCBs 제품 혼합패턴에 맞게 비율(Aroclor 1242, 1254, 1260의 혼합비)을 조합하여 제조한 항체 용액을 첨가한다.
본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법에 따른 항체반응단계는 상기 시료용액과 완충용액, 항체용액을 잘 혼합하여 1 내지 2시간 동안 반응시키는 것으로 이루어진다.
다음 단계는 검출단계로서, 상기의 반응 혼합액을 미리 준비한 PCBs 농도 측정을 위하여 PCBs에 대응하는 항체를 포획하기 위한 멤브레인 키트에 통과시킨다. 여기서, 상기 멤브레인 키트는 바이오센서로서, PCBs와 결합한 항체와 그렇지 않은 항체를 분리할 수 있는 막을 말하며, PCBs와 결합한 항체는 막을 통과하여 버리고, PCBs와 결합하지 않은 항체는 막에 포획되어 막의 색깔변화를 일으키게 된다.
본래 멤브레인 키트의 색깔은 흰색이며, 시료 중 PCBs의 양에 따라 멤브레인 키트에 포획되는 항체의 양이 달라지게 된다. 즉, 시료 중 PCBs가 저농도일수록 멤브레인 키트에 포획되는 항체의 양이 증가하여 멤브레인 키트의 색은 붉은색으로 변하고, PCBs가 고농도일수록 멤브레인 키트에 포획되는 항체의 양이 감소하여 멤브레인 키트의 색은 원래의 흰색을 유지하게 된다.
이와 같은 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
절연유 약 0.25g을 분취하여 중성실리카겔과 황산 실리카겔이 충진된 컬럼크로마토그래피(흡착제가 충진된 유리초자)에 얹고 노말헥산 약 100mL로 둥근플라스크에 용출시켰다. 용출된 헥산에 DMSO 0.25mL를 첨가하고, 회전증발농축기를 이용하여 헥산을 전량 증발시켜 둥근플라스크에 DMSO만이 남도록 하였다.
농축이 끝난 후에 둥근플라스크에 남아 있는 DMSO와 소량의 유분 혼합물을 원심분리기를 이용하여 유분충(상)과 DMSO층(하)으로 각각 분리하였다.
층 분리가 끝난 DMSO층에서 50uL를 분취하여 50mL 비이커에 담고 깨끗한 DMSO 50uL를 다시 첨가하였다. 그리고 미리 준비한 완충용액(PBS solution, NaCl 8g + Na2HPO4·12H2O 2.9g + KCl 0.2g + KH2PO4 0.2g)과 쥐 또는 토끼에 항원(PCBs)를 주입하여 생산하고 국내 변압기 절연유의 PCBs 제품 혼합패턴에 맞게 비율(Aroclor 1242, 1254, 1260의 혼합비)을 조합하여 제조한 항체 용액을 첨가하였다. 이때 총량은 5mL가 되게 하였다.
다음에 시료와 완충용액, 항체용액을 잘 혼합하여 1시간 동안 반응을 시킨 다음에 혼합액 5mL를 주사기로 빨아들여 미리 준비한 멤브레인 키트에 통과시켜 색상의 변화를 색도계를 이용하여 측정하고 이를 PCBs의 농도로 환산(기지농도의 표준시료 분석을 통한 검량선 이용)하였다.
이와 같은 방식으로 PCBs의 농도분포에 따라 불검출시료(0.05ppm 이하) 및 검출한계(0.05~0.5ppm) 부근의 시료를 위주로 하여 63개의 표본시료(0.05ppm이하, 0.05~0.5ppm, 0.5~2ppm, 2ppm이상의 범위로 각각 24개, 23개, 9개, 7개 시료로 구분)에 대해 실시하고 그 결과를 도 1에 나타내었다.
비교예 1
실시예 1의 63개의 표본시료에 대해 현행 공정시험법으로 PCBs의 농도를 측정(현행 공정시험법은 절연유 중 PCBs 농도 측정을 위한 기준이 되는 시험법으로 자세한 분석절차는 폐기물공정시험방법에 기술되어 있고 누구나 열람이 가능함)하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1은 절연유 표본시료에 대한 현행 폐기물공정시험법(비교예 1)과 본 발명(실시예 1)에 의거하여 불검출시료 및 검출한계 부근 시료를 비교분석한 그래프이다. 도 1에서 볼 수 있듯이 본 발명은 PCBs 농도분석 결과에 있어서 현행 공정시험법과 유사한 패턴을 보이고 있으며 이를 통해 절연유 시료의 PCBs 농도가 검출한계(0.05ppm) 이상 또는 이하인지 여부를 스크리닝(screening) 할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법은 현행 공정시험법의 정확성을 유지하면서 상대적으로 신속성(공정시험법 에 비해 약 1/7시간 단축)을 높인 기술로서 뛰어난 현장적용성을 보유하고 있다.
도 1은 절연유 표본시료에 대한 현행 폐기물공정시험법(비교예 1)과 본 발명(실시예 1)에 의거하여 불검출시료 및 검출한계 부근 시료를 비교분석한 그래프이다.
Claims (4)
- PCBs를 함유하는 절연유를 중성 실리카겔과 황산 실리카겔이 충진된 컬럼크로마토그래피에 얹혀서 노말헥산으로 PCBs를 용출시키는 단계,상기 용출된 헥산에 디메틸설폭사이드(DMSO)를 첨가하고, 헥산을 전량 증발시킨 후에 원심분리에 의해 유분과 DMSO을 상하로 층 분리하는 단계,상기 DMSO층에 다시 DMSO를 첨가하고 완충용액과 항체용액을 첨가하는 단계;상기 시료용액과 완충용액, 항체용액을 잘 혼합하여 1 내지 2시간 동안 반응을 시킨 다음에 PCBs 농도 측정을 위하여 PCBs에 대응하는 항체를 포획하기 위한 멤브레인 키트에 통과시키는 단계; 및상기 멤브레인 키트에 포획되는 항체의 양에 따라 달라지는 색상을 통해서 PCBs의 양을 검출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 완충용액은 NaCl, Na2HPO4·12H2O, KCl, KH2PO4를 혼합하여서 제조한 용액을 사용하여서 되는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 항체 용액은 쥐 또는 토끼에 항원(PCBs)를 주입하고 절연유의 PCBs 제품 혼합패턴에 맞게 비율(Aroclor 1242, 1254, 1260의 혼합비율)을 조합하여 제조한 것을 사용함을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 PCBs의 양을 검출하는 단계는 PCBs와 결합한 항체는 멤브리인 키트를 통과시키고 PCBs와 결합하지 않은 항체는 멤브레인 키트에 포획되게 하여 멤브레인의 색깔변화를 색도계를 이용하여 측정하고 이를 기지농도의 표준시료 분석을 통해 PCBs의 농도로 환산하여 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 이용한 변압기 절연유 중 폴리염화비페닐류의 분석방법.
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Cited By (2)
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