TOC(전유기탄소)에 대해서

TOC(전유기탄소)에 대해서

BOD, COD가 유기물 분해를 위해 소비되는 산소량으로 나타나는데 반해 유기물에 포함된 탄소의 절대량으로 나타내는 물의 오염 지표입니다.

측정 시작부터 결과 판정까지 시간이 걸리는 BOD, COD에 비해 몇 분 안에 측정 결과를 얻을 수 있어 실시간 모니터링 툴로도 유용합니다.

배수·환경수 분야에서 보일러수, 반도체용 초순수, 의약제조수까지 폭넓은 산업분야에서 TOC 측정을 하고 있습니다.

​

전체유기체탄소(TOC) 측정법

전체 유기체 탄소(TOC: Total Organic Carbon)는 물속에 존재하는 유기물의 총량을 유기물 안에 포함된 탄소량으로 나타낸 "물의 오염"을 나타내는 지표의 하나로 이용됩니다.

유기오염 지표인 BOD(생화학적 산소요구량), COD(화학적 산소요구량), 과망간산가리 소비시험과 비교하면 TOC는 시료 중의 공존물질로부터의 방해에 강하고, 보다 정확하게 측정할 수 있기 때문에 반도체 제조공정의 세정용 초순수, 표층수, 배수 등 폭넓은 분야의 유기성 오염의 지표로서 이용되며, 수도 수질기준 항목으로서도 2023년부터 시행되는것을 목표로 유예되었습니다.

전유기체 탄소계(TOC계)에 대해 연소 산화 방식을 중심으로 측정 원리와 기기 구성을 소개합니다.

​

전유기체 탄소계 측정 원리

물속의 탄소에 대해 그 형태별로 분류하면 다음과 같습니다.

전탄소(TC: Total Carbon)는 물속에 존재하는 모든 탄소를 말하며 전유기체탄소(TOC: Total Organic Carbon)와 무기체탄소(IC: Inorganic carbon)로 나뉩니다.

또 전체 유기체 탄소는 용존성 유기체 탄소(DOC: Dissolved Organic Carbon)와 입자성 유기 탄소(POC: Particulate Organic Carbon)로 분류되며, '현탁 물질(SS)'은 입자성 유기 탄소에 포함됩니다.

측정원리는 시료에 포함된 유기물을 산화분해하면 이산화탄소가 발생하지만 그 이산화탄소의 양은 시료 중의 유기물 안에 포함된 탄소량에 비례하므로 시료 중의 유기물 총량(TOC)의 정량에 이용하는 것입니다.

단 실제 시료에는 무기물질 유래의 탄소도 포함되어 있기 때문에 전처리 조작이 필요합니다.

수중의 무기체 탄소는 탄산이온(CO32-), 탄산수소이온(HCO3-), 탄산(H2CO3)으로 존재합니다.

그림과 같이 pH가 4이하가 되면 그 대부분이 탄산이 되기 때문에 시료를 미리 산성으로 하고 이산화탄소를 포함하지 않는 순공기로 통기시키면 시료 중의 무기체탄소를 이산화탄소로 제거할 수 있습니다.

단, 이산화탄소를 제거할 때, 휘발성의 유기 탄소도 동시에 없어질 가능성이 있기 때문에, TOC가 아니고 특히 비휘발성 유기 탄소(NPOC)라고 불립니다.

시료에서 미리 무기체 탄소를 제거하고 측정하는 방법 외에 시료의 전체탄소(TC)를 측정한 후 무기체탄소(IC)를 측정해 TC의 농도값에서 IC의 농도값을 빼는 방법이 있습니다.

단 하천이나 호소 등 환경수 측정에서는 탄산칼슘이나 탄산마그네슘 등 경도 유래의 무기체 탄소가 전체 탄소에서 차지하는 비율이 매우 큰 경우에는 '차감법'에서는 TC와 IC의 각 측정오차가 상승적으로 작용해 오차가 커질 수 있으므로 주의가 필요합니다.

​

유기물의 산화 방법

유기물의 산화 방법에는 연소 산화 방식과 습식 산화 방식의 2종류가 있습니다.

​

연소 산화 방식

고온(650℃~ 1,200℃)의 연소로에 시료를 주입하고 시료 중의 유기물을 태워 이산화탄소를 생성시키는 방법입니다.

고온에서 연소시키기 때문에 난분해성 유기물이나 현탁물질 등의 입자성 유기체 탄소도 완전히 산화 분해할 수 있는 장점이 있습니다.

​

습식 산화 방식

시료에 산화제(페르옥소황산나트륨)를 첨가하고 유기물을 화학적 산화에 의해 분해하여 이산화탄소를 생성시키는 방법입니다.

가열이나 자외선 조사를 병용해서 산화반응을 보조하는 방식도 있지만 화학산화력은 연소식에 비해 떨어지고 현탁물질 등의 입자성 유기체 탄소의 회수율은 극히 낮아집니다.

특히 환경분야 시료에서는 현탁물질 등 불용성 유기물이 많이 포함되어 있기 때문에 불용성 유기물 검출에 뛰어난 연소산화법이 보급되어 있습니다.

발생한 이산화탄소를 정량하기 위해서는 비분산형 적외선 가스 검출기(NDIR)가 이용됩니다.

이산화탄소는 특정 파장의 적외선을 흡수한다는 법칙을 이용한 것으로 검출 선택성이 좋고 타 공존 성분에 의해 방해를 받지 않는 장점이 있습니다.

연소관에는 촉매가 되는 담체를 넣어 연소관 내에 시료가 소정시간 체류하도록 설계되어 있습니다.

연소관에 시료를 주입할 때는 주사기 펌프를 사용하지만 그 밖에 적하방식, 공기압이나 페리스타 펌프에 의한 주입방식 등 각종 방법이 고려됩니다.

연소관에서 발생하는 이산화탄소에는 시료 유래의 수분이나 수증기가 혼재하고 있으므로 전자냉각·제습기로 제거한 후에 NDIR 검출기로 정량합니다.

연소관에서의 이산화탄소 발생 상태가 균일하지 않으며 NDIR 검출기의 출력은 아래 그림과 같은 피크 형상을 나타냅니다.