이 글의 목적은 결정형 실리카 노출평가에서 최초 시료 채취가 실패했을 때 즉시 원인을 파악하고 법적·분석 요건을 만족하도록 재채취를 수행하기 위한 표준 절차와 계산 방법을 제공하는 것이다.
1. 재채취가 필요한 대표적 실패 유형과 즉시 조치
1.1 실패 유형 분류
| 실패 유형 | 징후 | 주요 원인 | 즉시 조치 |
|---|---|---|---|
| 유량 이탈 | 사후 교정값이 ±5% 초과 이탈이다 | 펌프 배터리 저하, 누설, 사이클론 막힘이다 | 누설 시험 후 호스·커넥터 교체, 배터리 완충, 사이클론 세척 후 재교정이다 |
| 과적재(오버로드) | 필터가 눈에 띄게 오염되고 압력강하 증가이다 | 분진농도 과다, 목표 유량 과대, 채취시간 과다이다 | 유량을 유지하되 채취시간을 단축하거나 예비시료로 농도 예측 후 목표 공기량 재설정이다 |
| 저적재(언더로드) | 분석 한계 미만으로 보고이다 | 분진농도 저하, 채취시간 부족, 누설이다 | 목표 공기량 상향, 작업 주기 내 고노출 구간을 포착하도록 시간대 조정이다 |
| 미개시/중도정지 | 펌프 로그 비가동, 공기량 0에 수렴이다 | 스위치 미작동, 튜브 이탈, 배터리 방전이다 | 장착 전 기능시험, 고정구 개선, 예비 배터리·예비 펌프 운영이다 |
| 사이클론·헤드 오류 | 유량은 맞으나 컷사이즈 불일치이다 | 모델별 규정 유량 미준수, 각도 오세팅, 그릿폿 분진 적치이다 | 모델 기준유량 설정, 수직 착용, 그릿폿 청소 및 건조 후 재조립이다 |
| 오염·취급 오류 | 필드 블랭크 과대, 필터 접촉 흔적이다 | 장갑 미착용, 카세트 개방·역류, 라벨 혼선이다 | 무분진 장갑 착용, 카세트 테이핑·방진 케이스 보관, 체인오브커스터디 재정비이다 |
주의 : 사전·사후 교정 유량 차이가 ±5%를 초과하면 해당 시료는 무효로 간주하고 재채취하여야 한다.
2. 재채취 원칙과 의사결정 흐름
2.1 기본 원칙
- 동일 작업, 동일 공정조건, 동일 보호구 조건을 재현해야 한다.
- 개인시료는 호흡권 위치에서 채취하여야 하며 사이클론은 지면 대비 수직을 유지하여야 한다.
- 사이클론 모델별 규정 유량을 준수하여야 한다.
- 필드 블랭크 최소 10% 또는 현장당 2개 중 큰 값을 확보하여야 한다.
- 사전·사후 교정은 1차 표준에 근접한 기본기류교정기를 사용하여야 한다.
2.2 재채취 의사결정 플로우
1) 사후 교정 확인 → ±5% 이탈? ├─ 예: 시료 무효 → 누설·펌프·사이클론 점검 → 재채취 └─ 아니오: 2로 진행 2) 분석 결과 확인 → 한계미만(UND) 또는 과적재(OL)? ├─ UND: 목표 공기량↑ 또는 시간대 재설정 → 재채취 ├─ OL: 채취시간↓ 또는 이중시료 분할계획 → 재채취 └─ 정상: 종료 3. 사이클론·필터 구성과 규정 유량
결정형 실리카는 호흡성 분진 구간을 포집해야 하므로 규정 컷사이즈를 제공하는 사이클론과 비분해성 필터를 사용해야 한다.
| 사이클론 모델 | 권장 유량(L/min) | 필터 규격 | 비고 |
|---|---|---|---|
| Dorr-Oliver 10 mm | 1.7 | PVC 5 µm, 37 mm | 보편적 적용이다 |
| GK2.69 | 4.2 | PVC 5 µm, 37 mm | 고유량으로 짧은 시간에 적재량 확보에 유리하다 |
| SKC Aluminum 25 mm | 2.5 | PVC 5 µm, 25 mm | 경량이 장점이다 |
| Cyclone HD(예: Higgins-Dewell) | 2.2 | PVC 5 µm, 25/37 mm | 규정 유량을 엄격히 따른다 |
주의 : 모델별 권장 유량을 벗어나면 호흡성 분진 등가곡선과 불일치하여 분석을 다시 수행해도 노출평가 타당성이 떨어진다.
4. 재채취 목표 공기량 산정 방법
4.1 개념
재채취는 분석 정량한계(LOQ) 이상으로 결정형 실리카 질량을 확보하되 과적재는 피하도록 목표 공기량을 계산하여야 한다.
4.2 필수 파라미터
- 분석기법 LOQ 또는 MDL(µg)
- 예상 농도 Cest(mg/m³): 직전 실패 데이터, 공정지표, 예비측정 기반이다
- 유량 Q(L/min)과 채취 가능 시간 창 Tmax(min)이다
4.3 계산식
목표 공기량 V_target (m³) = (M_target (mg)) / C_est (mg/m³)
여기서, M_target (mg) = LOQ × S
S = 안전계수(통상 2.0~3.0, 저농도 환경은 3.0 권장)
필요 채취시간 t(min) = (V_target (m³) × 1000) / Q (L/min)
예시이다.
입력: LOQ = 10 µg = 0.010 mg, S = 3.0 → M_target = 0.030 mg 예상농도 C_est = 0.025 mg/m³, 유량 Q = 1.7 L/min
V_target = 0.030 / 0.025 = 1.2 m³
t = (1.2 × 1000) / 1.7 ≈ 706 min → 교대 전체 커버 또는 고유량 사이클론 전환 고려
주의 : t가 작업주기보다 길면 GK2.69 등 고유량 사이클론으로 전환하거나 고노출 공정 구간에 집중하여 구간샘플링을 결합하여야 한다.
4.4 과적재 회피 상한
필터 과적재를 피하기 위해 총진먼지 질량 상한 Mmax를 설정하여야 한다.
예: PVC 37 mm 필터에서 총진먼지 1~2 mg을 상한으로 가정 예상 총진먼지 농도 C_TSP_est, 목표 공기량으로 예상 적재량 계산 예상 적재량 <= M_max 조건을 만족하도록 t를 조정 5. 현장 재채취 체크리스트
5.1 장비·교정
- 펌프는 전날 완충하고 30분 이상 번인 후 안정 유량을 확인한다.
- 누설 시험은 카세트 전단 봉인 상태에서 60초 압력 유지 여부로 판정한다.
- 사전·사후 교정값, 온도, 대기압을 교정기와 함께 기록한다.
5.2 채취 세팅
- 사이클론은 수직, 호흡권 30 cm 이내 위치를 유지한다.
- 그릿폿은 깨끗이 비우고 완전 건조 후 체결한다.
- 튜브 길이는 최소화하고 급격한 굴곡을 피한다.
- 카세트는 라벨·시료번호를 양쪽에 동시 표기한다.
5.3 운용
- 작업 시작과 종료 시각, 공정 단계, 환경 변화, 보호구 착용 여부를 활동기록으로 남긴다.
- 장시간 채취 시 중간점검을 계획하여 유량·가동 상태를 확인한다.
- 비예정 정지나 호스 이탈 발생 시 즉시 재고정하고 로깅한다.
5.4 회수·포장
- 사후 교정 후 카세트를 즉시 밀봉하고 분진 재진입을 차단한다.
- 필드 블랭크는 동일 동선에서 동일 취급하되 공기 흡인은 금지한다.
- 체인오브커스터디에 시료번호, 유량, 시간, 이상사항을 기재한다.
6. 분석·보고를 위한 시료 품질 기준
| 항목 | 권고 기준 | 판정·조치 |
|---|---|---|
| 사전·사후 유량 차이 | ±5% 이내 | 초과 시 무효, 재채취이다 |
| 필드 블랭크 값 | 시료 대비 무시 가능 수준 | 블랭크 과대는 취급오염 의심, 절차 재교육이다 |
| 총 공기량 | 계산된 Vtarget ±10% | 미달 시 저적재 위험, 초과 시 과적재 위험이다 |
| 사이클론 모델·유량 | 제조사 권장치 일치 | 불일치 시 분석 타당성 저하이다 |
7. 재채취 전략: 작업패턴 기반 설계
7.1 고노출 구간 집중
절단, 연삭, 샌드블라스팅 등 실리카 생성이 집중되는 구간에 시간가중 샘플링을 적용하여 단시간 내 정량한계 이상 적재를 달성한다.
7.2 교대 대표성 확보
개별 구간을 포착하되 TWA 산정을 위해 구간별 농도를 시간가중 평균으로 결합한다.
TWA = (Σ(C_i × t_i)) / Σ t_i 7.3 다중 시료 분할
과적재 우려 시 동일 작업자에게 서로 다른 시간창으로 2개 이상의 시료를 채취하고 분석 후 결합하여 TWA를 산출한다.
8. 실패 원인별 상세 트러블슈팅
8.1 유량 이탈
- 배터리: 정격 용량 대비 잔량 측정, 예비 팩 교체이다.
- 누설: 모든 커넥터 O-링 상태 확인, 노후 호스 교체이다.
- 사이클론 막힘: 분해 후 이소프로판올로 세척 건조이다.
8.2 과적재
- 작업 중 가공 강도가 상승했는지 작업기록과 대조한다.
- 그릿폿 분진이 가득 찼는지 육안 확인한다.
- 재채취는 동일 유량을 유지하고 채취시간을 절반 이하로 조정한다.
8.3 저적재
- 작업 스케줄 변동으로 노출이 낮았는지 확인한다.
- GK2.69 등 고유량 전환을 검토한다.
- 작업 시작 전 준비·청소 등 고농도 순간 발생 시점을 포함한다.
8.4 오염·취급
- 카세트 개방 금지, 테이프 밀봉, 방진 케이스 사용이다.
- 장갑은 무분진 니트릴을 사용한다.
- 라벨은 양측 부착하고 전자 로그와 대조한다.
9. 재채취 기록·증빙 템플릿
시료번호: 작업자/부서: 작업설명: 사이클론/필터: 유량(Q) 사전/사후: 채취시간(t): 총공기량(V): 현장이상: 예/아니오(세부기록) PPE 사용: 필드 블랭크 수: COC 번호: 10. 목표 공기량 자동 산정 예제 코드
# 입력: LOQ_ug, safety_factor, C_est_mg_m3, flow_L_min LOQ_ug = 10 # µg S = 3.0 C_est = 0.025 # mg/m³ Q = 1.7 # L/min
M_target_mg = (LOQ_ug/1000.0)S
V_target_m3 = M_target_mg / C_est
t_min = (V_target_m31000)/Q
print("목표 공기량(m³):", round(V_target_m3,3))
print("필요 채취시간(min):", int(t_min))
11. 분석기법 고려사항
- XRD 분석은 α-석영, 크리스토발라이트 등 다형 구분이 가능하여 공정 특성 파악에 유리하다.
- FTIR은 신속하지만 매트릭스 간섭 가능성을 평가하여야 한다.
- PVC 5 µm 필터를 기본으로 하되 흡습·정전기 관리를 위해 항정전 포장을 사용한다.
주의 : 분석실과 샘플 컨디셔닝 조건(온도·습도)을 사전에 합의하고 재채취 전후 동일 조건을 유지하여야 한다.
12. 사례 기반 재채취 설계
사례 A: 저농도 작업장 UND 보고
초기 240분, 1.7 L/min 조건에서 UND이다. 예비 직업위생 측정으로 0.015 mg/m³로 추정하였다. LOQ 10 µg, S=3.0을 적용하면 V=2.0 m³가 필요하다. GK2.69 4.2 L/min으로 전환 시 t≈476분으로 단축된다. 교대 전 구간을 커버하거나 고노출 공정 2개 구간을 합산하는 전략이 타당하다.
사례 B: 과적재로 필터 막힘
초기 120분 채취에서 압력강하 상승과 가동정지가 발생하였다. 총진먼지 농도가 높아 과적재로 판단하였다. 동일 유량에서 채취시간을 45분으로 단축하고 동일 교대 내 2회 분할 채취 후 시간가중 평균으로 보고하였다.
13. 교육·역량관리
- 모델별 규정 유량, 조립 순서, 청소 방법을 체크오프로 교육한다.
- 분기마다 누설 시험·교정의 불합격 사례를 리뷰한다.
- 현장 활동기록과 분석보고서의 상호검증을 수행한다.
14. 재채취 전 점검 요약표
| 구분 | 점검항목 | 합격기준 |
|---|---|---|
| 교정 | 사전·사후 유량편차 | ±5% 이내 |
| 사이클론 | 모델·유량·수직성 | 제조사 기준 준수 |
| 필터 | PVC 5 µm, 밀봉 | 무오염·이상무 |
| 기록 | COC, 활동기록, 블랭크 | 완전·누락무 |
| 전원 | 배터리 상태 | 교대 커버 가능 |
15. 보고서 작성 시 유의사항
- 재채취 사유, 수정 조치, 목표 공기량 계산 근거를 명시한다.
- 분석한계, 블랭크 보정 여부, 불확도 표현을 포함한다.
- 대표성 판단 근거와 공정변수 변동 여부를 기재한다.
FAQ
동일 작업자가 당일 2회 재채취해도 되는가?
가능하다. 단, 작업 주기 대표성을 확보하기 위해 시간가중 평균으로 통합하고 과도한 휴식 또는 비정상 공정이 포함되면 배제 근거를 명시하여야 한다.
GU(고유량) 사이클론으로 바꾸면 이전 결과와 비교 가능한가?
가능하다. 각 사이클론이 호흡성 분진 등가곡선에 일치하는 유량을 유지하면 비교 가능하다. 모델 변경 사실과 유량을 보고서에 명확히 기재하여야 한다.
필드 블랭크는 언제 수거하는가?
현장 입출 시점과 동일한 동선을 따라 취급하고 채취는 실시하지 않는다. 포장·운반·환경 오염 영향을 동일하게 받도록 처리한다.
정량한계 미만 보고가 반복된다면 어떻게 하나?
목표 공기량을 상향 조정하고 고노출 업무 구간에 집중하는 시간분할 샘플링을 설계한다. 가능하면 고유량 사이클론을 사용한다.
과적재가 우려될 때 즉각 중지해야 하는가?
필터 막힘 징후가 있으면 중지하고 채취시간을 나누어 반복한다. 동일 교대 내 2~3개의 구간 시료로 구성하여 대표성을 보장한다.