이 글의 목적은 용접·열작업 등에서 발생하는 망간(Mn) 흄의 작업환경측정 결과를 해석할 때 자주 발생하는 계산 오류를 체계적으로 진단하고 수정 절차를 제시하여, 법규 적합성과 산업보건 의사결정의 신뢰도를 높이는 것이다.
1. 망간 흄 노출평가의 핵심 개념 정리
망간 흄은 금속이 고온에서 증발 후 응축한 초미세 입자상 물질로서, 가스가 아니라 에어로졸에 해당한다. 따라서 단위는 보통 mg/m³로 보고하며, ppm 전환은 적용하지 않는다. 평가 지표는 교대시간 기준 시간가중평균(TWA)와 필요 시 단기노출(STEL) 또는 피크관리 지표를 함께 본다. 용접 흄의 합산평가는 전체 흄과 특정 성분(망간) 동시 관리가 필요하다. 보고서에는 시료채취 시간, 펌프 유량(전·후), 총채취부피, 공백(blank) 교정, 검출한계(LOD/LOQ), 분석불확도, 기준치 대비 판정이 포함되어야 한다.
2. 계산 오류의 전형적 유형과 증상
2.1 단위 불일치
mL, L, m³ 전환 오류, 시간 단위(분→시간) 누락, µg↔mg 혼동이 대표적이다. 증상은 비정상적으로 큰 농도 값, 교대시간 변환 시 값 급변, 동일 시료의 재계산 불일치로 나타난다.
2.2 유량 보정 누락
펌프 전·후 유량 평균을 사용하지 않고 전 또는 후 유량만 사용한 경우 총부피가 과대·과소 산정된다. 환경조건(온도·압력) 보정이 필요한 장비를 표준조건으로 환산하지 않은 경우도 빈발하다.
2.3 공정 시간가중 오적용
작업-비작업 구간을 같은 농도로 가정하거나, 복수 공정의 노출을 단순 평균하는 오류가 많다. 각 구간의 시간 가중을 정확히 적용해야 한다.
2.4 공백(blank)·필터 타레(tare) 처리 오류
필터 무게 차이 산정 시 공백 시료 보정 누락, 필터 전처리 습분 안정화 미흡 등으로 음수 또는 과소치가 발생한다.
2.5 과학적 범주 오류
망간 흄을 기체로 간주하여 ppm 환산을 시도하거나, 용접 흄 전체 농도를 망간 농도로 오인하는 오류가 있다.
주의 : 망간은 입자상 유해인자이므로 ppm 환산식을 적용하지 않는다. 모든 계산은 질량농도 단위 체계에서 수행한다.
3. 표준 계산 흐름도
다음 순서로 원시데이터를 정리하고 계산한다.
- 필터 전·후 무게 측정 및 공백 보정
- 펌프 전·후 유량 평균 및 채취시간 확인
- 총채취부피 산정 및 표준상태 환산 필요성 검토
- 농도 계산(망간 분석 결과 적용)
- 구간별 시간가중 평균 및 교대시간 보정
- 기준치 대비 판정 및 불확도 반영
4. 단계별 계산식과 오류 수정 포인트
4.1 총채취부피
# 전·후 유량 평균(L/min) Q_avg = (Q_pre + Q_post) / 2
채취시간(min)
t = t_end - t_start
총채취부피(L)
V_L = Q_avg * t
m³ 환산
V_m3 = V_L / 1000.0
주의 : 디지털 펌프의 표시는 실제 체적유량이 표준상태로 보정되어 있을 수 있다. 장비 매뉴얼을 확인하여 중복 환산을 피한다.
4.2 질량차이와 공백 보정
# 필터 질량차(µg) Delta_m_ug = (Filter_after_ug - Filter_before_ug) - Blank_correction_ug
mg 환산
Delta_m_mg = Delta_m_ug / 1000.0
공백 보정은 동시대·동일 배치의 공백 필터 평균값을 사용한다. 공백 보정 후 음수가 나오면 시료 취급·습분 안정화·정전기 관리 과정을 재검토한다.
4.3 농도 계산
# 시료 전체 흄 농도(mg/m³) C_total = Delta_m_mg / V_m3
성분별 망간 농도(mg/m³) : 원자흡광/ICP 결과를 질량비로 적용
C_Mn = C_total * (Mn_mass_fraction)
성분분석 결과를 별도 보고로 받는 경우, 분석실 제공의 망간 질량(µg) 자체를 부피로 나누어도 된다.
4.4 시간가중평균(TWA)
# n개 구간, 각 구간 농도 Ci, 시간 ti(시간단위) TWA = (Σ(Ci * ti)) / (Σ ti) 점심·정리시간 등 비노출 구간은 Ci=0으로 포함한다. 작업 전환이 잦은 공정은 구간 정의를 명확히 하고, 동일 구간의 반복은 합산하여 간소화한다.
4.5 8시간 교대 보정
# 실측 근무시간 T_total(h)가 8시간과 다르면 아래 적용 TWA_8h = (TWA_measured * T_total) / 8.0 주의 : 초과근무 시 8시간 이하로 보정하는 것은 과소평가를 유발한다. 총 노출시간을 정확히 반영하여 판단한다.
4.6 검출한계와 대체값 처리
# ND(Not Detected) 처리 지침의 예시 # 자료수가 충분하면 ND를 1/2 LOD로 대체, 소표본은 보수적 판단 ND 처리 규칙은 사전 정의하고 보고서에 명시한다.
4.7 반올림과 유효숫자
최종 보고값은 측정 불확도와 검출한계를 고려하여 유효숫자를 제한한다. 원시 계산은 충분한 자릿수로 수행하되, 보고 단계에서 일관된 반올림 규칙을 적용한다.
5. 엑셀·스크립트에서 자주 발생하는 오류와 수정
5.1 숨은 단위 변환
셀 서식이 L/min으로 표기되어도 내부 값이 m³/min인 경우가 있다. 단위 변환 함수를 별도 시트에서 명시적으로 구현하여 참조한다.
=IF(Unit="L/min", Q/1000, IF(Unit="m³/min", Q, NA())) 5.2 시간 포맷 누락
hh:mm 텍스트를 시간값으로 변환하지 않으면 채취시간 계산이 틀어진다.
=VALUE(TEXT(End,"hh:mm"))-VALUE(TEXT(Start,"hh:mm")) 5.3 자동 채워넣기 범위 오염
빈 셀을 평균에 포함하는 수식은 0값을 끌어와 농도를 과대평가할 수 있다. AVERAGEIF 또는 COUNT 기반 가중식을 사용한다.
5.4 절대참조 누락
LOD, LOQ, 기준치 셀을 절대참조로 고정한다. 복사 시 기준치가 어긋나는 문제를 방지한다.
5.5 부동소수 반올림 누적
중간 단계에서 ROUND를 남발하지 않는다. 최종 단계에서만 정밀도 제한을 적용한다.
6. 용접·열작업 특이 고려사항
6.1 피크 노출과 시간가중
아크 개시·아크 길 조정 등 피크가 빈번한 공정은 단시간 고농도가 TWA에 미치는 영향이 크다. 작업 로그를 확보하여 피크 시간대를 별도 구간으로 분리한다.
6.2 국소배기 성능 변동
후드-토치 거리, 각도, 풍속이 동적 변화하므로 측정일에 성능검정값을 함께 기록한다. 같은 공정이라도 환기 성능 상태가 다르면 농도 해석을 달리해야 한다.
6.3 보호구 착용 보정
보호구의 할당보호계수(APF)를 적용한 개인노출 추정은 관리전략 수립에만 참고한다. 법정 측정평가 자체를 보호구 보정치로 판정하지 않는다.
7. 불확도, 반복측정, 판정 로직
7.1 측정불확도 도입
펌프 유량, 시간, 질량측정, 분석법의 합성불확도를 산출한다. 경계 근처의 결과는 불확도를 고려한 보수적 판정을 적용한다.
7.2 반복측정 전략
공정 변동이 큰 공정은 최소 3회 이상 반복하여 대표성을 확보한다. 대표치 산출 시 이상치를 배제하는 명확한 규칙을 사전 고지한다.
7.3 기준치 비교와 합산
망간은 단일 성분 판정 외에도 용접 흄 총량 관리가 필요하다. 성분별 기준과 총량 기준을 각각 충족해야 한다.
주의 : 총량 기준과 성분 기준을 혼동하지 않는다. 두 기준 모두 충족해야 안전관리가 적정하다고 볼 수 있다.
8. 실무 수정 체크리스트
| 항목 | 점검 내용 | 상태 | 조치 |
|---|---|---|---|
| 단위 체계 | µg↔mg, L↔m³, 분↔시간 변환 명시 시트 존재 여부 | ||
| 유량 평균 | 전·후 유량 평균 적용, 장비 표준보정 중복 확인 | ||
| 채취시간 | 시작·종료 시각 포맷, 휴게시간 포함/제외 규칙 확정 | ||
| 공백 보정 | 동일 배치 공백 평균 적용, 음수값 원인 분석 | ||
| 성분 적용 | 망간 질량 또는 질량비 정확 적용, 전체 흄과 분리 | ||
| 시간가중 | 구간별 Ci·ti 정의, 0노출 구간 포함 여부 명시 | ||
| 반올림 규칙 | 중간 계산은 원값 유지, 최종 단계만 ROUND | ||
| 불확도 | 합성불확도 산정 및 경계치 판정 규칙 문서화 | ||
| 재현성 | 동일 원시데이터로 동일 결과 산출 시험 | ||
| 판정 로직 | 성분 기준과 총량 기준 동시 판정 구현 |
9. 사례 기반 오류 진단과 수정
사례 A: 과대평가(단위 전환 실수)
전·후 유량 평균 1.8 L/min, 채취 120분, 질량 증가 180 µg, 공백 20 µg. 총부피 216 L=0.216 m³. 순질량 160 µg=0.16 mg. 농도 0.16/0.216=0.741 mg/m³. 여기서 m³ 전환 누락 시 0.000741 mg/m³로 과소평가, 또는 L↔m³ 중복 전환 시 741 mg/m³로 과대평가가 발생한다. 수정은 단위 경로를 한 줄표로 고정한다.
사례 B: 과소평가(시간가중 누락)
고농도 용접 2시간 3.0 mg/m³, 저농도 조립 6시간 0.2 mg/m³. TWA=(3.0×2 + 0.2×6)/8=0.95 mg/m³. 단순평균으로 1.6 mg/m³ 또는 0.2 mg/m³를 쓰면 각각 과대·과소평가다. 시간가중을 반드시 적용한다.
사례 C: ND 처리의 왜곡
4개 구간 중 2개 ND, LOD=0.05 mg/m³. ND를 0으로 처리하면 TWA가 과소평가된다. ND를 1/2 LOD로 대체하여 보수적으로 산정한다.
10. 재계산 프로토콜(표준 작업지시 예시)
1) 원시데이터 수집 - 필터 전/후 질량, 공백, 펌프 전/후 유량, 시작/종료 시각, 구간 로그
전처리
단위 통일(µg→mg, L→m³, 분→시간)
환경조건 보정 여부 확인
주요 계산
총부피 V_m3 = ((Q_pre+Q_post)/2)*t/1000
순질량 mg = (m_after - m_before - blank)/1000
농도 C = mg / V_m3
구간별 Ci × ti 합산으로 TWA 산출
검증
역산 체크(보고값×부피=질량)
자릿수/반올림 확인
ND 처리 규칙 적용
판정
망간 성분 기준 및 전체 흄 기준 동시 검토
불확도 고려한 경계 판정
기록/보고
수정 이력, 수식, 버전, 검증자 서명
11. 필드 품질관리로 계산오류 예방
- 펌프는 채취 전·후 유량을 현장에서 즉시 기록한다.
- 필터는 제습·상온 안정화 후 반복 계량한다.
- 작업 로그는 영상 또는 타임스탬프 기록으로 객관화한다.
- 샘플링 헤드는 호흡권에 위치시키되 작업 자세 변화를 반영한다.
- 공백 시료는 같은 운반·보관 경로를 거치게 한다.
12. 보고서 문구 표준화 템플릿
[망간 흄 노출평가 재계산 보고 요약] - 시료ID: - 채취시간/유량(전/후): - 총부피: - 필터 질량 차/공백 보정: - 농도(망간): - 구간별 Ci·ti: - TWA(8h): - ND 처리 규칙: - 반올림/유효숫자: - 불확도 고려 판정: - 기준 대비 결과: - 수정 사유 및 영향: 13. 내부감사 대비 점검문항
- 장비 매뉴얼의 표준상태 보정 설명을 파일로 보관하고 있는가.
- ND 처리 규정과 예시 계산이 문서화되어 있는가.
- 판정 로직이 성분 기준과 총량 기준을 동시에 평가하도록 구현되어 있는가.
- 재현성 시험을 분기별로 실행하고 기록하는가.
- 중간 반올림을 금지하고 최종단계 반올림만 허용하는 규칙이 있는가.
14. 빠른 진단용 결정트리
결과값이 비정상적으로 크거나 작다면 다음 순서로 확인한다.
- 단위 경로 검토: µg→mg→m³ 변환 라인 트레이싱
- 유량 평균과 채취시간 확인: 전·후 유량 평균 및 분→시간 변환
- 공백 보정 적용 여부
- 시간가중 적용 여부
- ND 처리 규칙 적용 여부
- 반올림·유효숫자 규칙 확인
15. 현장 개선과 재평가 계획 수립
계산오류를 바로잡는 것과 별개로, 노출 저감을 위한 공정 개선을 병행한다. 국소배기 재설계, 토치-후드 거리 유지 교육, 자동 이송·포지셔닝, 용접재료 변경, 작업장 공기흐름 최적화, 작업 순서 조정 등을 통해 TWA 자체를 낮춘 뒤 재평가를 계획한다. 재평가는 개선 전·후 동일한 절차와 장비로 실행하여 비교 가능성을 확보한다.
FAQ
ppm으로 바꿔서 보고해야 하나?
망간 흄은 입자상이므로 mg/m³로 보고하는 것이 원칙이다. ppm 전환은 적용하지 않는다.
ND가 많을 때 평균을 0으로 넣어도 되나?
권장하지 않는다. 보통 1/2 LOD 대체 등 사전 정의한 규칙을 적용하여 과소평가를 방지한다.
8시간보다 짧게 측정했는데 그대로 비교해도 되나?
직접 비교는 부정확하다. 측정된 시간 T에 대한 TWA를 8시간 기준으로 환산하여 비교한다.
보호구 착용 시 측정값을 나누어 판정해도 되나?
법정 측정값 판정에는 보호구 보정을 적용하지 않는다. 관리전략 수립에 참고자료로만 활용한다.
공백 보정 후 음수 농도가 나왔다.
습분 안정화, 정전기, 시료 취급 오류 가능성이 크다. 계량 절차와 공백 시료 배치를 재검토하고 재채취를 권고한다.