이 글의 목적은 수질자료 QA/QC 절차를 체계적으로 정리하여 하천·호소·하수처리장 등에서 수질모니터링과 수질분석 업무를 수행하는 실무자가 데이터의 신뢰도와 추적성을 확보할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 수질자료 QA/QC 개요
수질자료 QA/QC는 수질모니터링 전 과정에서 생성되는 데이터의 정확도와 정밀도, 대표성, 완전성을 확보하기 위한 체계적인 품질보증·품질관리 활동 전반을 의미한다.
여기서 QA(Quality Assurance)는 수질자료가 요구 수준의 품질을 달성하도록 사전에 계획하고 제도를 구축하는 활동을 말하며, QC(Quality Control)는 계획된 품질 요구 수준을 실제로 만족하는지 점검하고 보정하는 기술적 절차를 말한다.
수질자료 QA/QC 체계는 일반적으로 다음 네 단계로 구분하여 설계한다.
- 계획 단계: 모니터링 목적 정의, 설계, 품질목표 설정, QA/QC 계획 수립 단계이다.
- 시료 채취 단계: 현장 수질측정과 채수, 보존, 운반 과정에서의 품질관리 단계이다.
- 실험실 분석 단계: 수질분석 장비 교정, 검정곡선, 시약 및 공시험, 반복측정 등 분석 품질관리 단계이다.
- 데이터 검증·보고 단계: 데이터 검토, 이상치 판정, 통계분석, 플래그 부여, 보고 및 보관 단계이다.
수질자료 QA/QC 절차를 문서화하고 일상 업무에 내재화하면, 대형 수질오염사고 분석, 장기 추세 분석, 오염총량제 이행평가 등에서 데이터 신뢰성에 대한 논쟁을 최소화할 수 있다.
2. 품질보증(QA)와 품질관리(QC)의 차이
2.1 품질보증(QA)의 역할
품질보증은 “제도를 만드는 일”이다. 수질자료 QA는 다음과 같은 요소를 포함한다.
- 모니터링 목적 및 활용 용도 명확화이다.
- 허용 가능한 불확도 수준과 품질목표(정확도, 정밀도, 검출한계 등) 설정이다.
- 표준운영절차서(SOP) 제정 및 개정 관리이다.
- 교육·훈련 계획 수립 및 주기적 교육 실시이다.
- 내부·외부 정기 품질검토와 심사 계획 수립이다.
즉 QA는 “이렇게 하면 우리 수질자료의 품질을 보장할 수 있다”라는 설계와 제도적 장치를 갖추는 단계라고 할 수 있다.
2.2 품질관리(QC)의 역할
품질관리는 “실행과 기록”이다. 수질자료 QC는 개인 실무자가 매일 수행하는 다음과 같은 활동으로 구성된다.
- 현장 채수 시 현장 블랭크, 현장 이중시료(duplicate) 채취이다.
- 시료 보존제 주입, 보관 온도 확인, 운반 시간 기록이다.
- 분석장비 영점점검, 교정곡선 검증, 검출한계 관리이다.
- 공시험(blank), 스파이크 회수율(spike recovery), 실험실 반복측정이다.
- 제어도(control chart) 작성 및 허용범위 초과 시 원인분석·재분석이다.
주의 : QA가 부실하면 QC를 아무리 열심히 수행해도 전체 수질자료의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 먼저 QA 문서(계획서, SOP)를 정교하게 만드는 것이 중요하다.
3. 수질자료 QA/QC 계획서(QAPP) 구성 요소
수질자료 QA/QC 계획서(QAPP, Quality Assurance Project Plan)는 특정 수질조사의 품질 목표와 달성 방법을 한 문서로 정리한 것이다. 일반적으로 다음과 같은 항목을 포함한다.
3.1 기본 정보
- 사업명, 담당기관, 기간, 담당자 및 연락처이다.
- 조사의 목적과 대상 수계(하천, 호소, 하수도, 공공수역 등)이다.
- 관계 법령·지침 및 적용 표준(환경부 고시, KS, ISO 등)이다.
3.2 모니터링 설계
- 측정 지점 위치, 좌표, 수심, 특성(유속, 퇴적, 배출원 인접 여부 등)이다.
- 측정 항목(BOD, COD, T-N, T-P, SS, 대장균군, 중금속 등)이다.
- 측정 주기(월 1회, 주 1회, 홍수 시 추가 측정 등)이다.
- 시료 채취 방법(표층, 중층, 혼합시료, 자동채수기 사용 여부 등)이다.
3.3 품질목표 및 성능 기준
항목별로 요구되는 품질 성능 기준을 정량적으로 제시해야 한다.
- 정확도(Accuracy): 스파이크 회수율 허용 범위(예: 80~120%)이다.
- 정밀도(Precision): 이중시료 간 상대표준편차(%RSD) 허용 범위이다.
- 검출한계(LOD), 정량한계(LOQ) 목표이다.
- 완전성(Completeness): 계획된 측정 건수 대비 확보 비율(예: ≥90%)이다.
- 대표성(Representativeness): 시료 채취 시점, 수리·수질 특성 반영 여부이다.
3.4 QA/QC 절차 및 빈도
각 QC 활동을 언제, 얼마나 자주 수행할 것인지 명확히 규정해야 한다.
- 현장 이중시료: 전체 시료 수의 10% 수준 채취 등이다.
- 현장 블랭크: 중요 오염물질 조사 시 지점·일별 1건 이상 실시이다.
- 장비 교정: 매일 분석 전, 또는 측정 시마다 수행이다.
- 공시험·스파이크: 분석 배치(batch)의 1~2건 이상 포함이다.
- 실험실간 비교시험: 연 1회 이상 실시 등이다.
3.5 데이터 검증·보고 체계
- 데이터 검토 책임자, 검토 단계(1차 검토, 2차 검토)이다.
- 허용 기준을 넘는 데이터에 대한 조치 절차(재분석, 제외, 보정 등)이다.
- 자료 보관 기간, 형식(전자파일, 원장, 크로매토그램 등)이다.
4. 시료 채취 단계 QA/QC 절차
수질자료의 많은 오류가 현장 단계에서 발생하므로, 시료 채취 QA/QC를 엄격히 관리해야 한다.
4.1 채취 전 준비 단계
- 채수병 세척·검증: 세척 절차(SOP)에 따라 산세척·초순수 헹굼 등을 실시하고, 공시험으로 잔류 오염 여부를 확인한다.
- 채취 도구 준비: 버킷, 채수기, 전도통, 샘플러 등은 대상 항목과 재질 호환성을 검토한다.
- 시약·보존제 준비: 산보존(H₂SO₄, HNO₃ 등), 탈염제, 환원제 등은 농도와 유효기간을 확인한다.
- 현장기기 점검: pH, DO, EC, 수온, 탁도계 등의 배터리, 센서 상태, 교정 상태를 확인한다.
주의 : 현장 출발 전에 채수병 라벨과 채취계획서의 지점명, 채취 일시, 항목이 일치하는지 반드시 교차 점검해야 한다. 출발 후에는 수정이 어렵다.
4.2 현장 시료 채취 절차
- 지점 확인: GPS, 기준 표식, 도면을 활용하여 지정 지점을 재현성 있게 찾는다.
- 전처치: 부유물질, 부상물, 갈수기 수심 변화 등 지점 특성을 고려하여 채취 깊이와 위치를 조정하되 기록으로 남긴다.
- 채수 방법: 유속이 빠른 하천은 흐름과 직각 방향으로 채수하고, 호소는 여러 지점 혼합 후 대표 시료를 만들 수 있다.
- 라벨링: 지점명, 채취 일시, 채취자, 항목, 보존제 사용 여부를 현장에서 즉시 라벨에 기입한다.
4.3 현장 QC 시료 유형
- 현장 이중시료(Field duplicate): 동일 지점·시간에서 동일 방법으로 두 개의 시료를 채취하여 정밀도를 평가한다.
- 현장 블랭크(Field blank): 초순수 또는 블랭크 용액을 채수병에 넣어 현장과 동일하게 취급함으로써 운반·보존과정 오염 여부를 확인한다.
- 장비 블랭크(Equipment blank): 채수 장비에 초순수를 통과시킨 후 분석하여 장비에서 기인하는 오염을 확인한다.
4.4 시료 보존 및 운반
- 보존제 주입: 항목별로 요구되는 보존제 종류 및 주입량을 SOP에 따라 적용한다.
- 온도 관리: 대부분 항목은 4℃ 이하 유지가 원칙이며, 아이스박스 및 온도 로거를 활용한다.
- 운반 시간: 채취 후 분석까지 허용되는 최대 보관 시간을 지키고, 채취·도착·분석 시작 시간을 모두 기록한다.
- Chain of custody(CoC): 시료 인수·인계 기록을 통해 시료의 추적성을 확보한다.
5. 실험실 분석 단계 QA/QC 절차
실험실 분석 단계의 QA/QC는 수질분석 데이터의 정확도와 정밀도를 좌우하는 핵심 요소이다.
5.1 장비 교정 및 검정곡선 관리
- 검정용 표준용액 준비: 고순도 표준물질을 사용하고 희석 기록, 유효기간을 관리한다.
- 검정곡선(calibration curve): 최소 5점 이상의 농도 수준을 사용하고, 결정계수(R²) 기준을 설정한다.
- 일일 검정 확인: 분석 시작 전 중간 농도 표준을 분석하여 허용 오차 이내인지 확인한다.
- 장비 교정 주기: 제조사 권고와 SOP를 바탕으로 연·월·일 단위 교정 일정을 관리한다.
5.2 검출한계(LOD)·정량한계(LOQ) 관리
- LOD 산정: 블랭크 반복측정 또는 저농도 시료 반복측정 결과를 활용하여 통계적으로 산정한다.
- LOQ 설정: 일반적으로 LOD의 3~10배 수준에서 분석자의 경험과 규정을 고려하여 결정한다.
- 보고 규칙: LOD 미만은 “불검출” 또는 “<LOD”로, LOD~LOQ 사이 값은 별도의 플래그를 부여하여 해석에 주의한다.
5.3 공시험 및 스파이크
- 시약 블랭크(Reagent blank): 시약 및 초순수 기여 오염을 평가한다.
- 실험실 블랭크(Lab blank): 전처리·분석 전체 과정을 시료 없이 동일하게 수행하여 시스템 오염을 평가한다.
- 스파이크(Spike): 실제 시료에 표준용액을 첨가하여 회수율을 통해 매트릭스 효과와 정확도를 평가한다.
- 스파이크 중복(Spike duplicate): 동일 스파이크를 2회 이상 분석하여 정밀도와 정확도를 동시에 평가한다.
5.4 반복측정 및 실험실간 비교
- 반복측정(Replicate): 동일 시료를 2회 이상 독립적으로 분석하여 정밀도를 평가한다.
- 실험실간 비교시험: 외부 숙련도 시험, 상호 비교 프로그램 등을 통해 실험실 성능을 외부 기준과 비교한다.
- 허용 기준: 상대오차(%RE), 상대편차(%RSD)에 대해 항목별 허용 기준을 계획서에 명시한다.
6. 데이터 검증·검토 절차
수질분석이 끝난 후에는 단순히 결과를 보고하는 것이 아니라 QA/QC 계획에서 정한 기준에 따라 체계적인 데이터 검증 절차를 거쳐야 한다.
6.1 1차 검토(분석자 수준)
- 원자료(기기 출력, 크로매토그램, 분석 일지)와 엑셀·LIMS 입력값의 일치 여부를 확인한다.
- 검정곡선의 유효성, QC 시료(블랭크, 스파이크, 반복측정)의 합격 여부를 확인한다.
- 시료 전처리 배수, 희석 배수 적용이 정확한지 계산을 재검토한다.
6.2 2차 검토(관리자 수준)
- QC 결과가 허용 기준을 벗어난 경우 원인분석과 조치사항이 적절히 기록되었는지 확인한다.
- 지점별 시간적 추세, 유사 지점 간의 상대 수준 등을 비교하여 이상치를 검토한다.
- 수질자료 QA/QC 계획서에서 정의한 데이터 플래그 부여 규칙이 제대로 적용되었는지 확인한다.
6.3 제어도(Control chart)를 활용한 모니터링
장기 수질자료 QA/QC에서는 제어도를 활용하면 분석 품질을 시각적으로 관리할 수 있다.
- QC 시료(예: 중간농도 표준, 스파이크 회수율)의 결과를 시계열로 플로팅한다.
- 평균(Mean)과 ±1σ, ±2σ, ±3σ 경계선을 그려 관리상태를 평가한다.
- 3σ 밖 값, 연속된 동일 방향 추세 등 이상패턴이 나타나면 원인분석 및 재교정을 수행한다.
예시) 스파이크 회수율 QC 규칙 - 1점이 평균 ±3σ 밖이면 배치 전체 재검토 - 연속 2점이 평균 ±2σ 밖이면 장비 교정 후 재분석 - 연속 7점이 평균 위 또는 아래에 연속되면 편향(bias) 의심7. 데이터 관리 및 추적성 확보
수질자료 QA/QC에서 데이터 관리와 추적성은 법적 분쟁이나 장기 비교 분석 시 핵심 근거가 된다.
7.1 원자료 및 전자자료 관리
- 원자료: 필기 기록지, 기기 크로매토그램, 교정기록, 온도기록 등은 정해진 기간 동안 보관한다.
- 전자자료: 엑셀, LIMS, 데이터베이스 등은 정기적으로 백업하고, 파일명 규칙과 폴더 구조를 표준화한다.
- 변경 이력: 값 수정 시 원값, 수정값, 수정 사유, 수정자, 일시를 남겨야 한다.
7.2 시료·결과의 연결성 유지
- 시료 ID 체계: 지점, 일시, 분석항목, 배치 등을 포함하도록 설계하여 혼선을 줄인다.
- CoC와 결과표 연결: Chain of custody에 기록된 시료가 분석결과표의 시료 ID와 1:1로 대응되도록 한다.
- 재분석 기록: 재분석된 시료는 최초 결과와 재분석 결과를 모두 남기고, 최종 채택 결과를 명시한다.
7.3 보안 및 접근권한 관리
- 데이터 접근권한을 역할 기반으로 설정하여 임의 수정 위험을 낮춘다.
- 중요 자료는 읽기 전용 또는 전자서명 기능을 활용하여 위·변조를 방지한다.
8. 실무에서 바로 활용 가능한 QA/QC 체크리스트
다음 표는 하천·저수지 수질조사, 하수처리장 방류수 검사, 환경기초조사 등에서 공통적으로 활용할 수 있는 수질자료 QA/QC 체크 항목 예시이다.
| 구분 | QA/QC 항목 | 체크 내용 | 권장 빈도 |
|---|---|---|---|
| 계획 | QA/QC 계획서 | 모니터링 목적, 품질목표, QC 항목·허용 기준이 문서화되어 있는지 확인 | 사업 착수 전 1회, 필요 시 개정 |
| 현장 | 시료 라벨링 | 지점명, 일시, 채취자, 항목, 보존제 사용 여부 기재 여부 확인 | 매 시료 채취 시 |
| 현장 | 현장 이중시료 | 전체 시료 수 대비 10% 이상 이중 채취, 결과 비교 | 매 조사 |
| 현장 | 현장 블랭크 | 초순수 블랭크 채취 및 운반으로 오염 여부 확인 | 핵심 지점별 또는 조사일별 1건 이상 |
| 현장 | 온도 관리 | 채취~분석 전까지 4℃ 이하 유지 여부, 온도 기록 확인 | 매 시료, 운반 시마다 |
| 실험실 | 검정곡선 | 농도 범위 적정성, R² 기준 충족 여부, 일일 검정 확인값 점검 | 분석 배치마다 |
| 실험실 | 공시험(블랭크) | 시약·시스템 오염 여부 확인, 허용 기준 이내 여부 점검 | 분석 배치마다 1건 이상 |
| 실험실 | 스파이크 회수율 | 회수율 허용 범위(예: 80~120%) 내 여부, 편차 시 원인분석 | 분석 배치마다 1건 이상 |
| 실험실 | 반복측정 | 중복 분석 결과의 %RSD가 허용 기준 이내인지 확인 | 항목·배치별 1건 이상 |
| 검증 | 이상치 검토 | 시간·공간 패턴과 비교하여 물리적으로 설명 불가한 값 판정 | 자료 집계·보고 전마다 |
| 검증 | 플래그 부여 | LOD 미만, QC 부적합, 재분석 등 특이사항을 코드로 표기 | 최종 데이터 확정 시 |
| 관리 | 자료 보관 | 원자료·전자자료·CoC·QC기록의 보관 기간 및 방법 준수 | 상시 관리 |
9. 현장에서 자주 발생하는 오류와 예방 팁
9.1 시료·결과 매칭 오류
지점 라벨 오기, 시료 뒤바뀜, 파일 입력 시 지점명 오타 등으로 시료와 결과가 어긋나는 사례가 자주 발생한다.
- 현장에서는 라벨 인쇄 시스템 또는 사전 인쇄 라벨을 사용하여 필기 오타를 줄인다.
- 실험실에서는 시료 접수 시 라벨·CoC·접수대장 3자 일치 여부를 확인한다.
- 데이터 입력 시 이중 검토 또는 자동 검증 매크로를 사용한다.
9.2 QC 결과 무시
스파이크 회수율, 블랭크 농도, 반복측정 결과가 허용 기준을 벗어나도 “어차피 값은 나왔으니 사용한다”라는 관행이 문제를 일으킨다.
주의 : QC 결과가 허용 기준을 벗어난 경우에는 반드시 재분석 여부, 데이터 제외 여부를 결정하고, 그 사유를 기록해야 한다. QC를 수행만 하고 활용하지 않으면 QA/QC 체계가 형식에 그친다.
9.3 검출한계 관리 부실
- 검출한계가 갱신되었는데도 과거 값으로 계속 보고하는 경우가 있다.
- LOD 미만 데이터를 0으로 입력하여 평균·부하량이 과소 추정되는 문제가 발생할 수 있다.
- LOD/LOQ 변화 시점과 산정 방법을 문서로 남겨야 장기 시계열 비교가 가능하다.
9.4 자동수질측정기와 수동 분석의 불일치
하천 수질측정망이나 자동수질측정소에서는 자동측정기와 수동 채수·실험실 분석 결과가 상이한 경우가 많다.
- 자동측정기의 교정·점검 기록과 수동 분석 QA/QC 기록을 함께 검토하여 원인을 분석한다.
- 장비 드리프트, 센서 오염, 시료 전처리 차이 등 원인을 분류하고 조정값 적용 여부를 결정한다.
- 수질자료 QA/QC 계획에 자동측정기 QA/QC 절차(영점점검, 교차검증 등)를 포함한다.
FAQ
Q1. 수질자료 QA/QC 계획서는 반드시 별도 문서로 작성해야 하나?
가능하면 별도 QA/QC 계획서를 작성하는 것이 좋다. 사업계획서나 조사계획서 안에 QA/QC 내용을 포함할 수 있지만, QC 항목·허용 기준·조치 절차를 명확히 하기 위해서는 독립된 계획서 또는 부속 문서로 정리하는 편이 이후 검증과 감사에 유리하다.
Q2. 현장 이중시료는 어느 정도 비율로 채취하는 것이 적정한가?
일반적으로 전체 시료 수의 10% 내외를 권장한다. 다만 조사 규모가 매우 클 경우 최소 건수(예: 조사일별 3건 이상)를 병행 기준으로 두기도 한다. 중요 지점이나 고위험 항목은 이중시료 비율을 상향 조정하는 것이 바람직하다.
Q3. LOD 미만 값은 0으로 처리해도 되는가?
통상 0으로 처리하기보다는 LOD의 절반(LOD/2)이나 LOQ의 절반 등 일관된 규칙을 정해 적용하는 것이 통계적 왜곡을 줄이는 데 유리하다. 중요한 것은 어떤 처리 규칙을 사용했는지 QA/QC 문서와 보고서에 명확히 기록하여 재현성을 확보하는 것이다.
Q4. QC 기준을 벗어난 데이터는 모두 폐기해야 하는가?
반드시 그렇지는 않다. QC 부적합의 원인과 정도에 따라 재분석, 보정, 보조자료로의 활용, 완전 폐기 등 여러 선택지가 있다. 다만 어떤 결정을 내리든 근거와 논리를 문서로 남기고, 해당 데이터에 플래그를 부여하여 향후 분석 시 주의를 환기하는 것이 필수이다.
Q5. 자동수질측정소 자료에도 QA/QC를 어떻게 적용해야 하는가?
자동수질측정소의 QA/QC는 센서 교정, 영점·스팬 점검, 장비 이상 알람 관리, 수동 시료와의 교차검증, 데이터 필터링 규칙(예: 센서 세척 직후 일정 시간 제외) 등으로 구성된다. 기본 원리는 동일하며, 자동측정기 특성에 맞춘 QA/QC SOP를 별도로 작성하고 운영하는 것이 좋다.