미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템 구축(I)PM2.5 National Reference Methods Assessment

한국외국어대학교 연구산학협력단

국립환경과학원

제 출 문

국립환경과학원장 귀하

본 보고서를 ‘미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템 구축(I)’

용역 결과보고서로 제출합니다.

2014. 5 .

연구기관명 한국외국어대학교 연구산학협력단

연구책임자 이 강 웅

연 구 원 이 태 형

장 유 운

홍 천 상

이 은 주

연구보조원 이 용 환

보 조 원 이 호 준

오 현 주

안 수 진

요 약 문

Ⅰ. 연구개요

연구과제명국문 미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템 구축(I)

영문 PM2.5 National Reference Methods Assessment

연구기관 한국외국어대학교 연구책임자소속 환경학과

성명 이강웅

연구기간 2013.12.26 ～ 2014.05.25( 5개월)

연구개발비 132,963천원

참여연구원수 총 9명 내부 : 9 명

Ⅱ. 연구목적 및 필요성

본 연구는 대기 중 공기역학적 지름이 2.5um 이하인 입자상 물질 (PM2.5)의 질량농

도를 채집한다. 이를 통하여 국가기준장비(National Reference Method, NRM)를 선

정하는 방법을 제시하고 운영방법을 마련하는 것이다. 그 필요성은 다음과 같다.

m ‘15년 PM2.5 환경기준 적용에 따른 PM2.5 국가기준시스템(NRMs, National

Reference Method system) 구축 필요

m PM2.5 측정기 형식승인 제도 운영을 위한 NRMs 필요, 특히 PM2.5 측정기 및 채취

기는 실험실 환경에서 기기의 정확도 및 정밀도의 평가가 어려워 미국 등 각국에서

구조에 대한 평가는 실험실 평가, 정확도 및 정밀도 평가는 현장(field)에서 수행하

고 있으며, 비교 평가를 위해 기준 측정기가 필요

m PM2.5 측정기 정도관리(소급성 확보)를 위하여 국가기준 미세먼지 측정시스템 설

치 및 운영이 필수적이나 국내 미확보

이에 본 연구에서는 “NRMs를 구축하고 SOP(Standard Operating Procedure)”를

확보하고자한다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위

PM2.5의 국가기준방법은 PM2.5 측정 공정시험법에 제시된 요건을 만족하는 장비이

어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 다음의 연구 내용을 수행하였다.

○ 미세먼지(PM2.5) 국가기준 시스템

→ 정의 및 적용 범위

→ 국외 NRMs 현황조사 및 비교

→ 국내 PM2.5 NRMs 구축방안 제시

m 미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템(NRMs) 구축

→ 대상기기 선정(국내외 제조사 중 비교측정 참가 의사가 있는 회사 대상으로 비

교측정 추진)

→ 2개 측정소 PM2.5 기준측정시스템 구축

· PM2.5 채취기 6대(서울 3대, 광주 3대)

m 구축된 NRMs에 대한 정도관리 실시

→ 정밀도 및 상대정밀도 평가

→ 정확도 및 상대정확도 산출

→ 정도관리 SOP 작성

m NRMs 운영방안

→ 운영 매뉴얼 작성 제시

Ⅳ. 연구 결과

제시된 연구내용과 범위에 따라 다음과 같은 연구를 수행하였다.

m 미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템(NRM)의 구축을 위해 해외의 NRMs 현황조사

및 비교검토를 수행하였고 이를 바탕으로 국내 상황에 맞는 국가기준시스템의 요구

기준 세부안을 마련하였다.

m 총 5종의 미세먼지(PM2.5) 질량측정장비 (NRM 후보장비)의 정도관리(정밀도, 정확

도)를 실시하였고 마련된 기준에 부합하는지 평가하였다. 후보 장비에 대한 세부적

인 성능 평가는 정확도, 상대정밀도, NRM간 상대정밀도, 절편, 기울기, 상관계수,

가동율에 대한 성능기준 항목이외에도 장비의 운영 여건과 용이성등도 반영하였다

m 정밀도와 정확성등 전반적으로 가장 우수한 운영 기능과 성과를 보여준 1 종의

장비를 국가표준장비로 선정하고 국립환경과학원에 국가기준 측정시스템으로 구축을

완료하였다.

m 국가기준 측정시스템(NRM)의 운영을 위한 표준절차(SOP)도 마련하였다.

Ⅴ. 연구결과 활용에 대한 건의

본 연구를 통하여 국내 처음으로 공기역학적 지름이 2.5um 이하인 입자상 물질 (PM2.5)의

질량농도를 채집하고 농도를 산정하는 국가기준장비(National Reference Method, NRM)

를 구축할 수 있었다. 이를 활용하여 PM2.5 연속측정장비의 형식승인을 위한 기준장비가

확보되었을 뿐 만 아니라 국가가 생산하는 PM2.5 자료의 질관리와 소급성을 확보할 수

있게 되었다. 본 과제를 통해 1 차적으로 구축된 국가기준측정시스템은 추가적인 연구를

통해 정도관리 기반을 강화하고 고도화하면서 안정적인 운영 방안을 마련하는 것이 필요

하며 세부적으로는 구축된 국가기준시스템의 정도관리 기반구축강화, 사용자 인터페이

스 강화, 시스템 고도화, 사용자 접근성 강화 및 NRM 구축 및 운영을 통한 집중측정소의

위상제고 방안을 마련하는 것이 필요하다.

- i -

목 차

Ⅰ. 서론·······································································································································1

Ⅱ. 연구내용 및 방법 ···············································································································1

Ⅲ. 연구 결과 및 고찰·············································································································2

1. 미세먼지(PM2.5) 국가기준 시스템 ··················································································2

가. 미세먼지 국가기준 측정시스템의 정의 및 적용 범위···········································2

나. 국외 NRMs 현황 조사 비교·························································································3

다. 국내 PM2.5 NRMs 구축방안 ··················································································14

2. 미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템(NRMs) 구축 ·················································19

가. 대상기기 선정 ·············································································································19

나. 후보장비의 Inlet 규격검토 ·······················································································27

3. NRMs 장비들에 대한 비교시험 결과 ·········································································32

4. NRMs 장비에 대한 정도관리 ·······················································································39

5. NRMs 종합 평가 및 기준시스템 구축·········································································45

6. NRMs 정도 관리 및 운영 SOP······················································································47

가. 실험실 준비물 ···············································································································47

나. NRMs 장비의 설치·······································································································47

다. NRMs 장비의 교정 방법·····························································································47

Ⅳ. 결론 ···································································································································59

Ⅴ. 기대성과(활용방안) 또는 향후계획 ···············································································60

Ⅵ. 참고문헌 ·····························································································································61

Ⅶ. 부록

- ii -

표 목 차

Table Ⅲ-1 PM2.5 FRM 인증 기기 ························································································5

Table Ⅲ-2 EN14907 시료장비 운영 기준···········································································7

Table Ⅲ-3 EN14907 시료장비 운영 기준···········································································8

Table Ⅲ-4 PM2.5의 측벙법의 특성 ····················································································10

Table Ⅲ-5 NRM 및 국내 Class I 요구 성능····································································18

Table Ⅲ-6 PM2.5 WINS IMPACTOR 규격 검사 결과 ···················································31

Table Ⅲ-7 NRM 후보장비의 유량측정자료 ······································································32

Table Ⅲ-8 NRM 후보장비의 유량 변동 결과치 ······························································33

Table Ⅲ-9 장비의 운영과 관련된 요소의 정확도 ························································34

Table Ⅲ-10 NRM 장비의 비교 검증을 위한 바탕시험 결과 ········································35

Table Ⅲ-11 NRM 후보 장비들 (5종 15대)의 PM2.5 일 관측농도 ···························37

Table Ⅲ-12 NRM 후보 장비별 평균농도, 재현성 및 정확성 ·······································38

Table Ⅲ-13 NRM후보 장비의 시험기간 중 가동 현황 ··················································39

Table Ⅲ-14 각 장비별 상관성 분석··················································································39

Table Ⅲ-15 5종 장비의 상대정밀도, 정확도, NRM간 절대정확도 ······························43

Table Ⅲ-16 missing 구간 동일하게 배제한 비교 ··························································43

Table Ⅲ-17 missing 구간 동일하게 배제, 저농도 (<100 ug/m3) ·····························44

Table Ⅲ-18 missing 구간 동일하게 배제, 고농도 (>100 ug/m3) ·······························44

Table Ⅲ-19 NRM 장비의 성능 기준 ··················································································45

Table Ⅲ-20 운영 여건에 대한 평가요소 ··········································································46

Table Ⅲ-21 NRM 장비의 성능 및 운영 기능 종합 평가 내역····································46

Table Ⅲ-22 장비 점검 내역 및 주기················································································51

- iii -

그 림 목 차

Fig. Ⅲ-1 EPA에서 인증하는 PM2.5 기기의 구성도 ··························································3

Fig. Ⅲ-2 EN14907에서 제시하는 PM2.5 측정기의 입자선별 곡선································6

Fig. Ⅲ-3 PM2.5 연속 시료 채집 장치·················································································7

Fig. Ⅲ-4 PM2.5의 분압장치·································································································11

Fig. Ⅲ-5 PM2.5질량농도의 상관 ·························································································12

Fig. Ⅲ-6 회귀분석에 의한 평가··························································································13

Fig. Ⅲ-7 SPM 질량농도········································································································14

Fig. Ⅲ-8 PM2.5와 조대입자의 성분분석···········································································14

Fig. Ⅲ-9 온도와 상대습도에 따른 질산암모늄에서 휘발되는 암모니아 농도 (Yu et

al., 2006) ····································································································································15

Fig. Ⅲ-10 서울과 광주지역의 PM2.5화학적 조성비 (논문에 근거하여 그래프 제작)

····················································································································································16

Fig. Ⅲ-11 국립환경과학원 불광동 집중측정소 옥상에 설치된 채집기 ····················19

Fig. Ⅲ-12 비교 채집기들의 설치 배열 모습····································································20

Fig. Ⅲ-13 lean bench에서 필터 작업 모습 ······································································21

Fig. Ⅲ-14 필터 운반 캐리어································································································22

Fig. Ⅲ-15 IMPACTOR 필터표면에 누적된 입자상 물질················································23

Fig. Ⅲ-16 NRM 후보장비 시료운영 자료양식 ·································································24

Fig. Ⅲ-17 NRM 후보장비 QC 양식····················································································25

Fig. Ⅲ-18 NRM 후보장비의 교정에 사용된 유량계 ·······················································26

Fig. Ⅲ-19 NRM 후보장비의 교정에 사용된 유량계의 교정서·····································27

Fig. Ⅲ-20 Impactor 규격 측정항목 1) - 6) ······································································28

Fig. Ⅲ-21 Impactor 규격 측정항목 7) - 15) ··································································29

Fig Ⅲ-22 Impactor 규격 측정항목 16) - 26) ·································································30

Fig. Ⅲ-23 NRM 후보 장비들의 기압측정 변화 ·····························································34

Fig. Ⅲ-24 NRM 후보장비 5 종의 시험기간 중 농도변화 ···········································36

Fig. Ⅲ-25 A장비의 전체 평균과 상관성 비교 ·······························································40

Fig. Ⅲ-26 B 장비의 전체 평균과 상관성 비교 ·····························································41

Fig. Ⅲ-27 C 장비의 전체 평균과 상관성 비교 ·····························································41

Fig. Ⅲ-28 D 장비의 전체 평균과 상관성 비교 ·····························································42

Fig. Ⅲ-29 E 장비의 전체 평균과 상관성 비교 ·····························································42

Fig. Ⅲ-30 NRM 장비 QC 일지양식··················································································57

Fig. Ⅲ-31 NRM 시료관리 자료양식 ···················································································58

- 1 -

Ⅰ. 서론

본 연구는 대기 중 공기역학적 지름이 2.5um 이하인 입자상 물질 (PM2.5)의 질량농

도를 채집하고 농도를 산정하는 국가기준장비(National Reference Method, NRM)를

선정하는 방법을 제시하고 이를 적용하는데 있다. PM2.5의 국가기준방법은 PM2.5

측정 공정시험법에 제시된 요건을 만족하는 장비이어야 한다. 본 연구에서는 현재

국내에서 사용되거나 생산중인 PM2.5 수동 채집 장비 중에서 NRM의 요건을 만족

하는 장비를 평가하고, 운영상 가장 우수한 장비를 선정한 뒤 이를 활용하여 추후

에 등가장비(Equivalence Method, EM)를 평가하고 선정하는데 기준 장비로 활용하

는 표준운영지침(SOP)을 마련하고자 한다. 이와 같은 이유로 본 연구에서는 PM2.5

측정 장비의 물리적인 구성, 디자인, 특정 항목에서 세부적인 성능을 평가할 뿐 만

아니라 운영방법, 장비 운영시 QA/QC 수준이 국가의 NRM으로서 요구되는 자료질

목표치(Data Quality Objectives, DQO)를 만족하는지 평가하는 것과 이를 만족하기

위해서 필요한 QA/QC의 절차와 방법을 제시하고자 하였다.

일반적으로 NRM의 측정 불확도 최종목표는 재현성에서 10 % (coefficient of

variation), 정확도 (total bias)에서 10% 를 만족해야 한다 (Papp et al., 1998). 본 연

구에서는 이와 같은 NRM으로서의 재현성과 정확도 만족 여부를 약 1달간의 연속

비교 실험을 통해 평가하고자 하였다.

Ⅱ. 연구내용 및 방법

본 연구에서 평가되는 장비는 국내 공정시험법과 미국 EPA의 FRM에서 제시된 성

능과 규격을 우선적으로 만족하여야한다. 제시된 성능과 규격의 상세내역은 본 보

고서의 정확도와 정밀도 산정 방법에서 자세히 기술하였다. 이와 같은 성능과 규격

을 만족한 장비에 한해서 PM2.5 NRM의 평가 내역과 운영 검토 사항은 다음과 같

다.

○ 미세먼지(PM2.5) 국가기준 시스템

→ 정의 및 적용 범위

→ 국외 NRMs 현황조사 및 비교

→ 국내 PM2.5 NRMs 구축방안 제시

m 미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템(NRMs) 구축

→ 대상기기 선정(국내외 제조사 중 비교측정 참가 의사가 있는 회사 대상으로 비

교측정 추진)

→ 2개 측정소 PM2.5 기준측정시스템 구축

- 2 -

· PM2.5 채취기 6대(서울 3대, 광주 3대)

m 구축된 NRMs에 대한 정도관리 실시

→ 정밀도 및 상대정밀도 평가

→ 정확도 및 상대정확도 산출

→ 정도관리 SOP 작성

m NRMs 운영방안

→ 운영 매뉴얼 작성 제시

Ⅲ. 연구 결과 및 고찰

1. 미세먼지(PM2.5) 국가기준 시스템

가. 미세먼지 국가기준 측정시스템의 정의 및 적용 범위

PM10 분립장치와 WINS(Well Impactor Ninety-Six)를 장착하고 PM2.5 측정망 운영지

침 및 미국 EPA의 FRM 제작규격과 성능을 만족하면서 대기 중 공기역학적 지름이

2.5um 이하인 입자상 물질 (PM2.5)을 채집하여 질량 농도를 산정하는 장비.

1) NRM 운영 인력의 요건

NRM 장비의 시험평가는 공정시험법의 장비의 설치, 운영 및 관리, 자료질 관리 방

법의 규정에 대한 적절한 교육을 이수한 인력이 수행하며 이에 대한 구체적인 내용

은 다음과 같다.

1) 실험실 관리 인력 : 일반적인 실험실 관리 및 운영에 익숙한 인력이 실

험실 조건에서 미세저울을 활용할 수 있도록 교육 및 숙련이 필요하며 실

험실의 온도, 습도, 압력을 적절한 범위 내에서 조절이 가능해야 하고 필요

한 자료의 보고서를 작성할 수 있어야 한다.

2) 현장 관리 인력 : 현장에서 장비의 운영을 할 수 있어야 하며 장비의 기

능, 조절 방법등에 충분히 숙련이 되어야 한다. 또한 장비의 교정, 감사, 문

제 발견시 해결 능력도 보유해야 한다.

3) 운영 인력의 교육: 운영 인력은 실험실 및 현장관리에 대한 전반적인 절

차와 사항을 숙지하고 모든 과정에 대해서 적절한 조치와 취할 수 있어야

한다.

- 3 -

2) NRM 장비의 평가 준비 항목

1) 복수의 후보장비의 선정 : 국내에서 구매가 가능하고 널리 사용하고 있

는 장비들을 복수 선정하여 NRM으로 적절한지 객관적인 비교 평가를 수

행할 필요가 있다.

2) 유량, 온도, 압력 교정 장비 확보 : 장비의 평가전에 인증된 유량, 온도,

압력 교정 장비를 준비를 요구한다.

나. 국외 NRMs 현황 조사 비교

1) 미국 환경청의 표준방법

○ PM2.5 정의

EPA는 관리적 표준과 과학적 정의로 PM2.5를 정의하고 있다. 관리적 표준은 EPA의

지침을 따르는 기기와 방법을 이용한 측정 자료에 한하여 PM2.5 자료로 인정하고

있다. 과학적 정의는 WINS Impactor의 입자 선택 특성에 기반하고 있으며, USEPA

1997-Part 50 Appendix L 1-19 66-84pp를 따른다.

○ 기준

PM10 운영 경험에 따르면, PM2.5는 매우 엄격한 기준을 적용해야 할 것을 제안하

고 있다. EPA는 여러 업체에서 제작하는 PM2.5 샘플러가 인증을 받기 위해서는 유

입구, 입경분리장치, 상부 필터 고정장치, 필터 보관함, 필터지지 스크린을 구성하도

록 제시하고 있다(Fig. Ⅲ-1).

Fig. Ⅲ-1 EPA에서 인증하는 PM2.5 기기의 구성도

- 4 -

○ 수행 방법(Performance Criteria)

PM2.5 측정 기기의 유량은 1 m3/hr를 기준으로 하며, 정밀도와 정확도는 5%와 2%

이내에서 검증되어야 한다. 유량은 30초마다 보정되어야 하며 5분마다 측정유량을

기록하여야 한다. 또한 대기압력과 대기 온도 그리고 필터온도 또한 함께 기입되어

야 한다. 채집된 시료의 일사량 영향을 최소화하기 위하여 필터온도는 대기온도보

다 5℃이상 되지 않도록 주의하여야 한다.

PM2.5 측정 기기의 내부 온도를 일정하게 유지하기 위하여 필터가 부착된 공기유입

장치를 구성할 수 있으며, 기기 운영 온도는 –20℃~40℃에서 운영할 수 있다. 그러

나 온도가 –30℃이하일 경우는 자동으로 시료 채집을 중단 하는 기능을 포함하여야

한다.

연방표준방법은 PM2.5 측정 기기의 인증을 위해서 챔버 실험을 포함한 엄격한 시험

절차를 제시하고 있다. 첫 번째는 후보기기 3대를 한 측정소에서 최소 10일 이상

현장 실험을 거쳐야 한다. 10일 동안의 24시간 샘플링 시료의 질량농도는 최소 10

ug/m3 이어야 하며, 3대의 측정기기의 정밀도는 2 ug/m3 이내여야 한다. PM2.5 측정

기기는 5분 간격으로 기록이 가능하여야 하고, 24시간 유량을 기록할 수 있어야 한

다.

○ 시료 채집 기간

24시간 간격으로 채집된 시료는 96시간 이내에 샘플러에서 수거되어야 하며, 연속

시료 장치의 경우 4일 간격으로 운영되어 함을 의미한다. 96시간으로 시로 수거 시

간을 제한한 이유는 시료에 채집된 시료의 질량 변화를 최소화하기 위해서다.

PM2.5의 운영은 1일, 3일, 6일 간격으로 수행할 수 있다.

○ 2013년 상반기 미국 EPA에서 인증한 PM2.5 측정기기

EPA의 표준 기준에 따르는 PM2.5 샘플러는 Table Ⅲ-1과 같다.

- 5 -

기업체 등록일 모델명

Andersen 1999.11.3 RAAS2.5-200

BGI Inc.

1998.4.16 PQ200A

2002.4.2 PQ200A-VSCC

Graseby Andersen

1998.11.6 RAAS2.5-100

1998.11.6 RAAS2.5-300

Grimm 2012.1 EDM 180

Opsis 2012.11.9 SM200

Rupprecht & Patashnick Partrisol 1998.4.16 FRM Model 2000

Teledyne 2012.10.5 Model 620 Beta Plus

Thermo Electron

2012.10.5 RAAS2.5-100

2004.8.6 RAAS2.5-200

2004.8.6 RAAS2.5-300

Thermo Scientific

2010.3 TEOM 5014i

- TEOM 5030i

- TEOM 1400a

- Partisol 2000-D

- Partisol-Plus 2025-D

- Partisol 2000-FRM

- Partisol 2025-FRM

URG

2000.5.8 URG-MASS100

2000.5.8 URG-MASS300

Table Ⅲ-1 PM2.5 FRM 인증 기기

- 6 -

2) 유럽 PM2.5 측정을 위한 표준방법(Reference Method PM2.5)

유럽 연합은 표준중력측정방법으로 입자상물질 중 PM2.5의 질량분율을 측정하고 있

으며, EN14907(2005)로 규정하고 있다. EN14907에서는 시료 채집에 중요한 영향을

주는 3가지 요인으로 ‘채집된 입자의 질량’, ‘유량’, ‘채집시간’을 고려하고

있으며, 이를 반영하여 측정기기는 유입구에 ‘입자크기 선별장치’를 부착하여야

하며 ‘필터 장치’와 ‘유량조절장치’를 반드시 갖추어야 한다(Fig. I-2). PM2.5

측정에는 High volume과 Low volume의 2가지 방법을 제시하고 있으며, 150mm 와

47 mm 필터를 사용할 수 있다.

Fig. Ⅲ-2 EN14907에서 제시하는 PM2.5 측정기의 입자선별

곡선

○ 시료장비와 운영 기준

EN14907에서는 필터온도, 유량, 정확도, 온도 센서 그리고 대기압력에 대한 조건을

제시하고 있다(Fig. Ⅲ-3, Table Ⅲ-2).

- 7 -

Fig. Ⅲ-3 PM2.5 연속 시료 채집 장치

수행 항목 기준

시료 채집 과정의 온도대기온도가 20℃ 이상일 경우, 시료채집

장치의 온도는 5℃를 초과할 수 없음

유량2.3 m3/h(Low volume)

30 m3/h(High volume)

유량의 안정성 ≤ 2 %(평균 시료채집 시간 적용)

시료 채집 시간의 정확도 ≤ 5 %(임의 시간 적용)

온도 센서 ≤ 2 K

대기압력 센서 ≤ 1 kPa

Table Ⅲ-2 EN14907 시료장비 운영 기준

○ 필터 무게 측정

아래 언급한 필터의 무게를 정확히 측정하기 위하여 다음과 같은 무게 측정실 조건

을 규정하고 있다(Table Ⅲ-3).

- 8 -

수행 항목 기준

필터 운반 용기

무게측정실에 도착하기 전, 온도는 최대 23℃

이내로 유지하여야 하며, 채집 후 15일을

초과할 수 없음

무게 측정실 온도 시간 평균 20 ± 1 K을 유지하여야 함

무게 측정실 상대온도 시간 평균 50 ± 5 %를 유지하여야 함

저울의 측정범위와 표시 단위Low volume : <100ug, 10 ug

High volume : <10 ug, 1 ug

무게 측정 전, blank 필터의 측정 인정

범위

≤ 20 ug(Low volume)

≤ 200 ug(High volume)

시료 채집 전 필터

∙ 48시간 이상 안정화 필요

∙12시간 이상 지났을 때 두 번 이상 무게

체크한 후 40 ug 이내의 차이를 확인

∙ 무게 측정 후 28일 이내에 사용하여야 함

시료 채집 후 필터

∙ 48시간 이상 안정화

∙24~72시간 동안 2번의 무게 측정 한 후 60

ug 이내의 무게 차이를 확인

무게 측정실에 보관한 2개의 blank

filter 보관

<40 ug(Low volume)

<500ug(High volume)

측정장소에서 사용한 1개의 blank filter

무게<40 ug

Table Ⅲ-3 EN14907 시료장비 운영 기준

○ 필터 무게에 영향을 미치는 요인

A 채집된 시료

유입구에서 기기 손상 방지와 일정한 유량 유지를 위하여 먼지가 쌓이는 현상이나

유류성분의 영향을 배제할 수 있도록 제작하고 관리되어야 한다.

- 9 -

시료채집 과정이나 필터 무게 정량과정에서 휘발에 의한 시료 손실을 막기 위해서

는 시료채집 시스템과 필터의 온도 그리고 필터 운반 과정에서의 온도를 일정하게

유지할 수 있도록 관리하여야 한다.

필터 무게는 PM2.5의 시료와 상관없이 수분의 영향으로 무게가 증가할 수 있기 때

문에 이에 대한 준비도 필요하다. 수분은 PM2.5의 친수성 성분에 큰 영향을 미칠

수 있기 때문에 필터 무게 측정시 온도 20±1℃· 습도 50±5%를 유지하도록 하여

야 한다.

필터무게 측정시 0점 조절이 되지 않은 계측기는 필터 무게가 수십 ug의 차이가 발

생할 수 있기 때문에, Blank 필터를 이용한 영점조절이 이루어져야 한다. 전원 또한

필터 무게에 영향을 줄 수 있으므로 PM2.5 계측 기기는 정압 전원을 유지하도록 관

리하여야 한다. 필터 무게 측정시 측정한 필터와 측정 준비 중인 필터 교환시 오염

이 발생할 수 있으므로 이에 대한 주의가 필요하다.

B. 유량

온도와 압력 변화가 유량을 불안정하게 할 수 있으므로 유량 센서를 점검하여야 한

다.

시료채집 장치의 누출 여부를 조사하여야 한다.

유량은 실제 대기 조건에서 결정되어야 한다.

C. 채집 시간

시료 채집 시간은 여름과 겨울에 차이가 있으므로 이를 고려한 운영이 필요하다.

○ 상시 QA/QC

표준 시스템을 유지하기 위해서는 15개 시료 채취 후 청소와 유분 제거를 실시한

다.

검정 기간은 유량의 경우 변동 폭이 2% 이상일 경우 또는 3개월 마다 검정을 실시

한다. 온도와 압력 센서 또한 3개월 마다 검정을 실시하며 무게계측기(저울)는 1년

간격으로 실시하도록 한다.

3) 일본의 PM2.5 표준 측정방법

일본의 경우 대기 중의 부유입자물질에 대해 국내에서는 SPM (입경 10 μm 미만의

- 10 -

입자)의 환경 기준이 정해져 있다. 최근에는 미세입자의 건강영향이 보고되고 있으

며, 미국, EU 등에서 입경이 2.5 μm 이하의 미세입자 (PM2.5) 환경기준을 설정하고

있다. 일본 국내에서도 2009년 9월에 PM2.5의 환경기준이 새로 지정된 것이다.

PM2.5는 SPM보다 더 미세한 입자로, 주로 인위적인 기원으로 인한 입자와 2차 생

성입자로 구성된다. SO2와 NO2 등의 대기오염 물질과는 달리 단일물질이 아니고

여러가지 물질의 혼합물이기 때문에, 입자의 성상은 복잡하고, 특히 온도와 습도의

영향을 받기 쉽다. 따라서 PM2.5의 측정에 있어서는 엄격한 정밀도 관리가 요구된

다. 여기서는 PM2.5의 측정방법 및 정밀도와 보다 정밀히 측정 하는 것을 목적으로

개발된 필터법의 샘플러에 대해서 소개한다.

○ PM2.5의 표준 측정법

표준측정법에 있어 측정원리는 가장 기본적이고, 기계적 측정오차가 적은 여과포집

에 의한 질량농도측정법 (필터법)이 적용된다. 측정의 정확성을 보장하기 위하여, 분

입장치의 특성, 외기와의 온도차, 필터의 재질, 필터 무게조건 등 세부사항에 규정

되어 있어 성분분석도 가능하다. 그러나, 이 방법은 많은 노력이 소요될 뿐 아니라

어느 정도의 포집 시간이 필요하고, 분석까지 시간을 필요로 하기 때문에 일상적인

모니터링 등에는 적합하지 않다. PM2.5의 고농도 요인과 기여하는 발생원의 정보를

얻으려면 성분조성의 파악이 중요하며, 필터법에 의한 측정이 필요하다. PM2.5에 있

어 연간의 대표성을 확보하기 위하여 4분기별로 2주간의 측정이 일반적이다. 또한

성분분석 결과를 이용한 발생원 해석의 정확성과 연간 대표성을 높이기 위하여 3일

에 1회 단위로 연간을 통한 측정에 이상적이다.

표준 측정법과의 동등성평가에 있어서는 일본 환경청에 의해 진행되고 있다. 등가

평가법에서도 표준측정법과 마찬가지로 평균화시간은 24시간으로 하지만, SPM 자동

측정기와 마찬가지로 1시간치의 산출이 가능하다. 그러나, 표준측정법과의 등가성

여부를 확인할 수 없기 때문에 1시간 값은 참고치로 취급된다. 환경기준의 평가에

서는 상시감시에 의한 연간 유효 측정기간을 250일 (유효측정시간 6000시간에 해당)

로 하는 것으로부터 자동측정기에 의한 측정이 전제되고 있다(Table Ⅲ-4).

항목 표준측정법

측정법 필터법

측정원리 여과포집

측정농도 질량농도, 성분농도

측정시간 24±1시간

조건 무게조건, 필터재질 등 규정

대표기종 FRM Model 2000

Table Ⅲ-4 PM2.5의 측벙법의 특성

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(a) 슬리트형 제트노즐 (b) 필터포집면Fig. Ⅲ-4 PM2.5의 분압장치

○ PM2.5 시료 채집 기기

표준측정법의 측정기 대부분은 질량농도를 측정하는 것을 목적으로 개발된 것이고,

얻어진 시료를 성분분석에 이용하는 것을 가정하고 있지 않다. 따라서 흡입유량의

부족이나 입자 포집면의 불균일 등에 의한 성분분석의 정확성 측면에서 단점이 있

다. 또한, 일본 국내에는 SPM의 환경기준이 설정되어 있어, PM2.5와 함께 입경에

의해 2개의 환경기준이 설정되어 있다. 지금까지의 측정법은 SPM과 PM2.5 분입장

치의 차이 등에 의한 측정오차에 의해 각각의 측정결과를 단순히 비교 평가하는 것

은 어려운 것이 실상이다. SPM를 분입포집 하여 성분분석을 위한 시료를 얻을 수

있는 케스케이드인팩트형의 새로운 샘플러의 개발을 하였다. 다음은 새로이 개발된

샘플러에 관해 소개한다.

A. 샘플러의 특징

새로 개발된 샘플러는 SPM (입경 Dp < 10 μm)을 조대입자부분 (2.5 μm < Dp <

10 μm)과 미세 입자부분 (Dp ≤ 2.5 μm; PM2.5)으로 나누어 채집하는 구조로 되

어 있다. 이에 의해 SPM과 PM2.5를 동일시료로 포집할 있으며, 분입장치의 차이에

의한 측정오차를 고려하지 않고, 비교 평가가 가능하다. 더욱이 PM2.5를 액정모드입

자 (0.4 μm < Dp ≤ 2.5 μm)를 주로 차지하는 응축모드입자 (Dp ≦ 0.4 μm;

PM0.4)를 나누어 채집하는 것이 가능하다. PM0.4는 인위적 발생원의 기여를 받는

것으로 생각되고, 성분조성에 의한 발생원 기여의 해석에 유효하다고 생각된다.

PM2.5와 PM0.4의 분입장치는 곡선형의 슬릿트형 제트노즐을 채택하였다. 또한, 입

자가 충돌하는 포집판을 회전시킴으로서 단위시간당 대기시료 투과량을 포집재에서

일정하게 하여 시료를 일정하게 포집할 수 있도록 설계 하였다 (Fig. Ⅲ-4). 지금까

지의 분입장치는 다수의 원형 노즐에 의한 것이 많고, 그 경우 얻어진 시료의 포집

양상은 반점 모양 등 불균일한 것이 된다. 이 포집면의 불균일은 비파괴분석 등에

있어 분석정확성에 큰 영향을 미친다. 본 장치에 의해 얻어진 균일한 포집면의 시

료를 사용 하는 경우에는 분석 정확도의 향상을 기대할 수 있다.

- 12 -

또한, 샘플러에는 1대에 독립적인 2경로를 비치하고 있다. 분석 방법에 따라 서로

다른 포집제를 각각의 경로에 세트하여 포집하는 것이 가능하여 측정국에 다수의

측정기를 설치할 필요가 없어진다. 타이머 세트에 의한 상호포집 하면, 필터교환 등

의 유지관리 작업을 줄이는 것도 가능 하다. 이것에 의해 측정시 공간 및 비용 절

감을 달성할 수 있다.

B. 병행측정실험

PM2.5 표준채집장치로 사용되는 FRM Model 2000 및 SPM 샘플러 (신형 S2형)와의

병행측정실험을 실시하여 새로 개발된 샘플러의 성과를 평가하였다. 병행측정실험

은 PM2.5의 표준채집장치로 FRM Model 2000 (R&P 제품) 2대와 SPM 샘플러 (신형

S2 형) 2대, 피시험기로 새로 개발한 신형 샘플러 (MCAS-SJ) 2대를 사용하여 건물옥

상 (요코하마 시 도쓰카구)에서 실시하였다. 포집시간은 24±1 시간으로, 테플론필터

및 석영필터에 채집하였다. 테플론필터는 기온 21.5±1.5 ℃, 상대습도 35±5%의 크

린룸에서 24시간 이상 컨디셔닝 후에 무게와 질량농도를 도출하였다. 성분분석은,

PM2.5 측정방법 임시 설명서에 따라 석영필터를 이용해 이온크로마토그래프법에 따

라 수용성 이온분석과 IMPROVE법 (DRI Model 2001)에 의한 탄소 성분분석을 실시

하였다.

2009년 3월~5월에 실시한 병행실험 결과를 사용하여, PM2.5 표준채집장치와의 등가

성 평가를 실시하였다. PM2.5의 질량농도에 있어 표준채집장치와 피시험기의 회귀

분석을 실시하여 회귀식의 편차와 기울기 및 상관계수에 대해 미국 EPA에서 규정

된 연방등가측정법(FEM)에 따라 평가하였다. PM2.5 질량농도의 관계는 Fig. Ⅲ-5와

같다. FEM은 피시험기의 분입기구 등 구조에, 평가기준이 3개의 종류로 세분화 되

지만, 새로 개발한 샘플러는 Class Ⅱ의 범주에 들어간다. 평가기준은 Fig. Ⅲ-6에

나타내었으며 병행측정실험의 결과는 Class Ⅱ 조건을 충족하였다.

Fig. Ⅲ-5 PM2.5질량농도의 상관

- 13 -

(a) 기울기와 편차의 허용범위 (b) 상관계수의 최소한도 Fig. Ⅲ-6 회귀분석에 의한 평가

피시험기에서 얻어진 미세입자(PM2.5)와 조대입자의 질량농도를 사용하여 SPM 농도

에 대해 기존의 SPM 로우볼륨 에어샘플러에 의한 측정결과와 비교하였다. 질량농도

의 비교는 Fig. Ⅲ-7과 같다. 피시험기에서 얻어진 PM2.5와 조대입자의 합은 SPM

농도로, SPM 샘플러에 의한 측정결과와 좋은 관계가 얻어졌다. 또한, 질량농도는

PM2.5 표준측정법을 기반으로 무게 조건에 의한 것으로 SPM의 표준측정에 미치는

무게 필요조건 (온도 20℃, 상대습도 50%, 16~48시간 이상 항량)과는 다르다.

피시험기에 포집된 PM2.5와 조대입자의 성분분석을 실시하였다. 분석은, 여름에 24

시간 포집에 10일간 샘플링 한 시료를 사용하였다. 측정기간의 평균질량농도는

PM2.5와 조대입자가 3.8μg/m3 각각 15.5μg/m3 이었다. 수용성이온과 탄소성분을

분석하여서 각 성분의 질량농도에서 차지하는 비율에 대해 측정기간에 평균한 결과

를 Fig. Ⅲ-8에 나타내었다. PM2.5 및 조대입자로 성분조성의 구성비율이 크게 다르

다는 것을 알 수 있다.

- 14 -

Fig. Ⅲ-7 SPM 질량농도

Fig. Ⅲ-8 PM2.5와 조대입자의 성분분석

다. 국내 PM2.5 NRMs 구축방안

1) PM2.5 NRMs 샘플링 장소 (Sampling Site)

대기중 에어로졸 입자는 무기 및 유기 화합물들의 복잡한 혼합물들로 이루어져있

다. 무기화합물은 주로 SO42-, NO3

-,그리고 NH4+로 이루어져 있으며, 유기화합물은

크게 Organic Carbon (유기성 탄소)과 Elemental Carbon (무기성 탄소)로 구성되어

있다. 유기탄소화합물은 대기측정시 측정매질(필터)에 가스상 물질이 침적되는 양의

오염효과와 필터에 채집된 반 휘발성 유기화물의 손실에 의한 음의 효과가 관찰되

- 15 -

고 있다. 이런 음과 양의 오차효과는 무기화합물 채집에서도 적용된다. 특히, 에어

로졸 형태의 질산암모늄은 샘플링과정에서 샘플링 장비의 실내/외 온도차이, 대기중

습기정도와 측정매질(필터)를 통과하는 공기유량에서 작용되는 압력에 의해 휘발되

는 것이 보고되고 있어, 필터샘플에 중요한 음의 효과로 작용하고 있다. 휘발되는

질산암모늄 에어로졸의 형태는 가스상의 질산(nitric acid)과 암모니아(NH3)로 분리되

어진다. 아래 그림들은 Yu et al.(2006)이 발표한 문헌에서 온도와 상대습도에 따른

필터샘플에 채집된 질산암모늄이 휘발하는 정도를 가스상으로 포집되는 암모니아

(NH4+)농도 분률로 나타내고 있다(Fig. Ⅲ-9). 온도와 상대습도 증가에 따라 많은 양

의 질산암모늄이 휘발되고 있음을 보여주고 있다.

Fig. Ⅲ-9 온도와 상대습도에 따른 질산암모늄에서 휘발되는 암모니아 농도 (Yu et al., 2006)

중량법에 의한 질량농도 산정을 위한 국내 PM2.5 NRMs 기준 시스템을 선정을 위

해 필터샘플러는 필터 핸들링이 용이하며, 다양한 종류의 샘플러들을 설치 및 테스

트 할 수 있는 면적이 허용될 수 있는 서울 불광동 대기오염 종합 측정소로 계획하

였다. 또한 서울 대기오염 종합측정소는 다양한 오염원들로부터 노출되어 있어, 다

른 지역에 비해 대기중 다양한 화학성분의 에어로졸을 사용하므로 각각 다른 종류

의 샘플러들를 복합적으로 양과 음의 효과를 반영한 질량농도 비교분석이 가능할

것으로 예상하였다. 국내 PM2.5 NRMs 기준 샘플링 시스템 선정을 위한 계획은 아래

대상기기 선정기준, 대상기기 설치계획, 샘플링 계획, NRMs 기준 기기 선정 기준에

근거하여 진행된다. 국내외 제조사중 비교측정 참가 의사가 있는 장비를 대상으로

국내 PM2.5 NRMs 기준 샘플링 시스템은 심사조건에 따라 1종 또는 2종으로 선택하

는 것으로 계획한다.

2종의 국내 PM2.5 NRMs 기준 샘플링 시스템이 선정될 경우 각각 3대씩을 준비한

다. 준비된 첫번째 시스템 3대는 서울 불광동 대기오염 종합 측정소에 설치되고, 두

번째 시스템 3대는 광주 대기오염 측정소에 설치 및 운영될 계획이다. 선정기준에

- 16 -

의해 1종만 선정될 경우 1종에 대해 6대를 준비하여 3대씩 서울 불광동 대기오염

종합 측정소와 광주 대기오염 측정소에 설치 및 운영될 계획이다. 기준 시스템의

설치 장소를 서울과 광주 선정한 이유는 1) 지리적으로 기준 시스템의 사용 접근도

가 편리하도록 하며, 2) 지역적으로 화학적 성분비뿐만 아니라 기상조건이 상이한

지역을 고려하였기 때문이다. Fig. Ⅲ-10에서 나타내고 있듯이 서울과 광주 지역은

화학적 조성비가 샘플링 과정 중 휘발에 의한 음의 오차 효과가 있다. OC와 NO3-의

농도 분율이 달라 기준시스템을 사용하여 기존에 다른 필터 샘플러 시스템을 점검

및 테스트를 위해 적절한 장소로 고려되었다.

서울 (박진수 et al.,2010) 광주 (박승식 et al., 2010)

Fig. Ⅲ-10 서울과 광주지역의 PM2.5화학적 조성비 (논문에 근거하여 그래프 제작)

2) 국내 PM2.5 NRMs기준 시스템 선정을 위한 필터 샘플링 계획 (Sampling

Schedule)

본 과제는 계약일로부터 장비 준비 및 설치 그리고 장비 작동 점검 기간을 포함하

여 8-9주 실험기간으로 계획되었다. 실험기간 후 데이터 처리 및 분석 기간과 선정

된 NRMs 기준 샘플러의 서울과 광주 지역을 설치 및 시범 운행를 계획하였다.

NRMs 기준 샘플러 평가를 위한 6 주 실험기간동안 샘플링은 24시간을 기준으로 하

여 매일 필터를 교체하는 방법으로 진행하였다. 7일째마다 24시간 필터를 장착한

후 유량을 통과하지 않고 얻어진 필터 샘플은 Field Blank로 사용하였다. 중량법에

의한 필터 샘플 중량 측정은 7일째마다 6일째 Field Blank를 포함하여 실시되었다.

7일째마다 유량 없이 24시간 노출된 Field Blank는 전체적인 총량 error를 반영하는

가장 바람직한 블랭크 측정으로 많이 사용되고 있다. 7일째마다 중량 측정은 장기

간 시료를 보관하는데서 오는 오차를 줄이고 1주일 단위 지속적인 데이타 관찰을

통해 효과적인 실험 진행을 병행할 수 있었다.

3) 대상기기 설치계획 (Setup plan)

국내외 제조사중 비교측정 참가 의사가 있는 회사를 대상으로 수집된 측정장비는

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최대한 동일한 조건 내에서 시험 측정이 될 수 있도록 모든 면을 충분이 고려하여

설치하였다. 시험대상 측정기는 데이타의 정확한 해석을 위해 각각 동일한 3대가

설치 및 운영하였으며 설치, 운영, 평가의 세부적인 내용은 다음 장에 설명하였다.

4) 비교 측정 참가 대상 측정기기 선정 기준 (The criteria of filter sampler

selection)

비교 측정 대상 측정기기는 다음과 같은 기본적인 장비구성 조건을 만족하는지 여

부를 조사하여 참가여부를 결정하였다.

○ Inlet

시스템을 사용하여 채집되는 미세먼지(PM2.5) 사이즈는 공기역학적 PM 2.5 μm cut

으로 규정한다. PM2.5을 위해 에어로졸의 정확한 2.5 μm cut-size를 위해 WINS

impactor를 기준으로 한다. 측정기기의 샘플 입구는 지상으로부터 최소한 3~4 미터

높이에 위치해야만 한다. 시료 유입부에 사용되는 관의 재질은 스테인레스 스틸 또

는 산화 처리된 알루미늄으로 이루어져야 한다. 측정 필터는 47 mm 테프론 필터를

사용한다.

○ 유량 (Flow Rate)

유량은 부피유량으로 측정되어야 하며, 5% 이내 정밀도와 2% 이내 정확도를 유지

시켜야 한다. 부피유량을 제어하기 위해 온도와 압력이 실시간으로 보정될 수 있는

기능을 포함한 Mass Flow Controller (MFC) 를 사용하여야 한다. 유량을 위해 사용

되는 펌프는 블러시 (Brush)를 사용하지 않는 펌프로 구성되어야 한다.

○ 운전 기록 장치

샘플러의 모든 운전내용이 5 분 간격 이하로 샘플러 자체에 저장이 되고 저장된 기

록은 사용자가 자유로이 이용 가능한 파일저장 장치 및 파일 저장 형식을 갖추어야

한다.

○ 온도에 대한 샘플러 내구성

- 20~40°C 온도 범위에서도 정상적인 샘플러 작동을 원칙으로 한다.

5) 국내 NRMs 측정 시스템 선정 기준

국내 PM2.5 NRMs 기준 샘플링 시스템은 심사조건에 따라 1개 측정기 또는 동일한

결과 내에서는 2개 측정기로 선택하는 것으로 계획하였다. 국내 PM2.5 NRMs 기준

샘플링 시스템 결정은 각 시험대상 측정기들에서 얻어지는 필터 샘플에 대한 측정

정밀도 (Analytical Measurement Precision, Uncertainties), 검출한계 (Minimum

Detection Limits) 와 상대정밀도 (Relative Precision)의 심사조건에 의해 이루어졌다.

- 18 -

측정정밀도는 Relative Standard Deviation (RSD, %)로 표현이 되고 검출한계는 95%

신뢰도 (Confidence Limit)에 준하여 계산된다. 정확도 (Bias), 상대정밀도 등을 복합

적으로 분석하였다. 또한 Table Ⅲ-5와 같이 NRM의 요구 성능을 이미 확정된 Class

I 기준을 약 2배 정도 강화하는 수준에서 마련하였다. NRM 후보장비들은 이 요구성

능에 만족여부를 통해 NRM 장비로의 적절성을 평가받았다.

항목 NRM 시료채취기(Class I)

측정회수 최소 20 일 현장 비교

30개

농도 측정범위(μg/m3) 3 ~ 200 3 ~ 200

정확도 (bias) Sampling bias 5 % 이하 85%

선형회귀식 기울기(Slope) 1 ±0.05 1 ± 0.1

선형회귀식 절편 최소허용치 -1.0 μg/m3 이상

25.0-27.25×기울기

(-2.25 이상)

선형회귀식 절편 최대허용치 +1.0 μg/m3 이하

25.0-22.75×기울기

(+2.25 이하)

필터 침적량(deposition) 해당없음 50 μg이하

채취기간 상대정밀도(RPi) 2 μg/m3 이하 또는 10% 이하 10 % 이하

NRM간의 정확도

Bias2 μg/m3 이하 또는 10 % 이하 15 % 이하(46일)

여지온도 조절 외기와의 온도차5 ℃ 이하 외기와의 온도차5 ℃ 이하

(30분간격×2회) (30분간격×2회)

상관계수 0.97 이상

R ≥ 0.93 for CCV ≤ 0.4

R ≥ 0.85 +0.2 x CCV for 0.4≤CCV≤ 0.5

R ≥ 0.95 for CCV ≥ 0.5

Table Ⅲ-5 NRM 및 국내 Class I 요구 성능

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2. 미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템(NRMs) 구축

가. 대상기기 선정

NRM 선정 및 정도관리 평가는 2014.1.23.~2.28까지 약 6 주 동안 국립환경과학원

불광동 집중측정소 옥상에서 시행되었다(Fig.Ⅲ-11). 비교실험에 참여한 장비는

SIBATA, APM, BGI, Partisol, Metone 각 3대씩 총 15대 이었다. 시료는 11:00 AM 부

터 익일 10:00 AM 까지 23 시간 채취하였다. 주 1 회 leak test를 실시하였고, leak

test 가 있는 날은 시료채취를 12:00 AM 에서 익일 10:00 AM 까지 22 시간 채취하

였다. 또한 주 1회 impactor 필터 및 오일교환을 실시하였다. blank test는 23시간

field blank. 1 시간 field blank, clean work bench blank, transfer blank 등 다양한

바탕시료를 실시하여 오염이 발생할 경우 어떤 경로를 통해 오염이 발생하는지 추

적할 수 있게 하였다.

Fig. Ⅲ-11 국립환경과학원 불광동 집중측정소 옥상에 설치된 채집기

설치된 채집기는 만약에 있을 수 있는 배치위치에 따른 농도의 차이를 추적하기 위

해서 같은 종류의 장비 2대를 같이 바로 붙여 배치하고 한 대는 대각선 방향으로 2

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대 떨어진 다른 장비 사이에 배치하였다 (Fig. Ⅲ-12). 하지만 실험결과를 볼 때 어

떤 위치에서도 위치에 따른 계통적인 오차가 발생하지 않은 것으로 나타났다.

Fig. Ⅲ-12 비교 채집기들의 설치 배열 모습

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Fig. Ⅲ-13 clean bench에서 필터 작업 모습

필터의 교환, 탈착, 캐리어 장착 등 필터가 외부에 노출되어 오염의 가능성이 있는

조작은 모두 Fig. Ⅲ-13과 같은 clean bench에서 수행하였다. 연구원 1인이 필터 교

환 등의 작업을 수행할 때 다른 1인은 작업 과정이 필터의 ID와 카세트가 일치하는

지, 필터교환운영 방법에 적합하게 진행하는지 감시하고 만약에 발생하는 이상 상

황을 모두 기록하는 작업을 하였다. clean bench에서 필터홀더에 장착되고 스테인

래스 재질의 캐리어에 담아진 필터는 캐리어에 순서대로 장착되고 장비로 이송되어

순서대로 교환되게 하였다. 이와 같은 절차를 통해 필터의 교환과 장탈착 과정에서

발생할 수 있는 오염의 가능성을 최소화하였다.

- 22 -

Fig. Ⅲ-14 필터 운반 캐리어

- 23 -

Fig. Ⅲ-15 IMPACTOR 필터표면에 누적된 입자상 물질

WINS impactor에 장착된 필터는 1주일에 한 번 씩 교환해 주었다. Fig. Ⅲ-15와 같

이 1주일간 누적된 입자상물질이 impactor 상의 시료의 흐름에 영향을 줄 수 있는

크기가 될 수 있기 때문에 최대 1 주일 이상을 필터의 교환이 없이 사용하는 것은

피해야 할 것이다. 또한 적정 양의 실리콘오일을 필터에 적셔 주어야 입자상물질이

재비산되지 않는다. 또한 오일의 양이 너무 많으면 오일이 시료필터쪽으로 유입되

는 현상이 발생하기 때문에 정확히 1 ml의 오일을 사용하기 위한 각별한 조정이 필

요하다.

- 24 -

Fig. Ⅲ-16 NRM 후보장비 시료운영 자료양식

- 25 -

Fig. Ⅲ-17 NRM 후보장비 QC 양식

- 26 -

실험에 사용된 필터는 Fig. Ⅲ-16과 같이 NRM 운영자료양식에 따라 필터운영의 시

작과 마지막까지의 전과정이 추적되게 하였다. 운영양식에는 필터 ID에 따라 사용

된 NRM 후보장비, 장착일, 탈착일, 운영자, 사용된 카세트 ID, 기상조건, 시료 채취

시작일시, 종료일시, 총채취시간, 채취부피, 유량변동, 칭량조건을 명기하도록 하였

다. 이 양식의 운영자료만 가지고도 자료의 이상여부와 농도환산의 적절성을 평가

할 수 있게 하였다.

장비의 온도, 압력, 유량, 누출시험을 포함한 QC의 경우에도 Fig. Ⅲ-17과 같은 QC

양식에 맞추어 체계적인 시험을 수행할 수 있게 하였다. 누출시험의 경우 외부유출

과 내부유출시험이 분리된 장비와 통합된 장비가 있으나 양식은 분리된 것을 기준

으로 작성하였다. 또한 누출시험의 압력변화 단위가 mmHg, mbar, mmH2O로 표시

되어 장비마다 달랐으나 mmHg로 통일하였다.

Fig. Ⅲ-18 NRM 후보장비의 교정에 사용된 유량계

QC에 사용된 교정용 유량계는 BGI사의 deltacal을 이용하였다. 이 유량계는 NRM후

보장비의 PM10 inlet을 탈착하고 프로브를 장착하여 유량을 측정하게 되어있다. 또

한 온도계와 압력계가 같이 장착되어 있어서 장비가 산출하는 온도와 압력을 검증

하는데 사용하였다.

정도관리에 사용된 유량계는 한국표준과학원에서 교정한 성적서를 기준으로 최종

유량으로 산정하였다 (Fig. Ⅲ-19).

- 27 -

Fig. Ⅲ-19 NRM 후보장비의 교정에 사용된 유량계의 교정서

나. 후보장비의 Inlet 규격검토

PM2.5 WINS IMPACTOR Inlet은 미국 EPA가 정한 엄격한 규격이 있으며 NRM 후보

장비에 사용되는 inlet이 이를 만족하는지 평가하였다. Fig. Ⅲ-20 ~ Fig. Ⅲ-22는 미

국 EPA FRM inlet 규격을 나타내고 있으며 필기체로 표시된 동그라미속의 번호가

본 평가에 활용된 규격항목들이다.

- 28 -

Fig. Ⅲ-20 Impactor 규격 측정항목 1) - 6)

- 29 -

Fig. Ⅲ-21 Impactor 규격 측정항목 7) - 15)

- 30 -

Fig Ⅲ-22 Impactor 규격 측정항목 16) - 26)

- 31 -

항목 기준 #1 #5 #7 #11 #14 #1 #5 #7 #11 #14

측정치 측정치 측정치 측정치 측정치 차이 차이 차이 차이 차이

1 60 * * * * * * * * * *

2 0.50 0.499 0.503 0.506 0.501 0.504 -0.001 0.003 0.006 0.001 0.004

3 0.24 * * * * * * * * * *

4 0.84 0.834 0.837 0.840 0.842 0.840 -0.006 -0.003 0.000 0.002 0.000

5 1.322 1.322 1.322 1.322 1.327 1.321 0.000 0.000 0.000 0.005 -0.001

6 0.154 0.157 0.153 0.153 0.154 0.154 0.003 -0.001 -0.001 0.000 0.000

7 2.485 2.484 2.485 2.486 2.485 2.485 -0.001 0.000 0.001 0.000 0.000

8 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

9 0.425 0.426 0.424 0.425 0.425 0.423 0.001 -0.001 0.000 0.000 -0.002

10 0.200 0.200 0.200 0.199 0.200 0.200 0.000 0.000 -0.001 0.000 0.000

11 1.50 1.500 1.501 1.499 1.500 1.499 0.000 0.001 -0.001 0.000 -0.001

12 1.75 1.751 1.750 1.749 1.750 1.750 0.001 0.000 -0.001 0.000 0.000

13 1.81 1.811 1.810 1.811 1.810 1.811 0.001 0.000 0.001 0.000 0.001

14 0.219 0.220 0.214 0.219 0.218 0.220 0.001 -0.005 0.000 -0.001 0.001

15 100 * * * * * * * * * *

16 1.81 1.811 1.810 1.811 1.810 1.810 0.001 0.000 0.001 0.000 0.000

17 0.300 0.300 0.298 0.301 0.299 0.300 0.000 -0.002 0.001 -0.001 0.000

18 0.40 0.403 0.399 0.400 0.399 0.400 0.003 -0.001 0.000 -0.001 0.000

19 0.450 0.437 0.453 0.450 0.450 0.451 -0.013 0.003 0.000 0.000 0.001

20 0.200 0.198 0.199 0.199 0.199 0.199 -0.002 -0.001 -0.001 -0.001 -0.001

21 0.080 * * * * * * * * * *

22 0.035 * * * * * * * * * *

23 1.090 1.090 1.090 1.088 1.090 1.089 0.000 0.000 -0.002 0.000 -0.001

24 1.15 1.151 1.148 1.146 1.149 1.151 0.001 -0.002 -0.004 -0.001 0.001

25 1.50 1.498 1.502 1.497 1.501 1.497 -0.002 0.002 -0.003 0.001 -0.003

26 1.745 1.749 1.744 1.744 1.744 1.744 0.004 -0.001 -0.001 -0.001 -0.001

Table Ⅲ-6 PM2.5 WINS IMPACTOR 규격 검사 결과

- 32 -

impactor 규격은 한국생산기술연구원에 의뢰하여 시험하였고 5종 중 1종에서 19번

항목에서 허용범위인 0.01인치를 벗어난 규격보다 0.013인치 모자란 값을 보여주었

다. 19번 항목은 impactor base의 전체적인 높이를 나타낸다. 이를 제외하고는 전체

적으로 EPA의 규격을 만족하였다.

3. NRM 장비들에 대한 비교시험 결과

NRM 후보장비의 교정결과는 Table Ⅲ-7, Table Ⅲ-8 과 같다. 비교실험에 사용된

15종의 장비 모두 교정용 유량계와의 차이 (정확도)가 4 % 이내에서 우수하게 유지

되었다. 각 후보장비의 유량변동성 (재현성)은 0.6 % 이내에 유지되어 모두 안정적

인 재현성을 나타내었다.

　 　 0sec 15sec 30sec 45sec 60sec Avg Std 차이(평균%)

#1 Display 16.70 16.70 16.65 16.70 16.70 16.69 0.02 1.83

Qa 16.99 17.06 16.99 16.93 17.03 17.00 0.05 #2 Display 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 0.00 1.62

Qa 17.00 16.98 16.92 16.97 17.00 16.97 0.03 #3 Display 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 0.00 1.76

Qa 16.98 16.99 16.99 17.01 17.02 17.00 0.02

#4 Display 16.67 16.67 16.69 16.68 16.66 16.67 0.01 0.87 Qa 16.83 16.83 16.82 16.81 16.79 16.82 0.02

#5 Display 16.70 16.60 16.60 16.60 16.70 16.64 0.05 -1.01 Qa 16.48 16.46 16.48 16.45 16.50 16.47 0.02

#6 Display 측   정   불   가 　Qa

#7 Display 16.68 16.68 16.67 16.68 16.68 16.68 0.00 -0.77 Qa 16.55 16.54 16.54 16.56 16.57 16.55 0.01

#8 Display 16.71 16.68 16.68 16.68 16.69 16.69 0.01 -3.55

Qa 16.13 16.11 16.11 16.13 16.12 16.12 0.01 #9 Display 16.70 16.72 16.72 16.72 16.70 16.71 0.01 -0.25

Qa 16.68 16.68 16.67 16.67 16.67 16.67 0.01 #10 Display 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 0.00 2.23

Qa 17.07 17.13 17.13 17.02 17.06 17.08 0.05

#11 Display 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 0.00 0.80 Qa 16.84 16.84 16.84 16.82 16.82 16.84 0.01

#12 Display 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 16.70 0.00 0.98 Qa 16.87 16.88 16.86 16.86 16.84 16.86 0.01

#13 Display 16.70 16.60 16.70 16.70 16.70 16.68 0.04 -1.90 Qa 16.39 16.34 16.40 16.36 16.35 16.37 0.03

#14 Display 16.70 16.70 16.70 16.72 16.70 16.70 0.01 -0.04

Qa 16.71 16.70 16.71 16.69 16.70 16.70 0.01 #15 Display 16.70 16.70 16.70 16.72 16.70 16.70 0.01 0.41

Qa 16.74 16.78 16.78 16.77 16.77 16.77 0.02

Table Ⅲ-7 NRM 후보장비의 유량측정자료

- 33 -

type sampler flow _CV average

A-1 0.11

A A-2 0.11 0.10

A-3 0.09

B-1 0.03

B B-2 0.03 0.03

B-3 0.03

C-1 0.10

C C-2 0.09 0.10

C-3 0.12

D-1 0.44

D D-2 0.72 0.55

D-3 0.49

E-1 0.41

E E-2 0.43 0.42

E-3 0.44

Table Ⅲ-8 NRM 후보장비의 유량 변동 결과치

NRM 장비는 외부 기압을 실시간 측정하고 저장하고 표준 조건에서의 농도로 보정하

는데 활용할 수 있어야 한다. 각 장비에서 비교시험 기간 동안 측정된 외부기압 값을

비교한 결과가 Fig. Ⅲ-23이다. 실험 초기에 한 장비가 다른 장비에 비하여 15 mmHg

정도 과소평가되었으나 중반기 이후에는 오히려 약간 높은 경향을 보여 주었다. 실험

종반기에는 모든 장비의 측정 기압이 5 mmHg 이내에서 일치하는 경향을 보여주었다.

- 34 -

장비유량

재현성

유량

정확도

누출시

험기능

온도

정확도

기압

정확도

시간

정확도

CV % % 유/무 ℃ mmHg 분

A 0.2 2.43 Pass 0.9 14.0- 1.4 1-3분

B 0.1 3.20 Pass -1.7 -3.3 1분40초 – 2분 40초

C 0.1 0.25 Pass 1.0 -2.0 1분 3초 -1분 5초

D 0.1 -0.09 Pass 0.0 1.0 1분

E 0.1 0.48 Pass 0.2 0.3 32-35초

기준 2% 이내 4% 이내 유1.6℃ 이

내10 mmHg 이내 2분 /달 이내

Table Ⅲ-9 장비의 운영과 관련된 요소의 정확도

Fig. Ⅲ-23 NRM 후보 장비들의 기압측정 변화

- 35 -

Table Ⅲ-9는 장비의 운영과 관련된 요소의 정확도에 대한 전체적인 평가결과이다.

유량정확성, 유량재현성, 누출시험 등 거의 대부분의 항목에서 5 종의 장비들이 우

수한 결과를 보여 주었다. 하지만 기압의 정확도와 온도정확도에서 사용된 교정장

비와 비교시 기준범위를 초과하는 장비들이 있었다. 초과범위가 그리 심각한 수준

은 아니며 기압과 온도를 측정하는 교정장비의 온도와 기압 정확도를 표준기관에서

검증을 하지 못한 관계로 정확한 평가가 어려운 실정이지만 모든 장비들이 NRM으

로의 운영기준을 만족하는 것으로 사료된다.

sampler 2014-01-30 2014-02-06 2014-02-10 2014-02-17 2014-02-24 2014-02-28

1 0.28 0.27 0.32 -0.01 0.23 0.35

2 0.46 0.19 0.06 0.21 -0.04

3 0.41 0.36 -0.01 0.24 0.27

4 0.25 0.08 -0.06 0.08 0.25 0.37

5 0.17 -0.04 0.06 0.16 0.24

6 0.17 0.09 0.06 0.24 0.32

7 0.13 -0.09 -0.05 0.12 6.48 0.27

8 0.16 0.05 0.11 -0.21 -0.82

9 0.16 -0.03 -0.11 0.18 0.25

10 0.29 0.16 -0.06 0.03 0.37 0.36

11 0.47 0.27 0.04 0.25 0.33

12 0.25 0.73 0.05 0.25 0.02

13 0.62 0.21 0.04 0.00 0.24 0.30

14 1.45 0.10 0.08 0.26 0.34

15 0.19 0.07 0.52 0.15 0.22

Table Ⅲ-10 NRM 장비의 비교 검증을 위한 바탕시험 결과

average = 0.27 ug/m3 Stdev = 0.74 ug/m3

- 36 -

정도관리 시험의 정확도를 평가하기 위해서 가장 중요한 요소가 바탕시험(blank test)

이다. 본 시험의 바탕시험은 1월 30일, 2월 6일, 2월 10일, 2월 17일, 2월 24일, 2월 28

일 총 5회 약 1주일 간격으로 실시하였다 (Table Ⅲ-10). 1월 30일은 샘플러에 23시간

방치한 후 측정한 바탕농도이며 2월 6일은 1시간 장착 후 측정된 바탕농도이다. 나머

지 시험은 바탕 필터를 챔버에서 노출시킨 뒤 칭량한 바탕농도이다. 23시간 샘플러에

서 노출된 바탕농도와 챔버에서만 노출된 필터의 무게차이가 통계적으로 차이가 없는

것으로 보아 샘플러의 운영중에 오염되는 가능성이 없는 것을 확인할 수 있었다. 바탕

시료의 평균농도는 0.27 ug/m3 이며 표준편차는 0.74 ug/m3 으로 1 ug/m3 보다 낮기

때문에 시료의 최종농도에서 차감하지 않았다. 80개의 바탕시료 중 1개어서 6.48

ug/m3 의 바탕농도가 산출되었다. 이 바탕시료는 챔버내에서 잠깐동안 노출된 시료로

같은 시간 노출된 다른 필터의 농도는 매우 낮은 것으로 보아 시료의 운반중이나 칭

량시 오류가 발생한 것으로 추측된다. 실제 시료에서도 이와같이 무작위적으로 농도

차이가 크게 나타날 수 있는 가능성이 있기 때문에 이런 outlier를 선택적으로 제거할

수 있는 통계적인 방안이 모색되어야 할 것이다. 하지만 본 연구에서는 outlier에 대한

자료 선별과정을 거치지 않고 모든 자료를 활용하였고 동일장비에서 20% 이상차이가

나는 이상치에 대해서는 제거 후 비교하는 작업도 병행하였다.

Fig. Ⅲ-24 NRM 후보장비 5 종의 시험기간 중 농도변화

- 37 -

Date A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 E1 E2 E3

1/23/2014 55.6 55.3 56.2 59.0 59.1 59.4 56.3 57.3 56.6 57.8 57.3 56.7 58.6 57.8 57.6

1/24/2014 44.4 43.5 43.7 46.5 46.5 46.5 43.3 43.8 45.0 44.7 44.2 43.7 45.2 44.8 44.8

1/25/2014 44.8 43.9 44.1 46.2 45.9 46.4 43.7 44.5 45.3 44.5 43.7 44.3 45.3 45.1 45.8

1/26/2014 23.4 26.8 22.6 24.0 23.8 24.1 23.6 23.8 23.5 24.0 24.0 23.8 23.9 23.9 23.8

1/27/2014 30.0 29.9 30.5 31.8 31.9 32.3 30.2 30.5 31.3 31.1 30.5 30.5 31.5 31.0 31.4

1/28/2014 15.1 15.0 14.9 16.4 15.6 16.0 15.5 14.4 15.3 15.6 16.1 16.1 15.8 15.9 15.5

1/29/2014 35.7 35.9 36.6 33.7 33.6 35.0 34.1 33.6 34.6 34.7 34.6 35.2

1/30/2014 0.2 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.3 0.4 0.2 0.6 1.3 0.2

1/31/2014 16.0 16.1 12.8 15.3 15.2 15.8 15.5 15.5 15.9 17.1 15.4 15.4

2/1/2014 29.5 29.9 29.8 29.4 29.4 29.6 28.8 27.7 28.9 29.0 32.8 29.5

2/2/2014 26.9 26.7 27.4 26.8 27.1 26.9 26.2 26.6 27.2 26.6 26.0 27.3 29.5 26.6 26.6

2/3/2014 10.8 10.3 11.0 10.7 11.0 10.9 10.7 11.0 11.2 10.8 12.0 12.6 15.9 11.3 11.2

2/4/2014 12.8 12.8 12.9 13.0 13.2 13.2 13.3 13.4 13.2 13.4 13.7 14.2 16.2 13.5 13.5

2/5/2014 24.8 24.5 25.2 25.6 26.4 26.1 25.6 25.7 25.3 25.9 27.6 26.1 26.7 26.4 26.5

2/6/2014 0.3 0.2 0.4 0.1 (0.0) 0.1 (0.1) 0.1 (0.0) 0.2 0.3 0.7 0.2 0.1 0.1

2/10/2014 15.1 16.1 16.1 16.0 15.6 15.9 15.9 16.2 16.0

2/11/2014 11.1 11.0 12.0 11.6 12.0 11.9 11.5 11.7 11.5 11.5 11.7 12.0 12.1 11.9

2/12/2014 23.8 24.7 25.4 25.7 25.3 25.2 25.2 24.3 25.1 25.0 25.1 25.4 25.9 25.2

2/13/2014 16.1 15.8 16.0 17.6 17.2 16.9 17.0 16.5 16.3 17.1 16.8 16.8 16.7 17.5 17.2

2/14/2014 14.8 14.6 14.7 15.8 15.5 15.9 15.4 15.4 15.7 15.4 15.4 15.5 15.8 15.9 15.9

2/15/2014 31.8 31.7 31.8 33.9 34.3 33.8 33.4 33.0 33.6 33.1 33.4 33.7 33.3 33.9 33.2

2/16/2014 56.3 56.3 55.8 59.3 60.0 59.1 58.5 57.6 60.3 58.0 56.8 57.6 58.4 58.8 57.5

2/17/2014 (0.0) 0.1 (0.0) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 (0.1) 0.0 0.0 0.0 (0.0) 0.1 0.5

2/17/2014 38.0 37.8 37.3 40.5 40.2 40.3 37.7 38.0 39.5 39.2 37.2 38.5 38.8 38.7 38.9

2/18/2014 17.2 16.6 16.5 17.8 17.8 17.7 17.2 17.1 17.2 17.6 17.3 17.4 17.4 17.6 17.7

2/19/2014 35.5 35.7 34.9 38.1 37.7 37.3 36.5 36.6 36.5 37.3 36.6 36.9 37.0 36.9 37.2

2/20/2014 57.3 57.2 56.0 61.3 60.7 59.5 58.3 58.5 60.6 59.6 58.8 59.3 59.6 59.5 59.4

2/21/2014 61.6 61.7 60.0 65.7 64.8 64.0 62.7 62.9 63.1 64.2 62.9 63.7 64.0 63.8 63.9

2/22/2014 70.7 70.6 67.7 74.9 75.4 72.6 70.5 71.2 72.2 71.9 71.3 71.6 71.4 71.9

2/23/2014 100.6

102.6 96.3 109.

4 106.

4 104.

0 100.

1 100.

8 104.

8 103.

2 101.

2 101.

9 104.

6 102.

6 103.

4

2/24/2014 138.4

135.5

136.7

143.2

139.2

143.6

142.3

139.1

147.6

141.0

138.2

136.5

130.5

141.5

142.3

2/24/2014 0.2 0.2 0.2 0.3 0.2 0.2 6.5 (0.2) 0.2 0.4 0.2 0.2 0.2 0.3 0.2

2/25/2014 122.0

119.4

119.4

127.1

126.5

127.2

122.5

120.3

127.7

123.5

122.0

123.3

126.1

126.1

116.8

2/26/2014 90.9 87.8 89.1 94.9 96.2 95.5 90.5 88.3 93.1 89.8 89.7 90.2 92.1 93.4 92.3

2/27/2014 89.0 86.0 86.9 91.1 93.2 92.3 88.9 86.4 92.5 88.1 87.5 89.2 90.8 91.0 90.2

2/28/2014 0.3 (0.0) 0.3 0.4 0.2 0.3 0.3 (0.8) 0.3 0.4 0.3 0.0 0.3 0.3 0.2

Table Ⅲ-11 NRM 후보 장비들 (5종 15대)의 PM2.5 일 관측농도

Fig. Ⅲ-24와 Table Ⅲ-11은 시험기간중 5종 후보 장비들의 평균 농도 변화를 나타

낸 것이다. 시험 시작 후 비와 눈 등의 강우현상으로 PM2.5 농도가 20 ug/m3 수준

으로 떨어졌고 종료직전시기에 농도가 100 ug/m3 이상의 고농도 시기가 나타났다.

- 38 -

Date A CV % Bias % B CV % Bias % C CV % Bias % D D_std dbias E CV % Bias %

2014-01-23 55.7 0.77 2.91 59.2 0.36 -3.11 56.7 0.92 1.14 57.3 0.90 0.19 58.0 0.95 -1.12

2014-01-24 43.9 1.05 1.88 46.5 0.02 -4.03 44.0 2.09 1.52 44.2 1.06 1.14 44.9 0.45 -0.51

2014-01-25 44.2 1.06 1.45 46.2 0.53 -2.83 44.5 1.85 0.85 44.1 0.94 1.67 45.4 0.71 -1.14

2014-01-26 24.3 9.23 -1.48 24.0 0.49 -0.14 23.6 0.65 1.36 24.0 0.46 -0.08 23.9 0.38 0.34

2014-01-27 30.1 1.11 2.64 32.0 0.95 -3.31 30.6 1.87 0.98 30.7 1.17 0.80 31.3 0.87 -1.11

2014-01-28 15.0 0.70 3.29 16.0 2.34 -2.89 15.1 4.13 3.08 15.9 1.77 -2.32 15.7 1.36 -1.15

2014-01-29 36.1 1.22 -3.71 34.1 2.28 2.03 34.1 1.47 1.91 34.9 0.99 -0.22

2014-01-30 0.3 0.2 0.1 0.3 0.7

2014-01-31 15.0 12.57 3.40 15.4 2.17 0.59 15.7 1.49 -0.99 16.0 5.91 -3.00

2014-02-01 29.7 0.80 -0.75 29.4 0.31 0.24 28.5 2.38 3.58 30.4 6.73 -3.06

2014-02-02 27.0 1.39 -0.13 26.9 0.54 0.10 26.7 1.79 1.13 26.7 2.45 1.19 27.6 6.05 -2.28

2014-02-03 10.7 3.29 6.37 10.8 1.43 4.93 10.9 2.22 4.06 11.8 7.98 -3.29 12.8 21.16 -12.07

2014-02-04 12.9 0.73 4.70 13.1 1.10 2.73 13.3 0.93 1.53 13.8 2.62 -2.04 14.4 11.00 -6.92

2014-02-05 24.8 1.26 4.13 26.0 1.43 -0.55 25.5 0.85 1.39 26.5 3.49 -2.53 26.5 0.66 -2.44

2014-02-10 19.8 16.1 15.8 15.9 16.1

2014-02-11 11.3 5.02 2.79 11.8 1.93 -1.31 11.6 1.13 0.87 11.6 1.36 0.53 12.0 0.65 -2.88

2014-02-12 24.2 3.14 25.4 0.94 -1.67 24.9 2.06 0.61 25.1 0.20 -0.19 25.5 1.50 -1.88

2014-02-13 16.0 0.90 4.78 17.2 2.06 -2.58 16.6 2.19 0.85 16.9 0.94 -0.84 17.1 2.32 -2.22

2014-02-14 14.7 0.77 4.94 15.7 1.08 -1.77 15.5 0.94 -0.45 15.4 0.33 0.06 15.9 0.40 -2.78

2014-02-15 31.8 0.27 4.29 34.0 0.75 -2.44 33.3 0.98 -0.39 33.4 0.78 -0.64 33.5 1.03 -0.82

2014-02-16 56.1 0.51 3.29 59.5 0.76 -2.49 58.8 2.35 -1.35 57.5 1.00 0.94 58.2 1.21 -0.39

2014-02-17 37.7 1.06 2.56 40.3 0.38 -4.15 38.4 2.61 0.84 38.3 2.73 1.00 38.8 0.17 -0.24

2014-02-18 16.8 2.40 3.33 17.8 0.41 -2.43 17.2 0.25 0.92 17.5 0.75 -0.62 17.6 0.96 -1.19

2014-02-19 35.4 1.31 3.63 37.7 1.02 -2.71 36.5 0.14 0.55 36.9 0.95 -0.58 37.0 0.46 -0.88

2014-02-20 56.8 1.31 3.73 60.5 1.47 -2.44 59.1 2.14 -0.15 59.2 0.66 -0.32 59.5 0.17 -0.82

2014-02-21 61.1 1.52 3.41 64.8 1.24 -2.46 62.9 0.39 0.61 63.6 1.06 -0.51 63.9 0.17 -1.05

2014-02-22 69.7 2.48 2.83 74.3 1.98 -3.65 71.3 1.20 0.56 71.6 0.51 0.15 71.6 0.39 0.09

2014-02-23 99.8 3.27 2.89 106.6 2.52 -3.71 101.9 2.49 0.86 102.1 0.99 0.67 103.5 1.00 -0.71

2014-02-24 136.8 1.05 2.04 142.0 1.70 -1.64 143.0 3.01 -2.34 138.6 1.65 0.79 138.1 4.75 1.15

2014-02-25 120.3 1.22 2.47 126.9 0.33 -2.93 123.5 3.08 -0.14 122.9 0.67 0.33 123.0 4.37 0.27

2014-02-26 89.3 1.75 2.53 95.5 0.69 -4.31 90.6 2.63 1.06 89.9 0.30 1.81 92.6 0.76 -1.08

2014-02-27 87.3 1.73 2.51 92.2 1.16 -2.96 89.3 3.43 0.26 88.3 0.99 1.43 90.6 0.49 -1.24

mean 43.9 1.81 3.00 44.4 1.47 -1.86 43.1 1.77 0.77 43.1 1.47 0.11 43.7 2.60 -1.71

abs mean 3.12 2.44 1.02 1.03 1.72

Table Ⅲ-12 NRM 후보 장비별 평균농도, 재현성 및 정확성

- 39 -

Table Ⅲ-12는 Table Ⅲ-11의 자료를 바탕으로 NRM 후보 장비별 평균농도, 재현성

및 정확성을 계산한 결과이다. 재현성은 CV (coefficient of variation)을, 정확성은

Bias를 대표하는 것으로 정확성(Bias)를 계산하기 위한 참값은 5종 15대의 평균 농도

를 활용하였다.

장비 시료일수 총장비수 미가동장비수 미가동일수 가동율

A 32 3 3 3 91

B 32 3 0 0 100.0

C 32 3 0 0 100.0

D 32 3 1 2 98

E 32 3 0 0 100.0

Table Ⅲ-13 NRM후보 장비의 시험기간 중 가동 현황

약 4주의 시험기간 중 장비의 가동율은 모든 장비에서 90% 이상을 나타냈다(Table Ⅲ

-13). 3종의 장비 총 9대는 고장 없이 운영이 되었고 A 장비는 소프트웨어 업그레이드

도중에 3대 모두 3일간 정지하는 고장이 발견되었다. D 장비의 경우에는 1 대에서

control 기판의 교체가 필요한 고장으로 2일간 장비가 작동하지 못하였다.

4. NRMs 장비에 대한 정도관리

가. 정밀도, 상대정밀도, 정확도 및 절대정확도 산출

5종의 장비간 상관성을 분석한 결과 최소 0.9994 이상을 나타내어 매우 우수한 값을

보여 주었다 (Table Ⅲ-14).

　 A B C D E

A 1

B 0.9997 1

C 0.9997 0.9994 1

D 0.9998 0.9997 0.9997 1

E 0.9997 0.9998 0.9995 0.9998 1

Table Ⅲ-14 각 장비별 상관성 분석

- 40 -

5종 15대의 장비의 편균값과 비교한 결과에서도 모든 장비에서 기울기는 1 ug/m3 이

하 기울기는 0.97~1.03 범위에 들어왔다. A 장비의 경우 1번 장비에서 이상치가 있어

서 이상치를 배제한 자료를 같이 검토하였다 (Fig. Ⅲ-25)

Fig. Ⅲ-25 A장비의 전체 평균과 상관성 비교

- 41 -

Fig. Ⅲ-26 B 장비의 전체 평균과 상관성 비교

Fig. Ⅲ-27 C 장비의 전체 평균과 상관성 비교

- 42 -

Fig. Ⅲ-28 D 장비의 전체 평균과 상관성 비교

Fig. Ⅲ-29 E 장비의 전체 평균과 상관성 비교

측정 자료를 바탕으로 재현성 (Precision, 상대정밀도), % = CV for 3 side-by-side

samples, 정확도( Bias %), NRM 간 절대정확도를 평가하였다. 재현성은 동일장비 3

대의 CV를 적용하였다. 정확도 Bias는 15대장비의 평균을 참값으로 간주하고 참값

에서 측정치의 차이를 참값으로 나눈 백분율로 간주하였다. NRM간 절대정확도는

Bias의 절대치의 평균을 적용하였다(Table Ⅲ-15). A 장비의 경우 이상치가 포함되

어 있는 날이 있는데 이를 A 장비에서만 배제하면 동일한 비교가 되지 않기 때문에

같은 날의 모든 장비의 농도를 배제하고 정밀도, 정확도를 비교한 결과가 Table Ⅲ

-16이다.

- 43 -

장비 평균농도 상대정밀도 정확도 NRM간 절대정확도

ug/m3 precision %  Bias % %

A 43.9 1.81 3.00 3.12

B 44.4 1.47 -1.86 2.24

C 43.1 1.77 0.77 1.02

D 43.1 1.47 0.11 1.03

E 43.7 2.60 -1.71 1.72

Table Ⅲ-15 5종 장비의 상대정밀도, 정확도, NRM간 절대정확도

장비 평균농도 상대정밀도 정확도 NRM간 절대정확도

ug/m3 precision %  Bias % %

A 43.7 1.81 3.00 3.12

B 46.2 1.10 -2.03 2.60

C 44.9 1.79 0.75 1.10

D 44.8 1.43 -0.05 0.99

E 45.4 2.38 -1.67 1.81

Table Ⅲ-16 missing 구간 동일하게 배제한 비교

정밀도는 5종의 장비가 모두 1~2.5 %이내를 보여 주었고 정확도는 –1.67~3 % 이내

를 나타내었다. 절대정확도는 0.99~3.12 사이를 보여 주었다. 정밀도, 정확도 모두

NRM의 기준을 충분히 만족하는 것으로 나타났다.

- 44 -

장비 평균농도 상대정밀도 정확도 NRM간 절대정확도

ug/m3 precision %  Bias % %

A 30.7 1.82 3.11 3.26

B 32.3 1.06 -1.78 2.49

C 31.4 1.53 0.93 1.14

D 31.6 1.55 -0.29 0.98

E 32.0 2.41 -1.98 2.01

Table Ⅲ-17 missing 구간 동일하게 배제, 저농도 (<100 ug/m3)

장비 평균농도 상대정밀도 정확도 NRM간 절대정확도

ug/m3 precision % Bias % %

A 108.4 1.44 2.39 2.39

B 114.2 0.97 -2.96 2.96

C 111.6 3.04 -0.29 0.95

D 109.9 0.90 1.09 1.09

E 111.1 2.59 -0.22 0.93

Table Ⅲ-18 missing 구간 동일하게 배제, 고농도 (>100 ug/m3)

특정 농도 구간에서의 정밀도와 정확도에 차이를 보기 위해서 농도구간을 100 ug/m3

이하인 저농도 구간과 100 ug/m3 이상인 고농도 구간에서의 정밀도와 정확도를 계산

하여 비교하였다 (Table Ⅲ-17, Table Ⅲ-18). A 장비의 경우 저 농도구간에서 농도가

과소평가가 B 장비는 고농도 구간에서 과대평가가 좀 더 심하게 나타났고 C 장비의

경우 고농도에서 정밀도가 두드러지게 악화되는 현상이 나타났다.

- 45 -

5 NRM 종합 평가 및 기준시스템 구축

3회에 걸친 자문회의 결과에서 Table Ⅲ-19와 같은 NRM 장비의 기준이 마련되었고

이에 따른 5 종 장비에 대한 평가를 수행하였다.

평가항목 기준  측정회수 20회 이상

임팩터제작규격 합격/불합격

유량재현성   2% 이내

유량정확도 4% 이내

누출시험기능 유

온도정확도 1.6℃ 이내

압력정확도 10 mmHg 이내

시간정확도 2분 /달 이내

정확도 5% 이내

기울기 0.95에서1.05 사이

절편 "-1 에서 1 사이"

상대정밀도 10 % 이내

R2 0.941 이상

NRM간 절대정확도 10% 이내

가동율 70% 이상

자료저장 및 전송 1주일 이상 저장 및 자료 전송 기능　

Table Ⅲ-19 NRM 장비의 성능 기준

NRM 장비는 미국 EPA FRM의 제작 규격, 운영요소 정확도, 및 성능시험 기준, 운

영 기능 적합성 (자료 전송 및 저장 기능 등)을 만족하는 여부를 검사하고 가장 우

수한 장비를 최종 선정하고자 하였다. 제안된 기준을 만족하는 후보 장비들은 모두

NRM 등가장비로 인정하되 국가가 초기에 운영하는 NRM 시스템은 그 중에서 가장

성능이 우수한 장비를 평가하여 1~2 종 구축하고자 하였다.

후보 장비에 대한 성능 평가는 정확도, 상대정밀도, NRM간 상대정밀도, 절편, 기울

기, 상관계수, 가동율에 대한 성능기준 항목 이외에도 장비의 운영 여건과 용이성등

도 반영하였다 (Table Ⅲ-20).

- 46 -

항목` A B C D E 기준

자료저장 일 수 1년 이상 5 일저장 35일 저장 30일 이상1회만 저장 1주일 이상　

자료 저장회수 방법 USBrs232C 만 가능 

ethernet, usb, rs232

USB, RS232

RS232  USB, RS232　

자료 저장전송protocol TCP/IP rs232   TCP/IP, RS232 RS232 RS232  RS232또는

TCP/IP　

시료채취기간 중의 평균온도, 압력 표시

기능

최근 5분 자료만 표

시기능 있음 기능 있음 기능 있음 기능 있음

특이사항 특수외국어

Table Ⅲ-20 운영 여건에 대한 평가요소

평가항목 A B C D E 기준  측정회수

29 32 32 32 3220회 이상

임팩터제작규격 일부허용범위

외 허용범위내 허용범위내

허용범위 이내

허용범위내 충족/미충족

유량재현성   0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 2% 이내

유량정확도 2.43 3.20 0.25 -0.09 0.48 4% 이내

누출시험기능 Pass Pass Pass Pass Pass 유

온도정확도 0.9 -1.7 1 0 0.2 1.6℃ 이내

압력정확도 14-1.4 -3.3 -2 1 0.3 10 mmHg 이내

시간정확도 1-3분 1분40 – 2분

40초 1분 3초 -1분 5초

1분 32-35초 2분 /달 이내

정확도 3.00 -1.86 0.77 0.11 -1.715% 이내

기울기 0.974 1.032 1.009 0.991 0.9950.95에서1.05 사이

절편 0.080 -0.337 -0.549 0.144 0.569 "-1 에서 1 사이"

상대정밀도 1.81 1.47 1.77 1.47 2.60 10 % 이내R2

0.9995 0.9997 0.9996 0.9998 0.9997 0.941 이상

NRM간 절대정확도 3.12 2.44 1.02 1.03 1.72 10% 이내

가동율 91 100 100 98 100 70% 이상

NRM 자격충족여부조건부충족

충족 충족 충족 충족

Table Ⅲ-21 NRM 장비의 성능 및 운영 기능 종합 평가 내역

- 47 -

자료의 저장 일수는 E 장비가 하루 1회로 가장 짧았고 A 장비는 1년 이상의 자료저장

도 가능하였다. 모든 장비가 RS232나 USB를 이용하여 자료의 저장과 회수가 가능하

였다. 자료 전송은 TCP/IP 또는 RS232로 가능하였다.

장비의 종합적인 평가결과 조건부충족을 포함하여 모든 장비들이 NRM의 기준에는

만족하는 것으로 평가되었다 (Table Ⅲ-21). A 장비의 경우 임팩터규격이 허용범위를

벗어나는 항목이 있어 이를 개선하거나 규격에 맞는 임팩터를 사용한다면 NRM으로

사용에 문제가 없는 것으로 나타났다. 비교시험결과 5종의 장비 중 D 장비가 다른 장

비에 비하여 정밀도와 정확성이 높은 것으로 나타났다.

이에 D 장비 기종으로 총 6대의 NRM을 구매하고 이를 국립환경과학원(서울 3대, 광

주 3대)에 구축 완료하였다.

6. NRM 정도 관리 및 운영 SOP

가. 실험실 준비물

1) 필터: 공정시험법에 규정된 손상되지 않은 47 mm크기의 테플론 필터.

2) 필터를 NRM 장비에 장착하기 위한 서포터

3) 필터의 이송용 카셋트

4) 필터 및 카세트 운반용 carrier 및 tray

5) 온도계가 부착된 항온 이동저장소

6) 분석저울(1 ug 이하 측정가능)

7) 저울 교정표준질량

8) WINS IMPACTOR가 장착된 NRM장비

9) 37 mm 글라스필터와 실리콘 오일

10) 교정용 유량계

11) 시험일지

나. NRM 장비의 설치

1) 비교측정 장소의 요건 (안전, 전기, 보안, 주변의 방해요소 등)

2) 비교측정 장소의 선정 및 설치에 대하여 PM2.5 측정망 운영지침을 따른다,

다. NRM 장비의 교정 방법

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1) 필요 교정 장치

∎ ± 2%의 정확성을 갖고 검증기관에 교정이 된 유량계

∎ 최소 3 mm 이내 눈금을 가지고 0에서 300 mm 범위의 manometer

∎ ± 0.5 ℃내의 정확성으로 0.1℃의 눈금을 가지고 –30~50 ℃ 범위를 잴 수 있는

온도계

∎ ±1mmHg 눈금을 갖는 휴대용 기압계

∎ 사용하지 않은 필터

2) 유량의 교정

∎ NRM 장비의 유량은 외부 온도와 압력변화에 상관없이 일정한 16.7 L/부피유량

이 채집되도록 질량유량조절장치(mass flow controller)를 적용하는 원리이다.

∎ Sampler의 PM10 inlet을 제거하고 유량 감사 Sampler를 inlet에 설치한다.

∎ Calibrate 메뉴에서 F2키를 누르면 위의 그림과 같은 Sampler의 유량 교정 화면

이 나타난다. “Pump” 소프트 키를 눌러 펌프를 가동시킨다. “Sensor” 값은

Sampler의 유량이다.

∎ 유량 값을 감사하기 위해 추적 가능한 유량센서의 실제 유량과 Sampler 화면에

보이는 “Sensor”값을 비교한다. 두 값이 0.2L/min 이내로 일치 해야 한다. 결과를

기록한다.

∎ 유량 Sensor를 보정하기 위해 화살표 키를 사용하여 traceable audit 장치의 정확

한 유량 값과 일치하는 “Ref” 값을 수정한다. “Calibrate” 소프트 키를 누른다.

Sensor 값과 Audit 장치의 값이 0.1L/min 이내로 일치하도록 변경해야 한다. 잘못되

었을 경우, 이전의 모든 교정을 취소하려면 “Default” 버튼을 눌러 초기 보정 값

을 복원 한 후 다시 시도한다.

3) 온도의 교정

∎ Calibrate 메뉴에서, 온도 교정 화면으로 들어가기 위해 F3을 누른다.

∎ 왼쪽 상단 모서리에 본 화면을 사용하여 감사할 수 있는 두 개의 채널이 있다.

채널 (0)는 외부 주변 공기 센서이다. 채널 (1)은 filter 카세트 아래에 위치한 filter

온도 센서이다. 원하는 채널을 선택하기 위해▲▼ 키를 이용하면 된다.

∎“Sensor”값은 선택된 온도 센서의 출력이다. 단일 지점에서 주위 온도 센서를

감사하기 위해서 sampler의 주위 온도 덮개 근처에 추적가능한 온도 표준 프로브를

배치한다. 프로브는 태양 복사에 의해 영향을 받지 않는 타입을 사용해야 한다. ∎Sampler 화면에 표시된 “Sensor”값과 프로브의 출력물을 비교한다. 위 두 개는

1.0 C 내에서 일치해야 한다. 결과를 기록한다.

∎필요한 경우에 각 센서는 두 지점에서 교정될 수 있다. 포인트 Pt1은 낮은 온도

지점에서 사용되는 것이고, 포인트 Pt2는 주위 공기가 더울 때 높은 온도에서 사용

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되는 것이다.

∎“Reference” 칼럼에서 추적 가능한 감사 장치로부터 나온 정확한 온도 값을 화

살표 키를 이용해 화면의 각 지점으로 입력할 수 있다. “Save” 칼럼은 Reference

와 관련해 현재 입력된 교정 값을 보여준다.

∎“Save”에 입력한 저온 “Reference” 값을 저장하기 위해 F1버튼을 누른다. ∎“Save”에 입력한 고온 “Reference” 값을 저장하기 위해 F4버튼을 누른다. 두

값이 모두 입력되면, 교정을 시행하기 위해 “Calibrate” 키를 누른다.

∎“Default” 버튼은 모든 교정을 지우고 공장 보정 값을 복원한다.

∎ Filter 온도 센서를 감사 및 교정하기 위해, sample 라인에서 이를 제거하는 것이

필요하다. Filter 센서가 설치될 때 이는 대기 및 filter 조건 사이의 차이를 측정하

기 위해 특별히 있기 때문에 filter 센서는 주변 환경에 있음을 가정할 수 없다.

4) 압력의 교정

∎ Calibrate 메뉴에서 압력 교정 화면으로 들어가기 위해 F4를 누른다.

∎ Calibrate Default Exit∎“Sensor” 값은 기압 센서의 출력물이다. 단일 지점에서 주변 기압 센서를 감사

하기 위해 sampler 화면의 “Sensor” 값과 추적 가능한 기압 표준 프로브의 출력

물을 비교한다. 위 두 개는 10 mmHg 이하에서 일치해야 한다. 결과를 기록한다.

∎ 필요한 경우에 각 센서는 두 개의 지점에서 교정될 수 있다. 포인트 Pt1은 저압

포인트이고, 포인트 Pt2는 고압 포인트이다. “Reference” 칼럼에서 추적 가능한

감사 장치로부터 나온 정확한 압력 값을 화살표 키를 이용해 화면의 각 지점으로

입력할 수 있다. “Save” 칼럼은 Reference와 관련해 현재 입력된 교정 값을 보여

준다.

∎“Save”에 입력한 저압 “Reference” 값을 저장하기 위해 F1버튼을 누른다. ∎“Save”에 입력한 고압 “Reference” 값을 저장하기 위해 F4버튼을 누른다. ∎두

값이 모두 입력되면, 교정을 시행하기 위해 “Calibrate” 키를 누른다.

∎“Default” 버튼은 모든 교정을 지우고 공장 보정 값을 복원한다.

5) 누출(leak) 시험

∎ Sampler inlet tube에서 PM10 inlet을 제거한다. 이곳에 leak을 확인하기 위한 밸

브를 장착하시오. 입구로 들어오는 공기를 막기 위해 밸브를 잠근다.

∎교정 메뉴로 들어가기 위해 메인 화면의 “Calibrate” 키를 누른다. 아래 화면과

같은 Leak Test 화면으로 들어가기 위해 F6을 누른다.

∎ Start 키를 누르시오. Sampler가 진공 펌프를 작동시킬 것이고, 주변 공기보다 약

80 mmHg 아래로 유량을 잡아당길 것이다. 펌프 입구의 solenoid는 테스트 중 펌프

를 통해 발생하는 backflow를 자동적으로 방지해준다.

∎ 이 시스템은 진공을 정착할 수 있고, 현재의 유량과 절대압력 및 진공상태를 화

- 50 -

면에서 보여주는 동안 3.5분에 걸쳐 부분 진공을 볼 수 있다. 화면은 PASS/FAIL 메

시지를 보여주는데 이는 심각한 leak가 있다면 전체 테스트 기간을 기다릴 필요 없

이 작동자가 테스트를 일찍 마칠 수 있게 해준다.

∎ 3.5분의 leak test 기간 후 기기는 테스트 기간 중 증가한 시스템 압력과 기존에

알고 있는 시스템 부피를 기반으로 최종 PASS/FAIL을 계산한다. 계산된 leak 율이

80 ml/min 이상이면, leak test는 실패하고 leak 흐름의 소스는 해결되어야 한다.

∎ leak의 소스 구분하기:

- 메인 leak 검사가 실패하면, leak은 보통 플라스틱 filter 카세트에서 발생한다. 좋

은 filter 카세트로 알려진 것을 사용하라. filter가 없는 카세트나 실리콘 혹은 에폭

시로 반쪽을 접착한 특수 카세트는 leak을 분리하기 위한 좋은 도구이다. filter 카

세트 다음으로 두 번째 가능성 있는 leak 포인트는 PM2.5 사이클론 아니면 사이클

론 소켓 안에 있는 마모되거나 깨진 o-링이다. 또한 filter 온도 센서가 제대로 장착

되어 있는지 확인해야 한다.

- 수동 차단 밸브는 상부 enclosure의 뒷부분에 있는 퍼지 탱크의 측면에 설치된다.

Leak이 enclosure 상부나 펌프박스에 있는 경우 이를 분리하기 위해 정기적인 leak

검사를 실행하지만, 펌프가 꺼지자마자 이 밸브를 돌려야 한다. 이는 펌프박스의

leak 점검은 제외할 것이다. Leak 테스트가 통과하면, 유량 제어기로써 펌프 박스

안의 어딘가에 위치할 것이다. 만약 leak 테스트가 계속해서 실패하면, leak은 상부

enclosure에 있는 것이다. 상부 enclosure의 테스트를 위한 압력센서와 sample 볼륨

의 대다수가 상부 enclosure에 있기 때문에 이 방법은 작동한다.

∎ 내부 filter 바이패스 leak 시험:

- 외부의 leak test를 모두 통과했더라도 40 CFR Part 50L에서 FRM 사양에 대해

이차적으로 중요한 “내부 filter 바이패스 leak”는 filter 카세트 아래의 leak을 확

인하기 위해 수행되어야 한다. 이론적으로 외부의 leakage test가 통과하면 바이패

스 leakage test는 실패가 불가능 해야 하지만, 외부 테스트가 실패하면 이는 leak의

소스를 구분하기 위한 유용한 방법이다:

- 표준 filter 디스크 대신 고무 막 디스크를 설치함으로써 바이패스 leakage test 카

세트를 구성한다. 이는 카세트의 두 쪽 사이에서 들어오는 공기 유입을 방지하고,

또한 카세트 상기 임의의 지점에서 시스템으로 공기가 유입되는 것을 방지한다.

- Sampler에 특수 leak test 카세트를 설치하고 외부 leak test와 같은 방법으로 test

를 한다. 주입 관에서 leak 밸브는 필요하지 않다.

- 최종 바이패스 leak 율은 외부 테스트와 마찬가지로 80ml/min 이하여야만 한다.

라. NRM 장비의 유지보수 항목 및 주기

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유지보수 항목 주기

누출시험 매 7일

유량교정 및 검사 매월

PM10 inlet particle trap 청소 매월

PM2.5 WINS Impactor well청소 및 필터교체 매7일

장비시계정확도 확인 및 교정 매월

전체 유량교정절차 분기별

완전 PM10 inlet 청소 분기별

pump mufflers 교체또는 청소 6 월

internal debris filter 청소 매년

vertical inlet tube 청소 매년

vacuum pump 교체 또는 재조립 2년

Table Ⅲ-22 장비 점검 내역 및 주기

NRM 장비의 유지보수 항목 및 주기는 Table Ⅲ-22와 같다. 누출시험과 impactor의

청소는 최소 1 주일에 1회 실시해야한다. 자료질 관리를 위한 trasnfer standard를

활용한 유량 검교정등의 절차는 매월 1회 실시해야 한다. 표준 교정장치를 이용한

종합적인 검교정은 분기별로 1회 실시한다.

마. 필터의 준비 및 분석

1) 필터 운영방법

⦁필터는 (47 mm 테플론 필터) 구입 후 pre-sampling 무게를 재기 전까지 항온항습

장치내에서 보관해야 한다.

⦁필터를 취급할 때는 무금속성이며 표면이 매끈환 핀셋을 사용한다.

⦁필터를 칭량하거나 사용중에 접거나 구겨지지 않도록 조심한다.

⦁칭량전에 최소 24시간이상 30~40% 범위에서 5% 이상 변동이 없는 상대습도와

20~23℃ 범위에서 ±2℃ 이상의 온도 변동이 없는 온도 조건에서 안정화과정

(conditioning)을 하고 습도와 온도가 기준을 만족하는지 누적 자료를 이용하여 확인

한다.

⦁만약 안정화 챔버의 습도와 온도에 이상이 있을 시 기록하고 즉시 수리한다.

- 52 -

2) 필터 검사

⦁초기 칭량전에 필터의 이상 유무를 확인한다.

⦁불빛에 비추어 주변보다 밝은 작은 점이나 어두운 점들이 있는지 확인한다.

⦁필터위에 먼지나 부스러기등이 묻어 있는지 확인하고 이들이 존재하면 폐기한다.

⦁필터의 색깔이 다른 것들과 다른지도 확인한다.

⦁필터의 표면이 균일하지 않은 필터도 사용하지 않는다.

3) 필터안정화방법

⦁칭량전에 최소 24시간이상 30~40% 범위에서 5% 이상 변동이 없는 상대습도와

20~23℃ 범위에서 ±2℃ 이상의 온도 변동이 없는 온도 조건에서 안정화과정

(conditioning)을 해야 하며 그 과정은 다음과 같다.

⦁최소 24시간 동안 필터가 담겨진 페트리디쉬의 뚜껑을 열어 챔버에 놓아둔다.

⦁페트리디쉬에 필터고유번호를 부여한다.

⦁필터고유번호의 안정화 장소, 시작 일시를 안정화 기록노트에 기록한다.

⦁24시간이 지난 뒤 안정화 종료 일시를 기록하고 최대, 최소, 평균, 온도와 습도를

안정화노트에 기록한다.

4) 필터 초기 칭량

⦁칭량은 최소 1 ug의 질량이 측정 가능한 저울을 이용하여 1 ug단위 까지 기록한

다.

⦁칭량에 사용된 저울은 시리얼넘버를 기록하고 매년 교정을 수행하여야 한다.

⦁칭량전 제작사의 매뉴얼에 따라 영점을 조정한다.

⦁100 mg 또는 200 mg 표준질량을 이용하여 표준 무게를 측정한다. 이때 지시된

질량이 표준질량과 ±3 ug이상 차이가 나지 않아야 한다.

⦁로봇팔이나 핀셋을 이용하여 안정화된 필터를 210Po 동위원소에 30~60초 정도 노

출시켜 정전기를 제거한다.

⦁필터를 저울 팬의 정 중앙에 위치하게 내려 놓는다.

⦁저울이 안정화 될 때까지 기다린 후 질량을 기록한다.

⦁칭량은 최소 2회이상 실시하고 질량의 차이가 ±15ug이상 나면 다시 칭량한다.

⦁칭량이 완료되면 원래 페트리디쉬에 필터를 이송한다.

⦁필터초기 칭량은 사용전 30일 이내에 수행하고 30일이 초과할 경우 재칭량을 실

시한다.

주의 : 칭량된 필터는 가능한 고유번호의 순서대로 사용하는 것이 혼돈을 줄일 수

있다.

- 53 -

5) Lot blank, Laboratory blank, field blank

필터의 질관리를 위하여 3가지 바탕필터를 준비한다.

⦁Lot blank : 필터무게의 장기적인 안정성을 평가하기 위한 것으로 새로 구입된 필

터박스에서 사용하지 않은 3개의 필터를 안정화 과정을 거친 후 주기적으로 질량을

측정하여 기록한다.24시간 동안 질량변화가 15 ug 이내 일 때까지 반복하며 이 것

으로 안정화기간을 결정한다.

⦁Lab blank : 일반 사용 필터와 동일한 안정화, 보관, 초기 칭량, 마감칭량의 과정

을 거치지만 실제 실험실 외부에 나가지 않은 바탕 필터이다. 초기 칭량과 마감칭

량의 질량차이가 15 ug 이상을 넘어서는 안된다. 이를 넘을 경우 오염 원인 인자를

찾아 제거해야 한다.

⦁Field blank : 실제 대기에 노출되지 않으나 일반 시료필터의 모든 과정을 거치는

필터이다. 현장바탕필터는 7~10 일 시료에 최소 하나를 준비한다. 현장바탕필터의

초기와 마감질량의 차이가 30 ug이 넘으면 오염인자를 제가하는 과정을 수행한다.

6) 시료필터의 취급 방법

⦁현장에서 채취된 필터 시료는 아래 과정을 수행한다.

⦁현장에서 칭량실험실로 시료의 이송시 온도가 4℃ 이하로 유지되었는지 확인한

다. 온도가 기준온도 이상일 경우 이를 기록한다.

⦁필터카세트에서 필터를 조심스럽게 제거하고 카세트에 필터에서 유기된 이물질이

있는지 확인하고 잔존물이 있는 경우 이를 기록한다.

⦁필터의 고유번호를 확인하고 필터를 안정화 단계를 거쳐 마감칭량을 실시한다

마감칭량도 초기칭량과 동일하게 24시간 이상 안정화단계를 거친 후 실시한다.

⦁현장에서 작성된 QC 일지를 확인하고 초기와 마감칭량을 통해 얻어진 질량자료

로 농도를 환산한다. QC일지가 정확하지 않는 필터에 대해서는 농도 산정을 보류한

다.

⦁만약 시료필터가 실험실로 이송되어온 직후 마감칭량 실시가 어려우면 칭량전까

지 냉장고에 보관한다.

⦁마감칭량이 완료된 필터는 추후 활용과 재 칭량을 위해 냉장고에 보관한다.

7) 마감칭량 방법

⦁마감칭량 방법 및 주의 사항은 다음과 같다.

⦁채집된 시료는 최소 24시간 이상 규정된 온도 습도조건에서 안정화 단계를 거친

다.

⦁마감칭량은 시료채집 후 10일 이내에 수행되어한다. 하지만 4℃ 이하에서 꾸준히

보관되는 조건에서는 30일 이내 칭량도 가능하다.

⦁초기칭량과 동일한 칭량과정을 실시하고 일정한 칭량 세션에서 적어도 1개 이상

의 lab blank의 무게를 다시 측정하여 질량의 차이가 15 ug 이하가 되는 것을 확인

- 54 -

한다. 15 ug 이상차이가 날생할 경우 재칭량을 실시한다. field blank에 대해서 초기

칭량과 마감칭량의 차이가 30 ug 이하가 되는 것을 확인하고 이보다 클 경우 원인

을 파악하고 개선한다.

⦁필터의 칭퍙중에 발생하는 필터의 손상, 오염등이 발생할 경우 이를 기록하고 최

종 자료에서 배제한다.

8) 내부자료질 관리방법

⦁칭량의 내부질관리를 위해서 10개의 필터 칭량 마다 교정용 칭량을 실시한다.

⦁매일 칭량된 필터의 5-10%를 재칭량하고 차이가 15 ug 이내에 들어오는지 확인

한다. 차이가 이 범위를 넘을시는 원인을 파악하고 교정한다.

바. 현장 운영방법

1) 장비 시작 및 종료 운영 방법

⦁장비의 시작, 종료시간 등 프로그램 설정은 첨부된 부록의 장비운영 매뉴얼에 따

른다.

⦁장비의 시작 시간전에 필터홀더에 새로운 필터를 장착하고 유량의 누출이 발생하

지 않도록 확실하게 고정장치를 잠금다.

⦁장비의 시작시간이 프로그램에 따라 작동하는지 확인하기 위해 시작시간에 유량

을 확인한다.

⦁프로그램에 따라 장비의 종료시간이 정확한지 유량과 시간을 확인하고 채취된 시

료 필터 홀더를 회수한다.

2) 시료 취급방법

⦁초기 칭량된 필터는 온도 조절되는 운반상자에 담겨 장비가 설치된 현장의 항온

항습 챔버에 밀봉된 카세트상태로 보관되어야 한다.

⦁필터를 장비에 장작하기 위해서는 카세트에 있는 필터를 필터홀더에 옮겨 장착해

야 한다.

⦁카세트에서 필터홀더에 필터를 옮겨 장착할 때는 주변의 오염을 최소화 할 수 있

는 크린벤치 안에서 작업을 실시한다.

⦁크린벤치 안에서 모든 작업은 분진이 발생하지 않는 유연한 플라스틱이나 고무장

갑을 착용하고 실시한다.

⦁카세트에서 필터를 필터홀더에 옮길 때 지정된 필터고유번호와 장착될 장비의 고

유번호를 PM2.5 관리자료지에 기록한다.

⦁필터가 장착된 필터홀더는 크린벤치 안에서 스테인레스 재질의 캐리어에 담아 이

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송한다. 캐리어에도 장비의 고유식별 번호를 두어 사용상의 혼돈을 최소화한다.

⦁캐리어에 담겨진 필터 홀더는 시료채취 시작 전에 장비로 옮겨 장착한다.

⦁모든 전 과정은 먼지가 발생하지 않는 플라스틱이나 고무장갑을 착용하고 취급해

야한다.

3) Impactor 청소 방법

⦁ WINS impactor는 최소 1주일에 1회 청소와 함께 새로운 base filter를 장착하고

오일을 입혀주어야 한다.

⦁ NRM 장비에서 PM2.5 싸이클론과 필터홀더 사이에 있는 WINS impactor를 분리

한다.

⦁분리된 impactor를 먼지가 최소화된 베치는 테이블에서 상하단을 분리하고 base

filter를 제거한다.

⦁하단의 impacor base와 상단에 남아 있는 오일 성분을 먼지가 발생하지 않는

Kimwipes를 이용하여 닦아낸다.

⦁impactor base에 새로운 glass fiber 37 mm 필터를 장착하고 1 ml정도의 실리콘

오일을 골고루 묻혀준다.

⦁impactor 상하단을 조립하고 다시 장비에 장착한다.

4) 현장 유량 검사

⦁ 3.5.3항의 유량 교정방법을 따른다.

5) 현장 누출시험

⦁ 3.5.3항의 누출시험 방법을 따른다.

사. 농도 계산, 검증, 농도 보고

1) 유량계산

⦁ 유량은 장비의 LCD에 표시된 작동시간동안 평균값을 활용하거나 저장된 유량을

이용하여 계산하고 이를 관리자료지에 기록한다(Fig. Ⅲ-30).

⦁ 유량과 동시에 측정기간 동안의 평균 온도, 압력도 동시에 읽고 이를 기록한다.

⦁ 얻어진 유량이 세트되어진 16.7 L/min에서 4% 이상 차이가 나지 않는지 확인한

다.

⦁ 유량이 정해진 값과 4 % 이상 차이가 발생할 경우 누출시험을 실시하거나 다시

교정절차를 실시한다.

2) 질량농도 계산

- 56 -

⦁ 누적유량은 다음과 같이 계산한다.

⦁ 계산한 결과는 PM2.5 시료 관리자료지에 기록한다(Fig. Ⅲ-31).

× ×

V= 누적유량, m3

Qa = 평균유량, L/min

t = 시료채취시간, min

10-3 = 부피 단위 L를 m3으로 전환하는 인자

⦁ PM2.5 질량농도(ug/m3)는 다음과 같이 계산한다.

×

PM2.5 = PM2.5 질량농도 , ug/m3

Mgross = 필터의 마감질량, mg

Mtare = 필터의 초기질량, mg

V = 누적유량

103 = mg을 ug으로 전환하는 인자

- 57 -

장비 QC 일지

측정소 년 월 일 :

장비 고유번호 시간 :

운영자 :

온도계 시리얼 번호

인증 년 월 일 :

압력계 시리얼 번호

인증 년 월 일 :

유량계 시리얼 번호

인증 년 월 일 :

QC 체크

온도 시험

필터실제온도 ℃ 표 시 온도

℃ 차이 ℃

외기실제온도 ℃ 표시온도 ℃ 차이 ℃

압력 시험실제압력 mmHg 표시압력 mmHg 차이 mmHg

유량 시험실제유량 L/min 표시유량 L/min %차이 %

Leak Check

외부 유출 시험 내부 유출 시험

체크시간_ mmHg 체크시간_______ mmHg

합격 □ 불합격 □

기준 합격□ 불합격□

기준

Fig. Ⅲ-30 NRM 장비 QC 일지양식

- 58 -

PM2.5시료 관리자료장비번호

측정소 이름 필터 ID

시료 채취 장소

장비 고유시리얼 번호

장착일 카세트 ID

탈착일 (일/시) 시료 운송일 (일/시)

운영자 운반자

기온 ℃ 기압 mm Hg

시작 년월일 시작 시간

종료 년월일 종료 시간

총 채취 시간

채취 부피 M3 유량 변동 (CV) %

상태 코드

평균 유량 L/min

최저 기온 ℃ 최저 기압 mm Hg

평균 기온 ℃ 평균 기압 mm Hg

최고 기온 ℃ 최고 기압 mm Hg

시료 채취 중 특이사항, 기상 등

칭량 자료

도착 시 시료온도 ℃ 시료 도착 일

시간

총 질량( ㎍ 계산 농도 ㎍/m3

초기 질량( ㎍

칭량 중 특이사항

Fig. Ⅲ-31 NRM 시료관리 자료양식

- 59 -

Ⅳ. 결론

미세먼지(PM2.5) 국가기준 측정시스템(NRM)의 구축을 위해 해외의 NRMs 현황조사

및 비교검토를 수행하였고 이를 바탕으로 국내 상황에 맞는 기준을 마련하였다. 총

5종의 미세먼지(PM2.5) 질량측정장비 (NRM 후보장비)의 정도관리(정밀도, 정확도)를

실시하였고 마련된 기준에 부합하는지 평가하였다. 평가 내용은 미국 EPA FRM의

제작 규격, 운영요소 정확도, 및 성능시험 기준, 운영 기능 적합성 (자료 전송 및 저

장 기능 등)을 만족하는 여부를 검사하였다.

후보 장비에 대한 세부적인 성능 평가는 정확도, 상대정밀도, NRM간 상대정밀도,

절편, 기울기, 상관계수, 가동율에 대한 성능기준 항목 이외에도 장비의 운영 여건

과 용이성 등도 반영하였다

장비의 종합적인 평가결과, 한 장비에서 임팩터 규격이 허용범위를 벗어나는 문제가

있었지만 이를 개선하거나 규격에 맞는 임팩터를 사용한다면 NRM으로 사용에 문제

가 없는 것으로 평가되었다. 조건부 합격을 포함해서 5종의 후보 장비 모두 NRM의

기준을 만족하였지만 5종의 장비 중 한 장비가 다른 장비에 비하여 정밀도와 정확성

등 전반적으로 가장 우수한 운영 기능과 성과를 보여주어 이 장비를 국가표준장비로

우선 선정하고 총 6대 구입한 뒤 국립환경과학원에 국가기준 측정시스템으로 운영할

수 있게 하였다.

또한 국가기준 측정시스템(NRM)의 운영을 위한 표준절차(SOP)도 마련하였다.

- 60 -

Ⅴ. 기대성과(활용방안) 또는 향후계획

본 연구를 통하여 국내 처음으로 공기역학적 지름이 2.5um 이하인 입자상 물질 (PM2.5)의

질량농도를 채집하고 농도를 산정하는 국가기준장비(National Reference Method, NRM)

를 구축할 수 있었다. 이를 활용하여 PM2.5 연속측정장비의 형식승인을 위한 기준장비가

확보되었을 뿐만 아니라 국가가 생산하는 PM2.5 자료의 질 관리와 소급성을 확보할 수

있게 되었다. 본 과제를 통해 1 차적으로 구축된 국가기준측정시스템은 추후 연구를

통해 정도관리 기반을 강화하고 고도화하면서 안정적인 운영 방안을 마련하는 것이 필요

하며 구체적인 계획 내용은 다음과 같다.

○ PM2.5 환경기준 적용에 따른 정도관리 기반 구축 강화

- 1차년도 사업을 통하여 국가기준시스템(NRMs, National Reference Methods

system) 기반 구축하였으나, 현업 운영에 따른 시스템 개선 필요

○ 자동측정기 형식승인 추진에 따른 국가기준시스템 고도화 필요

- 불확도 원인분석 및 개선방안 추진

- 인터랩(inter-lab) 정도관리 방안 필요

○ 국가기준측정시스템 형식승인 현업업무 추진에 따른 사용자 인터페이스 강화

- 기록, 자료보관, 보고체계(report form) 개선 필요

○ PM2.5 국가기준측정시스템 고도화

○ PM2.5 국가기준측정시스템 사용자 접근성 강화

○ 대기오염집중측정소 내 NRMs 구축을 통한 위상제고

- 61 -

Ⅵ. 참고문헌

Performance Audit of Federal Reference Method PM2.5 Sampler, DRI 2002

APPENDIX L TO PART 50—REFERENCE METHOD FOR THE DETERMINATION OF FINE

PARTICULATE MATTER AS PM2.5 IN THE ATMOSPHERE, 1997

LIST OF DESIGNATED REFERENCE AND EQUIVALENT METHODS, USEPA 2013

Thomas M. Peters , Gary A. Norris , Robert W. Vanderpool , Dave B. Gemmill , Russell

W. Wiener , Robert W. Murdoch , Frank F. Mcelroy & Marc Pitchford (2001) Field

Performance of PM2.5 Federal Reference Method Samplers, Aerosol Science and

Technology, 34:5, 433-443, DOI: 10.1080/02786820116873

PM2.5 Single Channel Sampler Procedure, State of Washington, Department of Ecology

Air Quality Program, 2000

Field Standard Operating Procedures for the FRM PM2.5 Performance Evaluation

Program, USEPA 2006

Quality Assurance Guidance Document 2.12, Monitoring PM in 2.5 Ambient Air Using

Designated Reference or Class I Equivalent Methods, USEPA 1998

EN14907 Ambient air quality Standard gravimetric measurement method for the

determination of the PM2.5 mass fraction of suspended particulate matter. September

2005.

微小粒子状物質（PM2.5）測定法評価検討会報告, 2008

PM2.5 측정망 운영지침, 국립환경과학원, 2013

Ⅶ. 부록

NRMs 운영 매뉴얼

E-FRMREFERENCE METHOD

PARTICULATE SAMPLEROPERATION MANUAL

DOUCUMENT NUMBER: E-FRM-9800, REV 4

E-FRM Particulate Sampler Operation Manual - © Copyright 2013 Met One Instruments, Inc. All Rights Reserved worldwide. No part of this publication may be reproduced, transmitted, transcribed, stored in a retrieval system, or translated into any other language in any form without the express written permission of Met One Instruments, Inc.

- 2 -

목 차

1 서론 1

1.1 Manual에 대하여.................................................................................................1

1.2 기술적인 서비스...................................................................................................1

1.3 E-FRM: Environmental Federal Reference Method Sampler..........2

1.4 Model E-FRM PM2.5 U.S. EPA Federal Equivalent 방법....................3

1.5 참고 문헌.................................................................................................................4

1.6 E-FRM 모델 설명서.............................................................................................5

2 SETUP과 장소 선택 6

2.1 전기적인 서비스....................................................................................................7

2.2 Assembly와 Deployment 도구 설명...........................................................7

2.3 PM2.5 또는 다른 Particulate Cut-Points 설정........................................11

2.4 장소 선택과 Inlet 위치 선정 기준..............................................................12

3 SAMPLE EVENTS와 SAMPLER OPERATION 설정 15

3.1 메인 메뉴, Keypad 사용, Display................................................................15

3.2 Event Manager를 이용한 새로운 Sample Events 설정....................16

3.3 Length와 PM Type의 Event Defaults 설정............................................18

3.4 시간 설정................................................................................................................18

3.5 Unit ID 설정..........................................................................................................19

3.6 메모리에서 Event 기록 및 데이터 파일 삭제 ......................................19

3.7 메모리에서 Event 기록 및 데이터 파일 삭제.. ....................................20

3.8 현재와 이전의 Sample Events 보기........................ ..................................20

- 3 -

4 유량조절기 시스템 감사와 교정 22

4.1 유량 시스템 Diagram.......................................................................................29

4.2 시스템 Test를 이용한 간단한 온도, 압력 , 유량 확인.....................23

4.3 Leak Check와 유량 감사 간격.....................................................................24

4.4 Leak Check 절차와 Leak 문제 해결.........................................................25

4.5 대기와 Filter 온도의 감사와 교정..............................................................26

4.6 기압 감사와 교정...............................................................................................27

4.7 유량 감사와 교정...............................................................................................27

5 유지 보수와 문제해결 28

5.1 Met One 권장 유지 보수 표........................................................................28

5.2 Sampler 오류 및 경고 설정...........................................................................29

5.3 기본적인 문제와 원인/해결 표.....................................................................29

- 1 -

INTRODUCTION

1.1 About This Manual

This document is organized with the most important information toward the

front of the manual. All users should read and understand the sections on

setup, operation, and field audits. Toward the back are sections that provide

in-depth information on subjects such as diagnostics and accessories. These

sections should be consulted as needed.

This manual is periodically revised for maximum accuracy and to incorporate

new features or updates. User feedback is welcome. Electronic versions of this

manual are available upon request.

1.2 Technical Service

Should you still require support after consulting your printed documentation,

we encourage you to contact one of our expert Technical Service

representatives during normal business hours of 7:00a.m. to 4:00p.m. Pacific

Standard Time, Monday through Friday. In addition, technical information and

service bulletins are often posted on our website. Please contact us and obtain

a Retum Authorization (RA) numer before sending any equipmen back to the

factory. This allows us to track and schedule service work and to expedite

customer service.

- 2 -

Most models manufactured by Met One Instruments have a serial number

which is located on a silver product label on the unit, and also printed on the

calibration certificate. This serial number is usually needed if you contact the

technical service department to request information about repairs or updates for

your unit. The serial number begins with a letter which represents the year of

manufacture, followed by a unique four or five digit number. For example,

serial F8029 was the 8029th serialized item built in 2006.

1.3 E-FRM: Environmental Federal Reference Method Sampler

The Met One Instruments, Inc. Model E-FRM is a programmable single-event

filter sampler designed to meet federal specifications as a reference method

for the determination of daily PM2.5 particulate concentrations in ambient air.

The instrument accommodates a single pre-weighed 47 mm sample filter disc in

an EPA- standardized cassette which is manually exchanged by the operator

prior to each sample period. The instrument runs a sample period based on a

- 3 -

preprogrammed start time and sample duration. A vacuum pump controlled to

16.7 liters-per-minute draws ambient air through a series of standardized inlets

and through the filter, where the airborne particulate matter is deposited. The

dirty filter is collected after the sample period and sent back to a lab to be

equilibrated and reweighed per the standardized EPA gravimetric procedures. The

resulting clean and dirty mass values for the filter are then correlated to the

volume of air sampled to determine the concentration of particulate in

micrograms-per-cubic-meter (µg/m3)

The E-FRM can easily be configured for reference method PM2.5 sampling using

the standardized BGI VSCC™ very-sharp-cut cyclone or the classic WINS Impactor.

Alternately, other sharp-cut cyclones can be installed for non-designated or

indicative PM2.5 or PM1 sampling. The internal cyclone can be omitted entirely

and a pass-through adapter can be installed in its place for low volume PM10

sampling.

1.4 Model E-FRM PM2.5 U.S. EPA Federal Equivalent Method

The Met One Instruments, Inc. Model E-FRM filter sampler is designed to meet

the specifications for a Federal Reference Method for PM2.5 sampling in

accordance with 40 CFR Part 50L by the United States Environmental Protection

Agency.

Designation Status: PENDING - NOT YET DESIGNATED

All of the following parameters and conditions must be observed when the E-FRM

is operated as an EPA PM FRM particulate sampler.

- 4 -

Non-Designated PM2.5 Configurations:

Some foreign countries do not require the full U.S. EPA FRM criteria for their

PM sampling networks. These samplers may be suppled with a model BX-807

PM2.5 Sharp-Cut Cyclone instead of the VSCC cyclone or WINS Impactor.

1.5 Reference Documents

The following documents provide additional or related information on the

regulations, methods, and standard operating procedures for reference method

samplers:

- 5 -

1.6 Model E-FRM Specifications

- 6 -

2 SETUP과 장소 선택

다음의 정보에 따라 E-FRM을 올바르게 조립, 배열, 배치하라. Sampler 설치는

환경 모니터링 장비에 친숙한 직원에 의해 실행되어야 한다. 과학 장비를 다룰

때 필요한 일반적 수준의 주의를 제외하고 사전에 특별히 주의 할 점은 없다.

다음 페이지의 설명과 diagram을 참고해라.

새 장비를 개봉했을 때, 내용물의 손상을 확인하라. 만약 배달된 물건이 손상 되었다면 즉시 운송 회사에 알려라. 포함된 부속품이 맞는지 확인한다. 만약 부속품이 빠졌다면 service@metone.com 이나 (541) 471-7111 기술 서비스 부서에 연락하라.

자세한 내용은 설명서 뒤의 부속품 장을 보라. 장비의 일반적인 구성은 다음과 같은 표준 부속품과 함께 구성 된다:

다음의 선택적인 부속품은 주문에 따라 포함되어 있을 수도 있도 없을 수도 있

다.

- 7 -

2.1 전기적인 서비스

E-FRM sampler의 표준 버전은 120V 또는 230V 진공펌프를 사용해 AC로 동력이

공급된다. 특별한 것을 제외하고 U.S.A. 타입 전력 코드는 모두 120V로 공급되고,

유럽의 Schuko 타입은 모두 230V로 공급 된다.

Sample 장소는 AC 전력과 비바람에 견디는 야외 전력 콘센트가 갖춰진 곳이 필

요하다.(The sampler is rated at ?.? amps max continuous with the pump

running)

펌프 작동 시 사용 전류가 높다. 장비는 earth-ground point 근처를 추천한다.

정전으로 인해서 샘플이 무효화 될 수 있는 특수한 상황이 있기 때문에 backup

uninterruptable power supply(UPS)를 갖춰야 한다. UPS는 전기 부하에 대해 평가

받아야만 하고 야외 application에 맞게 적절하게 구성되어야 한다. 전문 전기공사

도급자와 상담해라.

Remote battery나 태양력 application을 위한 DC powered version의 E-FRM

sampler를 소비자가 주문할 수 있다. 이 DC version은 펌프 수명이 짧고 다소 진

공능력이 낮은 진공 펌프를 교환해 줄 수 있는 진공펌프를 사용한다. 자세한 것

은 Met One과 연락해라.

2.2 Assembly와 Deployment 도구 설명

- 8 -

E-FRM sampler는 쉽게 설치하고 배치하게 설계되었다. 장비는 고정된 장소에서

영구적인 장기간 sampling 또는 휴대용 감사 sampling을 위해 사용할 수 있다.

1. Upper Filter Enclosure를 배치하라: 아래 왼쪽 사진과 같이 sampler는

운송 또는 보관 상태로 배달된다. 받침대에 저장상태로 있는 upper

enclosure를 고정하는 두 개의 wing screw를 제거하라. 아래 오른쪽 사

진과 같이 뒤집힌 upper enclosure 상단의 손잡이를 잡고 enclosure을

수직으로 회전시킨다. 배치된 위치에서 upper enclosure을 고정하기 위

해 받침대 앞에 있는 구멍에 두 wing screw를 재 설치해라.주의: 받침

대 없이 sampler를 배치할 계획이 아니면 upper enclosure와 받침대를

고정하는 pivot screw를 제거하거나 느슨하게 할 필요가 없다.

2. 펌프 박스 모듈 설치: 잘 보이게 하기 위하여 upper enclosure의 문을

연다. 받침대의 base에서 펌프 박스 모듈을 고정하는 2개의 wing nuts

를 제거한다. 아래 왼쪽 사진처럼 받침대 밖으로 펌프 박스를 들어올

리고 upper enclosure의 바닥의 rail에 밀어 넣는다. 펌프 박스가 안 들

어갈 때까지 밀어 넣는다. Upper enclosure의 바닥을 통해 펌프 박스

위에 wing screw를 설치한다. 이것은 외부에서의 진동으로 펌프 박스

가 움직이거나 또는 main enclosure의 내부가 허가 없이 이동되는 걸

막는 안전기능이다.

(이 기능은 Prototype 사진이 아님)

펌프 박스 바닥의 전원 코드, 펌프 박스 신호 코드와 vacuum tube를

풀어라. 아래 오른쪽 사진처럼 upper enclosure의 뒷면의 the mating

fitting에 vaccum tube를 알맞게 넣는다. Upper enclosure의 뒷면 아

래에 있는 커넥터에 펌프 박스 코드를 연결한다.

- 9 -

3. Inlets과 Temperature Sensor의 설치: Upper enclosure 측면의 ambient

temperature mounting hardware를 제거하고 아래와 같이 upper

enclosure의 센서를 고정한다. Inlet tube receiver의 위에 검은 플

라스틱 fitting을 느슨하게 하고 enclosure의 위에 수직으로 inlet tube를

설치한다. 튜브의 긴 끝은 내려간다. O-ring socket 안의 tube snaps를

주의하고 검은 플라스틱 fitting을 조인다. Inlet tube의 상단에 BX-802

PM10inlet을 설치해라. 참고: PM10inlet은 FRM sampler의 모든

configuration에 사용되고 PM2.5단계 이후 Sampler 안에 pre-separator

역할을 한다.

- 10 -

4. Cyclone과 Filter Holder을 구성: Enclosure의 문을 연다. Sampler는 주

로 아래에서 보는 것과 같이 VSCC PM2.5cyclone과 함께 있다. Cyclone은

Sampler의 천장에 있는 소켓 안에 들어가 있다. 위쪽의 filter holder는

cyclone의 바닥부분과 맞닿아 있다. 하얀색 filter cassette는 filter clamp

assembly와 upper filter holder 밑부분과 고정되어있다. Clamp assembly

는 기계가 작동하는 동안 clamp handle이 열려 떨어지는 걸 방지하기 위

해 handle의 왼쪽에 detent pin이 함께 설치된 채로 공급된다. Handle이

작동 되는 동안 열리게 하려면 pin을 제거해라. 이는 filter cassette에 접

근할 수 있게 한다.참고: 기본적인 VSCC cyclone 은 WINS Impactor, SCC

cyclone, or PM10 pass-through로 교환될 수 있다. 어떠한 경우든 Upper

filter holder는 사용되어야만 한다.

5. 받침대 고정: 장기간 설치를 할 때 FRM sampler 받침대는 바람에 의

한 넘어짐, 절도, 의도치 않은 이동을 방지하기 위해서 장착 면을 고정해

야 한다. 이건 sampler가 platform, 옥상, 혹은 다른 높은 공간에 있을 때

- 11 -

특히 중요하다. 아랫부분에 있는 구멍이 lag bolts 나 anchor bolts를 끼

우는데 사용될 수 있다.

2.3 PM2.5 또는 다른 Particulate Cut-Points 설정

사용자들에게 resulting concentration data가 정확한 PM classification로 확인된걸 보

장하기 위해서는 정확한 inlet hardware configuration을 이해하고 유지하는 것이 중

요하다. Sampler는 자동적으로 이것의 inlet cut-pint configuration을 확인할 수 없

다.

Inlet configuration 종류는 user interface 작동을 통해서 physical setup hardware에

맞추기 위해 선택될 수 있다. 이 설치는 데이터 파일의 품질 보증을 목적으로 나타

날 수 있다. Section x.x를 보아라.

모든 기본적인 configurations sampler는 주요 air inlet 시스템으로 기본적인

louvered PM10 (Met One BX-802)사이즈를 사용한다. 이 inlet은 작은 입자들이

sampler를 통과하는 동안 물, 찌꺼기, 10마이크로 사이즈 보다 큰 입자들을 분리한

다. PM2.5 sampling에서 PM10 inlet은 sampler 안에서 secondary cyclone 이나

impactor stage를 위해 particulate pre-separator 역할을 한다. PM10 sampling에서

particulate가 바로 filter을 통하도록 cyclone을 대신해서 pass-through adapter가 설

치된다.

Sampler는 작은 입자들이 sample filter을 통과하는 동안 2.5 마이크로 사이즈보다

큰 입자들을 분리해서 배출하고 담아두기 위해 PM2.5 sampling 내부의 VSCC™

Very-Sharp-Cut Cyclone (Met One BX-808)가 사용 된다. Simper maintenance

requirements와 함께 이 cycloned의 particle performance는 classis WINS Impactoer

와 함께 긴밀하게 결합한다. 모든 VSCC™ clyclones는 BGI에 포함된 EPA에서 지정

한 상태의 cyclone으로 제조 된다. 상세정보를 위해서는 www.bgiusa.com을 보

면 된다.

40 CFR Part 50L를 위해 만들어진 전형적인 WINS impactor는 지정된 PM2.5

sampling cyclone 이전의 것이다. 그리고 고객의 요구에 따라 Met One BX-802로 사

용 가능하다. 이것은 sampler 안에 있는 cyclone과 같은 위치에 들어맞는다.

Cyclone position은 보편적이지 않으며 비용이 저렴한 시스템을 요구하는

PM2.5sampling applications보다 예전 모델인 SCC Sharp-Cut-Cyclone (Met One

BX-807)과 함께 쓸 수 있고

EPA designation은 결과 데이터를 필요로 하지 않는다. SCC cyclone은 VSCC™

cyclone에 비하여 매우 단순하지만 PM2.5의 Federal Regerence Methond로 지정되지

않았다.

Cyclone position 또한 PM1 sampling(Met One BX-811)으로 SCC Sharp-Cut-Cyclone

- 12 -

버전을 수용할 수 있다. 이것은 1마이크로보다 큰 사이즈 입자를 분리한다. 이 방법

은 보편적인 방법이 아닌데 그 이유는 sampling이 EPA에 의하여 확실하게 규제되

거나 지정된 것이 아니기 때문이다.

PM10 Pass-Through Adapter 설치:

위의 설명에 따라 cyclone 대신에 PM10 pass-throughadapter를 장착한다. 이 adapter

는 다른 입자들을 제거하지 않고 sampler air가 PM10 inlet filter 아래를 바로 흐르도

록 해준다.

2.4 장소 선택과 Inlet 위치 선정 기준

Sampler의 적정한 장소를 선택하는 것은 정확한 측정을 위해서 중요하다. 수집된

데이터는 EPA PM10 이나 PM2.5 datareporting과 같이 규정이 있는 요구사항을 충족

시키기 위해 정확하게 다뤄져야 한다. FRM에 대한 위치선정과 Inlet positioning을

위한 설명서는 United States regulation 40 CFR, Part 58, Appendix D and E에서

찾을 수 있다. 또한 장소 기준에 대하여 상세하게 설명해 놓은 EPA guidance

documents 와 quality assurance documents가 있다. 어떠한 경우에서든 Code of

Federal Regulations 가 우선적으로 채택된다. 장소 선정과 inlet position 기준은 각

나라마다 다를 것이다.

참고: Sampler는 flat rooftop, walk-in lab shelter 혹은 elevated platform과 같은 윗

부분에 위치해야 한다. 위치는 concrete pad의 지면높이 근처나 wooden platform에

위치 해야 한다. 어떠한 경우에도 높이가 있어야 하며 주기적으로 관찰하고 filter를

교체하는데 쉽게 접근 할 수 있어야 한다. 땅에 닿게 sampler를 세우는 것은 오염

물질, 벌레, 식물이 침범 할 수도 있기 때문에 추천하지 않는다.

- 13 -

Inlet Height Criteria:

■ Sampler의 전체 inlet 높이는 “breathing zone” 에 위치해야 하는데, 지역

규모 사이트로는 지면에서 2~15미터에 해당한다. Middle scale이나 micro scale

sites는 전체 inlet height가 2~7미터를 필요로 한다.

■ 만약 unit이 지면 높이에 설치되면 inlet의 높이는 적어도 땅에서 2미터 위

에 설치되어야 한다. Sampler stand와 enclosure는 주어진 지면의 단위가 어떻

든 inlet 2미터 위에 설치되도록 고안되었다.

■ 만약 unit이 빌딩의 지붕에 위치해 있다면, inlet의 높이는 빌딩 지붕의 지면

보다 2미터 이상 높아서는 안 된다. 전체 높이는 지면높이에서 15미터 이상이

면 안 된다.

■ Sampler가 BAM units, sampler 혹은 monitor와 같이 다른 particulate

instruments와 조합을 이루고 있다면 air inlets는 수직으로 1미터 사이의 같은

높이에 위치해야 한다.

■ Sampler inlet이 빌딩의 가장 높은 금속 포인트라면, 심한 뇌우에 sampler가

파괴되는 걸 방지하기 위해 피뢰침을 설치해야 한다.

Inlet Spacing and Clearance Criteria:

■ Sampler가 BAM units, 다른 sampler 혹은 monitor와 같은 다른 장비와 조

합되어 있다면 inlets는 각각 1~4미터 정도 떨어져 있어야 한다. 가능하다면 2

미터 공간이 필요하다.

■ PM10 high-volume sampler 근처에 설치되어 있다면, sampler의 inlet과

Hi-Vol 사이는 3미터 정도 떨어져야 한다.

■ Sampler inlet는 airflow에 영향을 줄 수 있는 특징을 가진 벽, parapets, 지

붕의 구조와 같은 것들이 모든 방향으로 2미터 내에는 없는 곳에 있어야 한다.

■ 빌딩과 같이 주요한 방해물이 옆에 위치해 있다면 빌딩과 inlet 사이의 거

리는 빌딩의 높이 두 배와 동일해야 한다.

■ 적어도 sampler inlet 주위에 완벽하게 airflow에 제한을 받지 않는 180도의

원호가 있어야 한다. 특정 계절의 주된 바람의 방향은 180도 원호에 포함되어

야 한다.

■ Sampler inlet 는 나무의 drip line에서 적어도 10미터 밖에 위치해야 한다.

인공적인 미립자 요소:

집중 측정에서 실수를 피하기 위해서, inlet은 지붕의 송풍기나 환기구 같은 인공적

인 입자 요소로부터 가능한 멀리 떨어져서 위치해야 한다. 심지어 정화된 공기요소

조차 sampler inlet을 가로질러서 불어서는 안 된다.

- 14 -

도로부터의 간격:

Micro scale의 연구나 목적이 있는 길가 근처의 연구를 제외하고는 자동차와 같이

집중 측정에 지배적인 배출원인 고속도로나 포장도로 바로 옆에 sampler가 위치해

서는 안 된다. 입자 모니터상 도로 간격의 규정은 복잡할 수 있다. 40 CFR Part 58

- Appendix E, section 6.3 (July 2009)를 보아라.

■ 일반적인 지역규모 모니터링에서 sampler는 하루에 차가 1000대 다니는 도

로에서 적어도 10미터 떨어져 있어야 하고, 하루에 차가 20000대 다니는 도로

에서는 적어도 30미터 떨어져 있어야 하고, 하루에 차가 70000대 다니는 도로

에서는 적어도 100미터 떨어져 있어야 하고, 하루에 차가 110000대 보다 많이

다니는 도로에서는 적어도 250미터 떨어져 있어야만 한다.

■ Unit은 일시적으로 부유하는 비산 먼지와 같은 인공적인 물질들을 만들어

낼 수 있는 비포장 도로에서 멀리 떨어져서 위치해야만 한다.

■ Unit은 일년 내내 초원인 곳이 아니고는 비산먼지가 다시 영향을 끼치는걸

피하기 위해서 비포장 지역에 설치되어서는 안 된다.

- 15 -

3 SAMPLE EVENTS와 SAMPLER OPERATION 설정

이 장은 E-FRM sampler user interface의 Event 와 Setup 메뉴를 사용해 작동

기간을 설정하고 실행하는 과정을 설명한다.

3.1 메인 메뉴, Key pad 사용, Display

E-FRM에 전원이 들어올 때 제일 첫 단계의 메뉴가 아래 그림처럼 LCD화면에 나올

것이다. 이 메뉴는 sampler의 모든 기능에서의 시작점이다.

The E-FRM sampler User Interface and Keypad

Soft Keys: 화면 아래에는 4개의 “soft- keys”가 존재 한다. 이 button의 역할은

화면의 아래에 나열된 button들 위에 보여지는 menu 옵션에 의하여 바뀐다.

Arrows: 4개의 방향키들은 상하좌우로 스크롤 하는데 사용되며, 커서를 이동하여 편

집 가능한 곳을 선택하는데도 사용한다. 또한 화면 내의 선택된 parameter 값을 증

가 또는 감소시키기 위해서도 사용된다.

Contrast Button: 태양모양의 버튼은 LCD의 contrast를 조절하는 것이다. 원하는 명

암이 달성될 때까지 버튼을 누르고 있는다. 참고: 명암을 사용해 화면 전체가 blank

- 16 -

로 unit이 꺼져있지 않음에도 불구 하고, unit이 꺼져있게 보이도록 할 수 있다.

F1 to F6: F1에서 F6 버튼의 기능은 display에서 보여주는 항목을 선택하는데 사용

된다.

3.2 Event Manager를 이용한 새로운 Sample Event 설정

아래 그림과 같은 메뉴 화면에 들어가려면 메인 화면에서 “Set up” 소프트 키를

누른다.

F1을 눌러 Event Manager를 선택한다. Event Manager에 설정이 되어있지 않다면,

아래 그림과 같이 event parameters가 없는 상태로 나타날 것이다.

새로운 sample event 설정을 위해 “Add” 소프트 키를 눌러라.

"Event Start" parameter는 다음날까지를 기본값으로 한다. 날짜, 시간을 정하기 위

해서는 ■■ 방향키를 이용하고, ▼▲ 방향키를 이용하여 원하는 값을 입력 한다.

예를 들어, 사용자가 daily sample의 filter를 8시에서 9시 사이에 바꾸는 것으로 측

- 17 -

정을 하고 싶어하면, Event Start 값을 내일(4월 10일) 9시로 바꾸면 된다.

"Event Length" parameter는 “Event Default"메뉴에 지정된 값을 기본으로 하고,

항상 값은 23 혹은 24시간이다. ■■ 로 필드를 정하고, ▼▲ 로 값을 수정할 필요

있을 시 수정한다. 예를 들어, 사용자가 daily sample로 돌리고 싶으면, Event

length는 다음 sample이 시작되기 전에 1시간 filter 가는 시간을 위해 23시간으로

설정된다.

만일 사용자가 sample을 3일에 1번, 혹은 6일에 1번꼴로 돌리고 싶어하면, sample을

모으고 filter를 바꾸는데 시간이 충분하므로 그는 Event Start를 자정으로 맞추고,

Event length를 24시간으로 맞출 것이다.

PM2.5 VSCC Internal PM2.5 Very-Sharp-Cut Cyclone installed (most common)

PM2.5 SCC Internal PM2.5 Sharp-Cut Cyclone installed (uncommon)

PM2.5 WINS Internal PM2.5 WINS Impactor installed.

PM10 Internal pass-through adapter installed, no cyclone or impactor used.

PM1 SCC Internal PM1 Sharp-Cut Cyclone installed. (uncommon)

TSP Standard PM10 inlet replaced with TSP inlet. Internal pass-through adapter installed, no cyclone or impactor. (uncommon)

“Cassette ID" parameter는 sample filter의 특정한 실험실 인증번호인데, 이 번호는

데이터가 품질 보증을 목적으로 특정 filter에 상관 될 수 있도록 sample의 데이터

파일에 나타난다. 이 값은 보통 clean Filter의 무게를 전에 측정한 실험실에 할당된

다. 이 값은 0001에서 9999사이의 어떠한 수로도 입력이 가능하다. ■■로 필드를

정하고, ▼▲ 로 값을 수정할 필요가 있을 시 수정한다."PM Type" parameter은 품

질 보장을 목적으로 sampler의 물리적 inlet 구성을 식별하기 위해 사용한다. 이 값

이 실제로 물리적 inlet 구성에 알맞도록 맞춰지는 것은 사용자에게 달려있다. 2.3장

을 보면, 일단 한번 값이 설정되면, 이 값은 거의 변하지 않는다. Parameter은 아래

표를 보고 설정 할 수 있다:

Event Parameter에 원하는 모든 값들이 입력된 후에는 화면 하단에 존재하는

"Add" 버튼을 누른다. 메뉴는 Event Manager 화면으로 바뀔 것이고, 새로운

event는 아래와 같이 리스트화 될 것이다. Event는 화면 하단의 소프트 키를

이용해서 수정되거나 삭제될 수 있다. 4개까지 event를 프로그램화 시킬 수 있다.

- 18 -

3.3 Length와 PM Type의 Event Defaults 설정

Setup 메뉴에서 F2를 누르면 아래와 같은 Event Defaults menu에 들어가진다.

"Event Length" parameter는 새로운 이벤트의 기본 sample 시간이며, 3.2장처럼 새

로운 event가 생성 되었을 때마다 나타날 것이다. 하지만, 기본값이 어떤 수이든 상

관없이 event setup screen에서 쉽게 편집 할 수 있다. 기본값은 00:00부터 25:00까

지 어떤 값으로든 설정될 수 있으나 하루 단위 sampling에서는 23시까지 설정하고

3일이나 6일에 한번씩 sampling 할 때는 24시까지 설정한다.

“PM Type” parameter는 위 3.2장에서 설명 한 바와 같이 inlet 구성의 기본값이

다. 초기 설립을 했을 시, 이 parameter는 거의 변하지 않는다. 이 값은 어떠한 기

본값으로 설정됐음에도 불구 하고 event setup 화면에서 쉽게 편집할 수 있다.

Save 소프트 키를 눌러 값을 저장한다.

3.4 시간설정

Setup menu에서, 아래와 같이 생긴 "Clock"화면에 들어가려면 F3 버튼을 누른다.

- 19 -

현재 시간은 화면의 오른쪽 위에 나타난다. 올바른 시간과 날짜는 화면의 왼쪽에

입력 될 수 있다. ■■방향키를 이용하여 원하는 필드를 선택하고 ▼▲방향키로 값

을 바꾸면 된다. Set 소프트 키로 변화된 값이 적용되게 하고 시간을 설정한다.

대부분의 경우 sampler의 시각은 적어도 달 별로 확인되어야 하고, sample events의

정확도는 실제 시간과 1분 이내가 되게 유지되어야 한다.

3.5 Unit ID 설정

Setup Menu에서 F4버튼을 눌러 "Unit ID/Backlight"화면에 들어간다.

“Unit ID"값은 sampler 혹은 sample 장소의 교유 식별 번호를 설정하기 위해 사용

된다. 이 값은 특정 사이트나 sampler에 데이터를 상호 연관시키기 위해 데이터 파

일로 나타난다. 이 값은 sampler 일련 번호의 마지막 4자리나 다른 적절한 번호로

설정된다. 이것은 filter를 인식하고 sample기간을 변경하는 Cassette ID와 혼동되지

않기 위해 사용한다.

“Backlight” 값은 장치가 켜져 있을 때마다 LCD 디스플레이의 발광 백라이트를

사용하거나 사용하지 않도록 설정하는 데 사용된다. 어두워진 후에 filter 변경이나

sampler 감지가 사용되지 않는 대부분의 응용 프로그램은 백라이트를 필요로 하지

않는다. 백라이트는 계속해서 사용되는 동안 몇 년간의 제한된 수명을 가지고 있다.

값을 편집하는 것이 완료되면 화살표 버튼을 사용하여 Save 버튼을 누른다.

3.6 메모리에서 Event 기록 및 데이터 파일 삭제

설정메뉴에서 “Clear Event History” 화면에 들어가기 위해 F5버튼을 누른다. 화

면에 주의 메시지를 표시될 것이다. 모든 데이터, 기록된 이벤트 및 현재 예정된 이

- 20 -

벤트를 지우기 위해서는 Clear 소프트 키를 누른다. 메모리를 삭제하지 않고 종료하

려면 Cancel 버튼을 누른다.

Warning: 메모리를 지우면 영구적으로 모든 sampler 데이터를 삭제하고 모든 예정

된 이벤트를 지우는 것임!

3.7 메모리에서 Event 기록 및 데이터 파일 삭제

설정메뉴에서 “Clear Event History” 화면에 들어가기 위해 F5버튼을 누른다. 화

면에 주의 메시지를 표시될 것이다. 모든 데이터, 기록된 이벤트 및 현재 예정된 이

벤트를 지우기 위해서는 Clear 소프트 키를 누른다. 메모리를 삭제하지 않고 종료하

려면 Cancel 버튼을 누른다.

Warning: 메모리를 지우면 영구적으로 모든 sampler 데이터를 삭제하고 모든 예정

된 이벤트를 지우는 것임!

3.8 현재와 이전의 Sample Events 보기

아래 그림과 같이 이벤트 뷰어의 메뉴에 들어가기 위해 메인 화면의 “Event” 소

프트 키를 누른다. 이 메뉴는 현재 sampling 이벤트 상태를 확인하고, 이전에 실행

된 sample의 세부사항을 검토하는데 사용된다.

아래 그림과 같이 “Current Event Status”화면에 들어가기 위해 F1버튼을 누른다.

- 21 -

위의 메인 화면은 현재 sample 시간과 일정을 보여준다. 화면의 아래에 있는 << ,

>> 소프트 키는 10가지 다른 화면에서 모든 사용 가능한 sampling 매개변수를 스크

롤 하는데 사용 할 수 있다. 이 때, 화면은 순환 방식으로 스크롤 한다. 가장 중요

한 것은 메인 화면에서 >> 소프트 키를 사용하여 처음으로 접근하는 것이다. 표시

된 매개 변수 화면은 다음과 같이 요약할 수 있다.

View Screen Parameters Shown

Main Status 메인 화면 보기, 이벤트 일정, 경과 시간, 남은 시간

Current 현재 주위, 기압, filter, 유량 그리고 펌프 상태 값.

5 Min Values주변공기의 5분 평균 온도, 기압, filter온도, 유량 그리고 펌프 상태

값.

volume Summary 현재 sampling 된 공기 부피.

CV Summary 현재 sample 기간에 대한 변동계수, 평균, 표준편차.

Min/Max Summary주위 온도의 최대 최소 값, 기압, 현재 sample 기간 중 filter 온도

와 time stamps.

Filter dT Summary최대 델타 온도(dT).현재 sample 기간 동안 주위 온도와 filter 온도

의 최대 차이.

Warnings dT는 5C를 초과했음을 나타내는 filter 델타 온도 경고.

Flow Warnings 현재 sample의 흐름 규제 오류 경고.

Power sampling 되는 동안 전원을 중단시키는 time stamp

현재 매개 변수 화면 (메인 현재 이벤트 상태 화면에서 >> 버튼을 한 번 누름)의 예

는 다음과 같다.

이벤트 메뉴에서 F2 “Previous Event Summary”는 마지막으로 완료된 sample의

- 22 -

값을 제외하고 위에서 설명한 F1 “Current Event Status”와 같은 형식으로 표시

된다.

이벤트 메뉴에서 F6 “Historical Event Summary” 같은 형식을 따르지만 이전 완

료 sample에서 매개변수를 볼 수 있다.

이벤트 메뉴에서 F4 “Event Manager” 옵션은 3.2장에 설명 된 대로 예정된

sampling 이벤트를 구성하거나 편집을 위해, 간단하게 설정에서 이벤트 관리자 화면

으로 가는 바로 가기이다.

4. 유량조절기 시스템 감사와 교정

4.1 유량 시스템 Diagram

견고한 구성 요소로 이루어진 E – FRM sampler 유량제어 시스템은 간단하고 효과

적이다. 유량 시스템의 적절한 동작은 중력 filter 분석에서 정확한 용적 농도 데이

터를 얻기 위해 중요하며 sampler는 EPA 기준 방법의 사양에 따라 분 당 16.67 리

터 (1.0 m3/hr) 의 실제 체적의 공기 흐름 속도로 작동하도록 설계되었다. PM10 입

구 및 PM2.5 사이클론 /impactors는 그들이 특정 크기 이상 또는 “cut-point” 입

자를 포집 하기 위해 입구로 흐르는 입자의 관성을 이용하도록 설계 되었기 때문이

다. 시스템 공기 흐름이 너무 높거나 너무 낮은 경우, 시스템에 맞지 않은 크기의

입자는 부적절하게 포함되거나 제외 될 수 있다. 정기 leak 검사 및 공기 유량 감사

는 sampler사양 내에서 흐름을 유지하고 있는지 확인 하기 위해 수행 해야 한다.

EPA에 지정된 유량 정확도의 범위는 평균 5분동안 16.7/min의 설계 값(0.83L /min)

의 ±5%이다. 그러나 E-FRM sampler는 ±2%의 정확도 (0.33 L/min)와 유량을 유지

하도록 설계 되었다.

FILTER ENCLOSURE

Sample Filter Cassette

Filter Temperature Sensor

Filter Pressure Port

Purge Volume

Leak Isolation Valve PUMP BOX

Debris Filter Flow controller

Bypass solenoid

- 23 -

Flow Sensor Vacuum Pump

E-FRM Sampler flow control system. Not to scale. Simplified for clarity.

4.2 시스템 Test를 이용한 간단한 온도, 압력, 유량 확인

시스템 테스트 화면은 주위 온도, 기압, filter 온도 및 흐름에 대한 현재 sampler 값

을 감사하는 거의 모든 시간에 신속하게 사용될 수 있다. 교정 메뉴에서 시스템 테

스트화면에 들어가기 위해 F1키를 누르면 아래 화면에 표시된 것과 같다.

주위 온도와 주위 압력 값은 현재의 주위 온도 및 대기압에서 sampler를 판독한다.

Filter 1 값은 주변온도가 5C 이내에 있는 filter 카세트 아래의 filter 온도 센서로부

터 전류가 출력된 값이다. Flow 1은 sampler의 현재 유량이다.

이 화면에서 “Leak test” 기능을 사용하면 안 된다. 4.4장을 참고한다.

- 24 -

4.3 Leak Check 와 유량 감사 간격

Filter sampler 유량 시스템 유지관리의 중요한 측면은 일상적인 leak 점검 및 온도,

압력 및 유량 감사에 있다. 통상적으로 이러한 측면을 검증하는 기관은 대부분 장

비로부터 고품질의 농도 데이터를 얻는다. 일반적으로 sampler 유량의 정확도는 주

기적으로 감사하며, 유량 바이어스는 적어도 매년 분기마다 평가하고 두 가지 수준

으로 구분된다.

“Audits”는 일반적으로 단일 지점(보통 주위 조건에서) 에서 sampler로부터 leak,

온도, 압력, 및 유량 값을 검사하고 이를 추적 가능한 표준장치에 비교하고, 조정

없이 간단하게 결과를 기록한다. 이러한 심사는 상당히 빠르기 때문에, 그것들은 대

개 월별과 같이 정기적으로 수행된다.

“Calibration”은 일반적으로 하나 또는 복수의 지점에서 추적 가능한 표준 장치

sampler 값을 비교하고, 필요에 따라 sampler 교정 조정 작업으로도 구성된다. 교정

은 감사 중에 발견한 문제의 결과로서 요구될 수 있고, 단순하게 분기 당 감사 같

은 표준 운영 절차로서 고정 간격으로 시행될 수 있다. 교정은 항상 문서화되어야

만 한다.

4.4 Leak Check 절차와 Leak 문제 해결

만약 공기 leak가 sampler에서 발견된다면, filter 홀더 카세트나 카세트 filter 자체

내의 경계에서 주로 발생한다.

Sampler는 정상 작동 중 자동으로 공기 leak을 감지 할 수 있는 방법이 없다. 치명

적인 leak가 지속되는 것을 허용하는 것은 농도 데이터가 무효화 되는 상황을 발생

시킬 수 있다.

FRM sampler system 외부의 leak을 확인하기 위해 다음 단계를 수행하시오:

1. Sampler inlet tube에서 PM10 inlet을 제거하시오. 이곳에 leak을 확인하기 위한

밸브를 장착하시오. 입구로 들어오는 공기를 막기 위해 밸브를 잠그시오.

2. 교정 메뉴로 들어가기 위해 메인 화면의 “Calibrate” 키를 누르시오. 아래 화면

과 같은 Leak Test 화면으로 들어가기 위해 F6을 누르시오.

- 25 -

3. Start 키를 누르시오. Sampler가 진공 펌프를 작동시킬 것이고, 주변 공기보다 약

80 mmHg 아래로 유량을 잡아당길 것이다. 펌프 입구의 solenoid는 테스트 중 펌프

를 통해 발생하는 backflow를 자동적으로 방지해준다.

4. 이 시스템은 진공을 정착할 수 있고, 현재의 유량과 절대압력 및 진공상태를 화

면에서 보여주는 동안 3.5분에 걸쳐 부분 진공을 볼 수 있다. 화면은 PASS/FAIL 메

시지를 보여주는데 이는 심각한 leak가 있다면 전체 테스트 기간을 기다릴 필요 없

이 작동자가 테스트를 일찍 마칠 수 있게 해준다.

5. 3.5분의 leak test 기간 후 기기는 테스트 기간 중 증가한 시스템 압력과 기존에

알고 있는 시스템 부피를 기반으로 최종 PASS/FAIL을 계산한다. 계산된 leak 율이

80 ml/min 이상이면, leak test는 실패하고 leak 흐름의 소스는 해결되어야 한다.

leak의 소스 구분하기:

메인 leak 검사가 실패하면, leak은 보통 플라스틱 filter 카세트에서 발생한다. 좋은

filter 카세트로 알려진 것을 사용하라. filter가 없는 카세트나 실리콘 혹은 에폭시로

반쪽을 접착한 특수 카세트는 leak을 분리하기 위한 좋은 도구이다. filter 카세트

다음으로 두 번째 가능성 있는 leak 포인트는 PM2.5 사이클론 아니면 사이클론 소

켓 안에 있는 마모되거나 깨진 o-링이다. 또한 filter 온도 센서가 제대로 장착되어

있는지 확인해야 한다.

수동 차단 밸브는 상부 enclosure의 뒷부분에 있는 퍼지 탱크의 측면에 설치된다.

Leak가

enclosure 상부나 펌프박스에 있는 경우 이를 분리하기 위해 정기적인 leak 검사를

실행하지만, 펌프가 꺼지자마자 이 밸브를 돌려야 한다. 이는 펌프박스의 leak 점검

은 제외할 것이다. Leak 테스트가 통과하면, 유량 제어기로써 펌프 박스 안의 어딘

가에 위치할 것이다. 만약 leak 테스트가 계속해서 실패하면, leak은 상부 enclosure

에 있는 것이다. 상부 enclosure의 테스트를 위한 압력센서와 sample 볼륨의 대다수

가 상부 enclosure에 있기 때문에 이 방법은 작동한다.

내부 filter 바이패스 leak 시험:

외부의 leak test를 모두 통과했더라도 40 CFR Part 50L에서 FRM 사양에 대해 이

차적으로 중요한 “내부 filter 바이패스 leak”는 filter 카세트 아래의 leak을 확인

하기 위해 수행되어야 한다. 이론적으로 외부의 leakage test가 통과하면 바이패스

leakage test는 실패가 불가능 해야 하지만, 외부 테스트가 실패하면 이는 leak의 소

스를 구분하기 위한 유용한 방법이다:

1. 표준 filter 디스크 대신 고무 막 디스크를 설치함으로써 바이패스 leakage

test 카세트를 구성한다. 이는 카세트의 두 쪽 사이에서 들어오는 공기 유입을 방지

하고, 또한 카세트 상기 임의의 지점에서 시스템으로 공기가 유입되는 것을 방지한

다..

2. Sampler에 특수 leak test 카세트를 설치하고 외부 leak test와 같은 방법으로

- 26 -

test를 한다. 주입 관에서 leak 밸브는 필요하지 않다.

3. 최종 바이패스 leak 율은 외부 테스트와 마찬가지로 80ml/min 이하여야만 한

다.

4.5 대기와 Filter 온도의 감사와 교정

Calibrate 메뉴에서, 온도 교정 화면으로 들어가기 위해 F3을 누른다.

왼쪽 상단 모서리에 본 화면을 사용하여 감사할 수 있는 두 개의 채널이 있다. 채

널 (0)는 외부 주변 공기 센서이다. 채널 (1)은 filter 카세트 아래에 위치한 filter 온

도 센서이다. 원하는 채널을 선택하기 위해▲▼ 키를 이용하면 된다.

“Sensor”값은 선택된 온도 센서의 출력이다. 단일 지점에서 주위 온도 센서를 감

사하기 위해서 sampler의 주위 온도 덮개 근처에 추적가능한 온도 표준 프로브를

배치한다. 프로브는 태양 복사에 의해 영향을 받지 않는 타입을 사용해야 한다.

Sampler 화면에 표시된 “Sensor”값과 프로브의 출력물을 비교한다. 위 두 개는

1.0 C 내에서 일치해야 한다. 결과를 기록한다.

필요한 경우에 각 센서는 두 지점에서 교정될 수 있다. 포인트 Pt1은 낮은 온도 지

점에서 사용되는 것이고, 포인트 Pt2는 주위 공기가 더울 때 높은 온도에서 사용되

는 것이다.

“Reference” 칼럼에서 추적 가능한 감사 장치로부터 나온 정확한 온도 값을 화살

표 키를 이용해 화면의 각 지점으로 입력할 수 있다. “Save” 칼럼은 Reference와

관련해 현재 입력된 교정 값을 보여준다.

“Save”에 입력한 저온 “Reference” 값을 저장하기 위해 F1버튼을 누른다.

“Save”에 입력한 고온 “Reference” 값을 저장하기 위해 F4버튼을 누른다. 두

값이 모두 입력되면, 교정을 시행하기 위해 “Calibrate” 키를 누른다. “Default”

버튼은 모든 교정을 지우고 공장 보정 값을 복원한다.

Filter 온도 센서를 감사 및 교정하기 위해, sample 라인에서 이를 제거하는 것이 필

요하다. Filter 센서가 설치될 때 이는 대기 및 filter 조건 사이의 차이를 측정하기

위해 특별히 있기 때문에 filter 센서는 주변 환경에 있음을 가정할 수 없다.

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4.6 기압 감사와 교정

Calivrate 메뉴에서 압력 교정 화면으로 들어가기 위해 F4를 누른다.

“Sensor" 값은 기압 센서의 출력물이다. 단일 지점에서 주변 기압 센서를 감사하기

위해 sampler 화면의 "Sensor" 값과 추적 가능한 기압 표준 프로브의 출력물을 비

교한다. 위 두 개는 10mmHg 이하에서 일치해야 한다. 결과를 기록한다.

필요한 경우에 각 센서는 두 개의 지점에서 교정될 수 있다. 포인트 Pt1은 저압 포

인트이고, 포인트 Pt2는 고압 포인트이다. “Reference” 칼럼에서 추적 간능한 감

사 장치로부터 나온 정확한 압력 값을 화살표 키를 이용해 화면의 각 지점으로 입

력할 수 있다. “Save” 칼럼은 Reference와 관련해 현재 입력된 교정 값을 보여준

다.

“Save"에 입력한 저압 ”Reference" 값을 저장하기 위해 F1버튼을 누른다.

“Save"에 입력한 고압 ”Reference" 값을 저장하기 위해 F4버튼을 누른다. 두 값

이 모두 입력되면, 교정을 시행하기 위해 “Calibrate" 키를 누른다. ”Default" 버

튼은 모든 교정을 지우고 공장 보정 값을 복원한다.

4.7 유량 감사와 교정

유량 검사 전 Sampler의 실제 체적 유량은 주위 조건에 따라 보정되기 때문에 대기

온도 및 압력 센서는 감사 또는 교정되어야 한다. 또한 유량검사 전 유량 시스템은

leak에 대해 평가되어야 한다. 유량검사 동안 Sampler 안에 filter 카세트가 제대로

설치되어 있는지 확인한다.

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1. Sampler의 PM10 inlet을 제거하고 유량 감사 Sampler를 inlet에 설치한다.

2. Calibrate 메뉴에서 F2키를 누르면 위의 그림과 같은 Sampler의 유량 교정 화면

이 나타난다. “Pump” 소프트 키를 눌러 펌프를 가동시킨다. “Sensor" 값은

Sampler의 유량이다.

3. 유량 값을 감사하기 위해 추적 가능한 유량센서의 셀제 유량과 Sampler 화면에

보이는 “Sensor"값을 비교한다. 두 값이 02.L/min 이내로 일치 해야 한다. 결과를

기록한다.

4. 유량 Sensor를 보정하기 위해 화살표 키를 사용하여 traceable audit장치의 정확

한 유량 값과 일치하는 “Ref” 값을 수정한다. “Calibrate” 소프트 키를 누른다.

Sensor 값과 Audit 장치의 값이 0.1L/min 이내로 일치하도록 변경해야 한다. 잘못되

었을 경우, 이전의 모든 교정을 취소하려면 “Default" 버튼을 눌러 초기 보정 값을

복원 한 후 다시 시도한다.

5 유지보수와 문제해결

이 장에서는 일상적인 유지 보수, 오류 및 경고를 확인하고, FRM에 문제가 발생하

면 진단테스트를 수행하는 방법에 대한 정보를 제공한다. TEST 메뉴 기능 또한 이

장에 설명되어 있다. 매뉴얼 미완성.

5.1 Met One 권장 유지 보수 표

다음 표는 정기적인 유지 보수, 현장 확인 및 서비스 작업에 대한 권장 간격을 보

여준다. 미완성.

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Maintenance Item Period

Leak check. Daily

Flow system check/audit. Monthly

Clean PM10 inlet particle trap. Monthly

Clean PM2.5 VSCC cyclone particle trap. (if used) Monthly

Clean PM2.5 WINS Impactor well, replace filter and oil. (If used)

Monthly

Check or set real-time clock. Monthly

Complete flow system calibration. Quarterly

Completely disassemble and clean PM10 inlet and PM2.5 cyclone.

Quarterly

Replace or clean pump mufflers. 6 months

Clean internal debris filter. 12 Months

Clean vertical inlet tube. 12 months

Rebuild vacuum pump. 24 months

5.2 Sampler 오류 및 경고 설명

다음 표는 특정 범위의 외부조건 결과, 시스템 오작동 또는 data flags의 결과로 발

생할 수 있는 에러 및 경보 코드를 설명한다. 이러한 경보의 대부분은 40CFR 파트

50L의 규정에 의해 정의된다. 경보는 Sampler의 LCD display 또는 sample event

data log 파일에 표시된다.

5.3 기본적인 문제와 원인/해결 표

다음 표는 일반적으로 발생하는 Sampler 문제 중 일부에 대한 정보와 문제를 확인

하고 해결하기 위한 몇 가지 단계가 포함되어 있다. Met One은 새로운 매뉴얼 작

성시 이 장에 포함될 새로운 항목에 대한 고객의 제안을 환영한다.

해결 방법을 다음 표에서 찾을 수 없는 경우, 문제를 해결하는데 도움을 줄 Met

One 전문서비스 기술자에게 문의한다.

Problem: The Sampler won’t start a measurement cycle.

Cause/Solution:

The unit is programmed not to start a sample cycle until the beginning of

a scheduled sample event. Make sure the sampler clock is set correctly.

Check the event schedules in the Setup and Event menus.

The unit will usually display an error if it cannot start a new sample cycle.

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Problem: The airflow rate is too low and won’t adjust up to 16.7 L/min.

Cause/Solution:

The pump mufflers may clog up after several months.

The vacuum pump may need to be rebuilt after about 2 years.

Checking a high 18.4 L/min flow point during the regular flow audits is

a good way to verify the pump capacity.

Check the inlet and PM heads for obstructions.

Problem: The airflow is stuck at a particular rate, and will not change.

Cause/Solution:

The flow controller unit can become stuck if debris enters the rotary valve.

The valve can be disassembled and cleaned. Contact the Service dept.

Perform the multi-point flow audit in the Calibrate menu. The unit should try to regulate to these flow values. If the flow does not change, the flow controller may not be working.

Unplug the pump power while performing a flow check. With the pump off, you should be able to clearly hear the flow controller pulse at 1-second intervals as it rotates and attempts to regulate the flow. If not, the flow controller is not working or the circuit board output is not working.

If the flow regulates lower, but not higher than 16.7 lpm, the pump is probably worn out, or there is a leak.