반도체 산업 취급 화학물질 중 공정시험법 부재 물질 12종의 GC-MS 분석법 개발 및 검증

국문 초록 (Abstract)

반도체 제조업에서는 기술의 고도화로 다양한 신규 화학물질이 지속적으로 도입되고 있으나, 실제 작업환경에서 측정·분석되는 물질은 제한적이다. 이러한 한계로 인해, 작업환경 내 근로자의 건강을 보호하기 위해 가능한 많은 물질의 정기적인 측정과 신뢰성 있는 관리 및 분석기술 개발이 요구된다. 본 연구는 이러한 배경에서 반도체 제조업에서 사용되는 화학물질 중 측정 및 분석법이 미확립된 12종을 대상으로 GC-MS(Gas chromatography-mass spectrometry) 기반 측정·분석 기술을 개발하여 작업환경 개선의 과학적 근거를 마련하고자 하였다.
분석대상물질 12종에 대하여 GC-MS 기반 최적 분석 조건을 정립하고, 공기 중 시료의 효율적인 포집 및 분석을 위해 세가지 용매(아세토니트릴, 이황화탄소, 디클로로메탄)와 흡착관 3종(실리카겔, 활성탄, OVS)에 대하여 비교 및 평가하였다. 각 물질은 0.1~20 mg/L 농도 범위로 검량선을 작성하였으며, 저농도(0.5 mg/L), 중간농도(2 mg/L), 고농도(10 mg/L)의 세 가지 농도 수준에서 3일간 반복측정(n=7)을 통해 정확도와 정밀도를 산출하였다. 또한, 표준물질 기화장치를 사용하여 기화된 표준물질을 Gas Sampling Bag에 포집함으로써 실제 현장과 동일한 시료 채취 환경을 구현하였고, 이를 바탕으로 분석법의 신뢰성과 재현성을 검증하였다.
용매 비교 결과, 아세토니트릴의 검출한계는 0.04~0.42 mg/L 수준으로 비교적 낮았으며, 회수율 또한 84.15~121.33% 범위로 우수하였고, 변이계수(CV) 역시 대부분 10% 이하로 안정적으로 나타났다. 흡착관의 경우, 실리카겔이 모든 농도 구간에서 81.54~105.36%의 회수율과 5% 이하의 낮은 변이계수로 가장 적합하였다. 분석법의 유효성 검증 결과, 결정계수(r2) 0.995 이상으로 높은 직선성을 보였으며, 검출한계 0.02~0.10 mg/L 범위, 정량한계 0.13~0.90 mg/L 범위로 확인되었다. 또한, 정확도 및 정밀도는 89.62~103.06%, 0.44~5.86%로 안정적인 결과를 보였다.
본 연구에서 확립한 GC-MS 기반 측정 및 분석법은 향후 실제 반도체 제조업 현장에서의 적용성을 검증함으로써, 근로자들의 화학물질 노출 저감 및 작업환경 개선을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대하는 바이다.

목차 (Table of Contents)

• 국문요지 = 4
• 차례 = 6
• 표차례 = 9
• 그림차례 = 10
• Ⅰ. 서론 = 11
• 1.1 반도체 제조업의 개요 = 11
• 1.2 반도체 제조업 사용 화학물질 = 15
• 1.3 반도체 제조업 사용 화학물질의 국내·외 관리 및 규제 = 17
• 1.4 연구의 목적 = 19
• Ⅱ. 재료 및 방법 = 20
• 2.1 연구 대상물질 = 20
• 2.2 시약 및 장비 = 26
• 2.3 표준 용액의 제조 = 28
• 2.4 용매 선정 = 29
• 2.5 GC-MS 분석 조건 확립 = 31
• 2.5.1 Column 비교 = 31
• 2.5.2 기기 조건 = 31
• 2.6 포집 방법 최적화 = 31
• 2.7 탈착 효율 평가 = 33
• 2.8 분석법 유효성 평가 = 34
• 2.8.1 검출한계 및 정량한계 확인 = 35
• 2.8.2 정확도 확인 = 36
• 2.8.3 정밀도 확인 = 36
• 2.8.4 저장 온도와 기간 비교 = 37
• 2.8.5 파과(Breakthrough) 여부 확인 = 38
• Ⅲ. 연구 결과 및 고찰 = 39
• 3.1 용매 선정 = 39
• 3.1.1 용매별 용해도 비교 결과 = 39
• 3.2 기기분석 조건 확립 = 47
• 3.2.1 Column 비교 결과 = 47
• 3.2.2 기기분석 조건 확립 = 49
• 3.3 작업환경측정법 확립 = 52
• 3.3.1 포집 매체별 비교 결과 = 52
• 3.3.2 용매의 탈착 효율 실험 결과 = 57
• 3.4 유효성 검증 = 59
• 3.4.1 크로마토그램 = 59
• 3.4.2 검량선 = 59
• 3.4.3 검출한계 및 정량한계 = 63
• 3.4.4 정확도 및 정밀도 = 64
• 3.4.5 저장온도 및 기간 비교 결과 = 67
• 3.4.6 파과(Breakthrough) 실험 결과 = 69
• 3.5 고찰 = 71
• Ⅳ. 결론 = 76
• 참고문헌 = 78
• ABSTRACT = 84