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3-2. 물 시료의 채취 및 처리
여기서 물 시료(water sample)이라 함은 하천수, 지하수, 호수, 강수 등과 같은
자연수는 물론이고, 생활 하수, 공장 폐수, 그리고 쓰레기 침출수와 같은 오염된 물을 포함하는
모든 수용액 형태의 시료를 묶어서 가리키는 것이다. 엄밀히 말해서 이들 시료는 물이 아니라
수용액(water solution)이지만, 흔히 부르는대로 그냥 물 시료라 부르기로 하자.
물 시료의 가장 큰 특징은 무엇보다 그 가변성에 있다고 할 수 있다. 즉, 시료의
상태가 주변 여건에 따라 매우 민감하게 변한다는 것이다. 따라서, 물 시료를 채취할 때는
시료의 변화를 최소화하고 원래 상태를 유지시키는데 많은 노력을 기울여야 한다.
3-2-1. 물 시료 채취시 고려하여야 할 사항
물 시료 채취할 때 일반적으로 고려할 사항을 간략하게 정리하면 아래와 같다:
- 물의 종류: 지표수, 지하수, 강수 등 물의 종류에 따라 채취 방법 및 처리가
다를 수 있다.
- 야외 측정 항목(field measurement parameters): 물의 가변성 때문에 현장에서
측정하여야만 하는 항목들이 반드시
있다. 어떠한 것을 현장에서 측정할지 정하고, 시료 채취할 때 필요한 장비들을 준비하자.
- 시료 처리(pretreatment)의 종류: 물의 가변성에 대해서 이미 설명하였다. 시료의
특성 중 일부를 시료 채취할 때와 같이(또는 비슷하게) 유지시키기 위하여 여러가지 처리를
하는데(이 부분은 다음 부분에서 좀 더 자세히 다루자), 이러한 처리를 위하여 어떠한 기구
및 시약들이 필요한지 미리 정하고 준비하여야 한다.
- 지역 및 수리 지질(regional & hydrological geology): 물의 특성은 여러 가지 요인에
의해서 결정되지만, 가장 기본적으로는 배수 조건의 지질 조건에 따라 정해진다. 따라서 배수
분지의 지질 조건에 따라 특성이 서로 다른 물시료를 채취할 수 있도록 시료 채취 계획이
마련되어야 한다. 배수 분지의 수리적인 특징 또한 적절히 고려하여, 시료를 채취하자.
- 시간에 따른 변화(temporal variation): 물의 특성은 반드시 시간이 지남에 따라 변하기
마련이다. 목적에 따라 시간별, 일별, 월별, 계절별, 그리고 연도별 물의 특징을 대표할 수
있도록 시료 채취하는 방법에 대해 고민하여야 한다.
- 공간적 변화(spatial varation): 물은 서로 잘 섞이지만, 자연계에서 많은 경우 완전히
섞이는 경우는 매우 드물다. 따라서, 물의 특징이 위치에 따라 깊이에 따라 충분히 서로 다를
수 있으므로, 이를 충분히 고려한 시료 채취가 필요하다.
3-2-1. 물 시료 채취 방법(기구)
"물은 그냥 뜨면 되지, 무슨 특별한 채취 방법이 있을까?" 그럴 수도 있겠다. 하지만,
접근하기 어려운 경우, 특정 부분의 채취가 필요한 경우, 그리고 정기적인 채취가 필요한 경우 때문에
대부분 채취 기구가 필요하게 된다.
아래 그림은 물 시료를 채취할 때 사용되는 채취 기구들을 모은 것이다. 각각의
기구가 어떻게 사용되는지 각자 알아보도록 하자.
국자(scoop) |
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grab sampler |
 
bailer |
kemmerer |
bomb |
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submersible pump |
3-2-3. 물 시료의 처리
앞서 밝힌 바와 같이, 물 시료는 매우 쉽게 변하기 때문에 분석할 때까지
채취 당시의 상태로 유지하는 것이 매우 중요하다. 하지만, 현실적으로 시료의
상태를 모든 점에 있어서 원래대로 유지하는 것은 사실상 불가능하며, 몇 가지
처리 방법을 통해서 시료 특성 분석 대상이 되는 중 일부분을 변하지 않도록 유지시키는
것이 최선이다. 다음은 물 시료에 대해 흔히 사용하는 처리 방법 중 몇 개의 예를
든 것으로 이외에도 특수 분석 목적에 따라 다양한 처리 방법이 있을 수 있음을
유념하자.
3-2-3-1. 여과(filtration)
여과는 시료 내 부유물을 제거함으로써, 부유물에 의한 용존 성분의
흡착 및 부유물 자체의 용해와 같은 반응에 의해 물 시료의 성분 변화를 방지하는데
그 목적이 있다. 여과를 위해 흔히 사용하는 여과막(filter membrane)은 공극 크기가
0.45, 0.2, 및 0.1 μm인 것을 가장 많이 사용한다. 예전에는 보통 0.45μm
공극의 여과막을 사용했는데, 이 여과막은 여과가 빠를 뿐만 아니라, 왠만한 크기의
부유물들을 효과적으로 제거 할 수 있었기 때문이다. 이에 반해, 매우 적은 양의 성분을
정확하게 검출하기 위해서는 약간의 부유물도 커다란 방해 요인이 될 수 있으므로 좀 더
치밀한 공극의 여과막을 사용하여야 한다. 희귀 원소의 분석과 같이 미량 성분의
검출을 위해 주로 사용하던 여과막은 0.1 μm 크기의 공극을 갖는 여과막이었다.
하지만 이 여과막은 부유물을 좀 더 완벽히 걸러내는 대신, 부유물이 양이 조금만 많아도
여과가 너무 오래 걸리는 단점이 있다. 요즘은 0.2μm 공극 크기의 여과막을 가장
많이 사용하는 추세다. 이 여과막을 사용할 경우, 부유물 제거 효과가 우수할 뿐만 아니라,
여과 속도도 만족할 만큼 빠르기 때문이다.
여과막의 공극 크기는 분석 목적과 시료의 특성에 따라 적절히 선택하는 것이 좋다.
보통 0.2μm 공극 크기의 여과막을 사용하지만, 만일 부유물이 별로 없고 미량원소
분석이 정확해야 할 필요가 있으면, 0.1 μm 공극 크기의 여과막을 사용하는 것을 추천한다.
그러나 미량 성분 분석이 중요하다 해도, 여과 시간이 너무 오래 걸려서 여과 도중
시료의 변화가 우려된다면, 차라리 0.45 μm 공극 크기의 여과막을 과감히 선택하는 것이
더 좋은 판단일 수도 있다.
물 시료의 자연적으로 (중력을 이용하여서는) 여과가 불가능하다. 위에 언급한
여과막 중 공극 크기가 가장 큰 것도 자연 여과되기에는 너무 치밀하기 때문이다. 따라서
물 시료의 여과는 진공 펌프와 이에 맞는 적절한 여과기를 이용하여 강제 여과하게 된다. 아래
그림은 물 여과에 흔히 사용되는 여과기와 수동 진공 펌프의 모습이다.
여과기 |
수동 진공 펌프 |
3-2-3-2. 산처리(acidification)
산처리는 물 시료에 약간의 산을 첨가해 pH를 낮춤으로써 (보통 2이하,
1 근처) 용존 금속(양이온) 성분들이 침전 또는 흡착됨으로써 함량이 변하는 것을 막기
위해 하는 것이다. 보통 산처리를 위해 사용하는 것은 진한 질산인데, 분석 목적에 따라
때로 염산이나 황산을 넣기도 한다. 첨가하는 산의 양은 강원대 지구화학 실험실의 경우
1 L 당 1 mL 정도이다.
3-2-3-3. 살균(sterilization)
때로 물 시료 내 미생물의 존재가 분석 대상의 함량을 민감하게 변화시킬
경우가 있다. 예를 들면 용존 유기탄소의 양이라던지, 용존 이산화탄소 및 산소의 양 등이
여기에 해당된다. 이런 경우, 살균제를 첨가하여 미생물의 영향을 제거하기도 한다. 분석
목적에 따라 다양한 살균제를 첨가할 수 있으나, 대부분의 살균제가 유독성 물질이고 시료의
정확한 분석을 방해하는 경우가 많아 살균제의 첨가 대신 냉장 보관을 통해 미생물의 활동을
최소화하는 것으로 대신하는 경우가 많다.
3-2-3-4. 냉장(refrigeration)
시료의 온도를 낮게 유지하면 미생물들의 활동력이 크게 떨어져서 용존 성분들의
함량에 미치는 미생물들의 영향이 미미하게 된다. 물시료의 냉장 보관은 보통 사용하는
가정용 냉장고를 이용해도 좋으나, 반드시 내부 온도를 점검하고 냉장고 안의 온도가 고루 고루
일정한지 확인하여야 한다.
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