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문제 정의
- 8~ 1999. 10월 동안 배출되는 자연적 VOCs (테르펜)의 배출물질 구성성분 및 구성비를 비교하고 기상인자 변화에 따른 배출 특성을 알아보고자 한다.
- 분석 방법으로 조사하여야 한다. 본 연구에서는 VOCs의 자연적 배출원에 대하여 테르펜류를 중심으로 문헌 조사를 통하여 배출량이 많은 것으로 알려진 침엽수 중의 소나무 (pinus densiflora, 학명 )와 잣나무 (pinus koraiensis, 학명)를 대상으로 조사하였다. 이들 나무는 지역에 따른 약간의 편차는 있지만 우리 나라 전역에 걸쳐 가장 많이 분포하는 종류이므로 대상 나무로 선정하였다.
제안 방법
- 많은 자연적 VOCs 물질 중에서 문헌 고찰에 따라 배출되는 양이 충분하고 일반적인 측정 방법으로 측정가능한 물질로 테르펜류 중의 ctpinene, g-pinene를 중점적으로 고찰하였으며. camphene, limonene의 물질은 두 침엽수의 배출 특성 차이를 비교하기 위해 선택하여 측정하였다(Isidorov et al., 1985).
- 그림에서 볼 수 있듯이 chambei■는 직육면체 (20x20x50cm)로 설계되었으며 아래 면은 나뭇가지를 넣을 수 있도록 아크릴판을 절반씩 나누어서 접착하였으며 직경 0.5cm 정도의 구멍 2개를 뚫어 sampling port와 vent port로 사용하였고 윗면은 teflon bag을 크기에 맞게 절단하여 접 착하고 구멍 1개룔 뚫어 zero air를 공급하는데 사용하였다. 옆면은 lx 50 cm 의 아크릴로 프레임을 만들고 teflon bag을 이용하여 아크릴 안쪽으로 코팅하여 제작하였다.
- 또한 zero air를 공급하기 위하여 pump 또는 com- pressor를 사용하여 공기를 흡입하고, 일반 대기 중의 수분제 거를 위한 silicagel 代叩과 휘발성물질 등 기타 대기오염물질 제거를 위한 charcoal trap을 통과한 후 유량의 변동을 줄이고 일정 유량을 지속적으로 공급해주기 위하여 regulato「와 flow meter를 통과시켜 chambei내부로 흘러가도록 하였다.
- 이들 나무는 지역에 따른 약간의 편차는 있지만 우리 나라 전역에 걸쳐 가장 많이 분포하는 종류이므로 대상 나무로 선정하였다. 많은 자연적 VOCs 물질 중에서 문헌 고찰에 따라 배출되는 양이 충분하고 일반적인 측정 방법으로 측정가능한 물질로 테르펜류 중의 ctpinene, g-pinene를 중점적으로 고찰하였으며. camphene, limonene의 물질은 두 침엽수의 배출 특성 차이를 비교하기 위해 선택하여 측정하였다(Isidorov et al.
- 흡착관은 C7 에서 C26 까지의 물질을 선택적으로 잘 흡착시키는 300 mg Tenax TA (60/80 mesh, Supelco Inc., USA)와 C5에서 Cm까지를 선택적으로 잘 흡착시키는 300 mg Carbotrap ™ (60/80 mesh, Supelco Inc., USA)로 충전되었고 이것을 열탈착기 (ATD-400, Perkin Elmer)를 사용하여 1시간 동안 안정화시킨후 사용하였다 각 배출원 별 시료 채취 방법은 표 1과 같다.
대상 데이터
- cold trape 200 mg Carbotrap ™ (60/80 mesh, Supelco Inc., US A) 과 200 mg Carbosieve (60/80 mesh, Supelco Inc・, USA)로 충진된 제품을 구입하여 안정화 후 사용하였다. c이d trap에 농축된 시료는 다시 350℃에서 5분간 열탈착되어 가스크로마토그래피로 주입된다.
- 나무로부터 배출되는 VOCs를 채취하기 위해 그림 1과 같은 장치를 설계하여 대상물질을 채취하였다. 이 장치는 나무에서 발생되는 탄화수소류를 채취 하기 위해 최근 자주 사용되고 있는 VET (Vegetation Enclosure Techniques)방법을 이용한 것 이다.
- 따라서 본 연구에서는 자연적으로 발생하는 VOCs의 배출물질 구성비에 대한 연구를 위해 서울 불광동에 위치한 국립환경 연구원(현재 한국 환경정책 . 평가연구원) 내에 있는 침엽수중 소나무와 잣나무를 선택하여 1999. 8~ 1999.
- 본 연구에서는 VOCs의 자연적 배출원에 대하여 테르펜류를 중심으로 문헌 조사를 통하여 배출량이 많은 것으로 알려진 침엽수 중의 소나무 (pinus densiflora, 학명 )와 잣나무 (pinus koraiensis, 학명)를 대상으로 조사하였다. 이들 나무는 지역에 따른 약간의 편차는 있지만 우리 나라 전역에 걸쳐 가장 많이 분포하는 종류이므로 대상 나무로 선정하였다. 많은 자연적 VOCs 물질 중에서 문헌 고찰에 따라 배출되는 양이 충분하고 일반적인 측정 방법으로 측정가능한 물질로 테르펜류 중의 ctpinene, g-pinene를 중점적으로 고찰하였으며.
이론/모형
- EPATO-17에 따라 특정흡착제가 충전된 흡착관에 시료를 채취하는 방법을 사용하였다. 흡착관은 C7 에서 C26 까지의 물질을 선택적으로 잘 흡착시키는 300 mg Tenax TA (60/80 mesh, Supelco Inc.
- GC의 oven 승온조건은 40℃에서 15분간 유지시키다가 분당 5。(2씩 상승하게 하여 170℃로 유지한 다음 다시 분당 15℃ 씩 상승하게 하여 최종 온도 200℃에서 6분 동안 머무르게 한다. 분석대상 VOCs의 정성 분석을 위중]]서 GC-MS를 사용하지 않고 GC-FID를 통해 보유 시간 (retention time)을 이용하였고 정량 분석을 위중 H 서는 외부표준법 (external standard method)을 이 용하여 농도와 peak area의 관계를 나타내는 검량선을 이용하였다. 분석과정은 다음과 같다.
- 전 지구적으로 인위적 배출원 보다 많이 배출되고 있는 자연기원의 VOCs를 측정하고 배출량을 구하기 위하여 흡착관과 enclosure chamber-f- 이용하여 1999. 8~ 1999.
성능/효과
- 그림 3은 소나무와 잣나무에서 배출되는 a-pinene, g-pinene, camphene, limonene의 구성비를 나타낸 것이다. 두 나무 모두 a-pinene이 가장 많은 구성비를 보였으며 소나무의 경우 a-pinene> |3-pinene>camphene>limonene의 순서로 구성비의 분포를 보였다. 잣나무의 경우 소나무와는 달리 a-pinene >P-pinene > limonene > camphene의 분포를 보여 camphene, limonene 이 두 나무의 배출특성 차이에 주요한 역할을 하는 것으로 나타났다.
- 두루 분포하고 있는 수종이다. 두 나무 모두 침엽수림에 속하기 때문에 두 나무간의 뚜렷한 배출 특성 차이를 규명하기에는 어려움이 있으나 본 실험 결과 두 나무의 생태환경이나 실험 대상 나무가지의 상태에 따라서 구성물질간의 차이를 나타내었다. 그림 3은 소나무와 잣나무에서 배출되는 a-pinene, g-pinene, camphene, limonene의 구성비를 나타낸 것이다.
- 두 소나무에서 배출되는 주요 물질이 a-pinene, (3-pinene이라는 것을 알 수 있었다. 소나무에서 배출되는 a-pinene의 농도는 평균 16, 5 ng (gdw)-1hr-1로 0-pinene(4.
- 잣나무의 경우 소나무와는 달리 a-pinene >P-pinene > limonene > camphene의 분포를 보여 camphene, limonene 이 두 나무의 배출특성 차이에 주요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 또한 두나무 모두 배출되는 물질들의 구성비가 월 간 차이를 거의 보이지 않아 기온 및 일사량에 변화에 따라 배출량의 차이는 일어나지만 배출되는 테르펜의 각 물질별 구성비에는 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다. 그림 4는 두 나무에서 배출되는 a-pinene 을 날짜별로 비교한 것이다.
- 또한 흡착관에 대한 회수율을 검사하기 위해 Hexane을 함유한 표준가스를 동일한 유량으로 흡착관에 채취한 후 분석하여 Cold trap에서 탈착되는 양과 비교한 결과 흡착관에서의 회수율이 평균 90%로 비교적 양호한 결과를 나타내었다.
- 본 실험 측정기간 중 소나무에서 배출되는 a-pinene의 농도는 평균 16.5 ng (gdw)「'hr-'로 §-pinene (4.61 ng (gdw)~'hr-')보다 높게 나타났다. 그리고 측정기간 중 가장 농도가 높았던 날은 8/30 (total: 82.
- 표 3은 나무에서 배출되는 테르펜의 종류를 검출되는 빈도에 따라 3그룹으로 나눈 것이다. 본 실험에서는 측정대상 항목을 isoprene, 테르펜 중 a-pinene, [3-pine-ne, camphene, limonene을 선정하여 실험을 실시하였는데 실험결과 isoprene의 경우 소나무와 잣나무에서는 거의 검출되지 않았다. 이는 isoprene이 일반적으로 침엽수보다는 활엽수 중 낙엽수림에서 많이 발생되는 물질이기 때문에 나타난 결과라고 사료된다.
- 소나무와 잣나무에서 배출되는 a-pinene, p-pinene의 상관성 분석 결과『이 각각 0.92, 0.78로서 비교적 높아 두 나무 모두 배출되는 a-pinene, p-pinene의 관계가 유사한 것으로 나타났다.
- 소나무의 경우 기상변화에 따라 총 배출되는 테르펜의 양은 차이가 있었지만 각 물질의 구성비에는 큰 영향을 미치지 않아 소나무에서 배출되는 a-pinene과 μ-pinene의 농도변화는 큰 차이를 보이지 않아 상관성 (2 = 0.915)이 높은 것으로 나타났다. 잣나무의 경우도 소나무와 마찬가지로 a-pinene과 |3-pinene의 농도변화에 큰 차이를 보이지 않았으며 두 물질의 상관성 (R2 = 0.
- 실시하였다. 우선 각 VOCs 물질들의 직선성을 알아보기 위해서 각 물질의 표준액을 희석하여 100, 200, 300, 1000 ng로 증가시켜 각 성분의 정량용 질량수와 면적의 비를 구하여 검량선을 작성한 결과 limonene (R2 = 0.998), a-pinene (R2 = 0.995), camphene (R2 = 0.998), p-pinene (R2 = 0.986) 모두 직선성 이 양호한 것으로 나타났다.
- 흡착관에 대한 포집효율 검사결과 포집효율은 각 물질의 표준액 1000, 2000, 3000, 5000 ng 대해 camphene를 제외한 모든 물질의 효율이 90% 이상으로 나타났으며, 시료 경우에도 모든 물질의 포집효율이 90%이상으로 나타났다.
후속연구
- 있다. 현재 미국이나 유럽에서는 이와 관련된 연구가 많이 진행되어 왔으나 (Danelia et al., 2001; Guenther et al., 1991; Juuti et al., 1990; Lamb et al., 1987; Tingey 引", 1980) 우리나라의 경우 인위적 배출원에 대한자료는 몇 년 전부터 배출원 별 배출실태 파악이 조금씩 이루어지고 있지만, 아직 자연발생원 VOCs에 대한 측정이나 배출량 추정이 미흡한 실정으로 이 부분에 대한 연구가 이루어져야 우리나라 전체에 대한 정확한 총 VOCs 배출량 파악이 가능하고 이에 따른 저감대책을 논의할 수 있을 것이다.
- 이 방법의 장점은 보다 간단하게 고농도의 시료를 얻을 수 있고 배출원에서 배출량을 직접 측정할 수 있다는 점이다. 그러나 일반적으로 VET 방법이 dynamic flow system으로 챔버 내의 zero air와 배 출되는 VOCs의 물리적인 혼합이 균일하게 이루어진 반면 본 실험에 사용된 장치는 이런 물리적인 혼합을 충분히 제공하지 못해 다소 보완될 필요성이 있다고 사료된다.
- 그러나 테르펜의 경우 대기 중 NOx의 영향과 분석과정의 흡착관 탈착과정 중 다소 높은 탈착 온도 조건으로 인해 이중, 삼중결합을 이루는 물질들, 특히 camphene, limonene의 배출양이 과소 평가 되는 경우가 보고되고 있으며, 본 연구 결과도 기존의 연구결과 (Kim, 2001)에 비해 다소 낮게 검출되는 경향을 보이고 있다. 따라서 a-pinene, §-pinene를 제외한 물질의 배출양은 본 실험에서는 정량적인 의미를 부여하는데 좀 더 세밀한 보완 검토가 필요할 것으로 사료된다.
- 따라서 본 실험의 연구결과의 정량적인 데이터는 보다 세밀한 보완 검토가 필요하다고 인정되지만 두 소나무속 침엽수의 배출특성에 대한 상대적 비교는 유용한 결과라고 사료된다.
- 본 실험은 국내에서 자연적 VOCs의 배출 특성에 대한 연구가 활발하지 못할 때 수행된 점에 있어서 시료 채취 과정과 분석에 다소 보완될 점이 있다고 본다. 따라서 본 실험의 연구결과의 정량적인 데이터는 보다 세밀한 보완 검토가 필요하다고 인정되지만 두 소나무속 침엽수의 배출특성에 대한 상대적 비교는 유용한 결과라고 사료된다.
- 어려움이 있었다. 향후 좀더 측정 기간을 연장하여 단기간(한 계절 주기)에 배출되는 테르펜의 배 출특성 과 장기 간(1년 주기 )의 배출 특성 차이 및 나무의 수령에 따른 배출특성 비교와 그리고 침엽수림외에 활엽수림에서 많이 배출되는 isoprene의 배출특성에 대한 연구도 자연적 VOCs의 배출특성을 연구하는 데에 무엇보다도 주요한 과제라고 생각된다.
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