[논문]장기 NO2 및 SO2 Passive Diffusive Sampler(PDS)를 이용한 대전시 대기질 모니터링

임봉빈; 김선태; 정재호; 이범진

doi:10.5322/jes.2007.16.2.187

[국내논문] 장기 NO2 및 SO2 Passive Diffusive Sampler(PDS)를 이용한 대전시 대기질 모니터링
Air Quality Monitoring in Daejeon City with Long-Term NO2 and SO2 Passive Diffusive Samplers 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.16 no.2, 2007년, pp.187 - 195

임봉빈 ((주) 엔버스 부설기술연구소) , 김선태 (대전대학교 환경공학과) , 정재호 ((주) 과학기술분석센타) , 이범진 (대전대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Long-term passive diffusive samplers(PDS) have been used to measure $NO_2\;and\;SO_2$ concentrations at 21 sampling sites in Daejeon, Korea during the period of January 2000 - December 2002. The spatial distributions of annual $NO_2\;and\;SO_2$ concentrations were mapped. Average annual $NO_2$ concentration over the sampling period was $28.5{\pm}12.5\;ppb$, ranging from 1.2 to 81.7 ppb. Average annual $SO_2$ concentration over the sampling period was $7.7{\pm}4.8\;ppb$, ranging from 0.6 to 26.8 ppb. On average, $NO_2$ concentration was approximately 5.8%(1.6 ppb) larger in 2002. $SO_2$ concentration was decreased by 13%(1.1 ppb) during the sampling period. The seasonal variation of $NO_2\;and\;SO_2$ concentration was observed with a tendency to be higher in fall and winter. $NO_2\;and\;SO_2$, concentrations measured at different site types(patterns of land use) show significant difference. The observed difference in concentration was associated with difference in emissions of $NO_2$ from motor vehicles and $SO_2$ by non-traffic fuel consumption for heating.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

국내외에서 대기오염 및 실내오염 측정 등 다양한 목적을 위해 이용된 PDS는 NO₂와 SO₂ 이외에 휘발성유기화합물, 오존, 암모니아, 포름알데히드 등이 보고되었다46~“). 본 연구에서는 도시규모의 대기질 현황을 파악하기 위하여 대전광역시를 대상으로 2000년부터 2002년까지 3년 동안 21개 지점에 장기 NO₂ 및 SO2 PDS를 설치하여 대기질 모니터링을 지속적으로 수행하였으며, 각 토지이용별 권역에서의 NO₂ 및 SO2 농도의 변화와 공간분포 현황을 파악하여 대기 질의변화를 평가하였다.

제안 방법

본 연구에서 NO₂ 및 SO₂의 측정이 광범위한 지역을 대상으로 진행되기 때문에 시료의 채취와 분석이 간단하며, 측정결과의 정확성과 정밀성이 양호한 장기 NO₂ 및 SO₂ PDS를 사용하였다. 장기 NO2 및 SO₂ 측정 을 위한 PDS(Tosen Technology, Japan) 는 배지 형(badge-type)으로 대기 중에서 풍속의 영향을 최소화하기 위한 소수성 멤브레인(polyfreon) 과 NO₂ 및 SO₂를 선택적으로 흡수할 수 있는 흡수제를 PDS 안쪽 내부에 설치하여 분자확산에 의해 NO2 및 SO₂가 흡수되는 구조를 가진다.
PDS의 크기는 직경 30 mm, 높이 15 mm로 작고 가벼워 다루기 편리하다. 시료채취는 PDS를 약 2m 높이에 설치하였으며 직접적인 기류의 영향을 받지 않도록 샘플러 입구를 지면방향으로 하여 30일 동안 실시하였다. 시료채취가 .
샘플러 자체에 존재할 수 있는 오염물질 제거를 위해 PDS 각 부분은 초음파세척기와 초순수를 이용하여 충분히 세척하여 건조하였으며, 오염물질의 채취를 위해 사용된 흡수여지(5C filter paper, Advantec) 는 초음파세척 후 건조기(60 ℃)에서 완전 건조 시켜 밀봉상태로 보관하여 오염물질과의 접촉을 피하였다. 흡수여지에 흡수액 70 “L를 주입한 후 즉시 PDS를 조립하였다.
대기 중에서의 시료채취 기간은 30일을 기준으로 하였으며, 시료채취가 끝난 후 수거된 PDS에서 흡수 여지를 꺼내 유리병에 옮긴 후 5 mL의 추출액을 넣고 약 60℃의 수온에서 초음파세척기(40 kHz, 1500W)를 이용하여 30분간 추출하였다. 사용된 추출액은 SO₂ PDS의 경우 5%(v/v) hydrogen peroxide용액이며 NO₂ PDS의 경우는 초순수이다.
사용된 추출액은 SO₂ PDS의 경우 5%(v/v) hydrogen peroxide용액이며 NO₂ PDS의 경우는 초순수이다. 추출 후 추출용액을 syringe filter(MFS-13, AdvantecX 이용하여 불순물을 여과한 후 이온크로마토그래피 (Dionex-120, USAX 이용하여 분석하였다. 자세한 분석조건은 Table 2에 나타내었다.
2에 나타내었다. 본 연구에서 PDS를 이용한 측정은 한 시료의 측정기간을 약 30일 정도로 하여 새로운 PDS 로 교체하면서 3년 동안 연속적으로 실시하였다. 측정 결과를 보면, 측정기간 중 대전시의 NO₂ 평균농도는 28.
도시규모의 대기오염현황을 파악하기 위하여 대전시를 대상으로 2000년부터 2002년까지 3년 동안 21개 지점에 장기 NO₂ 및 SO₂ PDS를 설치하여 대기 질 모니터링을 지속적으로 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. .

대상 데이터

시료채취 지점은 대전시를 대상으로 토지 이용현황을 고려하여 주거지역, 상업지역, 공업지역, 녹지지역의 4개의 권역으로 구분하여 21개 지점을 선정하였다. 주거지역는 주로 아파트 단지가 밀집되어있는 8개의 지점, 상업지역의 구도심과 신도심을 중심으로 8개 지점, 공업지역의 대전 1・ 2산업단지와 3 .
주거지역는 주로 아파트 단지가 밀집되어있는 8개의 지점, 상업지역의 구도심과 신도심을 중심으로 8개 지점, 공업지역의 대전 1・ 2산업단지와 3 . 4산업단지에서 3개 지점 그리고 녹지지역은 국립공원 계룡산과 대전광역시 외곽지역 2개 지점을 대상으로 하였다. 측정지점의 위치, 시료 채취 기간 및 시료개수 등 측정지점에 관한 정보는 Table 1과 Fig.
흡수여지에 흡수액 70 “L를 주입한 후 즉시 PDS를 조립하였다. 사용된 흡수액은 SO₂ PDS의 경우 5%(w/v) sodium bicarbonate용액이며 NOs PDS의 경우는 10%(v/v) triethanolamine을 사용하였다. 완성된 PDS는 시료채취 전까지 플라스틱 봉지에 넣어 밀봉한 후 냉암소에 보관하였다.
이용하여 30분간 추출하였다. 사용된 추출액은 SO₂ PDS의 경우 5%(v/v) hydrogen peroxide용액이며 NO₂ PDS의 경우는 초순수이다. 추출 후 추출용액을 syringe filter(MFS-13, AdvantecX 이용하여 불순물을 여과한 후 이온크로마토그래피 (Dionex-120, USAX 이용하여 분석하였다.
자세한 분석조건은 Table 2에 나타내었다. 본 연구에 사용된 모든 물은 1차 증류수를 ultra-pure water system을 이용하여 제조한 초순수(저항률=18.3 MQcm) 를 이용하였다.

성능/효과

NO₂ 및 SO₂ PDS를 30일 동안 보관하여 얻은 공시험 값은 각각 0.29 + 0.03 ppb(RSD = 8.8%)와 0.55 ± 0.04 ppb(RSD=9.1%)로 나타났으며, 이 값의 표준편차를 이용하여 계산된 NO₂ 및 SO₂ PDS 정량한계는 각각 0.3 ppb와 0.4 ppb로 나타났다.
본 연구에서 PDS를 이용한 측정은 한 시료의 측정기간을 약 30일 정도로 하여 새로운 PDS 로 교체하면서 3년 동안 연속적으로 실시하였다. 측정 결과를 보면, 측정기간 중 대전시의 NO₂ 평균농도는 28.5+12.5 ppb이며 측정된 최고농도와 최저농도는 각각 81.7 ppb와 1.2 ppb로 나타났다. 전체적 인 농도 공간분포에서 상업지역의 대부분과 일부 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 도심 외곽지역으로 갈수록 농도가 낮아지는 경향을 보였다.
2 ppb로 나타났다. 전체적 인 농도 공간분포에서 상업지역의 대부분과 일부 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 도심 외곽지역으로 갈수록 농도가 낮아지는 경향을 보였다. 21개의 시료채취지점 중 NCh 평균농도가 가장 높은 지점은 석봉동(B-4)과 용문동(B-7) 그리고 중촌동(B-8) 등 상업지역과 주거지역인 송촌동 (R-7)。] 평균 40 ppb를 넘는 고농도 지역으로 나타났으며, 주변지역에 특별한 오염원이 없는 국립공원 계룡산(R-2에서 평균 7.
전체적 인 농도 공간분포에서 상업지역의 대부분과 일부 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 도심 외곽지역으로 갈수록 농도가 낮아지는 경향을 보였다. 21개의 시료채취지점 중 NCh 평균농도가 가장 높은 지점은 석봉동(B-4)과 용문동(B-7) 그리고 중촌동(B-8) 등 상업지역과 주거지역인 송촌동 (R-7)。] 평균 40 ppb를 넘는 고농도 지역으로 나타났으며, 주변지역에 특별한 오염원이 없는 국립공원 계룡산(R-2에서 평균 7.4 ppb로 가장 낮은 농도가 조사되었다.
6 ppb)에 가장 낮은 농도가 나타났다. 여름과 겨울의 계절에 따른 농도변화를 알아보기 위하여 NOz 겨울 평균농도를 여름 평균농도로 나눈 winter/summer ratio)을 계산한 결과, 범위는 1.07-3.05로 나타났으며 평균은 L75로 나타났다. 영국에서 조사된 NO₂ 겨울 평균농도/여름 평균농도의 비가 1.
05로 나타났으며 평균은 L75로 나타났다. 영국에서 조사된 NO₂ 겨울 평균농도/여름 평균농도의 비가 1.48⑹ 및 1.21")로 나타나 본 연구 결과보다 약간 낮은 비 (ratio) 로 나타났으며, 도심지역보다는 도시 외곽지역에서 약 10% 정도 높은 비를 나타내었다. 우리나라의 경우 7-8월의 집중강우에 의한 계절적 특성으로 저농도 분포 특성이 다소 반영되어 겨울과 여름의 농도비가 상대적으로 크게 나타난 것으로 생각된다.
4에 나타내었다. 측정결과를 보면, 측정기간 중 대전시의 SO2 평균농도는 7.7±4.8 ppb이며 측정된 최고농도와 최저 농도는 각각 26.8 ppb와 0.6 ppb로 나타났다. 전체적인 농도 공간분포에서 대전시 3, 4 산업단지가 위치한 공업지역과 일부 상업, 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 NO₂와 마찬가지로 도심 외곽지역으로 갈수록 농도가 낮아지는 경향을 보였다.
6 ppb로 나타났다. 전체적인 농도 공간분포에서 대전시 3, 4 산업단지가 위치한 공업지역과 일부 상업, 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 NO₂와 마찬가지로 도심 외곽지역으로 갈수록 농도가 낮아지는 경향을 보였다. 21개의 시료채취지점 중 SO₂ 평균농도가 가장 높은 지점은 공업지역인 문평동(1-3)으로 나타났으며 상업지역인 중촌동(B-8), 은행동(B-1), 중리동(B-3) 등에서 10 ppb 전후로 측정지점 중 고농도지역으로 나타났다.
전체적인 농도 공간분포에서 대전시 3, 4 산업단지가 위치한 공업지역과 일부 상업, 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 NO₂와 마찬가지로 도심 외곽지역으로 갈수록 농도가 낮아지는 경향을 보였다. 21개의 시료채취지점 중 SO₂ 평균농도가 가장 높은 지점은 공업지역인 문평동(1-3)으로 나타났으며 상업지역인 중촌동(B-8), 은행동(B-1), 중리동(B-3) 등에서 10 ppb 전후로 측정지점 중 고농도지역으로 나타났다. 녹지지역으로 주변지역에 특별한 배출원이 없는 국립공원 계룡산(R-2)에서 평균
5 ppb로 3년간 약 13% 정도 감소하였다. 세계보건기구에서 권장하는 연평균 SO₂ 농도는 50 eg/m3(17.5 ppb)로 본 연구에서 측정된 전체적인 연평균 농도는 세계보건기구 권장농도보다 낮은 것으로 나타났으며, EC(European Community)에서 식물의 식생(vegetation) 및 생태계 (ecosystem)를 보호하기 위하여 제시한 제한 기준인 2Qug/m3(7 ppb)보다는 약간 높은 것으로 나타났다 21, 22). 그러나 측정지점 중 일부 상업지역 (B-4, B-5, B-8)과 공업지역 (1-1, 1-3)은 20 ppb 이상으로 세계보건기구 권장농도를 초과하는 것으로 나타났다.
6에 월 평균 SO₂의 농도와 수송용으로 사용되는 연료사용량을 제외한 월 유류 연료사용량과의 관계를 나타내었다. 대기 중 SO₂ 농도와 연료사용량과의 관계는 상관계수가 0.796으로 나타나 양호한 상관성을 갖는 것으로 생각되며, 연료사용량 6X104 kL를 기준으로 계절에 따른 사용량의 변화가 확실히 구분되는 것으로 나타났다. 즉, 동절기가 포함된 기간에 사용된 연료량에 비례하여대기 중 S02 농도 또한 증가한 것으로 보이며, 연료사용량이 가장 많은 기간은 2월로 나타났고 가장 적은 기간은 8월로 나타났다.
796으로 나타나 양호한 상관성을 갖는 것으로 생각되며, 연료사용량 6X104 kL를 기준으로 계절에 따른 사용량의 변화가 확실히 구분되는 것으로 나타났다. 즉, 동절기가 포함된 기간에 사용된 연료량에 비례하여대기 중 S02 농도 또한 증가한 것으로 보이며, 연료사용량이 가장 많은 기간은 2월로 나타났고 가장 적은 기간은 8월로 나타났다.
1) 대전시의 NO₂ 평균농도는 28.5+12.5 ppb이며 측정 된 최 고농도와 최 저 농도는 각각 8L7 ppb와 1.2 ppb로 나타났다. NO₂ 농도 공간분포에서 상업지역의 대부분과 일부 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 도심외곽지역(녹지지역)으로 갈수록 농도가 낮아졌다.
2) 연도별 NO₂ 평균농도 변화를 보면 2000년과 2002년을 비교하였을 때 약 5.8%(1.6 ppb)의 농도증가가 조사되었다. 계절별 평균농도 변화를 보면, 가을(33.
6 ppb)의 농도증가가 조사되었다. 계절별 평균농도 변화를 보면, 가을(33.8 ppb)과 겨울(32.8 ppb)에 농도가 높게 조사되었으며, 여름(20.6 ppb)에 가장 낮은 농도를 나타내었다. 토지이용도별 NO₂ 평균농도를 보면, 상업지역 (33.
3) SO₂ 평균농도 보면, 측정기간 중 대전시의 SO2 평균농도는 77+4.8 ppb이며 측정된 최고농도와 최저농도는 각각 26.8 ppb와 0.6 ppb로 나타났다. 2000년에 8.
2 ppb로 나타났다. NO₂ 농도 공간분포에서 상업지역의 대부분과 일부 주거지역이 평균농도를 초과하는 것으로 나타났으며 도심외곽지역(녹지지역)으로 갈수록 농도가 낮아졌다.

후속연구

4) 계절별 SO₂ 농도는 여름에 5.1 ppb로 가장 낮은 농도를 나타냈으며 겨울에 11.2 ppb로 가장 높은 농도를 나타내었으며, 토지이용도별 SO₂ 농도는 공업지역(9.7 ppb) > 상업지역(8.4 ppb) > 주거지역 (5.9 ppb) > 녹지지역(47 ppb) 순으로 나타났다, 위와 같은 결과로부터 본 연구에서 사용된 PDS 를 이용하여 기존의 대기오염 자동측정 망(Air qual ity telemonitoring system)과 연계하여 대도시 전 지역에서 지속적인 대기오염도 평가를 수행한다면 소수의 대기오염자동측정망과 상호 보완할 수 있는 유용한 수단으로 이용될 수 있으며, 주변지역의 환경영향평가를 수행할 경우 대기질 모델링의 검증자료로서 그 활용성이 클 것으로 생각된다.

참고문헌 (24)

Kim, S. T. and H. S. Kim, 2002, The nationwide $N_2O$ monitoring with passive sampler in Korea, J. KOSAE, 18, 69-77

원문보기 상세보기
환경부, 2002, 환경백서
De Santis, F., I. Allegrini, M. C. Fazio, D. Pasella and R. Piredda, 1997, Development of a passive sampling technique for the determination nitrogen dioxide and sulphur dioxide in ambient air, Analytica. Chirnica. Acta. 346, 127-134
UNEP/WHO, 1994, GMES/AIR methodology reviews handbook series Vol. 4: Passive and active sampling methodologies for measurement for air quality, UNEP, Nairobi, 1-80
Palmes, E. D. and R. H. Lin. Denboom, 1979, Ohm's law, Fick's law, and diffusion samplers for gases, Anal. Chem., 51, 2400-2401

상세보기
Krochmal, D. and A. Kalina, 1997, A method of nitrogen dioxide and sulphur dioxide determination in ambient air by use of passive samplers and ion chromatography, Atmos. Environ., 31, 3473-3479

상세보기
Plaisance, H., I. Sagnier, J. Y. Saison, J. C. Galloo and R. Guillermo, 2002, Performances and application of a passie sampling method for the simultaneous determination of nitrogen dioxide and sulfer dioxide in ambient air, Environ. Monitor. Assess., 79, 301-315

상세보기
Chung, C, M. T. Morandi, T. H. Stock and M. Afshar, 1999, Evaluation of a passive sampler for volatile organic compounds at ppb concentration, varying temperatures, and humidities with 24-h exposure. 2. Sampler performance, Environ. Sci. Technol., 33, 3666-3671

상세보기
Koutrakis P., J. M. Wolfson, A. Bunyaviroch, S. E. Froehlich, K Hirano and J. D. Mulik, 1993, Measurement of ambient ozone using a nitrite-coated filter, Anal. Chem., 65), 209-214

상세보기
임봉빈, 정의석, 김선태, 2004, 형광물질을 이용한 대기 중 오존 passive sampler의 개발, 한국대기환경학회지, 20, 483-491

원문보기 상세보기
Rabaud, N. E., T. A. James, L. L. Ashbaugh and R. G. Flocchini, 2001, A passive sampler for the determination of airborne ammonia concentrations near large-scale animal facilities, Environ. Sci. Technol., 35, 1190-1196

상세보기
Thoni, L., E. Seitler, A. Blatter and A. Neftel, 2003, A passive sampling method to determine ammonia in ambient air, J. Environ. Monit., 5, 96-99

상세보기
임봉빈, 김선규, 정의석, 김선태, 2005, 흡광광도법을 이용한 포름알데히드 확산측정기의 평가, 대한환경공학회지, 27, 606-613

원문보기 상세보기
Grosjean, D. and E. L. Williams, 1992, A passive sampler for airborne formaldehyde, Atmos. Environ., 26A, 2923-2928
WHO, 1995, Update and revision of the air quality guidelines for Europe. Report of the Working Group meeting 'Classical' Air Pollutants, October 11-14, 1994, Bilthoven, The Netherlands. WHO Regional Office for Europe Report EUR/ICP/EHAZ94 05/PB01, Copenhagen
Atkins, D. H. F. and D. S. Lee, 1995, Spatial and temporal variation of rural nitrogen dioxide concentrations across the United Kingdom, Atmos. Environ., 29, 223-239

상세보기
Stevenson, K., T. Bush and D. Mooney, 2001, Five years of nitrogen dioxide measurement with diffusion tube samplers at over 1000 sites in the UK, Atmos. Environ., 35, 281-287

상세보기
Hargreaves, K. J., D. Fowler, R. L. StoretonWest and J. H. Duyzer, 1992, The exchange of nitric oxide, nitrogen dioxide and ozone between pasture and the atmosphere, Envir. Pollut., 75, 53-59

상세보기
국립환경과학원, 2006, http://airemiss.nier.go.kr, 대기오염물질배출량
Rodes, C. E. and D. M. Holland, 1981, Variations of NO, $N_2O$ and $N_3$ concentrations downwind of a Los Angeles freeway. Atmos. Environ., 15, 243-250

상세보기
WHO, 2000, Air Quality Guidelines for Europe. WHO Regional Publications, European series, No. 91, Copenhagen, p.273
EC, 1999, Council Directive 1999/30/EC of 22 April 1999 relating to limit values for sulphur dioxide, nitrogen dioxide and oxides of nitrogen, particulate matter and lead in ambient air. OJEC, No. L 163, pp. 41-61
소선섭, 이대성, 신홍렬, 1996, 우리나라의 주요도시별 대기중 $SO-2$ 및 $N_2O$ 오염도의 변화 특성, Jour., Korean Earth Science Society, 17(2), 174-182
Budavari, S., 1996, The Merck Index, An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Bioogicals. Whitehouse Station, NJ, Merck and Co., Inc., p.1535

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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