[국내논문]신규 잔류성 유기오염물질(Emerging Persistent Organic Pollutants E-POPs) 핵사클로로시클로핵산(HCH)의 대기-토양-물-저질에서의 잔류특성 Characteristics of Persistent of Hexachlorocyclohexane(HCH) in Ambient Air-Soil-Water-Sediment for a Emerging Persistent Organic Pollutants(POPs)원문보기
The purpose of the study was to analyze the persistence of HCH in atmosphere, soil, sediment and water of the western and southern regions of Korea. The samples from the western region were collected from Anmyeon Island, and the samples from the southern region were collected from Kimhae and Busan. ...
The purpose of the study was to analyze the persistence of HCH in atmosphere, soil, sediment and water of the western and southern regions of Korea. The samples from the western region were collected from Anmyeon Island, and the samples from the southern region were collected from Kimhae and Busan. The concentration of HCH isomers in atmosphere showed the pattern of $\alpha$-HCH>$\gamma$-HCH>$\beta$-HCH. The regions with high HCH concentration in the atmosphere are the regions that have been highly exposed to HCH used in the past, and the areas that have been influenced by the long range transport. The HCH that persists in the soil, water and sediment evaporates into the atmosphere, showing the characteristics of Air-Surface exchange. When the regional concentration distributions are compared, the concentration of HCH was higher in the atmosphere of a plain and the cities near the plain, than the urban areas. In this study, the ratio of $\alpha/\beta$-HCH was used as an indicator for estimating the source of Technical HCH and Lindane. According to the result, the contribution of Lindane was high in Kimhae plain and Kimhae urban areas. However, in Busan, the contribution of Technical HCH was higher than Lindane. In case of Anmyeon Island, the western region of Korea had high contribution from Tehcnical HCH. In soil and sediment, $\beta$-HCH was dominant. In water, $\gamma$-HCH was dominant among other isomers. Such results are due to $\gamma$-HCH inLindane. Furthermore, the source of $\gamma$-HCH in urban areas is assumed to be the use of medicine, medical supplies and other living supplies. Based on the results of this study, the management of HCH, a newly list up emerging POPs, should be strengthened by further research on sources, fate, persistency, accumulation and exposures and etc. to the risk assessments.
The purpose of the study was to analyze the persistence of HCH in atmosphere, soil, sediment and water of the western and southern regions of Korea. The samples from the western region were collected from Anmyeon Island, and the samples from the southern region were collected from Kimhae and Busan. The concentration of HCH isomers in atmosphere showed the pattern of $\alpha$-HCH>$\gamma$-HCH>$\beta$-HCH. The regions with high HCH concentration in the atmosphere are the regions that have been highly exposed to HCH used in the past, and the areas that have been influenced by the long range transport. The HCH that persists in the soil, water and sediment evaporates into the atmosphere, showing the characteristics of Air-Surface exchange. When the regional concentration distributions are compared, the concentration of HCH was higher in the atmosphere of a plain and the cities near the plain, than the urban areas. In this study, the ratio of $\alpha/\beta$-HCH was used as an indicator for estimating the source of Technical HCH and Lindane. According to the result, the contribution of Lindane was high in Kimhae plain and Kimhae urban areas. However, in Busan, the contribution of Technical HCH was higher than Lindane. In case of Anmyeon Island, the western region of Korea had high contribution from Tehcnical HCH. In soil and sediment, $\beta$-HCH was dominant. In water, $\gamma$-HCH was dominant among other isomers. Such results are due to $\gamma$-HCH inLindane. Furthermore, the source of $\gamma$-HCH in urban areas is assumed to be the use of medicine, medical supplies and other living supplies. Based on the results of this study, the management of HCH, a newly list up emerging POPs, should be strengthened by further research on sources, fate, persistency, accumulation and exposures and etc. to the risk assessments.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 우리나라의 대기, 토양, 수질, 저질에서 환경매체간 HCH의 잔류특성 및 현황을 평가하여 제시하고자 한다.
물 시료는 시료 채취 유역의 잡초나 유기물 등 부유물질 층을 제거한 후 테프론 마개가 달린 4 L 용량의 갈색 유리병을 사용하였으며 냉장 보관하여 분석용 시료로 사용하였다. 본 연구에서 대기-토양-물-저질의 매체간 환경오염의 잔류수준의 현황 및 환경매체에서의 잔류특성의 분포의 연계성을 평가하기 위하여 각 매체시료의 채취는 동일한 시기 및 동일장소 영역에서 채취하였으며, Table 1 및 Fig.1에 시료 채취에 대한 정보를 나타내었다.
제안 방법
대기시료 채취는 Poly Urethane Foam(PUF)가 장착된 High Volume Air sampler(HVAS)를 사용하였으며, 그 구성은 GF(Glass Filter), PUF(Poly Urethane Foam), ACF(Activated Carbon Filter) PUF순으로 장착하는 방법으로 시료를 채취하였다(Ok 등, 2007). 시료채취 시 PUF 상부에 Surrogate(13C Labeled POPs 12종 함유, 각 성분 농도 100 ng/ml) 용액을 0.1 mL(절대량 10 ng) 을 첨가하여 시료채취의 효율을 확인하였다. 공기시료의 채취 유속은 500 L/min으로 하여24시간 동안 대기시료를 포집하고, 대기시료채취와 동시에 기상관측장비(AWS; MK-Ⅲ, Rainwise, USA)를 동일지점에 설치하여 온도 및 기압 등의 기상요소를 측정하였다.
1 mL(절대량 10 ng) 을 첨가하여 시료채취의 효율을 확인하였다. 공기시료의 채취 유속은 500 L/min으로 하여24시간 동안 대기시료를 포집하고, 대기시료채취와 동시에 기상관측장비(AWS; MK-Ⅲ, Rainwise, USA)를 동일지점에 설치하여 온도 및 기압 등의 기상요소를 측정하였다.
대기 시료의 경우, Glass Filter 및 PUF는 Soxhlet을 사용하여 16시간 이상 추출을 하였으며, 추출 용매는 Toluene을 사용하였다. ACF 의 경우도 Soxhlet 추출을 하였으며, 1차로 Acetone으로 3시간 추출 후 다시 Toluene을 사용하여 추출하였다. GF와 PUF ACF의 모든 추출 액을 합하여 약 5 mL까지 농축한 후 n-hexane으로 용매 전환하였다.
본 연구에 사용한 고분해능가스크로마토그래피(High Resolution Gas Chromatography HRGC, Agilent 6890)와 결합된 고분해능질량분석기(High Resolution Mass Specftrometry;HRMS, JEOL IMS-700D)를 사용하여 선택적 이온모니터링(Selected Ion Monitoring; SIM)법으로 정성/정량 분석하였다. 표준물질과 정성 및 정량을 하기 위한 내부표준물질로 13C labeled surrogate 및 시린지 첨가용 표준물질(13C-PCB) 5종 혼합물질에 대한 각 화합물의 머무름 시간(RT, Retention Time)을 확인하였다. HRGC/HRMS의 기기 분석조건을 Table 2에 나타내었다.
이상의 결과에서 보면, 안면도의 경우, 중국 등 외부발생원 유입의 가능성이 높은 것을 시사하고 있다. 이러한 원인을 확인하기 위하여 각 지역별 시료채취기간 동안에 대한 기괴(air mass)의 이동경로(backward trajectory)를 검토하였다. 본 연구에서, back trajectory는 Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model (HYSPLIT 4) (http://ready.
대상 데이터
토양시료는 채취지점에서 가로 30 cm, 세로 30 cm, 깊이 5 cm의 시료를 채취하였으며, 저질시료는 그랩을 이용하여 채취하였다. 토양 및 저질 시료는 표면의 잡초나 유기물 등 이물질 층을 제거한 후 테프론 마개가 달린 1L 용량의 유리병에 넣어 냉장 보관하였다.
토양 및 저질 시료는 표면의 잡초나 유기물 등 이물질 층을 제거한 후 테프론 마개가 달린 1L 용량의 유리병에 넣어 냉장 보관하였다. 물 시료는 시료 채취 유역의 잡초나 유기물 등 부유물질 층을 제거한 후 테프론 마개가 달린 4 L 용량의 갈색 유리병을 사용하였으며 냉장 보관하여 분석용 시료로 사용하였다. 본 연구에서 대기-토양-물-저질의 매체간 환경오염의 잔류수준의 현황 및 환경매체에서의 잔류특성의 분포의 연계성을 평가하기 위하여 각 매체시료의 채취는 동일한 시기 및 동일장소 영역에서 채취하였으며, Table 1 및 Fig.
대기 시료의 경우, Glass Filter 및 PUF는 Soxhlet을 사용하여 16시간 이상 추출을 하였으며, 추출 용매는 Toluene을 사용하였다. ACF 의 경우도 Soxhlet 추출을 하였으며, 1차로 Acetone으로 3시간 추출 후 다시 Toluene을 사용하여 추출하였다.
이러한 원인을 확인하기 위하여 각 지역별 시료채취기간 동안에 대한 기괴(air mass)의 이동경로(backward trajectory)를 검토하였다. 본 연구에서, back trajectory는 Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model (HYSPLIT 4) (http://ready.arl.noaa. gov/HYSPLIT_traj.php)을 이용하였다. 시작 고도는 500m로 하여 공기 발생 후 6일의 시간 후에 안면도, 부산, 김해 지역에 도착하는 것으로 설정하여 유입 공기 기원에 대한 back trajectory 결과를 Fig.
전반적으로 대기 중 농도의 수준차이는 크며, 이산형 분포의 패턴을 보이고 있다. 지역적으로는 김해, 부산지역의 남동지역과 안면도가 위치한 서해안의 두 가지 지역으로 나누어지는 특성을 나타내었다. 특히 서해안 지역은 남동부 지역에 비교하여 고농도 쪽의 정규분포의 양상을 보이는 특성을 나타내었으며, 서해안지역이 장거리수송에 의한 유입의 영향에 의한 잔류가 큰 것으로 나타났다.
대기시료 채취는 Poly Urethane Foam(PUF)가 장착된 High Volume Air sampler(HVAS)를 사용하였으며, 그 구성은 GF(Glass Filter), PUF(Poly Urethane Foam), ACF(Activated Carbon Filter) PUF순으로 장착하는 방법으로 시료를 채취하였다(Ok 등, 2007). 시료채취 시 PUF 상부에 Surrogate(13C Labeled POPs 12종 함유, 각 성분 농도 100 ng/ml) 용액을 0.
이론/모형
본 연구에 사용한 고분해능가스크로마토그래피(High Resolution Gas Chromatography HRGC, Agilent 6890)와 결합된 고분해능질량분석기(High Resolution Mass Specftrometry;HRMS, JEOL IMS-700D)를 사용하여 선택적 이온모니터링(Selected Ion Monitoring; SIM)법으로 정성/정량 분석하였다. 표준물질과 정성 및 정량을 하기 위한 내부표준물질로 13C labeled surrogate 및 시린지 첨가용 표준물질(13C-PCB) 5종 혼합물질에 대한 각 화합물의 머무름 시간(RT, Retention Time)을 확인하였다.
성능/효과
본 연구결과 대기에서 HCH의 검출 경향을 보면, 3개의 HCH이성체 중 α-HCH와 γ-HCH가 주로 검출되었으며, α-HCH가 0.68-19.49 pg/m3으로 가장 높은 수준을 나타내어 3개의 이성체 중에서 지배적인 것으로 나타났다.
이들 지역의 대기 중 평균농도를 비교해 보면, 서부지역의 안면도> 남부지역의 김해평야> 남부지역 김해평양 부근 도시> 부산시내지역의 순으로 나타났으며, 도시지역보다 보다 농촌 근교지역에서 α-HCH가 높은 결과를 나타내었다.
이들 지역의 대기 중 평균농도를 비교해 보면, 서부지역의 안면도> 남부지역의 김해평야> 남부지역 김해평양 부근 도시> 부산시내지역의 순으로 나타났으며, 도시지역보다 보다 농촌 근교지역에서 α-HCH가 높은 결과를 나타내었다. 특히, 남부지역보다 서부지역의 안면도지역에서 HCH의 총 농도수준이 다른 지역에 비교하여 높은 결과를 나타내었다.
이들 결과를 살펴보면, 서부의 안면도 지역은 해안에 근접한 농경지역으로서 Technical HCH의 발생원 기여가 낮을 것으로 예상되었지만, α /γ-HCH의 비율이 4이상으로 나타났으며 Technical 과 Lindane이 혼합된 결과를 나타내었다.
이상의 결과에서 보면, 안면도의 경우, 중국 등 외부발생원 유입의 가능성이 높은 것을 시사하고 있다. 이러한 원인을 확인하기 위하여 각 지역별 시료채취기간 동안에 대한 기괴(air mass)의 이동경로(backward trajectory)를 검토하였다.
기괴의 이동결과를 보면, 안면도의 경우는 유럽에서 시작하여 고비 사막을 지나서 중국대륙을 통하여 안면도 지역으로 들어오는 것을 확인 할 수 있었다. 김해지역의 시료 채취 기간 중에는 고비 사막에서 시작해서 북 중국지역을 통과하여 김해지역으로 들어오는 것 알 수 있다.
특히, 토양에서 검출된 HCH 중 α-HCH 및 γ-HCH가 검출된 농도수준은 유사하였으며, HCH이성체 중에서 β-HCH 가 지배적인 이성체로 확인되었으며, 최고 농도는 부산지역에서 0.17 ng/g을 나타내었다.
전반적으로 부산지역, 김해평야 주변 도시지역 및 김해 평야지역 에서 γ-HCH가 검출되는 빈도 및 농도가 안면도 지역의 수질에 비교하여 높은 경향을 나타내었다.
수질 중 HCH의 결과를 Table 3에서 알 수 있듯이 이성체 중 γ-HCH가 지배적인 것으로 확인되었으며, 농도수준은 n.d-11.04 ng/L로 나타났다.
γ-HCH를 제외한 다른 이성체의 경우는 수질에서 KC-2, KC-6, KP-5, KP-10을 제외하고는 검출한계 이하의 수준으로 확인되었다.
본 연구결과 토양에서 도심지역 13지점 중 4지점이 검출되었으며, 농촌지역 16지점 중 에서 10지점에서 검출되었다. 특히, 토양에서 검출된 HCH 중 α-HCH 및 γ-HCH가 검출된 농도수준은 유사하였으며, HCH이성체 중에서 β-HCH 가 지배적인 이성체로 확인되었으며, 최고 농도는 부산지역에서 0.
본 연구결과에 대하여 지역적으로 비교해 보면, 부산지역에서 11.04 ng/L 가장 높은 농도가 검출되었다. 전반적으로 부산지역, 김해평야 주변 도시지역 및 김해 평야지역 에서 γ-HCH가 검출되는 빈도 및 농도가 안면도 지역의 수질에 비교하여 높은 경향을 나타내었다.
토양과 저질에서의 HCH의 잔류농도 수준은 아주 낮았으며, ß-HCH가 지배적인 결과를 나타내었다.
수질의 경우 HCH 중 γ-HCH가 다른 이성체에 비교하여 지배적으로 나타났으며, 지역적 분포에서 안면도에 비교하여 도시지역 및 주변지역에서 높은 농도를 나타내었다.
이와 같은 결과는 ß-HCH가 다른 이성체 보다 헨리상수가 낮아서 대기 중으로 휘발되는 양이 적은 특성에 기인하고 있다. 1971년 이후 HCH의 사용은 금지 되었지만, 과거의 사용에 의한 환경매체에 대한 노출 및 축적의 결과와 외부유입의 영향에 의하여 한국의 서부 지역에서의 대기 중 농도는 다른 지역에 비교하여 높은 결과를 나타내었다. 또한, 환경 매체에 잔류한 HCH가 휘발되어 대기 중으로 재 유입되는 Air-Surface exchange 현상의 결과를 나타내었다.
도심지역보다 평야 지역 및 평야 주위의 도시에서 대기 중 HCH의 농도는 높게 나타났다. 특히 김해 도시 지역 중 골프장 주위의 대기 중에서 다른 지역의 대기 중 농도보다 높은 것으로 나타났다.
본 연구결과 저질 중의 HCH의 경우도 토양과 마찬가지로 β-HCH 가 주로 검출되었으며, A-4, BC-4, KC-5, KC-6를 제외한 다른 지역에서는 검출되지 않았다.
후속연구
안면도지역에서의 대기 중 농도의 지역적 특성은 HCH의 중국 등 외부 발생원의 대기유입의 영향을 무시할 수 없을 것으로 판단되며, 이에 대한 향후 상세한 검토가 필요할 것으로 사료된다.
이들 결과를 살펴보면, 서부의 안면도 지역은 해안에 근접한 농경지역으로서 Technical HCH의 발생원 기여가 낮을 것으로 예상되었지만, α /γ-HCH의 비율이 4이상으로 나타났으며 Technical 과 Lindane이 혼합된 결과를 나타내었다. 그러나, 남부지역의 김해평야 및 김해주변 도시지역의 경우는 전반적으로 Technical HCH 보다 Lindane의 기여가 크게 나타나지만, Technical과Lindane이 혼합된 결과로 평가되어 발생원 별 기여의 상세한 규명이 향후 필요할 것으로 판단되었다.
본 연구를 통하여 신규POPs로 채택된 HCH의 관리를 위하여 발생원, 환경거동운명, 폭로 및 축적 등의 총합적인 모니터링 연구결과의 축적을 통한 유해성평가의 접근이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
잔류성 유기오염 물질이 주목받고 있는 이유는?
잔류성 유기오염 물질(POPs; Persistent organic pollutants)은 독성, 생물 농축성, 잔류성 및 장거리 이동성(long range transport)의 특성 때문에 POPs는 전 지구적인 대응이 요구되고 있는 잔류 독성 화학 종(Persistent Toxic Substances; PTS)들로서 주목 받고 있다.
POPs물질 중 2004년 스톡홀럼 협약에서 관리대상으로 발표된 12가지 화학물질은?
UNEP를 중심으로 관리대상이 되고 있는 POPs물질은 2004년 스톡홀럼 협약에 의해서 발효된 PCDDs, PCDFs, PCBs, HCB, Aldrin, dieldrin, endrin, mirex, Heptachlor, Chlordane, DDT, Toxaphene등의 12화학물질 있었다. 하지만, 2009년 스위스 제노바에서 열린 제 5차 스톡홀럼 협약 당국자 회의에서 추가된 신규 POPs는 알파 핵사클로로사이클로헥산(α-HCH), 베타 핵사클로로사이클로헥산(β-HCB), 핵사브로모비페닐 (HBB), 클로로데콘(Chlordecone), 팬타클로로벤젠(PeCB), 린단(Lindane) , 태트라브로모디페닐에테르(Tetra-BDE) 및 팬타브로모디페닐에테르(Penta-BDE), 핵사브로모 디페닐에테르(Hexa-BDE) 및 햅타브로모디페닐에테르(Hepta-BDE), 퍼플루오로옥탄설폰산(PFOS)의 9화학물질이 추가되어 21화학물질로 확대되었다.
2009년 스위스 제노바에서 열린 제 5차 스톡홀럼 협약 당국자 회의에서 관리대상으로 추가된 POPs물질은?
UNEP를 중심으로 관리대상이 되고 있는 POPs물질은 2004년 스톡홀럼 협약에 의해서 발효된 PCDDs, PCDFs, PCBs, HCB, Aldrin, dieldrin, endrin, mirex, Heptachlor, Chlordane, DDT, Toxaphene등의 12화학물질 있었다. 하지만, 2009년 스위스 제노바에서 열린 제 5차 스톡홀럼 협약 당국자 회의에서 추가된 신규 POPs는 알파 핵사클로로사이클로헥산(α-HCH), 베타 핵사클로로사이클로헥산(β-HCB), 핵사브로모비페닐 (HBB), 클로로데콘(Chlordecone), 팬타클로로벤젠(PeCB), 린단(Lindane) , 태트라브로모디페닐에테르(Tetra-BDE) 및 팬타브로모디페닐에테르(Penta-BDE), 핵사브로모 디페닐에테르(Hexa-BDE) 및 햅타브로모디페닐에테르(Hepta-BDE), 퍼플루오로옥탄설폰산(PFOS)의 9화학물질이 추가되어 21화학물질로 확대되었다.
참고문헌 (32)
Barber, J. L., Sweetman, A. J., Van Wijk, D., Jones, K.
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