[논문]이어도 해양과학기지 PM2.5의 이온과 탄소 조성 특성

한지현; 김자한; 강은하; 이미혜; 심재설

doi:10.5572/kosae.2013.29.6.701

이어도 해양과학기지 PM2.5의 이온과 탄소 조성 특성
Ionic Compositions and Carbonaceous Matter of PM2.5 at Ieodo Ocean Research Station 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.29 no.6, 2013년, pp.701 - 712

한지현 (고려대학교 이과대학 지구환경과학과) , 김자한 (고려대학교 이과대학 지구환경과학과) , 강은하 (수원시정연구원) , 이미혜 (고려대학교 이과대학 지구환경과학과) , 심재설 (한국해양과학기술원)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to determine concentrations and compositions of $PM_{2.5}$ and their characteristic variations at Ieodo Ocean Research Station in the East China Sea and to examine the influence of air pollutants transported from Asia continents. $O_3$ and meteorological parameters were measured since June 2003 and $PM_{2.5}$ filter samples were collected from June 2004 to June 2008. In total, 244 samples were analyzed for water soluble ions and carbonaceous compounds. The mean mass concentration of $PM_{2.5}$ and $O_3$ were $21.8{\pm}14.9{\mu}g/m^3$ and $51.6{\pm}16.1$ ppb, respectively. The average concentrations (mass fractions) of sulfate and ammonium were $6.26{\mu}g/m^3$ (28.74%) and $1.59{\mu}g/m^3$ (7.31%), respectively. Nitrate was considered to be lost through evaporation due to long stay at the station. The mean concentrations of EC and OC were $1.01{\mu}g/m^3$ and $2.34{\mu}g/m^3$, respectively, from June 2006 to June 2008. The average OC/EC ratio was 2.31. The organic matter converted from OC by multiplying 2.1 and elemental carbon constituted 22.60% and 4.66% of $PM_{2.5}$ mass, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2007). 본 연구에서는 이어도 해양과학기지에서 채취한 PM_2.5 시료를 분석하여 수용성 무기이온과 탄소 조성의 월별, 계절별 분포 특성을 이해하고 기체상 오염물질과의 상관성 분석을 통해 연구 지역 PM_2.5의 분포, 장거리 이동, 기원 특성을 이해하고자 하였다.

제안 방법

수용성 이온성분(SO₄^2- , NO₃^- , CI^- , NH₄⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺)은 이온 크로마토그래피 (Waters, 626 system)로 분석하였다. 30 mL 플라스틱 병에 시료가 포집된 필터를 넣고 초순수 19 mL와 메탄올 1 mL을 주입한 후 초음파분쇄기(sonicator)로 약 30분간 교반시켜 수용성 이온성분을 용출하였다.
이어도 해양과학기지에서 2004년부터 2008년까지 총 244개의 PM_2.5 시료를 채취하여 이온 및 탄소성분을 분석하였다. PM_2.

대상 데이터

PM_2.5 시료는 2004년부터 2008년까지 총 244개가 채취되었다. 앞에서 언급된 것처럼 기지 방문이 제한적이기 때문에 월별로 시료의 개수가 각각 다르다 (표 1).
PM_2.5 시료는 해수면 위 26 m 지점에서 채취되었으며 사이클론 방식의 연속 채취장비(RAAS 2.5-300, Andersen Instruments, Inc., Smyrna, GA)를 사용하였다. 이 장비는 필터 카트리지가 회전하면서 순차적으로 개폐되어 한 사이클 당 8개 시료를 채취 할 수 있다.
이어도 해양과학기지 (32.07°E, 125.10°N)는 우리 나라 최남단 마라도에서 남서쪽으로 149 km, 일본 도리시마에서 서쪽으로 276 km, 중국 퉁타오에서 북동쪽으로 247 km 떨어진 공해상에 위치하고 있다(그림 1).
따라서 기지 방문 빈도가 채취되는 시료의 개수를 제한하는 요소가 되었다. 이온 분석 시료는 2004년 6월부터, 탄소 분석 시료는 2006년 6월부터 2008년 6월까지 채취되었다. 이온 분석은 47 mm Zefluor 필터(Pall Corp.

데이터처리

PM_2.5와 비교를 위해 같은 기간 동안 MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere, http:// www.acd.ucar.edu/mopitt) 위성에서 측정된 850 hPa CO 자료 중 기지를 중심으로 10 km×10 km 지역에 대한 값을 추출하여 평균하여 사용하였다.
PM_2.5의 기원을 파악하기 위해 SPSS를 이용하여 화학조성에 대해 요인분석(Factor Analysis)을 수행 하였다. 결측치가 있는 시료는 모두 제외한 후 총 74개의 시료가 포함되었으며 측정된 무기이온 총 8종과 OC와 EC, 그리고 O₃ 일평균을 대상으로 하여 총 4개의 요인이 추출되었다(표 2).

이론/모형

시료 중 탄소성분은 DRI (Desert Research Institute) 에서 TOR/IMPROVE_A (Thermal Optical Reflectance /Interagency Monitoring of Protected Visual Environments, Chow et al., 1993) 방법을 사용하여 분석하였다. 탄소성분의 검출한계(μg/cm²)는 OC가 0.

성능/효과

9 μg/m³이었고 봄에 가장 높고 여름에 가장 낮았다. PM_2.5 조성은 SO₄^2-가 28.7%로 가장 높고, OC×2.1로 산출된 OM이 22.6%로 다음으로 높았다. SO₄^2-와 NO₃^-는 봄철에 높았고, NH₄⁺는 큰 변동이 없었으며, 생체 연소의 지시자로 알려진 K⁺은 여름에 낮고 겨울에 높은 뚜렷한 계절 분포를 보였다.
5 시료를 채취하여 이온 및 탄소성분을 분석하였다. PM_2.5 질량농도는 21.8±14.9 μg/m³이었고 봄에 가장 높고 여름에 가장 낮았다. PM_2.
PM_2.5의 이온과 탄소조성, O₃을 이용한 요인 분석 결과, NO₃^-와 Ca²⁺, Mg²⁺과의 상관성이 높은 인자, SO₄^2-, NH₄⁺, K⁺, O₃으로 구분되는 인자, OC와 EC를 포함하는 인자, Na⁺와 Cl로 대표되는 4가지 인자가 추출되었다. 이는 이어도 해양과학기지의 PM_2.
6%로 다음으로 높았다. SO₄^2-와 NO₃^-는 봄철에 높았고, NH₄⁺는 큰 변동이 없었으며, 생체 연소의 지시자로 알려진 K⁺은 여름에 낮고 겨울에 높은 뚜렷한 계절 분포를 보였다. OC와 EC 역시 겨울철에 농도가 높았다.
5에 토양과 해염, 그리고 화석연료나 생체연소 등의 인위적 배출원과 이에 의한 2차 생성의 영향이 큰 것을 의미한다. 따라서 이어도 해양과학기지는 국지적 배출원이 없는 해양지역임에도 해염의 영향보다는 인위적인 배출원의 영향이 크며 이는 대부분 중국에서 이동된 것임을 알 수 있었다. 특히 PM_2.
여름철 탄소 성분은 NH₄⁺와함께 농도가 상승했는데 중국 남동부의 농업에 의한 영향과 더불어 소작 후 행해지는 생체연소의 영향을 반영하는 것으로 보인다. 이들 결과는 이어도 해양과학기지에 화석연료와 생체연소 등 중국 대륙 기원 오염물질의 영향이 지배적임을 지시한다.

후속연구

따라서 이어도 해양과학기지는 국지적 배출원이 없는 해양지역임에도 해염의 영향보다는 인위적인 배출원의 영향이 크며 이는 대부분 중국에서 이동된 것임을 알 수 있었다. 특히 PM_2.5와 O₃은 기후변화 유발물질로 그 중요성이 커지고 있으며 이어 도는 중국의 배출 영향을 직접적으로 감시할 수 있는 최적의 장소이므로 이들 물질의 분포와 배출원 및 영향을 파악하기 위해서는 향후 지속적인 장기적인 측정이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세입자의 구성성분은 어떻게 나눌 수 있는가?	미세입자의 구성성분은 주로 수용성 무기이온 (SO42- , NO3- , CI- , NH4+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+ 등), 탄소성분, 중금속 및 토양 성분 등으로 나뉠 수 있다 (e.g.
	미세입자의 탄소 성분은 어떻게 구분하는가?	, 2007). 미세입자에서 상당부분을 차지하는 탄소 성분(TC)은 크게 유기탄소(Organic Carbon, OC)와 원소탄소(Elemental Carbon, EC)로 구분된다. 원소탄소는 주로 불완전 연소로 인하여 생성되며, 생체 소각(biomass burning)과 화석연료의 연소가주 배출원이므로 대기로 직접 배출되는 오염물질을 파악하기에 좋은 지시자이다(e.
	Elemental Carbon의 주 배출원은 무엇인가?	미세입자에서 상당부분을 차지하는 탄소 성분(TC)은 크게 유기탄소(Organic Carbon, OC)와 원소탄소(Elemental Carbon, EC)로 구분된다. 원소탄소는 주로 불완전 연소로 인하여 생성되며, 생체 소각(biomass burning)과 화석연료의 연소가주 배출원이므로 대기로 직접 배출되는 오염물질을 파악하기에 좋은 지시자이다(e.g.

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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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