흡착튜브 - 열탈착 정량분석 기법에 기반한 과일시료로부터 자연적 휘발성유기화합물의 배출특성 연구 Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOC) Emissions from Fruit Samples Based on Sorbent Tube Sampling and Thermal Desorption (ST-TD) Analysis원문보기
In this study, a combination of sorbent tube (ST)-thermal desorption (TD)-gas chromatography (GC)-mass spectrometry (MS) was used for quantitative analysis of liquid phase standards of 10 BVOC ((1) (+)-${\alpha}$-pinene, (2) (+)-${\beta}$-pinene, (3) ${\alpha}$-phell...
In this study, a combination of sorbent tube (ST)-thermal desorption (TD)-gas chromatography (GC)-mass spectrometry (MS) was used for quantitative analysis of liquid phase standards of 10 BVOC ((1) (+)-${\alpha}$-pinene, (2) (+)-${\beta}$-pinene, (3) ${\alpha}$-phellandrene, (4) (+)-3-carene, (5) ${\alpha}$-terpinene, (6) p-cymene, (7) (R)-(+)-limonene, (8) ${\gamma}$- terpinene, (9) myrcene, and (10) camphene). The results of BVOC calibration yielded comparatively stable pattern with response factor (RF) of 23,560~50,363 and coefficient of determination ($R^2$) of 0.9911~0.9973. The method detection limit (MDL) of BVOC was estimated at 0.03~0.06 ng with the reproducibility of 1.30~5.13% (in terms of relative standard error (RSE)). Emissions of BVOC were measured from four types of fruit samples ((1) tangerine (TO), (2) tangerine peel (TX), (3) strawberry (SO), and (4) sepals of strawberry (SX)). The sum of BVOC flux (${\sum}flux$ (BVOC) in ng/hr/g) for each sample was seen on the descending order of (1) TX=291,614, (2) TO=2,190, (3) SO=1,414, and (4) SX=2,093. If the results are compared between the individual components, the highest flux was seen from (R)-(+)-limonene (265,395 ng/hr/g) from TX sample.
In this study, a combination of sorbent tube (ST)-thermal desorption (TD)-gas chromatography (GC)-mass spectrometry (MS) was used for quantitative analysis of liquid phase standards of 10 BVOC ((1) (+)-${\alpha}$-pinene, (2) (+)-${\beta}$-pinene, (3) ${\alpha}$-phellandrene, (4) (+)-3-carene, (5) ${\alpha}$-terpinene, (6) p-cymene, (7) (R)-(+)-limonene, (8) ${\gamma}$- terpinene, (9) myrcene, and (10) camphene). The results of BVOC calibration yielded comparatively stable pattern with response factor (RF) of 23,560~50,363 and coefficient of determination ($R^2$) of 0.9911~0.9973. The method detection limit (MDL) of BVOC was estimated at 0.03~0.06 ng with the reproducibility of 1.30~5.13% (in terms of relative standard error (RSE)). Emissions of BVOC were measured from four types of fruit samples ((1) tangerine (TO), (2) tangerine peel (TX), (3) strawberry (SO), and (4) sepals of strawberry (SX)). The sum of BVOC flux (${\sum}flux$ (BVOC) in ng/hr/g) for each sample was seen on the descending order of (1) TX=291,614, (2) TO=2,190, (3) SO=1,414, and (4) SX=2,093. If the results are compared between the individual components, the highest flux was seen from (R)-(+)-limonene (265,395 ng/hr/g) from TX sample.
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문제 정의
Table 2. Preparation of liquid phase standard of 10 BVOC and 2 reference AVOC for the ST/TD/GC/MS-based analysis in this study.
이를 위해, BVOC의 분석에 가장 보편적으로 적용하는 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식에 기반한 분석기술의 기본적인 정도관리 특성을 액상표준시료를 이용하여 분석하는 기술을 중심으로 점검하고자 하였다. 그리고 이런 분석기술의 검정을 토대로 일부 과일시료들을 이용하여 자연시료에 대한 배출량의 정량적 산출에 적용하고자 하였다. 이러한 연구 목적에 맞추어, 다양한 비교 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 BVOC의 정확한 정량분석체계 구축의 중요성을 감안하여 BVOC에 대한 분석기술을 다양한 관점에서 평가하고 점검하고자 하였다. 이를 위해, BVOC의 분석에 가장 보편적으로 적용하는 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식에 기반한 분석기술의 기본적인 정도관리 특성을 액상표준시료를 이용하여 분석하는 기술을 중심으로 점검하고자 하였다.
본 연구에서는 BVOC의 측정기술에 대한 정도관리를 다양한 관점에서 확인하고자 하였다. 그리고 이러한 분석기술을 실제 환경시료에 적용함으로써 여러가지 식물류에 대한 배출특성을 정량적으로 측정하였다.
본 연구에서는 고체흡착제(sorbent tube: ST) - 열탈착기술(thermal desorption: TD)과 GC-MS 시스템을 조합한 분석체계로 BVOC의 채취 및 분석을 수행하였다. 이러한 ST-TD-GC-MS 분석 기술의 적용과 점검을 위하여, 총 10가지의 BVOC ((1) (+)-α-pinene, (2) (+)-β-pinene, (3) α-phellandrene, (4) (+)-3-carene, (5) α-terpinene, (6) p-cymene, (7) (R)-(+)-limonene, (8) γ-terpinene, (9) myrcene, (10) camphene)를 주조사 대상 성분으로 설정하였다(표 1).
본 연구에서는 환경 대기 중에 존재하는 휘발성유기화합물 중 자연적 휘발성유기화합물에 대한 정량 분석기법에 대한 체계적인 검정을 시도하고자 하였다. 그리고 추가적으로 실제 딸기와 귤을 이용하여 고체흡착제와 열탈착분석기법을 결합한 분석방식을 이용하여 환경시료에 대하여 이러한 분석기법을 적용하였다.
이를 통해, 실제 배출이 이루어지는 BVOC 성분들의 종류와 규모를 중심으로 배출특성을 분석하고자 하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 BVOC의 환경거동을 체계적으로 설명하는 데 일조하고자 하였다.
그리고 이러한 분석기술을 실제 환경시료에 적용함으로써 여러가지 식물류에 대한 배출특성을 정량적으로 측정하였다. 이를 통해, BVOC의 배출자료를 확장할 수 있는 체계를 구축하고자 하였다. 본 연구와 같이 BVOC의 배출특성을 체계적으로 정의하고자 하는 노력은 향후 이들의 배출특성을 정확하게 진단하는데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
따라서 일종의 FSC (농도고정방식: Kim and Nguyen, 2007) 방식으로 동일 농도의 표준시료에서 부피를 증가시켜주며 검량선을 작성하는 것과 같이 TO5를 분석하였다. 이를 통해, sweep gas 방식으로 시료를 채취할 때, 시료의 채취량이 농도 산정에 적절하게 반영이 되는 가를 확인하고자 하였다. 이렇게 시료의 주입부피의 변화에 따른 기기의 감응 결과를 plot 한 결과, 그림 2B, C에 제시한 것처럼 (R)-(+)-limonene의 RF값이 14.
그리고 이러한 분석기법을 실제 과일류 중심의 환경시료에 적용하여, 시료별 BVOC의 배출량을 측정하였다. 이를 통해, 실제 배출이 이루어지는 BVOC 성분들의 종류와 규모를 중심으로 배출특성을 분석하고자 하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 BVOC의 환경거동을 체계적으로 설명하는 데 일조하고자 하였다.
제안 방법
1차적으로 본 연구에서 설정한 임핀저의 유속 조건(50 mL/min)으로 채취한 기체 중 BVOC의 배출 농도(ppb)를 평균값으로 취하여 비교해 보았다. 그 결과, 채취한 기체의 부피크기에 상관없이 각 성분별 발생 농도가 그림 3에서 제시한 것처럼 비슷한 경향을 보여주는 것을 알 수 있었다.
4가지 개별 과일 시료별 BVOC의 발생 강도를 포괄적으로 비교하기 위해, 개별적으로 산출한 농도(ppb)를 각 과일 시료별로 합산(ΣBVOC)하는 방식으로 비교하였다.
과일은 (1) 귤과육 (tangerine), (2) 귤껍질 (tangerine peel), (3) 딸기과육 (strawberry), (4) 딸기꽃받침 (sepals of strawberry)의 4가지 부분으로 구분하여 분석하였다. 4가지 환경시료의 분석은 소형 챔버 방식으로 배출량을 측정하기 위해, 600 mL 크기의 임핀저를 이용하였다. 4가지로 분할한 시료들은 각각 다음과 같이 코드명을 부여하여 호명하였다.
5 μL를 흡착관에 주입하여 분석하였다. BVOC 표준시료를 이용한 검량 및 환경시료의 분석은 Tenax TA, Carbopack B, Carbopack X를 각각 50 mg를 충진한 3단 흡착튜브를 사용하였다. 성분의 분리는 wax 계열의 분리관(CP-Wax column, 0.
BVOC를 분석하기 위해, Mass spectrometer (Shimadzu, GCMS-QP2010, Japan)를 장착한 GC (Shimadzu, GC-2010, Japan)와 TD (Markes International, Ltd, Unity, UK) 시스템을 사용하였다. TD 시스템의 경우, Carbopack C와 Carbopack B를 1 : 1 부피비로 혼합한 저온농축관(cold trap: CT)을 구성하였다.
BVOC의 표준시료를 이용한 정도관리의 정보를 바탕으로 준비한 4가지의 환경시료를 정량분석하였다. 임핀저를 통해 sweep gas 형태로 확보한 기체시료는 과일 시료에 대한 BVOC의 농도 차이와 크기를 감안하여, 시료의 주입량을 0.
GC로 주입한 BVOC 성분들은 CP-Wax 분리관(0.25 mm ID ×60 m L, 0.25 μm film thickness)을 통해 분리를 유도하였다.
Table 4. Results of ST-TD-GC-MS based-calibration of BVOC in this study: comparison of response factor (RF), determination of coefficient (R2), relative standard error (RSE, %) and method detection limit (MDL, ng and ppb).
Table 3. The instrumental settings of GC-MS and TD used for the analysis of BVOC in this study.
각 표준시료는 100 mL/min의 유속으로 5분간 질소가스를 흘려주는 동안, 액상용 시린지를 이용하여 4단계의 농도로 준비한 표준시료를 각 0.5 μL를 흡착관에 주입하여 분석하였다.
과일 시료의 분석 중, TO5 시료로부터 배출이 이루어진 가스 시료의 양에 대해 1, 10, 100, 200 mL의 4가지 부피로 채취하였다. 채취한 가스 시료는 다른 환경시료의 분석방법과 같은 방법으로 행하였다.
BVOC의 배출특성을 연구하기 위하여, 일상에서 쉽게 구할 수 있는 두 가지의 과일(귤과 딸기)을 조사대상 환경시료로 준비하였다. 과일은 (1) 귤과육 (tangerine), (2) 귤껍질 (tangerine peel), (3) 딸기과육 (strawberry), (4) 딸기꽃받침 (sepals of strawberry)의 4가지 부분으로 구분하여 분석하였다. 4가지 환경시료의 분석은 소형 챔버 방식으로 배출량을 측정하기 위해, 600 mL 크기의 임핀저를 이용하였다.
이때 딸기와 관련한 SO와 SX 시료는 모두 10 g으로 준비하여 기본적인 자료를 산출하였다. 그리고 귤과 관련한 TO와 TX는 시료의 양이 증가함에 따라 시료에서 발생하는 성분들이 어떻게 변화하는지 간단하게 비교하기 위하여, 10 g 시료 외에도 50 g의 시료를 별도로 준비하여 과일 시료의 질량에 대비한 배출량의 관계도 동시에 측정하였다. 그리고 준비한 4가지의 소재는 모두 10 g을 기준으로 각각의 코드명을 정하였기 때문에, 50 g 시료는 두 개의 대문자로 구성한 코드에 숫자 5를 추가로 붙여주었다(그림 1:예를 들어, 귤의 과육부 10 g은 TO, 50 g은 TO5로 구분해주었다).
이러한 ST-TD-GC-MS 분석 기술의 적용과 점검을 위하여, 총 10가지의 BVOC ((1) (+)-α-pinene, (2) (+)-β-pinene, (3) α-phellandrene, (4) (+)-3-carene, (5) α-terpinene, (6) p-cymene, (7) (R)-(+)-limonene, (8) γ-terpinene, (9) myrcene, (10) camphene)를 주조사 대상 성분으로 설정하였다(표 1). 그리고 기준물질로 두 가지 방향족 화합물(benzene과 toluene)을 대체표준물질의 형태로 추가하여 조제하였다. 이들 대상 성분에 대한 표준시료를 4단계의 농도로 조제하고, 이를 이용하여 기본적인 정도관리를 수행하였다.
준비한 4가지의 환경시료는 상온(25°C)에서 임핀저에 주입한 후, 임핀저의 도입부에 초순수 공기를 담은 실린더를 부착하였다. 그리고 실린더 가스의 유입 경로에 부착한 미세밸브를 이용하여 임핀저에 주입하는 공기의 주입유속과 유량을 조절하였다. 실시료는 채취 전에 순수공기(순도 99.
이들 대상 성분에 대한 표준시료를 4단계의 농도로 조제하고, 이를 이용하여 기본적인 정도관리를 수행하였다. 그리고 이러한 분석기법을 실제 과일류 중심의 환경시료에 적용하여, 시료별 BVOC의 배출량을 측정하였다. 이를 통해, 실제 배출이 이루어지는 BVOC 성분들의 종류와 규모를 중심으로 배출특성을 분석하고자 하였다.
본 연구에서는 BVOC의 측정기술에 대한 정도관리를 다양한 관점에서 확인하고자 하였다. 그리고 이러한 분석기술을 실제 환경시료에 적용함으로써 여러가지 식물류에 대한 배출특성을 정량적으로 측정하였다. 이를 통해, BVOC의 배출자료를 확장할 수 있는 체계를 구축하고자 하였다.
채취한 가스 시료는 다른 환경시료의 분석방법과 같은 방법으로 행하였다. 그리고 이를 이용하여, 하나의 정도관리 차원에서 액상 표준시료를 분석한 결과에 대비하여 검량특성을 조사하였다. 따라서 일종의 FSC (농도고정방식: Kim and Nguyen, 2007) 방식으로 동일 농도의 표준시료에서 부피를 증가시켜주며 검량선을 작성하는 것과 같이 TO5를 분석하였다.
본 연구에서는 환경 대기 중에 존재하는 휘발성유기화합물 중 자연적 휘발성유기화합물에 대한 정량 분석기법에 대한 체계적인 검정을 시도하고자 하였다. 그리고 추가적으로 실제 딸기와 귤을 이용하여 고체흡착제와 열탈착분석기법을 결합한 분석방식을 이용하여 환경시료에 대하여 이러한 분석기법을 적용하였다. 이를 위하여, 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식으로 BVOC의 표준시료 및 환경시료를 분석하였다.
본 연구에서는 10종의 BVOC에 대한 참고물질로 2종의 AVOC 성분들 (benzene과 toluene)을 동시에 포함하는 방식으로 표준시료를 조제하였다. 이 2종의 경우, 99.
본 연구의 조사 대상 중 귤과 관련한 두 가지 시료(TO, TX)의 경우, 초기 과일 시료의 양이 BVOC의 배출에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 부분을 간단히 알아보기 위하여, 10 g을 이용하여 배출농도를 측정한 것에 덧붙여, 50 g 수준의 시료를 준비하여 추가적인 분석을 하였다.
그리고 기준물질로 두 가지 방향족 화합물(benzene과 toluene)을 대체표준물질의 형태로 추가하여 조제하였다. 이들 대상 성분에 대한 표준시료를 4단계의 농도로 조제하고, 이를 이용하여 기본적인 정도관리를 수행하였다. 그리고 이러한 분석기법을 실제 과일류 중심의 환경시료에 적용하여, 시료별 BVOC의 배출량을 측정하였다.
그리고 준비한 4가지의 소재는 모두 10 g을 기준으로 각각의 코드명을 정하였기 때문에, 50 g 시료는 두 개의 대문자로 구성한 코드에 숫자 5를 추가로 붙여주었다(그림 1:예를 들어, 귤의 과육부 10 g은 TO, 50 g은 TO5로 구분해주었다). 이들 질량 크기가 다른 시료들의 분석 결과를 이용하여, 주입량의 크기와 배출농도의 관계를 조사하였다.
이러한 방식으로 4가지 농도대(myrcene을 기준으로 2.50 ng/μL에서 25 ng/μL)의 작업용 표준시료를 조제하여 4점 검량을 실시하였다.
본 연구의 조사 대상 중 귤과 관련한 두 가지 시료(TO, TX)의 경우, 초기 과일 시료의 양이 BVOC의 배출에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 부분을 간단히 알아보기 위하여, 10 g을 이용하여 배출농도를 측정한 것에 덧붙여, 50 g 수준의 시료를 준비하여 추가적인 분석을 하였다. TO과 TO5에서 시료량이 5배 차이날 때, 발생한 각각의 성분들의 배출농도(또는 배출 플럭스)의 차이 정도를 그림 5의 A에 제시하였다.
그리고 이런 분석기술의 검정을 토대로 일부 과일시료들을 이용하여 자연시료에 대한 배출량의 정량적 산출에 적용하고자 하였다. 이러한 연구 목적에 맞추어, 다양한 비교 실험을 진행하였다. 특히, BVOC의 채취 및 분석을 위한 ST-TD 분석기술에 대한 객관성을 조사대상 개별 BVOC의 회수율을 평가 중심으로 다양한 각도에서 비교 분석하였다.
그리고 추가적으로 실제 딸기와 귤을 이용하여 고체흡착제와 열탈착분석기법을 결합한 분석방식을 이용하여 환경시료에 대하여 이러한 분석기법을 적용하였다. 이를 위하여, 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식으로 BVOC의 표준시료 및 환경시료를 분석하였다. 전반적으로 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식으로 분석한 BVOC의 RF값은 AVOC보다 크게 나타났고, R2값은 0.
본 연구에서는 BVOC의 정확한 정량분석체계 구축의 중요성을 감안하여 BVOC에 대한 분석기술을 다양한 관점에서 평가하고 점검하고자 하였다. 이를 위해, BVOC의 분석에 가장 보편적으로 적용하는 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식에 기반한 분석기술의 기본적인 정도관리 특성을 액상표준시료를 이용하여 분석하는 기술을 중심으로 점검하고자 하였다. 그리고 이런 분석기술의 검정을 토대로 일부 과일시료들을 이용하여 자연시료에 대한 배출량의 정량적 산출에 적용하고자 하였다.
999%)를 100 mL/ min 유속으로 2분간 흘려준 후에 채취하였다. 임핀저로부터 배출이 이루어지는 각각의 과일 시료의 배출가스는 TD-GC-MS의 분석에 적용하기 위하여, 0.01 mL에서 200 mL 만큼 주사기로 채취하였다. 채취한 시료는 흡착관(ST)에 주입하여 흡착시키고 320°C에서 열탈착(TD)시킨 후 GC-MS로 분석하였다.
BVOC의 표준시료를 이용한 정도관리의 정보를 바탕으로 준비한 4가지의 환경시료를 정량분석하였다. 임핀저를 통해 sweep gas 형태로 확보한 기체시료는 과일 시료에 대한 BVOC의 농도 차이와 크기를 감안하여, 시료의 주입량을 0.1~10 mL까지 적절하게 조절하면서 분석하였다. 이를 토대로 1차적으로 배출 농도(ppb)를 산출하였다.
채취한 시료는 흡착관(ST)에 주입하여 흡착시키고 320°C에서 열탈착(TD)시킨 후 GC-MS로 분석하였다.
이러한 연구 목적에 맞추어, 다양한 비교 실험을 진행하였다. 특히, BVOC의 채취 및 분석을 위한 ST-TD 분석기술에 대한 객관성을 조사대상 개별 BVOC의 회수율을 평가 중심으로 다양한 각도에서 비교 분석하였다.
환경시료 중 BVOC 성분들에 대한 GC-MS 방식의 정량을 위해, 10종의 BVOC 성분과 2종의 대체표준 물질들에 대한 검정곡선을 작성하였다. 각 표준시료는 100 mL/min의 유속으로 5분간 질소가스를 흘려주는 동안, 액상용 시린지를 이용하여 4단계의 농도로 준비한 표준시료를 각 0.
대상 데이터
BVOC에 대한 검정곡선의 작성과 기본적인 정도 관리를 수행하기 위해, 표 2에 제시한 바와 같이 10종의 대표적 BVOC 성분을 대상으로 표준시료를 준비하였다. 이들 10종의 물질은 순도 90% 이상의 원액시료 (Sigma-aldrich, USA)로 구매하여 메탄올을 용매로 단계적으로 희석하였다.
BVOC의 배출특성을 연구하기 위하여, 일상에서 쉽게 구할 수 있는 두 가지의 과일(귤과 딸기)을 조사대상 환경시료로 준비하였다. 과일은 (1) 귤과육 (tangerine), (2) 귤껍질 (tangerine peel), (3) 딸기과육 (strawberry), (4) 딸기꽃받침 (sepals of strawberry)의 4가지 부분으로 구분하여 분석하였다.
이러한 ST-TD-GC-MS 분석 기술의 적용과 점검을 위하여, 총 10가지의 BVOC ((1) (+)-α-pinene, (2) (+)-β-pinene, (3) α-phellandrene, (4) (+)-3-carene, (5) α-terpinene, (6) p-cymene, (7) (R)-(+)-limonene, (8) γ-terpinene, (9) myrcene, (10) camphene)를 주조사 대상 성분으로 설정하였다(표 1).
데이터처리
25 μm film thickness)을 사용하였다. 이들에 대한 기본적인 정도관리를 위해, 방법검출한계(method detection limit: MDL)와 상대표준오차(relative standard error, RSE (%))를 산출하였다. (정도관리에 대한 세부적인 정보는 아래 3.
이론/모형
그리고 이를 이용하여, 하나의 정도관리 차원에서 액상 표준시료를 분석한 결과에 대비하여 검량특성을 조사하였다. 따라서 일종의 FSC (농도고정방식: Kim and Nguyen, 2007) 방식으로 동일 농도의 표준시료에서 부피를 증가시켜주며 검량선을 작성하는 것과 같이 TO5를 분석하였다. 이를 통해, sweep gas 방식으로 시료를 채취할 때, 시료의 채취량이 농도 산정에 적절하게 반영이 되는 가를 확인하고자 하였다.
성능/효과
10종 성분의 RF값은 평균 37,981±7,060 그리고 참고성분 AVOC 2종의 RF값은 평균 28,942±1,511를 확보하였다.
2가지 참고성분들의 방법검출한계(MDL)는 평균 22.7±2.80 pg 수준으로 나타났다.
BVOC에 대한 분석 정밀도를 상대표준오차(%, RSE)로 산출한 결과, 평균 2.06±1.13%로 나타났고, BVOC의 방법검출한계는 평균 41.9±11.1 pg 수준으로 나타났다.
10종 성분의 RF값은 평균 37,981±7,060 그리고 참고성분 AVOC 2종의 RF값은 평균 28,942±1,511를 확보하였다. BVOC의 감도는 참고 성분들의 감도 (benzene (RF: 27,873), toluene (RF:30,010))보다 약 31.2% 높게 나타났다. 검량선 작성에 사용한 표준시료 10+2가지 성분의 RF값은 그림 2A에 제시한 것과 같이 α-phellandrene (23,560)< ben zene< toluene<(+)-β-pinene< camphene< myrcene<(+)-α-pinene< (+)-3-carene< α-terpinene< γ-terpinene< (R)-(+)-limonene< p-cymene (50,363)의 순서로 나타났다.
R2값을 기준으로 검량 결과의 직선성을 단순하게 비교해보면 BVOC 계열(R2: 0.9942±0.0022)과 참고성분(0.9995±0.0006)과 유사하게 나타났다.
가장 높은 감도를 보인 p-cymene이 가장 낮은 감도의 α-phellandrene보다 약 2배 높게 나타났다.
검량의 직선성에 대한 평가는 R2 기준으로 볼 때, (R)-(+)-limonene: 0.9582에서 (+)-β-pinene: 0.9984 수준으로, 표준시료의 결과에 비해서는 떨어지지만 비교적 양호하게 나타났다.
1차적으로 본 연구에서 설정한 임핀저의 유속 조건(50 mL/min)으로 채취한 기체 중 BVOC의 배출 농도(ppb)를 평균값으로 취하여 비교해 보았다. 그 결과, 채취한 기체의 부피크기에 상관없이 각 성분별 발생 농도가 그림 3에서 제시한 것처럼 비슷한 경향을 보여주는 것을 알 수 있었다. 표 5에 정리한 결과에 의하면 모든 과일 시료에서 (R)-(+)-limonene이 가장 높은 농도를 나타냈음을 알 수 있다.
결과적으로 BVOC의 방법검출한계는 참고성분들과 비슷한 수준을 보였다. 기본적인 QA 분석의 결과, 표 4에서 제시한 바와 같이 BVOC 성분들은 전반적으로 AVOC와 유사한 수준으로 정량적인 검출특성을 보여주었다.
Camphene, (+)-β-pinene, myrcene은 TO, SO, SX에서는 검출되지 않았다. 모든 과일 시료에 대한 모든 분석 성분들은 예외없이 농도 경향에서 확인한 것과 같이 TX가 여타 시료들에 비해 최고 높은 수준의 flux를 나타냈다. 이에 대한 세부사항은 표 1S에 첨부하였다.
본 연구에 조사한 환경시료 중 하나인 귤의 껍질에서 추출한 오일을 분석한 과거 연구사례를 보면, limonene 95.1%, myrcene 2.0%, α-Pinene 0.5%, β-pinene 0.4%으로 나타난 반면 γ-terpinene, p-cymene, (+)-3- carene은 검출되지 않았다(Tu et al., 2002).
이러한 비교에 의하면 SO=870, SX=1,242, TO=1,440, TX=180,270 ppb순으로 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 조사한 10가지 BVOC 성분에 대한 배출은 귤의 껍질 시료(TX)가 가장 저농도인 딸기의 과육(SO)보다 약 200배 이상의 차이를 보이며 엄청난 규모의 BVOC를 배출하는 것을 추정할 수 있다. 또한 딸기나 귤 모두 과육부에 비해 껍질이나 잎에서 고농도를 기록하였다.
본 연구의 조사대상 성분들에 대한 방법검출한계는 작업용 액체상 표준시료 중 가장 낮은 검량점의 절반농도에 해당하는 시료(myrcene기준 1.25 ng/μL, benzene기준 1.82 ng/μL)를 0.5 μL만큼 7회 반복 주입하여 결과를 산출하였다.
분석조건(25°C, 1기압)을 감안하여 10 mL의 시료량을 적용하여 몰분율 농도로 MDL을 구하면 평균 0.81±0.17 ppb 수준으로 나타났다.
01 ng/μL 수준의 표준시료를 총 3회 반복 분석하였다. 상대표준오차(% RSE) 값 또한 5% 미만의 양호한 값을 확보하여, 환경시료에 대한 정량자료의 확보에 신뢰도를 높였다.
45으로 나타났다. 이러한 결과를 전체적으로 보면, 과일 시료량의 증감에 따른 BVOC의 배출 농도는 성분별로 규칙성과 불규칙성을 동시에 보여준다.
이 때 모든 조사대상성분의 탄소수가 10으로 동일하기 때문에 ΣBVOC의 단위는 단순히 ppb로 설정하여 표 5에 제시하였다. 이러한 비교에 의하면 SO=870, SX=1,242, TO=1,440, TX=180,270 ppb순으로 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 조사한 10가지 BVOC 성분에 대한 배출은 귤의 껍질 시료(TX)가 가장 저농도인 딸기의 과육(SO)보다 약 200배 이상의 차이를 보이며 엄청난 규모의 BVOC를 배출하는 것을 추정할 수 있다.
이렇게 시료의 주입부피의 변화에 따른 기기의 감응 결과를 plot 한 결과, 그림 2B, C에 제시한 것처럼 (R)-(+)-limonene의 RF값이 14.7로 다른 성분(γ-terpinene: 2.29, pcymene: 0.78, myrcene: 0.43, (+)-β-pinene: 0.30, (+)-α-pinene: 0.23, α-terpinene: 0.08, camphene: 0.01)들에 비해 확연하게 큰 감도를 보이며 가장 고농도로 존재하는 것을 확인할 수 있다.
99 이상의 수치를 보였다. 재현성(RSE) 또한 5% 이하를 유지하였고, MDL 또한 기존의 AVOC에서 나타낸 수치와 비슷한 정도를 보였다. 즉, BVOC의 분석은 정도관리의 주변수를 기준으로 볼 때, AVOC 와 유사한 수준으로 분석할 수 있음을 실제 크로마토그램으로 제시한 그림 6A를 통해 확인하였다.
이를 위하여, 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식으로 BVOC의 표준시료 및 환경시료를 분석하였다. 전반적으로 흡착튜브와 열탈착(ST-TD)방식으로 분석한 BVOC의 RF값은 AVOC보다 크게 나타났고, R2값은 0.99 이상의 수치를 보였다. 재현성(RSE) 또한 5% 이하를 유지하였고, MDL 또한 기존의 AVOC에서 나타낸 수치와 비슷한 정도를 보였다.
재현성(RSE) 또한 5% 이하를 유지하였고, MDL 또한 기존의 AVOC에서 나타낸 수치와 비슷한 정도를 보였다. 즉, BVOC의 분석은 정도관리의 주변수를 기준으로 볼 때, AVOC 와 유사한 수준으로 분석할 수 있음을 실제 크로마토그램으로 제시한 그림 6A를 통해 확인하였다. 추가적으로 실행한 4가지 환경시료((1) 귤과육, (2) 귤껍질, (3) 딸기과육, (4) 딸기꽃받침)를 분석한 결과, (R)-(+) -limonene이 예외없이 모든 시료에서 가장 높은 농도로 검출되었다.
즉, BVOC의 분석은 정도관리의 주변수를 기준으로 볼 때, AVOC 와 유사한 수준으로 분석할 수 있음을 실제 크로마토그램으로 제시한 그림 6A를 통해 확인하였다. 추가적으로 실행한 4가지 환경시료((1) 귤과육, (2) 귤껍질, (3) 딸기과육, (4) 딸기꽃받침)를 분석한 결과, (R)-(+) -limonene이 예외없이 모든 시료에서 가장 높은 농도로 검출되었다. 특히 귤의 껍질에서 159,769±81,351 ppb 수준으로 가장 높은 농도를 보여주었음을 그림 6B에 제시한 크로마토그램을 통해 알 수 있었다.
특히 귤의 껍질에서 159,769±81,351 ppb 수준으로 가장 높은 농도를 보여주었음을 그림 6B에 제시한 크로마토그램을 통해 알 수 있었다.
후속연구
이를 통해, BVOC의 배출자료를 확장할 수 있는 체계를 구축하고자 하였다. 본 연구와 같이 BVOC의 배출특성을 체계적으로 정의하고자 하는 노력은 향후 이들의 배출특성을 정확하게 진단하는데 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휘발성유기화합물은 무엇인가?
환경 대기 중에 존재하는 휘발성유기화합물(volatile organic compounds: VOC)은 ppb 수준의 낮은 농도에서도 대기질에 영향을 미치는 중요한 대기오염물질에 해당한다. 이들의 상당 부분은 benzene, toluene, xylene과 같은 방향족 성분들과 같이 여러 가지 인위적 배출원(anthropogenic VOC: AVOC)으로부터 발생한다(Piccot et al.
자연적 휘발성유기 화합물의 탄생 과정은?
, 2012). 이와 마찬가지로 나무, 풀, 곡물과 같이 자연적 배출원으로부터 광합성 작용 등을 통해 isoprene, terpene류의 자연적 휘발성유기 화합물(biogenic volatile organic compounds: BVOC)이 발생한다(Wright et al., 2005).
휘발성유기화합물의 상당 부분은 무엇으로부터 발생하는가?
환경 대기 중에 존재하는 휘발성유기화합물(volatile organic compounds: VOC)은 ppb 수준의 낮은 농도에서도 대기질에 영향을 미치는 중요한 대기오염물질에 해당한다. 이들의 상당 부분은 benzene, toluene, xylene과 같은 방향족 성분들과 같이 여러 가지 인위적 배출원(anthropogenic VOC: AVOC)으로부터 발생한다(Piccot et al., 2012).
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