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문제 정의
- 본 장에서는 울산에서 실시한 PAS 연구결과를 소개하고자 한다. 본 연구에 관한 자세한 사항은 참고문헌에 제시되었다 (Choi et al.
제안 방법
- PUF 시료를 회수한 후에 추출, 농축, 정제, 최종농축을 거쳐 질량분석기를 이용한 기기분석을 수행하였다. 회수한 PUF 시료를 속실렛(Soxhlet)에 넣고 헥산:아세톤(9 : 1) 혼합용매(350 mL)로 20시간 동안 추출하였다.
- 개별 PAH의 logKOA값(표 1)을 이용하여 logKPUF-A를 구하고(식 2), 여기에 PUF 디스크의 밀도를 곱한 logKPUF-A′를 식(7)에 입력하여 유효시료부피(VAir)를 구하였다(표 3).
- PUF-PAS를 제작하고 사용하는 것은 비교적 간단하지만, 기존 문헌자료를 참고하여 대기 농도를 산정하기에는 어려운 측면이 있다. 그러므로 본 기술자료를 통해 수동대기채취의 원리에 대해 구체적으로 설명하고, PUF-PAS에 채취된 PAHs의 양을 대기 농도로 환산하는 예를 제시하였다. 본 논문에 제시된 기초자료, 수식, 표 서식을 이용하면 비교적 쉽게 유효 시료부피를 계산하고, POPs 흡착량을 대기 농도로 환산할 수 있다.
- )를 구하였다(표 3). 기기분석을 통해 PUF 디스크에 흡착된 PAH 개별물질의 양 (ng)을 유효시료부피 (m3)로 나누어 대기 농도(ng/m3)로 환산하였다. 표 3에 제시된 흡착량은 울산시에 설치한 40개의 PUF-PAS 시료의 평균값이다.
- 회전증발농축기 (Hei-VAP Advantage, Heidolph, Germany)로 추출용매를 150mL까지 농축시킨 후, 질소농축기(MGS-2200, Eyela, Japan)를 이용하여 농축하였다 (10 mL). 실리카겔 (5 g, 600℃, 2시간 활성화)과 무수황산나트륨(1 g)을 컬럼에 충진한 후, 농축시료(10 mL 중 2 mL)를 컬럼에 주입하고 10% 다이클로로메탄/헥산 (1 : 9)혼합용매(70 mL)로 용출시켰다. 질소농축기를 이용하여 최종농축 (1 mL)하여 GC 바이알에 옮겨 담고, 내부표준물질 (Internal standard: p-Terphenyl-d14)을 주입한 후 GC/MS (Agilent 7890N/5975C, USA)로 분석하였다.
- PAHs의 회수율은 평균 72~88%였으며, 개별물질 농도를 회수율로 보정하였다. 실험과정에서 발생할 수 있는 오염을 확인하기 위하여 바탕시료를 분석하였고, 바탕시료에서 검출된 일부 물질에 대해서 분석값을 보정하였다.
- , 2004). 이들 물질을 시료채취 전에 PUF 디스크에 주입하고, 시료채취가 끝난 후에 잔류량을 분석하여, 물질전달계수 (kA)를 구하고, 이 값을 이용하여 시료채취율(R)을 계산한다. 식(6)을 간단히 표현하면 C=C0∙exp (-kU∙t)이며, kU는 (APUF)/(VPUF)∙(kA/KPUF-A′)와 같다.
- 실리카겔 (5 g, 600℃, 2시간 활성화)과 무수황산나트륨(1 g)을 컬럼에 충진한 후, 농축시료(10 mL 중 2 mL)를 컬럼에 주입하고 10% 다이클로로메탄/헥산 (1 : 9)혼합용매(70 mL)로 용출시켰다. 질소농축기를 이용하여 최종농축 (1 mL)하여 GC 바이알에 옮겨 담고, 내부표준물질 (Internal standard: p-Terphenyl-d14)을 주입한 후 GC/MS (Agilent 7890N/5975C, USA)로 분석하였다. 이동기체(He)는 1.
- 회수한 PUF 시료를 속실렛(Soxhlet)에 넣고 헥산:아세톤(9 : 1) 혼합용매(350 mL)로 20시간 동안 추출하였다. 추출 전에 대체표준물질(Surrogate standards: Naphthalene-d8, Acenaphthene-d10, Phenanthrene-d10, Chrysene-d12, Perylene-d12)을 주입하였다. 회전증발농축기 (Hei-VAP Advantage, Heidolph, Germany)로 추출용매를 150mL까지 농축시킨 후, 질소농축기(MGS-2200, Eyela, Japan)를 이용하여 농축하였다 (10 mL).
대상 데이터
- 기존 연구에서는 d6 γ-HCH (262 ng), PCB 30 (64 ng), PCB 107 (9.6 ng), PCB 198 (5.6 ng) 등을 사용하였다 (Pozo et al., 2004).
- PAHs는 주로 화석연료의 불완전 연소에 의해 대기 중으로 배출되며, 기체/입자 분배를 거치며 이동하거나 지표로 침적 된다. 본 연구에서는 미국 환경보호청 (US Environmental protection agency: US EPA)에서 우선관리대상 물질로 지정한 16종 PAHs를 대상으로 하였다. 이 중에서 나프탈렌(Naphthalene)은 두 개의 고리로 구성되었으며, 벤조[ghi]페릴렌 (Benzo[ghi]perylene)은 여섯 개의 고리로 구성된 물질로서 가장 많은 고리를 가지고 있다(그림 7).
- 울산시 20개 지점(울산광역시보건환경연구원 대기오염측정망 포함)에 각각 두 개의 PUF-PAS를 설치하였다 (그림 8). 1차 시료는 2011년 1월 7일부터 2월 25일까지 49일 동안 채취하였으며 (평균기온: 0.
- , 2003; Shoeib and Harner, 2002), 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있다. 폴리우레탄폼 디스크(Polyurethane foam disk: PUF disk)를 흡착제로 사용하며, 적정 시료채취기간은 3개월로서 계절별 모니터링에 적합하다. PUF-PAS의 재질, 구조, 크기(< 50×50 cm), 무게(< 1 kg), 경제성을 고려할 때, 장기간에 걸친 공간 모니터링에 적합하다.
- PAS 연구에서 일반적으로 사용하는 PUF 디스크의 규격, 무게, 밀도를 그림 2에 나타내었다. 현재 많이 사용되고 있는 평균 시료채취율(3.5m3/day)과 이를 이용하여 산정한 물질별 유효시료부피(Effective sampling volume)는 본 규격의 PUF 디스크를 대상으로 하고 있다. 그러므로 다른 규격의 제품을 사용할 경우에는 반드시 이를 고려하여 대기 농도를 산정해야 한다.
이론/모형
- PAS를 이용하여 측정한 기체상 농도자료와 기존에 개발된 기체/입자 분배모델 (Gas/particle partitioning model)을 이용하여 입자상 농도를 추정하고, HiVol 자료를 이용하여 지역 특성에 맞도록 모델을 보정할 수 있다(Baek et al., 2007). 이미 중국에서는 입자상 시료도 채취할 수 있는 PAS가 개발되었다(Tao et al.
- 본 장에서는 울산에서 실시한 PAS 연구결과를 소개하고자 한다. 본 연구에 관한 자세한 사항은 참고문헌에 제시되었다 (Choi et al., 2012). PAHs는 주로 화석연료의 불완전 연소에 의해 대기 중으로 배출되며, 기체/입자 분배를 거치며 이동하거나 지표로 침적 된다.
- 오븐온도 프로그램은 다음과 같았다: 60C (1 min, 10℃/min) → 320℃ (8 min). 질량분석기는 이온충격(70 eV) 모드를 사용하였으며, 이온소스 온도는 200℃였고 선택이온모니터링(SIM)방법으로 분석하였다. PAHs의 회수율은 평균 72~88%였으며, 개별물질 농도를 회수율로 보정하였다.
성능/효과
- 시료채취 관련정보는 위에서 서술한 내용이며, PUF 디스크 정보는 그림 2에 제시한 내용을 정리하였다. 모든 시료에 대해서 기존에 많이 사용되고 있는 평균 시료채취율 (3.5 m3/day)을 일괄적으로 적용하였으며, 물질전달계수 (kA=R/APUF)는 94.7 m/day로 계산되었다.
- 그러므로 본 기술자료를 통해 수동대기채취의 원리에 대해 구체적으로 설명하고, PUF-PAS에 채취된 PAHs의 양을 대기 농도로 환산하는 예를 제시하였다. 본 논문에 제시된 기초자료, 수식, 표 서식을 이용하면 비교적 쉽게 유효 시료부피를 계산하고, POPs 흡착량을 대기 농도로 환산할 수 있다. 이를 통해, 선형흡수기간뿐만 아니라 흡착평형에 도달한 경우에도 신뢰성 있는 농도산정이 가능하다.
- , 2003). 장치 구조와 XAD 수지의 특성상 기상조건의 영향을 덜 받으며 장기간 모니터링이 가능하므로, 산악지역과 극지 등에서 일년 정도의 연평균 농도를 확보하는 데 적합하다. (3) PUF-PAS는 캐나다 환경부 (Environment Canada)에서 개발되었으며(Harner et al.
후속연구
- 이를 통해, 선형흡수기간뿐만 아니라 흡착평형에 도달한 경우에도 신뢰성 있는 농도산정이 가능하다. 본 기술자료의 내용은 옥탄올-공기 분배계수가 알려진 모든 반휘발성유기화합물에 대해 적용 가능하므로, PUF-PAS로 채취한 다양한 POPs의 농도산정에 활용될 것으로 기대한다. 한편, 시료채취율 산정과 농도환산의 불확도를 줄이고 단기간 모니터링이 가능하도록 PAS 성능을 개선하는 연구가 필요하다.
- PAS의 일반적인 원리와 연구동향은 이미 한국대기환경학회지 총설논문을 통해 제시된 바가 있으므로(Choi and Chang, 2005), 본 논문에서는 가장 많이 사용되고 있는 PUF-PAS의 기본원리와 농도산정법을 자세히 설명하였다. 이를 바탕으로 실제 모니터링 사례의 농도산정 과정을 제시했으므로, 보다 많은 연구자들이 PAS를 쉽게 활용할 수 있을 것이다.
- 본 기술자료의 내용은 옥탄올-공기 분배계수가 알려진 모든 반휘발성유기화합물에 대해 적용 가능하므로, PUF-PAS로 채취한 다양한 POPs의 농도산정에 활용될 것으로 기대한다. 한편, 시료채취율 산정과 농도환산의 불확도를 줄이고 단기간 모니터링이 가능하도록 PAS 성능을 개선하는 연구가 필요하다. 이를 통해 단기간 오염현상을 파악할 수 있는 PAS를 개발할 필요가 있다.
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