미세플라스틱의 분포, 거동, 생태계 영향 등은 해양생태계 보전을 위한 중요한 연구관심사가 되고 있다. 그러나 국내외적으로 통일된 조사 및 정성 정량 분석법이 제시되어 있지 않아 자료들의 비교에 한계가 있다. 본 연구는 해수에 잔류하는 미세플라스틱에 대한 국내외 조사방법들을 고찰하고, 불확실성을 증가시킬 수 있는 과정들에 대해 재현성여부를 평가하여 적용가능한 조사 및 정성 정량 분석법을 확립하였다. 또, 확립된 방법을 적용해 인천경기연안 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 분포특성에 대한 사전조사 결과를 제시하였다. 해수는 표면해수층(surface microlayer; SML)과 해수층(subsurface water; SSW)로 나누어 SML층은 2 mm mesh screen를 이용해서 채취하였고 SSW층은 동물플랑크톤채집용 trawl net(mesh size=$330{\mu}m$)과 식물플랑크톤채집용 hand net(mesh size=$20{\mu}m$)을 이용해서 채취하였다. 채취된 양에 기초해 계산된 SML층은 대략 $100{\mu}m$로써 SML층을 잘 반영하는 것으로 판단된다. 미세플라스틱의 우점적인 크기는 < $300{\mu}m$으로 관측되어 SSW층에 대한 채취는 trawl-net보다는 hand-net이 더 적절한 것으로 판단된다. 적외선 분광분석(IR)을 통해 플라스틱 여부와 polymer성분을 결정하였는데, SML에 대해서는 IR분석결과에 기초해 계수한 농도와 육안계수법에 기초한 농도가 잘 일치하였으나 SSW에 대해서는 그렇지 못해서 기존 연구들의 육안계수에 의한 결과 값들이 불확실할 수 있음이 관측되었다. 본 연구에서 확립된 방법을 적용해서 사전조사한 결과 인천경기연안 지역 해수 중 잔류하는 미세플라스틱 농도는 낙동강 하구연안에서 관측된 값과 유사한 범위에 있었다. 본 연구에서 확립된 분석방법은 미세플라스틱에 대한 향후 연구를 위해 중요한 기초자료로 활용되리라 사료된다.
미세플라스틱의 분포, 거동, 생태계 영향 등은 해양생태계 보전을 위한 중요한 연구관심사가 되고 있다. 그러나 국내외적으로 통일된 조사 및 정성 정량 분석법이 제시되어 있지 않아 자료들의 비교에 한계가 있다. 본 연구는 해수에 잔류하는 미세플라스틱에 대한 국내외 조사방법들을 고찰하고, 불확실성을 증가시킬 수 있는 과정들에 대해 재현성여부를 평가하여 적용가능한 조사 및 정성 정량 분석법을 확립하였다. 또, 확립된 방법을 적용해 인천경기연안 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 분포특성에 대한 사전조사 결과를 제시하였다. 해수는 표면해수층(surface microlayer; SML)과 해수층(subsurface water; SSW)로 나누어 SML층은 2 mm mesh screen를 이용해서 채취하였고 SSW층은 동물플랑크톤채집용 trawl net(mesh size=$330{\mu}m$)과 식물플랑크톤채집용 hand net(mesh size=$20{\mu}m$)을 이용해서 채취하였다. 채취된 양에 기초해 계산된 SML층은 대략 $100{\mu}m$로써 SML층을 잘 반영하는 것으로 판단된다. 미세플라스틱의 우점적인 크기는 < $300{\mu}m$으로 관측되어 SSW층에 대한 채취는 trawl-net보다는 hand-net이 더 적절한 것으로 판단된다. 적외선 분광분석(IR)을 통해 플라스틱 여부와 polymer성분을 결정하였는데, SML에 대해서는 IR분석결과에 기초해 계수한 농도와 육안계수법에 기초한 농도가 잘 일치하였으나 SSW에 대해서는 그렇지 못해서 기존 연구들의 육안계수에 의한 결과 값들이 불확실할 수 있음이 관측되었다. 본 연구에서 확립된 방법을 적용해서 사전조사한 결과 인천경기연안 지역 해수 중 잔류하는 미세플라스틱 농도는 낙동강 하구연안에서 관측된 값과 유사한 범위에 있었다. 본 연구에서 확립된 분석방법은 미세플라스틱에 대한 향후 연구를 위해 중요한 기초자료로 활용되리라 사료된다.
Despite of emerging and increasing concerns to microplastics, no standard methodology has not been proposed for determination of microplastics. This study aims to develop the analysis method for microplastics in seawater by overviewing methodologies proposed by previous studies and by assessing some...
Despite of emerging and increasing concerns to microplastics, no standard methodology has not been proposed for determination of microplastics. This study aims to develop the analysis method for microplastics in seawater by overviewing methodologies proposed by previous studies and by assessing some processes in those methodologies which possibly cause uncertainties in microplastic determination. Furthermore, we present preliminary results of distribution characteristics of microplastics in seawater of Incheon/Kyeonggi coastal region which is based on our new methodology. Microplastics in surface microlayer (SML) and subsurface water (SSW) were collected using mesh screen and planktonic nets (trawl net with $330{\mu}m$ mesh size and hand net with $20{\mu}m$ mesh size), respectively. Microplastics with < $300{\mu}m$ was predominant, indicating hand net as the better collection tool for SSW. As for SML, FT-IR based microplastic concentration was well matched with naked-eye based concentration which has been used in most of previous studies. However, a poor relationship was observed for SSW, indicating that concentration data of previous SSW studies should be corrected. Incheon/Kyeonggi bay seawater contained the similar concentration range with those in coastal region of the Nakdong River. Our methodology can be used as a basic tool for further microplatic studies.
Despite of emerging and increasing concerns to microplastics, no standard methodology has not been proposed for determination of microplastics. This study aims to develop the analysis method for microplastics in seawater by overviewing methodologies proposed by previous studies and by assessing some processes in those methodologies which possibly cause uncertainties in microplastic determination. Furthermore, we present preliminary results of distribution characteristics of microplastics in seawater of Incheon/Kyeonggi coastal region which is based on our new methodology. Microplastics in surface microlayer (SML) and subsurface water (SSW) were collected using mesh screen and planktonic nets (trawl net with $330{\mu}m$ mesh size and hand net with $20{\mu}m$ mesh size), respectively. Microplastics with < $300{\mu}m$ was predominant, indicating hand net as the better collection tool for SSW. As for SML, FT-IR based microplastic concentration was well matched with naked-eye based concentration which has been used in most of previous studies. However, a poor relationship was observed for SSW, indicating that concentration data of previous SSW studies should be corrected. Incheon/Kyeonggi bay seawater contained the similar concentration range with those in coastal region of the Nakdong River. Our methodology can be used as a basic tool for further microplatic studies.
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문제 정의
3) 확립된 방법론에 기초하여 현장 해수시료를 조사·분석하여 그 선행연구결과를 제시하고자 한다.
, 2012). 따라서, 본 연구에서는 국내외 자료와의 상호비교를 위해 채집된 SML 부피를 채집된 표면적으로 환산하여 표면적당 숫자(즉, items/m2)로도 농도 값을 제시하였다. 이와 관련된 자세한 환산방식은 뒤에 소개하였다.
본 연구에서는 가장 많은 크기군을 점유하며 육안계수의 불확실성이 상대적으로 더 클 것으로 추정되는 <300 µm의 미세플라스틱에 대한 비교값을 제시하였다.
본 연구에서는 국내외에서 사용되는 시료채취, 크기분류 및 계수, 구성성분 분석 등에 대한 방법론을 고찰하고, 불확실성을 증가시킬 수 있는 주요 과정들에 대해 재현성여부를 조사하여 그 결과로써 SML과 SSW에 잔류하는 미세플라스틱의 정성·정량분석법을 확립하였다.
전술한 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 국내외 정성·정량 분석법을 고찰하고, 인천 경기만 해수시료를 대상으로 방법론 확립을 위한 사전 연구를 진행 하였다.
제안 방법
>300 µm 시료에 대해서는 육안으로 관측 가능한 EPS를 제외한 나머지 미세플라스틱에 대한 분석을 진행하였고 <300 µm 시료는 플라스틱으로 보이는 모든 입자에 대해서 분석하였다.
>300 µm의 미세플라스틱의 정량은 육안으로 미세플라스틱이라고 확인된 것들에 대해 전량 계수하였으며, GF/F 여과지에 잔류하는 <300 µm 인 미세플라스틱에 대한 정성·정량은 시간과 비용 등을 고려하여 GF/F 여과지를 4등분한 후 4개 사면 중 무작위로 한 개의 사면을 선택해 미세플라스틱을 계수한 후 전체면적에 잔류하는 양으로 환산하였다.
<1 mm의 미세플라스틱(500 µm~1 mm, 300 µm~500 µm, 20 µm~300 µm)은 32배율의 현미경(Carl zeiss, Stemi DV/4)을 이용해 플라스틱 유무를 확인한 후 그 잔류숫자를 계수하였다.
<300 µm 미세플라스틱의 크기분류 및 계수: 전술하였다시피, SML과 SSW에 잔류하는 미세플라스틱 중 >300 µm에 대해서는 전수조사를 하여 크기군별 정량과 구성성분에 대한 정성분석을 수행하였으나 GF/F 여과지에 잔류하고 현미경을 통해서 정성 및 정량이 가능한 <300 µm의 미세플라스틱에 대해서는 37 mm GF/F 여과지의 여과된 면적을 등면적으로 4등분한 후, 그 중 1개 사면을 무작위로 선정하고 해당 사면에 있는 미세플라스틱의 총량을 계수한 후 전체면적에 잔류하는 양으로 환산하였다.
2에 따라 채취된 SML 시료량(VSML)을 채취표면적(120×ASC)으로 나누어 SML의 두께(dSML)를 추정하였다.
FT-IR 분석에 기초한 크기 군별 정량: 전술한 바와 같이 SML 과 SSW 시료에 잔류하는 >300 µm인 미세플라스틱은 수동주입 방식을 이용해서 그리고 <300 µm 미세플라스틱은 자동분석 방식을 이용해 분석하였다.
FT-IR을 이용한 미세플라스틱 정량분석 QA/QC: 본 연구에서는 해수에 잔류하는 <300 µm 미세플라스틱에 대해 37 mm 직경 GF/F 를 중심부, 외곽부, 중간부로 나뉜 후, 각각에서 무작위로 5 mm×5 mm의 구역을 설정하여 해당 구역에 잔류하는 입자들의 미세플라스틱 여부와 구성성분을 분석하였다.
FT-IR을 이용한 미세플라스틱 정량분석: 해수에 잔류하는 <300 µm 미세플라스틱은 개별분리가 불가능하고 비용과 시간의 제한성 때문에 37 mm 직경의 GF/F를 중심부, 외곽부, 중간부로 나뉜 후, 각각에서 무작위로 5 mm×5 mm의 구역을 설정하여 해당 구역 내에 존재하는 미세플라스틱이라 추정되는 입자들에 대해 적외선분광분석을 수행하였다.
SML 시료는 철제재질의 2 mm mesh screen를 수표면에 접촉시켜 표면장력에 의해 갇힌 미세플라스틱을 재빨리 사각 트레이에 옮겨 담는 방법으로 진행하였다. mesh screen에 의해 1회 채집되는 SML층은 대략 0.
SML과 유기물 처리된 SSW는 각각 5 mm, 4 mm, 2.8 mm, 2 mm, 1 mm, 500 µm, 300 µm mesh size를 갖는 체를 연속적으로 통과시켰고, 300 µm 체를 통과된 여과액은 최종적으로 GF/F 여과지 (Whatman, 0.7 µm)를 이용하여 여과하였다.
SSW 시료는 매 조사정점에서 trawl net(mesh size=330 µm; 네트입경=60 cm) 입구를 수표면 수십 cm 아래에 유지시킨 채 선박을 2 knot(~1 m/s) 속도로 15분간 선회하면서 채취하였다.
SSW 시료는 매 조사정점에서 trawl net(mesh size=330 µm; 네트입경=60 cm) 입구를 수표면 수십 cm 아래에 유지시킨 채 선박을 2 knot(~1 m/s) 속도로 15분간 선회하면서 채취하였다. Trawl net으로 채집된 전체 SSW 양은 기계식 유량계(Hydro-Bios, 독일)를 네트입구에 장착해 시료채취 전후의 회전수를 읽어 기록한 후 유량계산식을 이용해서 계산하였다. 정점당 대략 100 m3의 SSW가 네트를 통해 여과된 것으로 계산되었다.
이러한 FT-IR 분석기기의 분석모듈의 장단점에 기초해 본 연구에서는 >300 µm 미세플라스틱은 수동주입 방식을 통해서, 그리고 <300 µm 미세플라스틱은 자동분석 방식을 통해서 분석하였다. 각 시료의 IR 스펙트럼은 기기에서 제공하는 library검색을 통해 해당 시료가 어떤 구성성분인지를 판별하였다. Library상에서 hit quality>400인 것에 대해서만 정성적으로 해당 구성성분임을 확정하였다.
각 여과지에 대해 할당된 5 mm×5 mm의 구역에 잔류하는 미세플라스틱을 정성정량한 후 이 양을 여과지 전체면적의 값으로 환산하였다.
각 크기군의 체에 걸린 미세플라스틱을 petri dish에 잘 쓸어 담은 후, >1 mm 인 미세플라스틱에 대해서는 육안으로 EPS와 그 외 재질(non-EPS)를 분류하였고 동시에 각 크기 군별 미세플라스틱 숫자를 계수하였다.
각각 10L의 현장 해수 10개를 채취하여 실험실로 옮긴 후, 현장시료 채취시와 동일한 mesh screen를 이용해서 각 시료에 대해 10회 반복 채취하여 SML 부피를 결정하였고 이 양을 다시 120회 채취된 부피로 환산하였다. 따라서, 현장에서 채취한 SML 시료량에 해당하는 표면적은 아래 식을 이용하여 보정하였다.
그 결과로써 SML과 SSW 층에 잔류하는 미세플라스틱의 조사·채취 방법, 전처리 및 크기 군별 정량방법, 구성성분에 대한 정성분석 등을 확정하였다(Fig. 1).
따라서, 본 연구에서는 각 여과지를 중심에서 외곽으로 동일한 간격의 3개의 동심원을 그린 후 중심부, 외곽부, 중간부에서 각각 무작위로 5 mm×5 mm의 구역을 설정한 후 해당 구역 내에 존재하는 입자들에 대해 적외선분광분석을 수행하여 미세플라스틱의 여부와 그것의 구성성분을 판정하였다.
그러나 표면적당 개수(즉, items/m2)로 표현할 때는 동일한 크기의 mesh screen을 이용해 같은 횟수(즉, 각 정 점당 120회)를 반복해서 채집했다하더라도 채취도중 발생한 시료손실에 의해 채취된 면적을 제대로 반영하지 못하는 한계가 있다. 따라서, 채취 시 발생하는 시료손실을 보정하기 위하여 진동과 기상변화가 없어 시료손실이 없는 실험실 조건에서 동일한 방법으로 해수의 SML층을 채취하였으며 실험실조건에서 측정된 양을 기준으로 현장에서 채취시 발생하는 시료 손실량을 보정하였다.
미세플라스틱 구성성분의 정성분석: 미세플라스틱의 구성성분에 대한 정성분석은 적외선분광광도계인 FT-IR(Bruker Vertex 80v & Hyperion 2000)을 이용하여 수행되었다.
본 연구에서 SML을 채집하기 위해 사용된 mesh screen 채취방법은 대략 ~100 µm의 해수표면층을 포집하는 것으로 계산되었다.
FT-IR 분석에서 사용된 ATR 방식은 시료에 직접 IR을 조사하여 시료에 흡수되지 않은 파장의 빛을 측정하는 원리로 KBr pellet을 만들기 힘든 시료들에 적합하다. 본 연구에서는 분석대상 시료의 크기에 따라 수동주입 방식 (Bruker Vertex 80v)과 적외선현미경 장착된 자동분석 방식(Hyperion 2000)으로 나누어 분석하였다. 두 분석 방식 모두 시료에 직접 IR을 조사하여 시료의 흡광도를 측정하는 원리는 같지만 수동주입 방식은 시료크기가 커서 분석자에 의해 수동으로 시료를 주입하는 것이 가능하다.
본 연구진의 실험실에서는 여과 전 시료병을 10여초동안 흔들어 잘 섞은 후 해당 시료를 22 L/min의 유량을 갖는 진공펌프(Todays, USA)를 장착한 감압여과장치를 이용해서 여과하였다. 본 연구에서는 실험실에서 진행되는 일반적인 여과절차를 통해 여과한 3개의 현장 시료(A, B, C)를 무작위로 선정하여 각 여과지의 4개 사면을 모두 전수 조사하여 상호 비교함으로써 여과지상에서 미세플라스틱의 상대적인 분포의 편차를 조사하였다. 이를 통해 1/4 사면을 무작위로 선정하여 정성·정량하는 방법의 적용타당성을 검토하였다.
이 방법은 SML 및 SSW 시료의 여과과정에서 불균질하게 여과되는 경우 전체면적에 잔류하는 양으로 환산시 불확실성을 높일 수 있다. 본 연구진의 실험실에서는 여과 전 시료병을 10여초동안 흔들어 잘 섞은 후 해당 시료를 22 L/min의 유량을 갖는 진공펌프(Todays, USA)를 장착한 감압여과장치를 이용해서 여과하였다. 본 연구에서는 실험실에서 진행되는 일반적인 여과절차를 통해 여과한 3개의 현장 시료(A, B, C)를 무작위로 선정하여 각 여과지의 4개 사면을 모두 전수 조사하여 상호 비교함으로써 여과지상에서 미세플라스틱의 상대적인 분포의 편차를 조사하였다.
본 연구에서 결정된 구성성분은 EPS, PP, PE, PVC, PVA, PVS, polyethyleneterephthalate(PET), 기타 선박용 페인트로 추정되는 염료(dye) 등이다. 염료의 경우 보유한 FT-IR library상에 reference가 제시되어 있지 않기 때문에 대안으로 육안으로 염료조각이라고 확인된 시료들의 스펙트럼들을 reference로 이용하였다.
이러한 FT-IR 분석기기의 분석모듈의 장단점에 기초해 본 연구에서는 >300 µm 미세플라스틱은 수동주입 방식을 통해서, 그리고 <300 µm 미세플라스틱은 자동분석 방식을 통해서 분석하였다.
이러한 정량법이 재현성을 갖는지를 평가하기 위해 2개의 시료(D, E)를 무작위로 선정한 후 해당 시료 여과지를 다시 각각 2개씩 무작위로 선정하여 5 mm×5 mm 구역측정법과 1/4사분면 측정법의 결과를 비교하였다(Table 4).
이렇게 5 mm×5 mm 구역측정값에 기초한 전체면적 환산 값과 1/4사면 분석에 기초한 전체면적 환산 값을 상호 비교하여 구역측정법의 적절성 및 재현성 여부를 검토하였다.
3). 이렇게 IR분석을 통해 정성적으로 미세플라스틱이라고 확인된 결과 값에 기초하여 각 크기 군별 미세플라스틱의 농도를 재산출하였으며 그 결과를 기존의 국내외 연구들에서 제시된 육안분석방법을 이용해 결정된 결과와 비교하였다.
)를 의미한다. 이렇게 보정된 표면적(VSML_F) 값을 이용해서 계수된 각 크기군별 미세플라스틱 양을 표면적기준의 농도로 표현하였다. 또, Eq.
이를 통해 1/4 사면을 무작위로 선정하여 정성·정량하는 방법의 적용타당성을 검토하였다.
정성분석에 사용된 미세플라스틱의 각 구성성분에 대한 기준 적외선분광 스펙트럼과 시료에서 측정된 적외선분광 스펙트럼을 비교하여 Fig. 2 및 Table 1 에 제시하였다. 본 연구에서 결정된 구성성분은 EPS, PP, PE, PVC, PVA, PVS, polyethyleneterephthalate(PET), 기타 선박용 페인트로 추정되는 염료(dye) 등이다.
한편, 본 연구를 통해 확립된 조사 및 정성·정량 분석절차에 따라 일부인천 경기만의 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 분포특성을 분석하여 사전연구 결과로써 제시하였다.
각 여과지에 대해 할당된 5 mm×5 mm의 구역에 잔류하는 미세플라스틱을 정성정량한 후 이 양을 여과지 전체면적의 값으로 환산하였다. 한편, 해당 여과지 각각에 대하여 1/4사면을 무작위로 추출하여 해당 사면에 해당하는 입자들에 대해 전량 적외선분광 분석을 수행하여 미세플라스틱의 양을 결정하였다. 이렇게 5 mm×5 mm 구역측정값에 기초한 전체면적 환산 값과 1/4사면 분석에 기초한 전체면적 환산 값을 상호 비교하여 구역측정법의 적절성 및 재현성 여부를 검토하였다.
대상 데이터
mesh screen에 의해 1회 채집되는 SML층은 대략 0.025 L정도인데 미세플라스틱의 정성·정량을 위해 각 지점 당 120회를 반복 채취 하여 총 2~3 L정도의 시료를 확보하였다.
시료채취 방법: 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 정성·정량적 조사 및 분석법 확립을 위해 2013년 8월에 한강 하구와 시화호, 경기 연안의 섬을 포함하는 경기만 일대 지역의 12개 지점들에서 해수시료를 채취하였다. 각 지점들에서 SML과 SSW를 채취하였다.
2 및 Table 1 에 제시하였다. 본 연구에서 결정된 구성성분은 EPS, PP, PE, PVC, PVA, PVS, polyethyleneterephthalate(PET), 기타 선박용 페인트로 추정되는 염료(dye) 등이다. 염료의 경우 보유한 FT-IR library상에 reference가 제시되어 있지 않기 때문에 대안으로 육안으로 염료조각이라고 확인된 시료들의 스펙트럼들을 reference로 이용하였다.
본 연구에서는 2개의 현장 시료(D, E)를 무작위로 선정한 후, 해당 시료들을 여과한 2개의 여과지(D1, D2, E1, E2)를 선택하였다. 각 여과지에 대해 할당된 5 mm×5 mm의 구역에 잔류하는 미세플라스틱을 정성정량한 후 이 양을 여과지 전체면적의 값으로 환산하였다.
선박이 선회하는 동안 표층 수-수십 cm아래의 SSW 100 L를 채취하여 hand net(mesh size=20 µm; 네트입경=30 cm)를 통과해 여과하였다.
시료채취 방법: 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 정성·정량적 조사 및 분석법 확립을 위해 2013년 8월에 한강 하구와 시화호, 경기 연안의 섬을 포함하는 경기만 일대 지역의 12개 지점들에서 해수시료를 채취하였다.
데이터처리
정량에 대한 육안분석과 FT-IR분석 결과의 비교: 육안으로 플라스틱을 계수한 결과와 FT-IR을 이용한 구성성분분석에 기초해 계수한 결과를 Fig. 4에서 비교하였다. 본 연구에서는 가장 많은 크기군을 점유하며 육안계수의 불확실성이 상대적으로 더 클 것으로 추정되는 <300 µm의 미세플라스틱에 대한 비교값을 제시하였다.
성능/효과
10회 반복하여 채취된 SML양은 10개 시료 set에 대하여 300~340 ml(평균 313.5±12.5 ml)으로써 시료set간 상대표준편차는 4% 미만으로 매우 균일한 결과를 보였다.
<300 mm 미세플라스틱의 크기분류 및 계수에 대한 QA/QC:3개의 무작위 추출 시료 A, B, C의 여과된 GF/F 면적을 각각 4등분하여 각 사분면들에 대해 독립적으로 육안조사를 통해 측정된 미세플라스틱의 양을 Table 3에 제시하였다. 3개의 시료에서 4개의 사분면들 사이의 상대표준편차는 각각 8.4%, 12.7%, 6.7%로써 본 연구진에 의해 진행되는 여과방법에 의한 각 사분면간의미세플라스틱의 분포편이는 매우 작은 것으로 평가되었다. 이것은 다시 특정 사분면을 무작위로 선정하여 미세플라스틱을 정성·정량한 후 그 양을 전체면적에 대한 양으로 환산하는 방법의 불확실성이 크지 않음을 의미한다(Table 3).
GF/F 여과지에 존재하는 <300 µm의 미세플라스틱을 계수할 때, 동면적의 사분면을 할당에 조사한 후 전체면적으로 환산하는 방법의 재현성이 높아 시간과 비용면에서 효과적이었다.
본 연구에서는 가장 많은 크기군을 점유하며 육안계수의 불확실성이 상대적으로 더 클 것으로 추정되는 <300 µm의 미세플라스틱에 대한 비교값을 제시하였다. SML시료의 경우 두 정량법의 결과들 사이에 매우 높은 상관관계(r2=0.67)가 관측된 반면 SSW시료에 대해서는 다소 낮은 상관관계(r2=0.45)가 관측되었다. 이것은 부유물질 등 방해물질이 상대적으로 많은 SSW 시료의 경우 육안계수(visual counting)에 의한 미세플라스틱의 결정시 불확실성이 클 수 있음을 의미한다.
SML에 잔류하는 미세 플라스틱 중 가장 우점하는 크기군은 50~300 µm 영역이었는데(Fig. 6a) 이는 식물플랑크톤 크기영역과 일치하여 식물플랑크톤을 먹이로 하는 동물플라크톤 등의 섭식자가 먹이로 오인섭식하는 과정을 통해 미세플라스틱이 해양생태계 먹이사슬에 유입될 가능성이 매우 높음을 시사하고 있다.
SSW시료 중 trawl net를 이용해서 채취한 시료에서는 0.06~0.45 item/m3의 범위값(평균 0.19 item/m3)을 보인 반면, hand net으로 채취된 시료에서는 10~4,227 item/m3 (평균 1,600 item/m3)의 값이 관측되었다. Hand net에 의해 채취된 값에 비해 trawl net에 의해 채취된 농도 값이 평균적으로 104배 이상 낮게 관측된 것은 망목 크기가 330 µm인 trawl net에서는 채취되지 못하는 <300 mm의미세플라스틱이 상대적으로 더 크게 우점할 수 있음을 의미한다.
구성성분별 분포: 채취된 해수에 잔류하는 미세플라스틱을 구성하는 주요성분에 대한 분석결과 가장 많이 검출된 구성성분은염료류였다. 이것은 SML에 잔류하는 미세플라스틱의 90% 이상, SSW에 잔류하는 미세플라스틱의 90% 이상을 차지하였다(Fig.
따라서, 본 연구에서 택한 5 mm×5 mm 구역측정법의 결과가 전체시료 중 잔류 미세플라스틱의 양을 추정하는데 무리가 없을 것이라 판단된다.
따라서, 현장에서의 120회 채취횟수로 환산했을 때 채집되는 SML의 양은 3.76±0.15 L인 것으로 추정된다.
전처리 및 크기 군별 정량: SML시료는 플랑크톤을 포함한 부유성 물질이 매우 적어 이들을 제거하기 위한 전처리과정이 필요하지 않았다. 반면, 시료채취 기간 동안 diatom류를 포함한 플랑크톤의 대량번식이 발생하여 부유성 유기물질이 SSW에는 다량으로 존재하는 것이 확인되었다. 따라서, SSW시료에 30% H2O2를 7:3(v/v)으로 섞은 후 3주간 차광 상태로 상온에 방치하여 유기물을 분해하였다.
사전연구의 일환으로 조사된 인천경기연안 해수에서 검출된 미세플라스틱의 평균 잔류량은 SSW보다 SML에서의 100배 이상 높은 값이 관측되었고 잔류하는 미세플라스틱의 대부분은 염료류 였다. 본 연구에서 조사된 미세플라스틱의 농도는 낙동강 하구연안 지역에서 관측한 값과 유사했으며 외국의 연안 해양에서 관측된 값들보다는 높은 수준이어서 향후 이 지역에서의 미세플라스틱의 발생오염원 추적 및 오염 저감, 생태계 영향에 대한 지속적인 연구가 요구된다.
염료를 제외한 구성성분들의 상대적 분포는 SML과 SSW에서 확연히 달랐는데 SML에서는 EPS>PP>PVA>PE 순으로 검출된 반면 SSW에서는 PP, PE, PET, PVC, PVS 등이 유사한 수준으로 검출되었다.
한편, 육안으로 계수한 값과 원재료성분 분석에 기초해 계수한 값들을 비교한 결과 부유입자가 상대적으로 적은 SML의 경우 매우 좋은 상관성을 나타낸 반면 SSW에서는 그 상관성이 현저하게 낮았다. 이 결과들은 기존 연구들에서 적용된 육안계수 방법에 의한 결과 값이 부유입자가 많은 SSW에 대해서는 큰 불확실성을 가질 수 있음을 의미한다.
정점당 대략 100 m3의 SSW가 네트를 통해 여과된 것으로 계산되었다. 최종적으로 네트 외부에서 상단부부터 반복적으로 해수로 씻어낸 후 네트 말미에 장착된 채집통에 채집된 해수시료(~1 L)를 1 L PP병에 담아 보관하였으며 실험실로 옮긴 이후 전처리 전까지 -20 ℃ 이하에서 냉동 보관하였다.
한편, 5 mm×5 mm 구역측정법에 의해서 측정된 양(3개 구역에서 관측된 값의 합)을 GF/F의 전체 여과면적으로 환산하여 그 양을각 GF/F의 1/4사분면을 전수조사한 후 그 값을 전체 여과면적으로 환산한 양과 비교한 결과 그 편차는 3.1~11.2%였다.
한편, SSW에 잔류하는 미세플라스틱의 잔류량의 대부분은 <300µm의 크기범위를 갖는 것들이어서 실제 잔류량을 대표하기 위해서는 동물플랑크톤채집용 네트보다는 식물플랑크톤채집용 네트가더 효과적이었다.
GF/F 여과지에 존재하는 <300 µm의 미세플라스틱을 계수할 때, 동면적의 사분면을 할당에 조사한 후 전체면적으로 환산하는 방법의 재현성이 높아 시간과 비용면에서 효과적이었다. 한편, 육안으로 계수한 값과 원재료성분 분석에 기초해 계수한 값들을 비교한 결과 부유입자가 상대적으로 적은 SML의 경우 매우 좋은 상관성을 나타낸 반면 SSW에서는 그 상관성이 현저하게 낮았다. 이 결과들은 기존 연구들에서 적용된 육안계수 방법에 의한 결과 값이 부유입자가 많은 SSW에 대해서는 큰 불확실성을 가질 수 있음을 의미한다.
후속연구
전술하였다시피, 오염물질의 첨가량이나 흡착정도, 잔류하는 해수층, 해양생물 먹이망으로 유입되는 경로 등은 해수에 잔류하는 미세플라스틱의 구성 재질과 크기에 의존한다. 따라서 해수에 잔류하는 미세플라스틱에 대한 조사 및 분석 방법을 확립하는 것은 향후 미세플라스틱 관련 연구를 수행하는데 필수불가결하다.
이들 해양쓰레기는 궁극적으로 풍화과정을 거쳐 미세플라스틱으로 변화한다. 따라서, 우리나라 연안 해양환경에 잔류하는 미세플라스틱과 그것에 의해 매개되는 오염물질의 거동, 노출, 생태계 영향 등은 향후 해양환경의 건강성을 평가하는데 반드시 포함되어야 할 중요한 연구조사 항목이 될 것으로 판단 된다. 그러나, 국내 해양환경에서의 미세플라스틱에 대한 연구는 남해안 일부 지역 등으로 매우 제한적으로 진행되어왔다(심 등, 2012).
사전연구의 일환으로 조사된 인천경기연안 해수에서 검출된 미세플라스틱의 평균 잔류량은 SSW보다 SML에서의 100배 이상 높은 값이 관측되었고 잔류하는 미세플라스틱의 대부분은 염료류 였다. 본 연구에서 조사된 미세플라스틱의 농도는 낙동강 하구연안 지역에서 관측한 값과 유사했으며 외국의 연안 해양에서 관측된 값들보다는 높은 수준이어서 향후 이 지역에서의 미세플라스틱의 발생오염원 추적 및 오염 저감, 생태계 영향에 대한 지속적인 연구가 요구된다.
이것은 부유물질 등 방해물질이 상대적으로 많은 SSW 시료의 경우 육안계수(visual counting)에 의한 미세플라스틱의 결정시 불확실성이 클 수 있음을 의미한다. 이러한 결과는 또한 육안계수에 의해 측정된 기존 국내외 연구들의 미세플라스틱의 농도 값들이 실제 값과 차이를 가질 수 있으며 정확한 농도 값을 산출하기 위해서는 FT-IR 분석을 통해 보완, 수정될 필요가 있음을 의미한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Hit quality는 무엇인가?
Library상에서 hit quality>400인 것에 대해서만 정성적으로 해당 구성성분임을 확정 하였다. Hit quality는 시료와 기준물질(reference)의 유사도를 의미하는 것으로써 IR분석 시 물질에 대한 정성확인에 대하여 최대 일치도를 1000으로 정의하며 100% 일치와 같은 의미로 해석 할수 있다. 즉, hit quality>400 이라는 것은 시료와 reference와의 일치도가 40%이상을 의미한다.
본 연구에서, 국내 연안환경에서의 미세플라스틱의 오염에 대한 관심 및 개선이 필요함을 시사하는 것은?
본 연구에서 측정된 SML과 SSW에서의 미세플라스틱의 오염 수준은 국내 낙동강 하구연안에서 관측된 값과 유사했으나(송 등, 2012) 국외 해양환경에서 측정된 값들보다는 수십~수백 배 이상 높았다(Hidalgo-Ruz et al., 2012).
미세플라스틱은 무엇인가?
전 세계적으로 연간 약 640여만 톤의 쓰레기들이 해양으로 유입되는데, 이 중 플라스틱이 차지하는 비율은 60-80%에 이른다 (Derraik, 2002) 이런 플라스틱들이 물리적인 파쇄, 광(화학)분해, 생물분해 등 풍화 과정을 거쳐 미세하게 변화하거나(Moore, 2008) 생산과정에서 인위적으로 미세하게 제작되어 크기가 5 mm 이하가 된 플라스틱들을 통칭하여 ‘미세플라스틱(microplastics)’ 이라 한다(심 등, 2012).
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