[논문]연무 에어로졸의 조성 및 기류 유입경로별 변화: 2012-2013년 제주도 고산지역 측정

현동림; 송정민; 김기주; 김원형; 강창희; 고희정

doi:10.5806/ast.2014.27.4.213

연무 에어로졸의 조성 및 기류 유입경로별 변화: 2012-2013년 제주도 고산지역 측정
Compositions of haze aerosols and their variation by inflow pathway of air mass at Gosan site in Jeju Island during 2012-2013 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.27 no.4, 2014년, pp.213 - 222

현동림 (제주대학교 화학과) , 송정민 (제주대학교 화학과) , 김기주 (제주대학교 화학과) , 김원형 (제주대학교 화학과) , 강창희 (제주대학교 화학과) , 고희정 (국립기상연구소 황사연구과)

초록
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국내 배경지역인 제주도 고산측정소에서 2012~2013년에 대기 미세먼지를 채취하여 분석한 결과로부터 연무와 비현상일의 조성특성을 조사하였다. 연무 시 $nss-SO_4{^{2-}}$, $NO_3{^-}$, $NH_4{^+}$ 농도는 비현상일에 비해 조대입자에서 2.1~3.7배, 미세입자에서 3.1~6.5배로 미세입자에서 더 높게 증가하였고, 특히 $NO_3{^-}$ 농도가 미세입자에서 6.5배 상승하였다. 원소성분들 중에는 S, Zn, Pb, K 등이 비현상일보다 조대입자에서 3.0~5.6배, 미세입자에서 3.2~7.7배 증가하나 Al, Fe, Ca 등은 대부분 조대입자에서 농도가 크게 증가하는 경향을 보였다. 역궤적 분석 결과 연무 시 $nss-SO_4{^{2-}}$, $NO_3{^-}$ 농도는 중국으로부터 유입되었을 때 더 높은 농도를 나타내었고, 특히 기류가 중국남부를 통과했을 때 $NO_3{^-}$ 농도가 더 크게 상승하는 경향을 보였다. 또 $NO_3{^-}/nss-SO_4{^{2-}}$ 농도비는 중국에서 기류가 이동했을 때 조대입자에서 상대적으로 높은 비율을 보이나 미세입자에서는 오히려 한반도를 통과했을 때 더 높은 성분비를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The atmospheric aerosols of $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ were collected at Gosan site of Jeju Island during 2012- 2013. Their ionic and elemental species were analyzed in order to examine the composition variation of the haze aerosols in accordance with the pathway of air mass. The concentrations of $nss-SO_4{^{2-}}$, $NO_3{^-}$, and $NH_4{^+}$ increased 2.1~3.7 times in coarse particle and 3.1~6.5 times in fine particle modes, respectively, showing especially high $NO_3{^-}$ concentrations in fine particles during the haze days. The concentrations of S, Zn, Pb and K increased 3.0~5.6 times in coarse particles and 3.2~7.7 times in fine particles during the haze days, on the other hand Al, Fe, and Ca concentrations were high only in coarse particles. Due to the back trajectory analysis, the concentrations of $nss-SO_4{^{2-}}$ and $NO_3{^-}$ for haze days were high when the inflow pathway of air mass was from China, especially a high increase of $NO_3{^-}$ as through the south of China. The $NO_3{^-}/nss-SO_4{^{2-}}$ concentration ratio was relatively high in coarse mode as air mass inflow from China, but in fine mode it was high as air mass passing through the Korean peninsula.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 그 결과로부터 미세먼지의 오염 특성과 기류 이동경로별 연무 미세먼지의 조성변화를 비교하였다. 또한 이러한 연구를 통해 대기오염물질의 장거리 이동 현상을 이해하고, 최근에 점차 심화되고 있는 중국발 미세먼지가 한반도 대기질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
본 연구는 국지 오염원의 방해가 적고, 인구밀도가 낮은 제주도 배경지역에서 PM₁₀, PM_2.5 미세먼지를 채취하여 그 성분을 분석한 결과이다. 그리고 그 결과로부터 미세먼지의 오염 특성과 기류 이동경로별 연무 미세먼지의 조성변화를 비교하였다.

제안 방법

5 미세먼지를 채취하여 그 성분을 분석한 결과이다. 그리고 그 결과로부터 미세먼지의 오염 특성과 기류 이동경로별 연무 미세먼지의 조성변화를 비교하였다. 또한 이러한 연구를 통해 대기오염물질의 장거리 이동 현상을 이해하고, 최근에 점차 심화되고 있는 중국발 미세먼지가 한반도 대기질에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
45µm)로 불용성 입자를 거른 후, 3% HNO₃/8% HCl 혼합산 5 mL와 초순수를 가하여 25 mL로 희석하였다. 원소성분(20 여종) 중 비교적 다량인 성분들은 ICPOES (Perkin Elmer, OPTIMA 7300 DV, USA), 미량 성분들은 ICP-MS(Perkin Elmer, ELAN DRC-e, USA)로 분석하였다. 검정곡선 작성용 표준용액은 ICP용 AccuStandard사의 1000 µg/mL 표준용액과 Perkin Elmer사의 ICP-MS용 10 µg/mL 표준용액을 사용하여 고농도 성분들은 0.

대상 데이터

PM₁₀ 및 PM_2.5미세먼지 시료는 2012년 1월부터 2014년 1월 3일까지 3일 간격, 24 시간 단위로 동시에 채취하였고, 이 중 연무일은 총 13회, 비현상일은 총 99회이다. 또 원소 분석용 PM_2.
PM₁₀ 및 PM_2.5미세먼지 시료는 제주도 서쪽 끝 지점에 위치한 고산측정소(33°17'N, 126°10'E)에서 채취하였다. 시료를 채취한 고산지역은 주변에 오염원이 거의 없는 청정지역으로 국내에서 대표적인 배경농도 지역이다.
5 미세먼지 시료는 2012년 1월부터 2014년 1월 3일까지 3일 간격, 24 시간 단위로 동시에 채취하였고, 이 중 연무일은 총 13회, 비현상일은 총 99회이다. 또 원소 분석용 PM_2.5 시료는 미국 URG 사의 Cyclone(Model URG-2000-30EH)과 테프론필터(Pall Co., Zeflour^TM, 47 mm, 2.0 µm, USA)를 사용하여 2013년 5월 24일부터 2014년 1월 3일까지 6일 간격, 24 시간 단위로 채취하였고, 연무일에 4 회, 비현상일에 총 19 개를 채취하였다.

데이터처리

14) 값을 곱하여 계산하였다. IC 분석 정밀도는 기기검출한계 측정 시 7회 반복한 데이터의 표준편차와 변동계수(CV, coefficient of variation)를 계산하여 확인하였다. 이렇게 구한 IC 분석의 기기검출한계(IDL)와 변동계수(CV)는 Table 1과 같다.
999 이상이 되도록 IC 기기조건을 조절하였다. 그리고 기기검출한계(IDL)는 표준검정곡선 작성에 사용한 최소농도 표준용액을 7회 반복 분석한 후 표준편차를 구하고, 여기에 Student-t(99% 신뢰수준, 3.14) 값을 곱하여 계산하였다. IC 분석 정밀도는 기기검출한계 측정 시 7회 반복한 데이터의 표준편차와 변동계수(CV, coefficient of variation)를 계산하여 확인하였다.

이론/모형

원소성분 분석은 US EPA 방법에 따라 마이크로파 산분해법으로 전처리하였고, 산용액은 c-HNO₃과 cHCl을 1:3(v/v)으로 섞은 후 이를 10 배 묽힌 혼합산을 사용하였다. ¹⁴ 시료 필터는 산용액 10 mL를 가한 후 마이크로파 분해장치(Milestone, STARTD, USA)를 사용하여 1000 W RF power, 180 ℃에서 15 분 동안 가열하여 용출하였다.

성능/효과

미세먼지의 산성화는 주로 황산과 질산이 영향을 미치고 있는 것으로 나타났으며, 이러한 무기산의 중화반응은 미세입자에서는 주로 암모니아에 의해 일어나고, 조대입자에서는 탄산칼슘에 의해 일어나고 있는 것으로 확인되었다. 그리고 연무 시 조대입자에서 암모니아에 의한 중화율이 비현상일에 비해 높아지는 특징을 나타내었다.
기류 이동경로별 연무 미세먼지의 2차 오염물질 농도변화를 역궤적 분석법으로 비교해 본 결과, 중국에서 제주지역으로 대기가 유입되었을 때 nss-SO₄²⁻과 NO₃⁻의 농도가 더 높은 경향을 나타내었고, 특히 기류가 중국남부를 통과했을 때 NO₃⁻농도가 크게 상승하는 것으로 확인되었다. 또 NO₃⁻/nss-SO₄²⁻ 농도비는 중국에서 기류가 이동했을 때 조대입자에서 상대적으로 높은 비율을 보이는 반면 미세입자에서는 한반도를 통과했을 때 오히려 더 높은 비율을 나타내었다.
미세먼지의 산성화는 주로 황산과 질산이 영향을 미치고 있는 것으로 나타났으며, 이러한 무기산의 중화반응은 미세입자에서는 주로 암모니아에 의해 일어나고, 조대입자에서는 탄산칼슘에 의해 일어나고 있는 것으로 확인되었다. 그리고 연무 시 조대입자에서 암모니아에 의한 중화율이 비현상일에 비해 높아지는 특징을 나타내었다.
연무 시 미세먼지 질량농도는 비현상일에 비해 미세입자(PM_2.5)에서 2.9 배, 조대입자(PM_10-2.5)에서 1.6 배 더 높은 농도를 나타내어 미세입자에 훨씬 더 큰 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 또 연무 시 nss-SO₄²⁻, NO₃⁻, NH₄⁺ 농도는 조대입자에서 2.
5 배)하였다. 원소성분들 중에는 S, Zn, Pb, K 등 인위기원 성분들이 조대입자에서 3.0~5.6 배, 미세입자에서 3.2~7.7 배 증가하였다. 그러나 Al, Fe, Ca 등의 토양기원 성분들은 조대입자에서 농도가 현저하게 증가하는 경향을 보였다.
또 NO₃⁻/nss-SO₄²⁻ 농도비는 중국에서 기류가 이동했을 때 조대입자에서 상대적으로 높은 비율을 보이는 반면 미세입자에서는 한반도를 통과했을 때 오히려 더 높은 비율을 나타내었다. 이러한 결과들을 종합해 보면, 제주지역 대기 미세먼지는 중국의 오염 영향을 많이 받고 있으며, 특히 고농도 연무 시 그 영향이 큰 것으로 추정된다.

후속연구

본 연구에서 비교한 연무 일수는 총 13 회로 시료 수가 적어서 기류 이동경로별로 농도를 단정적으로 비교하기에는 다소 한계가 있다. 그리고 더 정확한 비교를 위해서는 좀 더 장기적인 데이터 축적이 필요해 보인다. 그러나 선행 연구를 보면, 서울에서 관측된 짙은 연무의 경우 이차오염물질인 NH₄⁺ , NO₃⁻ , SO₄²⁻가 맑은 날에 비해 4~6 배 이상 증가한 것으로 나타나고 있다.
본 연구에서 비교한 연무 일수는 총 13 회로 시료 수가 적어서 기류 이동경로별로 농도를 단정적으로 비교하기에는 다소 한계가 있다. 그리고 더 정확한 비교를 위해서는 좀 더 장기적인 데이터 축적이 필요해 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PM10 미세먼지란 무엇인가?	PM10 미세먼지는 공기역학적 직경(aerodynamic particle diameter, Dp)이 10 μm 이하인 에어로졸 입자를 의미한다. PM10 미세먼지는 주로 직접 대기 중으로 배출된 1차 입자와 대기 중에서 화학반응을 일으켜 생성된 2차 입자로 구성된다.
	스모그 현상의 원인은?	최근 빈번하게 발생하고 있는 스모그 현상은 고농도 미세먼지에 기인하고 있으며, 대부분 중국에서 발생하여 한반도로 이동하고 있는 것으로 추정되고 있다. 이러한 고농도 미세먼지는 대체적으로 연무(haze)의 형태를 띠고 있으며, 2013년 1~10월 중국의 스모그 일수는 52년 만에 최다를 나타내고 있다.
	연무의 생성조건	15 연무 현상은 황사와 달리 자연적 배출뿐만 아니라 도시나 공업지역에서 배출된 연기, 자동차 배기가스 등 인위적 오염물질이 부유되어 발생하며, 미세먼지가 빛을 흡수 산란시켜 대기질을 악화시킨다.16 일반적인 연무의 생성 조건은 바람이 약하고 역전층이 존재하는 등 하층 대기가 안정된 기상조건하에서 황산화물이나 질소산화물 등의 농도가 높아질 때 발생한다. 그리고 미세입자의 수농도가 상대적으로 높아지는 경향을 보인다.

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H. Y. Lee, S. B. Kim, S. M. Kim, S. J. Song and Y. S. Chun, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 27(2), 168-180 (2011).

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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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