해수 중 용존 영양염은 해양 내 물질순환을 이해하는 가장 기초적인 자료로 전 지구적 환경변화를 감지하는데 필수 생지화학 성분으로 그 중요성이 인식되고 있다. 분석능력이 다양한 연구자들에 의해서 상이한 시공간에서 측정된 용존 영양염 자료의 상호 비교를 위해 영양염 표준물질의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 경기도 시화호 내측연안, 울진의 인근 연안 표층수와 동해 울릉분지 표층과 1500m에서 채취된 해수를 여과, 멸균하여 제조한 영양염 표준물질의 균질성과 안정성에 대하여 다루었다. 본 연구에서 제작된 영양염 표준물질은 해외에서 제조되는 영양염 표준물질과 유사한 균질성을 가지고 있다. 제조 후 3-13개월 동안 영양염 농도가 일정한 방향으로 감소하거나 증가하는 경향이 관측되지 않았으며 이 보다 더 긴 기간 동안의 안정성은 지속적인 모니터링이 필요하다.
해수 중 용존 영양염은 해양 내 물질순환을 이해하는 가장 기초적인 자료로 전 지구적 환경변화를 감지하는데 필수 생지화학 성분으로 그 중요성이 인식되고 있다. 분석능력이 다양한 연구자들에 의해서 상이한 시공간에서 측정된 용존 영양염 자료의 상호 비교를 위해 영양염 표준물질의 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 경기도 시화호 내측연안, 울진의 인근 연안 표층수와 동해 울릉분지 표층과 1500m에서 채취된 해수를 여과, 멸균하여 제조한 영양염 표준물질의 균질성과 안정성에 대하여 다루었다. 본 연구에서 제작된 영양염 표준물질은 해외에서 제조되는 영양염 표준물질과 유사한 균질성을 가지고 있다. 제조 후 3-13개월 동안 영양염 농도가 일정한 방향으로 감소하거나 증가하는 경향이 관측되지 않았으며 이 보다 더 긴 기간 동안의 안정성은 지속적인 모니터링이 필요하다.
Dissolved nutrients in seawater are recognized as an essential biogeochemical factor for detecting global environmental changes. The importance of nutrient reference material for seawater has been increased greatly for the comparison of nutrient data, measured in different time and space in global o...
Dissolved nutrients in seawater are recognized as an essential biogeochemical factor for detecting global environmental changes. The importance of nutrient reference material for seawater has been increased greatly for the comparison of nutrient data, measured in different time and space in global ocean by various researchers with different levels in nutrient analysis skill. In this study, we described the homogeneity and stability of nutrient reference material for seawater using natural seawater, collected at a station of Shihwa Lake, at a coastal station near Uljin (surface water), and at a station over the Ulleung Basin (surface water and 1500 m depth water) and sterilized. Based on the homogeneity data, the nutrient reference materials has similar homogeneity compared to other nutrient reference materials. During 3-13 month period, there was no unidirectional trend of increase or decrease in nutrient concentration of newly developed nutrient reference material for seawater. However, a sustained measurement is required to check stability for longer period.
Dissolved nutrients in seawater are recognized as an essential biogeochemical factor for detecting global environmental changes. The importance of nutrient reference material for seawater has been increased greatly for the comparison of nutrient data, measured in different time and space in global ocean by various researchers with different levels in nutrient analysis skill. In this study, we described the homogeneity and stability of nutrient reference material for seawater using natural seawater, collected at a station of Shihwa Lake, at a coastal station near Uljin (surface water), and at a station over the Ulleung Basin (surface water and 1500 m depth water) and sterilized. Based on the homogeneity data, the nutrient reference materials has similar homogeneity compared to other nutrient reference materials. During 3-13 month period, there was no unidirectional trend of increase or decrease in nutrient concentration of newly developed nutrient reference material for seawater. However, a sustained measurement is required to check stability for longer period.
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문제 정의
본 연구에서는 여과된 자연해수를 고온·고압(120 ℃, 210 kPa)으로 멸균하기 위하여 수년 동안 다양한 시험을 거쳐 티타늄으로 된 멸균용기를 제작하였다.
본 연구에서는 자연해수로 개발된 해수 중 영양염 분석용 표준물질의 제조공정 및 표준물질의 균질성 및 안정성과 영양염 표준물질 사용 시 주의사항에 대해 서술하고 있다.
제안 방법
QuAAtro(5채널, SEAL analytical사) 시스템을 이용하여 영양염 표준물질의 안정성 및 균질성 시험을 위한 영양염 분석을 수행하였다. 각 분석 채널별 자세한 분석은 분석기기에서 제공된 방법으로 수행하였다.
QuAAtro(5채널, SEAL analytical사) 시스템을 이용하여 영양염 표준물질의 안정성 및 균질성 시험을 위한 영양염 분석을 수행하였다. 각 분석 채널별 자세한 분석은 분석기기에서 제공된 방법으로 수행하였다. 자동 영양염 분석기를 이용한 영양염 분석 최적화에 대해서는 별도로 정리하였다(Rho et al.
각 영양염의 농도가 다른 4종의 영양염 표준물질(NAD, NAE, NAF, NAG) 각각에 대해서 총 1000개 표준물질 보관용기 중에서 20개를 무작위로 선택하여 다섯 가지 영양염(질산염, 아질산염, 암모늄, 인산염, 규산염)에 대해 동일한 조건에서 짧은 시간 내에 분석하여 균질성을 결정하였다(Table 2). 균질성은 일반적으로 분산계수(coefficient of variation, CV)로 표시되고, 평균값에 대한 표준편차의 백분율이다.
본 연구에서 개발된 영양염 표준물질은 질산염, 아질산염, 인산염, 규산염등의 농도값들이 특성화 되어있고 연안환경에서 중요한 암모늄 농도값도 특성화 되어있다. 그리고 영양염 각 항목별로 농도가 다른 4가지 표준물질이 한 개의 패키지로 구성되어 있어 영양염 표준물질의 활용도를 높였다.
멸균장치는 독일 Systec사의 VX-150 series로 증기 생성기가 내장된 방식으로 150 ℃, 405 kPa까지 운용할 수 있으며 2개의 온도센서로 보다 정확하게 온도를 조절하며 멸균을 진행 할 수 있다. 다양한 시행착오를 거쳐 100 L를 담을 수 있는 티타늄 멸균용기를 개발하였다. 시료를 멸균용기에 주입하여 밀폐한 후에는 멸균, 냉각, 그리고 병입 전까지 주변 공기와의 접촉을 차단하였다.
060% 차이 이내였다(Table 1). 따라서 새로운 표준물질의 특성값은 다양한 실험조건에서 같은 방법으로 분석된 자료의 평균값을 사용하여 다른 분석조건에서 발생할 수 있는 오차를 포함하고 있을 뿐 아니라 다른 표준물질과의 소급성도 적용되었다. 향후에는 국내외 전문성이 있는 기관과 공동으로 분석한 자료를 이용하여 특성값을 결정하는 방법을 추가적으로 수행하여 특성값의 신뢰도를 높일 필요가 있다.
표준물질 보관용기는 알루미늄 포장지로 진공 포장할 때 표준물질 누수와 미생물 작용 억제를 고려하여 감마선 멸균처리된 15 ml screw cap test tube(독일 Kartell사)로 결정하였다. 멸균된 표준물질을 멸균용기에서 표준물질 보관용기로 옮기는 과정에서 주변공기와의 접촉으로 발생할 수 있는 오염을 최소화하기 위하여 표준물질 보관용기 뚜껑을 열고 시료를 주입하고 다시 뚜껑을 닫는 일련의 과정을 자동적으로 수행하는 표준물질 병입 장치를 개발하여 표준물질을 멸균기로부터 표준물질 보관용기로 분주하였다.
그러나 해외 표준물질이 고가이고 분석하기 위해서 개봉 후 보관 시 안정성을 보장 할 수 없기 때문에 한 번에 다른 종류의 표준물질을 여러 개 분석하는 것은 상당한 비용부담이 발생한다. 본 연구에서 개발된 표준물질은 일회에 분석할 수 있도록 작은 보관용기(15 ml 튜브)를 사용하였으며, 영양염의 농도가 서로 다른 4가지 표준물질을 하나의 패키지로 구성하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 영양염 표준물질은 보관용기의 균질성 차이로 발생할 수 있는 오차를 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다.
, in preparation). 분석방법의 정확도와 정밀도를 확인하기 위해서 일본 KANSO사의 표준물질을 함께 분석하였다(Table 1).
해수 중 영양염 표준물질을 생산하기 위해서 생산기반 시설을 한국해양과학기술원내 기기 검·교정 분석센터에 설치하였다(한국해양과학기술원, 2012). 생산기반 시설로 표준물질 제작에 사용될 자연해수를 여과와 시료를 용기에 담는데 필요한 항온 및 항습 청정실험실(clean room, class 1000)과 청정 실험실내에 청정벤치(clean bench, class 100)를 설치하였다(Fig. 1). 멸균장치는 독일 Systec사의 VX-150 series로 증기 생성기가 내장된 방식으로 150 ℃, 405 kPa까지 운용할 수 있으며 2개의 온도센서로 보다 정확하게 온도를 조절하며 멸균을 진행 할 수 있다.
다양한 시행착오를 거쳐 100 L를 담을 수 있는 티타늄 멸균용기를 개발하였다. 시료를 멸균용기에 주입하여 밀폐한 후에는 멸균, 냉각, 그리고 병입 전까지 주변 공기와의 접촉을 차단하였다. 표준물질 보관용기는 알루미늄 포장지로 진공 포장할 때 표준물질 누수와 미생물 작용 억제를 고려하여 감마선 멸균처리된 15 ml screw cap test tube(독일 Kartell사)로 결정하였다.
영양염 표준물질 제조는 자연해수 채취, 여과, 멸균, 표준물질 보관용기로 분주, 표준물질 보관용기의 알루미늄 진공포장, 균질성과 안정성 시험을 위한 영양염 분석과 같은 일련의 과정을 통하여 이루어졌다(Fig. 2). 표준물질 제작에 사용된 해수는 경기도 시화호 내측 표층수, 경상북도 울진 인근 연안 표층수, 동해 울릉분지 중앙의 표층과 1500 m 수심에서 10% 염산으로 세척한 버킷과 니스킨 채수병을 이용하여 채수하여 20 L 용기에 옮겨 담아 그늘에 보관 후 실험실로 운반하였다.
병입기가 자동으로 뚜껑을 열고 닫기 때문에 표준물질이 표준물질 보관용기로 옮겨질 때 발생하는 외부 공기와의 직접적인 접촉에 의한 오염을 최소화 하였다. 표준물질 보관용기 뚜껑의 밀폐를 확인한 후 라벨을 붙인 표준물질 보관용기는 알루미늄 진공 포장을 하여 보관 중 외부 공기와의 직접적인 접촉을 통해 일어날 수 있는 오염을 차단하였다. 본 연구에서 개발된 해양 영양염 표준물질은 질산염, 아질산염, 암모늄 인산염, 규산염등의 5가지 성분을 포함하고 있으며 각 성분별 함량을 달리한 4종류이다(NAD,NAE,NAF,NAG).
시료를 멸균용기에 주입하여 밀폐한 후에는 멸균, 냉각, 그리고 병입 전까지 주변 공기와의 접촉을 차단하였다. 표준물질 보관용기는 알루미늄 포장지로 진공 포장할 때 표준물질 누수와 미생물 작용 억제를 고려하여 감마선 멸균처리된 15 ml screw cap test tube(독일 Kartell사)로 결정하였다. 멸균된 표준물질을 멸균용기에서 표준물질 보관용기로 옮기는 과정에서 주변공기와의 접촉으로 발생할 수 있는 오염을 최소화하기 위하여 표준물질 보관용기 뚜껑을 열고 시료를 주입하고 다시 뚜껑을 닫는 일련의 과정을 자동적으로 수행하는 표준물질 병입 장치를 개발하여 표준물질을 멸균기로부터 표준물질 보관용기로 분주하였다.
대상 데이터
본 연구에서 개발된 해양 영양염 표준물질은 질산염, 아질산염, 암모늄 인산염, 규산염등의 5가지 성분을 포함하고 있으며 각 성분별 함량을 달리한 4종류이다(NAD,NAE,NAF,NAG). NAD는 경기도 시화호 내측 표층 해수, NAE는 경상북도 울진 인근 연안 표층 해수, NAF는 동해 울릉분지 1500 m에서 채수된 해수로 제작되었다. 그 리고 NAG는 동해 울릉분지 표층 해수와 1500 m 해수를 혼합(50:50)하여 제작되었다.
NAD는 경기도 시화호 내측 표층 해수, NAE는 경상북도 울진 인근 연안 표층 해수, NAF는 동해 울릉분지 1500 m에서 채수된 해수로 제작되었다. 그 리고 NAG는 동해 울릉분지 표층 해수와 1500 m 해수를 혼합(50:50)하여 제작되었다.
기존의 외국 영양염 표준물질은 고가이기 때문에 다양한 영양염 농도의 표준물질을 몇 가지씩 한꺼번에 분석하기 어려워 앞서 제기된 바처럼 같은 종류 영양염 표준물질의 병간 차이로 인해서 발생할 수 있는 분석오차를 보정하기가 현실적으로 어렵다. 본 연구에서 개발된 영양염 표준물질은 질산염, 아질산염, 인산염, 규산염등의 농도값들이 특성화 되어있고 연안환경에서 중요한 암모늄 농도값도 특성화 되어있다. 그리고 영양염 각 항목별로 농도가 다른 4가지 표준물질이 한 개의 패키지로 구성되어 있어 영양염 표준물질의 활용도를 높였다.
표준물질 보관용기 뚜껑의 밀폐를 확인한 후 라벨을 붙인 표준물질 보관용기는 알루미늄 진공 포장을 하여 보관 중 외부 공기와의 직접적인 접촉을 통해 일어날 수 있는 오염을 차단하였다. 본 연구에서 개발된 해양 영양염 표준물질은 질산염, 아질산염, 암모늄 인산염, 규산염등의 5가지 성분을 포함하고 있으며 각 성분별 함량을 달리한 4종류이다(NAD,NAE,NAF,NAG). NAD는 경기도 시화호 내측 표층 해수, NAE는 경상북도 울진 인근 연안 표층 해수, NAF는 동해 울릉분지 1500 m에서 채수된 해수로 제작되었다.
2). 표준물질 제작에 사용된 해수는 경기도 시화호 내측 표층수, 경상북도 울진 인근 연안 표층수, 동해 울릉분지 중앙의 표층과 1500 m 수심에서 10% 염산으로 세척한 버킷과 니스킨 채수병을 이용하여 채수하여 20 L 용기에 옮겨 담아 그늘에 보관 후 실험실로 운반하였다. 실험실로 운반된 자연해수 시료를 0.
해수 중 영양염 표준물질을 생산하기 위해서 생산기반 시설을 한국해양과학기술원내 기기 검·교정 분석센터에 설치하였다(한국해양과학기술원, 2012).
데이터처리
본 연구에서는 개발된 표준물질의 각 항목별 특성값은 균질성과 안정성 실험을 위해서 분석한 결과의 평균값으로 결정하였다(Table 4). 앞서 설명한 바와 같이 본 연구에서 새롭게 개발된 표준물질의 균질성과 안정성 실험은 3-5개월 동안 다른 실험조건(검정곡선, 시약 등)에서 수행되었으며, 함께 분석된 일본 KANSO사 영양염 표준물질의 측정값은 항목별로 주어진 특성값과의 차이가 -1.
성능/효과
균질성은 일반적으로 분산계수(coefficient of variation, CV)로 표시되고, 평균값에 대한 표준편차의 백분율이다. 아질산염, 질산염, 암모늄, 인산염, 그리고 규산염의 분산계수는 각각 0.767~8.70%, 0.398~0.509%, 1.93~9.33%, 0.933~9.71%, 0.131~0.273%의 범위를 가지며, 일반적으로 농도가 낮을수록 분산계수가 크게 나타났다(Table 2). 분산계수 값에 의하면, 본 연구에서 개발된 해양 영양염 표준물질의 균질성은 일본 KANSO사에서 개발된 영양염 표준물질과 동등한 수준을 가지고 있다(Table 2; Table 3).
분산계수 값에 의하면, 본 연구에서 개발된 해양 영양염 표준물질의 균질성은 일본 KANSO사에서 개발된 영양염 표준물질과 동등한 수준을 가지고 있다(Table 2; Table 3). 인산염과 규산염의 경우 본 연구에서 개발된 해양 영양염 표준물질의 분산계수가 KANSO사의 영양염 표준물질보다 크게 나타났다(Table 2; Table 3). 이는 앞서 언급한 바와 같이 농도가 낮을수록 분산계수가 커지는 경향이 있는데, 본 연구에서 개발된 표준물질의 인산염(0.
2 μM) 농도 보다 훨씬 낮기 때문에 본 연구에서 개발된 표준물질의 분산계수가 상대적으로 크게 나타난 것으로 사료된다. 특히 본 연구에서 개발된 NAF는 다른 종류의 표준물질에 비하여 암모늄을 포함한 질소계열의 분산계수가 상대적으로 크게 나타났다. 이는 영양염 표준물질을 병입할 때 병입장치에 문제가 발생하여 수리하는 동안 병입이 하루 지연되었으며 수리인력의 빈번한 청정실험실 출입에 의한 것으로 사료된다.
후속연구
안정성 자료는 다른 실험 조건(검정곡선, 시약, 온도, 습도)에서 측정된 자료이기 때문에 분산계수가 균질성 시험 보다는 크지만 상대적으로 안정적인 값을 나타내고 있다(Table 4). 3- 5 개월 동안에 영양염 농도의 지속적인 증가 또는 감소와 같은 안정성의 특이한 경향이 나타나지 않았으며(Fig. 3,6), 보다 장기인 안정성 실험은 지속적으로 수행될 예정이다.
본 연구에서 개발된 표준물질은 일회에 분석할 수 있도록 작은 보관용기(15 ml 튜브)를 사용하였으며, 영양염의 농도가 서로 다른 4가지 표준물질을 하나의 패키지로 구성하였다. 따라서 본 연구에서 개발된 영양염 표준물질은 보관용기의 균질성 차이로 발생할 수 있는 오차를 최소화 할 수 있을 것으로 사료된다.
최근 국내에서 실시된 표준물질 실험실간 상호 비교 실험에서 제출된 각 실험실의 분석값을 함께 측정된 표준물질로 보정할 경우 실험실간의 분석값의 차이가 뚜렷이 감소하는 경향이 나타났다(문등, 2015). 앞으로 해양 용존 영양염을 이용하여 전 지구적인 해양환경 변화를 이해하기 위해서 영양염 표준물질의 필요성은 점점 증가할 것이다.
따라서 새로운 표준물질의 특성값은 다양한 실험조건에서 같은 방법으로 분석된 자료의 평균값을 사용하여 다른 분석조건에서 발생할 수 있는 오차를 포함하고 있을 뿐 아니라 다른 표준물질과의 소급성도 적용되었다. 향후에는 국내외 전문성이 있는 기관과 공동으로 분석한 자료를 이용하여 특성값을 결정하는 방법을 추가적으로 수행하여 특성값의 신뢰도를 높일 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
표준물질의 정의는 무엇인가?
표준물질(reference material, RM)은 “기기의 교정이나 측정방법의 평가 또는 재료에 값을 부여하는데 사용하기 위하여 하나 이상의 특성값이 충분히 균일하고 잘 확정되어 있는 재료 또는 물질”로 정의된다(KS A ISO Guide 35, 2005). 현재 가용한 해양 영양염 표준물질은 해수 중 용존 영양염 분석의 정확성과 전 세계의 다양한 실험실에서 분석된 해양 영양염 자료를 상호 비교하기 위해서 자연해수를 이용하여 개발된 물질이다.
국제해양탄소조정사업의 역할은 무엇인가?
최근 전 지구적으로 진행되고 있는 온난화는 해양내부의 물질순환과 밀접하게 관련되어 있고, 이를 이해하기 위한 공동노력이 전 세계적으로 진행되고 있다. 국제해양탄소조정사업(International Ocean Carbon Coordination Project, IOCCP)은 해수 중 용존 영양염을 해양 생지화학적인 순환을 이해하는 핵심변수로 선정하여 실험방법 표준화, 자료품질관리 강화, 자료의 보고형식 등에 관한 협력체계를 구축하여 전 지구적으로 진행되고 있는 탄소관련 연구 프로그램에 대한 최신 정보 제공과 관측자료의 상호비교등에 노력하고 있다.
해양 영양염 표준물질의 단점은 무엇인가?
해수 중 영양염 표준물질의 국내 생산은 전무하고 해외에서도 캐나다와 일본에서만 생산된다. 특히 이들 표준물질은 자연해수를 여과해서 오랫동안 묵혀서 병입을 하거나(MOOS, Canada) 농도가 다른 여러 해수를 혼합하여 특정한 농도를 맞추어 고압 멸균(KANSO, Japan)하여 제조되기 때문에 대량생산이 어렵고 생산에 많은 시간과 노력이 필요하기 때문에 가격이 상당히 비싸다(CAD$ 250/50 ml MOOS-3, ￦150,000/100 ml). 이런 비싼 가격은 국내에서 영양염 표준물질 사용에 부정적인 영향을 끼쳐왔다.
참고문헌 (10)
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Aoyama, A., H. Ota, M. Kimura, T. Kitao, H. Mitsuda, A. Murata, and K. Sato, 2012. Current status of homogeneity and stability of the reference materials for nutrients in seawater. Analytical Science, 28:911-916.
Bindoff, N.L., J. Willebrand, V. Artale, A. Cazenave, J. Gregory, S. Gulev, K. Hanawa, C. Le Quere, S. Levitus, Y. Nojiri, C.K. Shum, L.D. Talley, A. Unnikrishnan, 2007. Observations: Oceanic Climate Change and Sea Level. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [S. Solomon, D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, A.B. Averyt, B.M. Tignor, H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, US.
Korea Institute of Ocean Science and Technology, 2012. Standardization and quality control for oceanographic research and monitoring, BSPE 98782-10175-7, 531pp.
KS A ISO Guide 34, 2012. General requirements for the competence of reference material producers.
KS A ISO Guide 35, 2005. Certification of reference materials-General and statistical principles.
Moon,C.-R., T. Rho, D.-J. Kang,S.-H. Kahng,S.R. Cho, E.-S. Kim, J.M. Lee, E.J. Park, and J.-S. Shin, 2015. 2010 Inter-laboratory comparision study on nutrient analysis in seawater, The Sea, 20:
Rho, T., D.-J. Kang, S.-H. Kahng, E.-S. Kim, and S. Coverly, in preparation. Optimization of automated colorimetric segmented flow analyzer (SFA) for nitrate and ammonium analysises in natural seawater.
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