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초록
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X선 흡수분광법(X-ray absorption spectroscopy, XAS)을 이용하는 X선 흡수미세구조(X-ray absorption fine structure, XAFS)의 분석은 다양한 학문분야에서 적용되고 있다. 본 연구에서는 XAFS 분석을 위한 토양 시료의 준비에서부터 XAFS 측정 후 X선 흡수 끝머리 부근 미세구조(X-ray absorption near edge structure, XANES) 및 광범위 X선 흡수 미세구조(extended Xray absorption fine structure, EXAFS) 데이터를 추출하여 연구에 활용하는 것에 대해 간략하게 소개하였다. 특히 토양환경 분야에서 XANES 및 EXAFS 분석을 활용한 선행연구들에 대해 비소(As) 및 중금속 주요 원소(Cd, Cu, Ni, Pb, Zn)별로 그 내용을 정리하였다. 토양환경 분야에서 XAFS의 응용은 납(Pb)화학종 규명에 관한 연구가 가장 많은 것으로 나타났다. 이와 함께 대부분의 연구들은 오염토양 내 중금속 화학종의 규명을 통해 중금속의 유입 원인 등에 대해 기술하고 있으며, 이를 정화하기 위한 다양한 방법들(개량제 처리, 식물정화)을 적용한 후, 안정화된 중금속 화학종을 XANES 및 EXAFS 분석을 통해 규명하여 정화 방법들의 효율성과 안정성에 대해 보고하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

X-ray absorption fine structure (XAFS) analysis using X-ray absorption spectroscopy is being applied as a state-of-the-art method in a wide range of disciplines. This review article summarizes the overall procedure of XAFS analysis from the preparation of soil samples to the analysis of data in X-ra...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 총설에서는 XAFS를 이용한 방법 중 XANES 및 EXAFS 데이터를 얻기까지 일련의 과정을 살펴보고, XANES 및 EXAFS 해석을 통해 오염토양 내 중금속의 화학종을 정확하게 규명하여 보고한 선행연구 결과들을 취합/정리하였다. 이를 통해 우리나라에서 XAFS 기술의 토양환경분야의 적용을 위한 계획 수립에 기여하고자 하였다.
  • 그러나 현재 국내 토양환경 분야의 경우 중금속화학종 규명에 XAFS 분석을 활용하는 연구는 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 XAFS 분석을 활용하는 방법 중 XANES 및 EXAFS 데이터를 사용하기 위한 과정과, XANES 및 EXAFS 데이터를 연구에 활용한 외국 선행 연구들에 대해 살펴보았다. 토양환경 분야에서 EXAFS 응용은 납의 화학종 규명에 관한 연구가 주를 이루고 있었으며, 특히 오염지역 토양에 존재하는 중금속 화학종과 이것의 발생 또는 유입 원인을 규명하기 위한 연구 및 오염토양에 대한 개량제의 처리 후 안정화된 중금속 화학종을 EXAFS를 통해 규명함으로써 중금속의 안정성을 평가하는 연구들이 활발하게 진행되고 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중금속으로 인한 토양오염은 어디서 발생되는가? 중금속(heavy metal)으로 인한 토양오염은 주로 가행 및 휴·폐광산 인근 지역, 군 사격장 부지, CCA (chromated copper arsenate)방부목 설치 부지, 일반 농경지, 금속 제련소와 같은 산업부지, 도시 등 광범위한 지역에서 보고되고 있다(Manceau 등, 1996; Lim 등, 2010; Kumpiene 등, 2011; Ok 등, 2011a, 2011b; Ahmad 등, 2012; Usman 등, 2012; Lim 등, 2013a, 2013b; Ahmad 등, 2014b). 중금속으로 인한 토양오염은 오염된 토양에서 재배되는 농작물의 섭취, 직접 흡입 등을 통해 인간건강에 중대한 위협요인이 되고 있어, 이를 정화하기 위한 다양한 방법들이 연구·개발되어 왔다(Kumpiene 등, 2008; Ok 등, 2010).
기작을 통한 중금속 안정화 연구로는 무엇이 있나? 특히 토양 내 존재하는 중금속을 생물체가 이용할 수 없도록 화학적으로 안정한 형태로 변환시킴으로써 중금속의 생물유효도(bioavailability)를 낮추는 중금속 안정화(metal stabilization)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다(Ok 등, 2011c). 예를 들어, 토양에 대한 석회처리는 pH를 상승시키는데 이 때 토양의 음전하(negative charge)가 증대되어 양이온성 중금속의 토양흡착이 증가하고, 이와 함께 알칼리 조건에서 중금속 양이온은 자유 양이온보다 흡착계수가 더 높은 수산화물(hydroxides)을 형성하여 토양 입자에 흡착되거나 탄산염 형태로 침전하게 되는 데, 이와 같은 기작을 통해서 중금속을 안정화할 수 있다(Zhao와 Masaihiko, 2007; Ok 등, 2010). 이 외에도 인산, 인산염광물 등 인 함유물질(phosphorus-containing materials) 처리는 토양 내 가용성 납(Pb)을 불용성의 인 화합물인 pyromorphite [Pb5(PO4)3X; X=Cl, OH, F, Br 등] 형태로 변환시키는데 이 경우 토양 내 납의 생물유효도는 매우 낮아지게 된다(Kumpiene 등, 2008).
중금속으로 인한 토양오염이 문제가 되는 이유는 무엇인가? 중금속(heavy metal)으로 인한 토양오염은 주로 가행 및 휴·폐광산 인근 지역, 군 사격장 부지, CCA (chromated copper arsenate)방부목 설치 부지, 일반 농경지, 금속 제련소와 같은 산업부지, 도시 등 광범위한 지역에서 보고되고 있다(Manceau 등, 1996; Lim 등, 2010; Kumpiene 등, 2011; Ok 등, 2011a, 2011b; Ahmad 등, 2012; Usman 등, 2012; Lim 등, 2013a, 2013b; Ahmad 등, 2014b). 중금속으로 인한 토양오염은 오염된 토양에서 재배되는 농작물의 섭취, 직접 흡입 등을 통해 인간건강에 중대한 위협요인이 되고 있어, 이를 정화하기 위한 다양한 방법들이 연구·개발되어 왔다(Kumpiene 등, 2008; Ok 등, 2010). 특히 토양 내 존재하는 중금속을 생물체가 이용할 수 없도록 화학적으로 안정한 형태로 변환시킴으로써 중금속의 생물유효도(bioavailability)를 낮추는 중금속 안정화(metal stabilization)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다(Ok 등, 2011c).
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