[논문]부산지역 봄철 주중/주말의 PM10 중 이온성분의 화학적 조성

전병일

doi:10.5322/jesi.2015.24.6.785

부산지역 봄철 주중/주말의 PM10 중 이온성분의 화학적 조성
Weekday/weekend Chemical Characteristics of Water-Soluble Components of PM10 at Busan in Springtime 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.6, 2015년, pp.785 - 792

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This study investigates weekday/weekend characteristics of $PM_{10}$ concentration and chemical composition of water-soluble ions in Busan in the spring of 2013. Contribution rate of water-soluble ions to PM10 concentration in weekday/weekend were 41.5% and 38.5%, respectively. Contribution rate of SO_4{^{2-}}$ to total ion mass in weekday/weekend were 30.4% and 33.8%, respectively. Contribution rate of total inorganic water-soluble ions in PM10 in weekday/weekend were 42.2% and 39.1% (mean 41.4%), respectively. $[NO_3{^-}/SO_4{^{2-}}]$ ratio in weekday/weekend were 1.01 and 0.97(mean 0.99), respectively, which indicated that weekday ratio was higher. Contribution rate of sea salts and $Cl^-/Na^+$ ratio in PM10 in weekday/weekend were 8.1% and 7.6%, 0.37% and 0.41%, respectively. This research will help understand chemical composition of water-soluble ions during the weekday/weekend and will be able to measure the contribution level of artificial anthropogenic source on urban air.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[SO₄^2-/NO₃^-]비는 대기 중에 배출된 고정오염원과 이동오염원의 상대적인 중요성을 나타내는 지시자로 사용되며, 또한 고정오염원의 연료로 사용 되는 중유에 포함된 황은 이동오염원의 연료인 가솔린과 경유에 비해 많이 포함되어 있으므로, 화석연료 중 중유의 기여도를 파악하는데 사용되기도 한다(Yao 등, 2002). [SO₄^2-/NO₃^-]의 당량농도비는 기존 연구지역의 자료와 비교하기 위해 산출하였고, [NO₃^-/SO₄^2-] 질량농도비는 이동오염원과 고정오염원의 여타 다른 지역과 비교하기 위해 산출하였다.
그러므로 주중과 주말의 미세먼지농도와 관련된 화학적 조성은 부산지역의 대기질에 미치는 도로교통이나 인위적인 활동을 평가하는 데 매우 중요한 통찰력을 제공한다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 2013년 봄철 주중(월~목요일)과 주말(일요일)에 PM₁₀을 채취하여 중량농도와 이온성분의 화학적 조성에 대한 특성을 체계적으로 고찰하였다.

제안 방법

PM10의 질량농도를 측정하기 위하여 여과지를 항온(20ºC), 항습(50%) 조건하에서 건조장치에 최소 2일간 건조하고, 감도가 0.01 mg 인 전자저울(Sartorious microbalance)로 먼지 시료 채취 전 후의 무게를 칭량한 후의 중량차로서 PM10의 질량농도를 구하였다.
보관된 시료는 전처리를 위하여 해동한 다음 초음파세척기에 bottle이 잠기게 한 상태에서 1시간 동안 초음파 추출하였으며, Syringe filter(PVDF, Whatman Co. pore size 0.45 µm)를 이용하여 여과하였다.
45 µm)를 이용하여 여과하였다. 여과한 여액은 ICP/AES를 이용하여 양이온인 Na⁺ , K⁺ , Ca²⁺, Mg²⁺를 정량하였고, 이온크로마토그래피를 이용하여 양이온인 NH₄⁺과 음이온인 NO₃^- , SO₄^2-, Cl^-를 정량하였다.

대상 데이터

PM₁₀의 채취는 Mini Volume Air Sampler(Air Metrics, Springfield, OR, USA)를 사용하였으며, 흡인유속은 5.0 L/min으로 조정하여 47 mm QMA Filter(Whatman Co.)에 24시간 PM₁₀ 시료를 흡인 채취하였다. PM₁₀의 질량농도를 측정하기 위하여 여과지를 항온(20ºC), 항습(50%) 조건하에서 건조장치에 최소 2일간 건조하고, 감도가 0.
1과 같이 신라대학교 공학관 6층 옥상(지상 약 20 m)에서 실시하였다. 미세먼지 중 이온성분의 화학적 조성을 고찰하기 위한 PM₁₀의 채취는 2013년 봄철(3, 4, 5월)에 실시하였고, 측정일수는 총 38일이며, 주중(월~목)과 주말(일요일)에 강우가 없는 날을 대상으로 오전 9시부터 다음날 오전 9시까지 24시간 채취하였고, 총 채취 일수는 주중이 29일, 주말이 9일이었다.
본 연구를 위한 PM₁₀의 시료채취는 Fig. 1과 같이 신라대학교 공학관 6층 옥상(지상 약 20 m)에서 실시하였다. 미세먼지 중 이온성분의 화학적 조성을 고찰하기 위한 PM₁₀의 채취는 2013년 봄철(3, 4, 5월)에 실시하였고, 측정일수는 총 38일이며, 주중(월~목)과 주말(일요일)에 강우가 없는 날을 대상으로 오전 9시부터 다음날 오전 9시까지 24시간 채취하였고, 총 채취 일수는 주중이 29일, 주말이 9일이었다.

성능/효과

] (1)

부산지역에서 이온성분의 PM₁₀에 대한 기여율은 주중과 주말에 각각 41.5%와 38.5%로 주중이 주말에 비해 높았다. 이는 부산지역 2011년과 2012년 봄철 2년간의 평균 38.
2) PM10의 주중/주말 농도비는 1.15로 주중이 주말보다 약 15% 높게 나타났고, 이온성분의 주중/주말 농도비를 보면, Na+1.39, Mg2+ 1.35, Ca2+ 1.37, K+ 1.20, NH4+ 1.15, Cl-1.23, SO42- 1.12, NO3-1.25로서 Na+ 의 주중 농도가 주말보다 가장 높았고, 다음으로 Ca2+, Mg2+ 순이었고 가장 낮은 성분은 SO42-이었다.
3) 총 이온 성분 중의 각 이온성분들의 기여율을 본 결과, 주중과 주말에 가장 높은 비율은 SO₄^2-으로 각각 30.4%와 33.8%이었고 다음으로 NO₃^-이 각각 28.1%와 27.9%이었다. PM₁₀농도 중의 각 이온 성분들의 기여율은 주중과 주말에 가장 높은 비율은 SO₄^2-으로 각각 12.
4) 총 수용성이온의 PM₁₀농도에 대한 기여율은 주중과 주말에 각각 42.2%와 39.1%(평균 41.4%)로 주중이 주말에 비해 높았다. 이차생성이온의 PM₁₀ 농도에 대한 기여율은 각각 24.
5) 봄철 주중과 주말의 [NO₃^-/SO₄^2-] 질량농도비는 각각 1.01과 0.97(평균 0.99)로 주중이 주말보다 높은 비를 나타내었다. 주중과 주말의 PM₁₀에 대한 해염의 기여율은 각각 8.
6) 주중과 주말의 미세먼지농도와 화학적 성분의 특성을 고찰하면 도시 대기에 미치는 도로교통 통행량과 산업시설 등의 인위적인 오염원의 기여도를 산출하는 큰 역할을 할 수 있다. 향후 부산지역의 미세먼지 관리대책 수립에 큰 기여를 할 것으로 기대한다.
농도에 대한 기여율을 조사 하여 나타낸 것이다. PM₁₀에 대한 총 수용성이온의 기여율은 주중과 주말에 각각 42.2%와 39.1%(평균 41.4%) 로 주중이 주말에 비해 높았다. 본 연구와 동일한 지역에서 2007년 여름철과 가을철의 PM₁₀ 기여율인 38.
그림에서 보는 바와 같이 주말보다 주중에 수용성 무기이온농도가 높게 나타났다. PM₁₀의 주중/주말 농도비는 1.15로 주중이 주말보다 약 15% 높게 나타났고, 이온성분의 주중/주말 농도비를 보면, Na⁺1.39, Mg²⁺ 1.35, Ca²⁺ 1.37, K⁺1.20, NH⁴⁺1.15, Cl^-1.23, SO₄^2- 1.12, NO₃^-1.25로서 Na⁺ 의 주중농도가 주말보다 가장 높았고, 다음으로 Ca²⁺, Mg²⁺ 순이었고 가장 낮은 성분은 SO₄^2-이었다
6%로 주중이 주말보다 높았다. 그리고 8개 무기이온 중 SO₄^2-, NO₃^- , NH₄⁺ , Na⁺ 의 주중과 주말의 합은 전체이온의 88.7%와 89.3%이었고, PM₁₀농도에서는 각각 36.8%와 34.3%이었다.
34이었고 주말에 비해 주중에 [NO₃^-/SO₄^2-] 비가 상대적으로 높은 것은 주중에 자동차통행량이 많기 때문이다(Khoder와 Hassan, 2008). 따라서 본 연구에서 [NO₃^-/SO₄^2-] 비가 주중이 주말보다 높은 것은 주중에 자동차 등에 의한 이동오염원의 영향이 고정오염원보다 더 큰 영향을 받았다고 할 수 있으며, [NO₃^-/SO₄^2-] 비가 1에 가깝다는 것은 황산화물에 의한 영향보다는 질소산화물에 의한 영향이 점점 커지고 있다는 것을 의미한다.
4는 부산지역 2013년 봄철에 측정한 PM₁₀의 총 이온 질량에 대한 이온성분들의 기여도를 주중과 주말로 나누어 나타낸 것이다. 본 연구에서 주중과 주말에 가장 높은 비율은 SO₄^2-으로 각각 12.6%와 13.0%이었고 다음으로 NO₃^-이 각각 11.7%와 10.7%이었다. 이 역시 총 이온 성분 중의 각 이온성분의 분율과 마찬가지로 황산염은 주말에 질산염은 주중에 높았다.
3은 부산지역 2013년 봄철에 측정한 PM₁₀의 수용성 이온성분 중의 기여도를 각 이온성분별에 대해 주중과 주말로 나누어 나타낸 것이다. 본 연구에서 주중과 주말에 가장 높은 비율은 SO₄^2-으로 각각 30.4%와 33.8%이었고 다음으로 NO₃^-이 각각 28.1%와 27.9%이었다. 산업체 등의 고정원에서 많이 배출되는 황산염은 주말에 높았고 자동차 등에 의한 이동오염원에서 배출되는 질산염은 주중에 비중이 높았다.
PM₁₀에 대한 2차 생성이온의 기여율은 미세먼지로 인해 피해를 입을 가능성이 있는 도시에서는 미세먼지 저감방안을 개발하는데 매우 중요하다(Park과 Lim, 2006). 본 연구에서 주중과 주말의 이차생성이온의 기여율은 각각 24.3%와 20.1%로 주중이 주말보다 높았다. 2007년 부산지역 여름철과 가을철의 PM₁₀에 대한 기여율인 32.
부산지역 2013년 봄철 주중과 주말의 PM₁₀에 대한 해염의 기여율은 각각 8.1%와 7.6%로 주중이 주말에 비해 높게 나타났다. 부산지역 2011년과 2012년의 13.

후속연구

3%로 주중이 주말보다 높았다. 주말이 황산염이 더 높은 이유에 대해서는 좀 더 고찰이 필요하다고 사료된다.
6) 주중과 주말의 미세먼지농도와 화학적 성분의 특성을 고찰하면 도시 대기에 미치는 도로교통 통행량과 산업시설 등의 인위적인 오염원의 기여도를 산출하는 큰 역할을 할 수 있다. 향후 부산지역의 미세먼지 관리대책 수립에 큰 기여를 할 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에어로졸이 대기 중으로 배출되는 요인 중 자연적인 요인은 무엇인가?	대기 중 에어로졸은 인위적인 요인과 자연적인 요인이 복합적으로 결합하여 생성되어 대기 중으로 배출된다. 자연적인 요인으로 화산분출, 해양 및 먼지폭풍을 들 수 있고, 인위적 요인으로 산업활동, 에너지 생성, 건축, 도시 폐기물 처리, 자동차 배출 가스 등을 들 수 있다(Sabbak, 1995; Bilos 등, 2001). 대기 에어로졸은 수용성 무기 화합물, 유기탄소, 원소탄소 그리고 금속으로 이루어져 있으며, 황산염, 질산염, 암모늄, 염화물과 같은 수용성 무기 성분은 도시 대기오염에서 큰 관심을 불러 일으키고, 이들은 에어로졸의 산성도와 산화작용에 기여를 한다.
	대기 에어로졸의 구성 성분은 무엇인가?	자연적인 요인으로 화산분출, 해양 및 먼지폭풍을 들 수 있고, 인위적 요인으로 산업활동, 에너지 생성, 건축, 도시 폐기물 처리, 자동차 배출 가스 등을 들 수 있다(Sabbak, 1995; Bilos 등, 2001). 대기 에어로졸은 수용성 무기 화합물, 유기탄소, 원소탄소 그리고 금속으로 이루어져 있으며, 황산염, 질산염, 암모늄, 염화물과 같은 수용성 무기 성분은 도시 대기오염에서 큰 관심을 불러 일으키고, 이들은 에어로졸의 산성도와 산화작용에 기여를 한다. 특히 질산염, 황산염, 암모늄은 2차 에어로졸을 구성하는데 매우 중요한 성분이며, 도시대기에서 황산염은 미세입자 모드에, 질산염과 염화물은 bi-modal 크기 분포를 결정하는데 기여한다(Hara 등, 1983).
	고농도 미세먼지 노출이 인체에 미치는 악영향은 무엇인가?	또한 미세먼지는 산성 및 독성 물질을 수송하는 매개체 역할을 하거나 인간의 건강과 생태계에 심각한 타격을 줄 수 있다(Cheng 등, 1996). 고농도 미세먼지 노출과 관련된 인간의 건강에 미치는 결정적인 요소는 호흡기계와 심장혈관계의 이상을 일으켜 사망률을 증가시키는 것이다(Kunzli 등, 2000; Pope 등, 2002).

참고문헌 (33)

Almeida, S. M., Pio, C. A., Freitas, M. C., Reis, M. A., Trancoso, M. A., 2006, Source apportionment of atmospheric urban aerosol based on weekdays/weekend variability: evaluation of road re-suspended dust contribution, Atmos. Environ., 40, 2058- 2067.

상세보기
Arimoto, R., Duce, R. A., Savoie, D. L., Prospero, J. M., Talbot, R., Cullen, J. D., Tomza, U., Lewis, N. F., Ray, B. J., 1996, Relationships among aerosol constituents from Asia and the North Pacific during Pem-West A, Geophy. Res., 101, 2011-2023.

상세보기
Bilos, C., Colombo, J. C., Skorupka, C. N., Rodriguez Presa, C. N., 2001, Sources, distribution and variability of airborne trace metals in La Plata City area, Argentina, Environ. Pollu., 111, 149- 158.

상세보기
Blanchard, C. L., Tanenbaum, S. J., 2003, Differences between weekday and weekend air pollutant levels in Southern California, Air & Waste Manage., 53, 816-828.

상세보기
Charlson, R. J., Schwartz, S. E., Hales, J. M., Cess, R. D., Coakley, J. A., Hansen, J. E., Hofmann, D. J., 1992, Climate forcing by anthropogenic aerosols, Sciences, 255, 423-430.

상세보기
Cheng, M. D., Gao, N., Hopke, P. K., 1996, Source apportionment study of nitrogen species measured in Southern California in 1987, Environ. Eng., 122, 183-190.

상세보기
Chow, J. C., Watson, J. G., Lu, Z., Lowenthal, D. H., Frazer, C. A., Solomon, P. A., Thuillier, R. H., Magliano, K., 1996, Descriptive analysis of PM2.5 and PM10 at regionally representative locations during SJVAQS/ AUSPEC, Atmos. Environ., 30, 2079-2112.

상세보기
Eldering, A., Solomon, P. A., Salmon, L. G., Fall, T., Cass, G. R., 1991, Hydrochloric acid: a regional perspective on concentrations and formation in the atmosphere of southern California, Atmos. Environ., 25, 2091-2102.

상세보기
Hara, H., Honda, K., Nagara, K., Goto, A., 1983, Seasonal variation in particle-size distribution of chloride and nitrate in the ambient air, Nippon Kagaku Kaishi. 1221-1225.
Ho, K. F., Lee, S. C., Chan, C. K., Yu, J. C., Chow, J. C., Yao, X. H., 2003, Characterization of chemical species in $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ aerosols in Hong Kong, Atmos. Environ., 37, 31-39.

상세보기
Holland, H. D., 1978, The Chemistry of the Atmosphere and Ocean, John Wiley, Hoboken, New Jersey, USA.
Huebert, B. J., Wang, M. X., Lu, W. X., 1988, Atmospheric nitrate, sulfate, ammonium and calcium concentrations in China, Tellus, 40(B), 260-269.

상세보기
Jeon, B. I., 2010, Characteristics of spacio-temporal variation for $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ concentration in Busan, Kor. Enviro. Sci. Soc., 19, 1013-1023.
Jeon, B. I., Hwang, Y. S., 2014, Characteristics of Metallic and Ionic Concentration in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ in Busan, Environ. Sci. Inter., 23, 819- 827.

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Jeon, B. I., Hwang, Y. S., Oh, K. J., 2010, Characteristics of metallic and ionic concentration in PM10 at inland and seashore in Busan, Environ. Imp. Assess., 19, 323-333.
Khoder, M. I., Hassan, S. K., 2008, Weekday/weekend differences in ambient aerosol level and chemical characteristics of water-soluble components in the city centre, Atmos. Environ., 42, 2008, 7483-7493.

상세보기
Kim, B. M., Teffera, S., Zeldin, M. D., 2000, Characterization of $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ in the South Coast Air Basin of Southern California: Part 1 .Spatial variations, Air & Waste Manage., 50, 2034-2044.

상세보기
Kim, K. Y., 2006, The distribution of atmospheric sea-salt concentration Jeju Island, Cheju National University Master's thesis, 62pp.
Kunzli, N., Kaiser, R., Medina, S., Studnicka, M., Chanel, O., Filliger, P., Herry, M., Horak, F., 2000, Public impact of outdoor and traffic-related air pollution: a European assessment Lancet, 356, 795-801.

상세보기
Lee, B. K., Jun, N. Y., Lee, H. K., 2005, Analysis of impacts on urban air quality by restricting the operation of passenger vehicles during Asian game events in Busan, Korea, Atmos. Environ., 39, 2323-2338.

상세보기
Lee, Y. L., Sequerira, R., 2002, Water-soluble aerosol and visibility degradation in Hong Kong during Autumn and early Winter, 1998, Environ. Pollut., 116, 225-233.

상세보기
Logan, J. A., 1983, Nitrogen oxides in the troposphere : global and regional budgets, Geophy. Rese., 88, 10785-10807.

상세보기
Millero, F. J., Sohn, M. L., 1992, Chemical Oceanography, CRC Press, Boca Raton FL, 531pp.
Morawska, L., Jayaratne, E. R., Mergensten, M., Jamriska, M., Thomas, S., 2002, Difference in airborne particle and gaseous concentration in urban air between weekdays and weekend, Atmos. Environ., 36, 4375-4383.

상세보기
Motallebi, N., Tran, H., Croes, B. E., Larsen, L. C., 2003, Day-of-week patterns of particulate matter and its chemical components at selected sites in California, Air & Waste Manage., 53, 876-888.

상세보기
Park, J. Y., Lim, H. J., 2006, Characteristics of water soluble ions in fine particles during the winter and spring in Daegu, Kor. Soc. Atmos. Enviro., 22, 627-641.
Pope, C. A., Burnett, R., Thun, M. J., Calle, E. E., Krewskik, D., Ito, K., Thurston, G. D., 2002, Lung cancer, cardio-pulmonary mortality, and long term exposure to fine particulate air pollution, American Medi. Asso., 287, 1132-1141.

상세보기
Qin, Y., Tonnesen, G. S., Wang, Z., 2004, Weekend/weekday differences of ozone, NOx, CO, VOCs, $PM_{10}$ and the light scatter during ozone season in southern California, Atmos. Environ., 38, 3067 -3087.
Sabbak, O. A., 1995, Metal concentration of atmospheric inhalable particles in Jeddah, Environ. Manage. & Health, 6, 7-13.
Sloane, C. S., Watson, J. G., Chow, J. C., Pritchett, L. C., Richards, L. W., 1991, Size-segregated fine particle measurements by chemical species and their Impact on visibility impairment in Denver, Atmos. Environ., 25, 1013-1024.

상세보기
Willison, M, J., Clarke A. G., Zeki E. M., 1989, Chloride aerosols in central northern England, Atmos. Environ., 23, 2231-2239.

상세보기
Yao, X., Chan, C. K., Fang, M., Cadle, T. C., Mulawa, P., He, K., Ye, B., 2002, The water-soluble ionic composition of PM2.5 in Shanghai and Beijing, China, Atmos. Environ, 36, 4223- 4234.

상세보기
Zhang, Y. F., Xu, H., Tian, Y. Z., Shi,, G. L., Zeng, F., Wu, J. H., Zhang, X. Y., Lia, X., Zhu, T., Feng, Y. C., 2011, The study on vertical variability of $PM_{10}$ and the possible sources on a 220m tower, in Tianjin, China, Atmos. Environ., 45, 6133- 6140.

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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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