선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 사하라 먼지 등의 타지역 광물먼지와 비교하여, 황사의 경우, 최근 체계적인 광물학적 자료가 축적되고 있으나, 연도별 광물조성 변화 등을 확인하기 위해서는 좀 더 많은 황사 사례에 대한 광물학적 자료가 필요하다. 본 논문에서는 2015년 2월 22-23일 포집된 황사 시료에 XRD, SEM, TEM 분석을 실시하여 규명한 황사의 광물학적 특성을 보고한다.
- 본 연구는 2015년 2월 22-23일 사이에 관측된 황사의 광물학적 특성을 전시료 XRD, 개별 황사 입자의 SEM-EDS, 점토입자의 TEM-EDS 분석을 실시하여 규명하였다. XRD 분석에 의하면 층상규산염광물 총량이 62%이었으며, 일라이트류(일라이트 및 일라이트-스멕타이트 혼합층) 점토광물이 55%로 가장 함량이 높았으며, 그 외 녹니석 5%, 캐올리나이트 2% 정도 함유되어 있었고, 비층상규산염광물로서 석영 18%, 사장석 10%, K-장석 4%, 방해석 5%, 석고 1% 등이 함유되어 있었다.
제안 방법
- 그럼에도 불구하고 이전의 SEM-TEM 연구에 근거하여 ISCMs이 주성분인 황사입자를 SEMEDS으로 확인하고 분류할 수 있다. 929개 황사입자에 SEM-EDS 분석을 실시하고 분류하였다. 물론 개별 황사입자들 또한 대부분이 여러 광물의 혼합체이지만, 지배적인 광물을 기준으로 분류하였다.
- 직경 1 cm의 SEM용 황동 디스크에 전도성 양면 탄소테이프를 붙인 후, 필터에 가볍게 접촉하여 입자들을 테이프에 옮기고 오스뮴(osmium) 코팅을 하였다. SEM을 이용한 황사 개별 입자들의 형태적 관찰 및 EDS 화학조성분석은 각각 TESCAN LYRA 전계방출형 SEM 및 OXFORD X-MAX EDS 장비를 이용하였다. 점토 개별입자들의 화학 조성분석은 황사시료를 메탄올 현탁액에 분산시킨 후, 탄소그물망을 입힌 구리 그리드(grid)를 적셔 말린 후, 탄소그물망에 걸린 입자들을 대상으로 JEOL JEM 2010 TEM의 OXFORD X-MAX EDS 장비를 이용하여 시행하였으며, 광물표준물질을 이용하여 정량화하였다.
- XRD 분석을 위한 황사분말 시료는 필터에 메탄올(methanol)을 흘려 황사입자 현탁액을 얻은 다음, 메탄올을 상온에서 증발시키고 회수하였다. XRD 분석은 분말시료를 Si 웨이퍼(wafer)로 제작한 용기에 채우고, RIGAKU ULTIMA IV X-선 회절분석기(XRD)로 실시하였다. 분석 조건은 CuKα X선, 가속전압 40 kV, 전류 30 mA, 슬릿 2/3°-0.
- 또한 추가로 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 처리한 시료에 대하여 3°-30° (2θ) 범위에서 XRD 분석을 실시하였다.
- 이상의 XRD 패턴 해석에 기반하여 SIROQUANT 프로그램을 이용하여 광물정량분석을 실시하였다. 이 정량법에서 소량의 스멕타이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층, 1Md 일라이트를 구분하기는 실질적으로 매우 어렵기 때문에, 이들을 일라이트-스멕타이트 계열 점토광물(ISCMs, illite-smectite series clay minerals)로 묶어서 정량하였다. 정량분석결과, ISCMs 함량이 55%로 가장 함량이 높았으며, 그 외 층상규산염 광물로서 녹니석이 5%, 캐올리 나이트가 2% 정도 함유되어 있었다(Table 1).
- SEM을 이용한 황사 개별 입자들의 형태적 관찰 및 EDS 화학조성분석은 각각 TESCAN LYRA 전계방출형 SEM 및 OXFORD X-MAX EDS 장비를 이용하였다. 점토 개별입자들의 화학 조성분석은 황사시료를 메탄올 현탁액에 분산시킨 후, 탄소그물망을 입힌 구리 그리드(grid)를 적셔 말린 후, 탄소그물망에 걸린 입자들을 대상으로 JEOL JEM 2010 TEM의 OXFORD X-MAX EDS 장비를 이용하여 시행하였으며, 광물표준물질을 이용하여 정량화하였다.
- 황사 개별 입자의 SEM 관찰 시료는 TISCH Environmental 의 Impactor 측정기로 셀룰로스 필터에 채취하였다. 직경 1 cm의 SEM용 황동 디스크에 전도성 양면 탄소테이프를 붙인 후, 필터에 가볍게 접촉하여 입자들을 테이프에 옮기고 오스뮴(osmium) 코팅을 하였다. SEM을 이용한 황사 개별 입자들의 형태적 관찰 및 EDS 화학조성분석은 각각 TESCAN LYRA 전계방출형 SEM 및 OXFORD X-MAX EDS 장비를 이용하였다.
- 황사시료에서 가장 흔한 층상규산염광물의 화학적 특성을 분석하기 위하여, 141개 점토 입자의 화학조성을 TEM-EDS로 분석하였다. K 및 Fe 함량 (wt%)은 일라이트-캐올리나이트-녹니석이 단성분인 다양한 영역에 도시되었다(Fig.
대상 데이터
- 2. Plot of hourly PM10 concentrations over 5 days in the Korea Meteorological Administration aerosol monitoring station (Gangwha) near sampling site (Deokjeok Island).
- 광물학적 분석에 사용한 황사 시료는 2015년 2월 22일 09시부터 23일 09시 사이에 인천광역시 옹진군 덕적도 정상에 설치한 고용량 총분진측정기 (high volume total suspended solid sampler)로 Whatman No.41 셀룰로스(cellulose) 필터에 채집하였다. 덕적도 황사시료를 주요 광물학적 분석시료로 하였으나, 시료 채취 장소에 따른 광물학적 변화가 있는지 확인하기 위하여 서울특별시 동대문구 청량리동 한국과학기술원에서 동일한 황사를 동일한 절차로 채집한 시료도 확보하였다.
- 41 셀룰로스(cellulose) 필터에 채집하였다. 덕적도 황사시료를 주요 광물학적 분석시료로 하였으나, 시료 채취 장소에 따른 광물학적 변화가 있는지 확인하기 위하여 서울특별시 동대문구 청량리동 한국과학기술원에서 동일한 황사를 동일한 절차로 채집한 시료도 확보하였다.
- XRD 분석자료의 광물정량은 Sietronics사의 SIROQUANT를 이용하여 실시하였다. 황사 개별 입자의 SEM 관찰 시료는 TISCH Environmental 의 Impactor 측정기로 셀룰로스 필터에 채취하였다. 직경 1 cm의 SEM용 황동 디스크에 전도성 양면 탄소테이프를 붙인 후, 필터에 가볍게 접촉하여 입자들을 테이프에 옮기고 오스뮴(osmium) 코팅을 하였다.
- 3), 두 시료가 거의 동일한 XRD 패턴을 보여서 채집 장소에 따른 황사 광물 조성의 변화는 없다. 황사 시료는 일라이트, 녹니석, 캐올리나이트 등의 층상규산염광물과 석영, 사장석, K-장석, 방해석, 석고 등으로 구성되어 있다. 특히 20°와 35° (2θ) 부근에 나타나는 강도가 큰 회절대는 높은 무질서도의 층상규산염 광물의 존재를 지시한다.
데이터처리
- 이상의 XRD 패턴 해석에 기반하여 SIROQUANT 프로그램을 이용하여 광물정량분석을 실시하였다. 이 정량법에서 소량의 스멕타이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층, 1Md 일라이트를 구분하기는 실질적으로 매우 어렵기 때문에, 이들을 일라이트-스멕타이트 계열 점토광물(ISCMs, illite-smectite series clay minerals)로 묶어서 정량하였다.
이론/모형
- 또한 추가로 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 처리한 시료에 대하여 3°-30° (2θ) 범위에서 XRD 분석을 실시하였다. XRD 분석자료의 광물정량은 Sietronics사의 SIROQUANT를 이용하여 실시하였다. 황사 개별 입자의 SEM 관찰 시료는 TISCH Environmental 의 Impactor 측정기로 셀룰로스 필터에 채취하였다.
성능/효과
- 본 연구는 2015년 2월 22-23일 사이에 관측된 황사의 광물학적 특성을 전시료 XRD, 개별 황사 입자의 SEM-EDS, 점토입자의 TEM-EDS 분석을 실시하여 규명하였다. XRD 분석에 의하면 층상규산염광물 총량이 62%이었으며, 일라이트류(일라이트 및 일라이트-스멕타이트 혼합층) 점토광물이 55%로 가장 함량이 높았으며, 그 외 녹니석 5%, 캐올리나이트 2% 정도 함유되어 있었고, 비층상규산염광물로서 석영 18%, 사장석 10%, K-장석 4%, 방해석 5%, 석고 1% 등이 함유되어 있었다. 개별 황사입자의 SEM-EDS 분석을 바탕으로 구한 광물 조성은 일라이트류 57%, 녹니석 3%, 캐올리나이트 2%로 점토광물 총량이 62%이었으며, 그 외 석영 19%, 사장석 9%, K-장석 3%, 방해석 4%, 석고 2% 등으로 분석되어 XRD 분석과 부합하는 결과를 얻었다.
- XRD 분석에 의하면 층상규산염광물 총량이 62%이었으며, 일라이트류(일라이트 및 일라이트-스멕타이트 혼합층) 점토광물이 55%로 가장 함량이 높았으며, 그 외 녹니석 5%, 캐올리나이트 2% 정도 함유되어 있었고, 비층상규산염광물로서 석영 18%, 사장석 10%, K-장석 4%, 방해석 5%, 석고 1% 등이 함유되어 있었다. 개별 황사입자의 SEM-EDS 분석을 바탕으로 구한 광물 조성은 일라이트류 57%, 녹니석 3%, 캐올리나이트 2%로 점토광물 총량이 62%이었으며, 그 외 석영 19%, 사장석 9%, K-장석 3%, 방해석 4%, 석고 2% 등으로 분석되어 XRD 분석과 부합하는 결과를 얻었다. 황사의 주성분인 극미립 점토광물의 TEM-EDS 분석 결과, 다양한 성분비율과 혼합양상을 보이는 일라이트-스멕타이트 계열의 점토광물이 주성분으로 확인되었다.
- 독립적으로 실시한 황사 전시료의 XRD와 개별 입자들의 SEM-EDS에 의한 광물 정량 결과가 서로 잘 일치하고 있어서, 분석 방법의 여러 가지 한계에도 불구하고 정확도는 상당히 높은 것으로 판단된다. 동일한 정량법을 적용하여 구한, 2010, 2012, 2014년도 황사시료 광물조성(Jeong and Achterberg, 2014)과 비교하면(Table 1), 2015년도 황사의 광물조성은 2010 및 2014년도 황사의 광물조성과 유사하나, 2012년도 황사와 비교하여 총점토 함량이 높다.
- Ca-황산염은 또한 흡습성이 있어서 구름 응결핵으로서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이번 황사는 발생 후, 중국 동부의 인구밀집지역과 산업지대를 통과하면서 산성가스 및 에어로졸과 반응한 것으로 보이며, 이 과정에서 방해석이 Ca-황산염으로 변한 것으로 보인다.
- 이 정량법에서 소량의 스멕타이트, 일라이트-스멕타이트 혼합층, 1Md 일라이트를 구분하기는 실질적으로 매우 어렵기 때문에, 이들을 일라이트-스멕타이트 계열 점토광물(ISCMs, illite-smectite series clay minerals)로 묶어서 정량하였다. 정량분석결과, ISCMs 함량이 55%로 가장 함량이 높았으며, 그 외 층상규산염 광물로서 녹니석이 5%, 캐올리 나이트가 2% 정도 함유되어 있었다(Table 1). 층상규산염광물의 총량은 총 62%이었다.
- 개별 황사입자의 SEM-EDS 분석을 바탕으로 구한 광물 조성은 일라이트류 57%, 녹니석 3%, 캐올리나이트 2%로 점토광물 총량이 62%이었으며, 그 외 석영 19%, 사장석 9%, K-장석 3%, 방해석 4%, 석고 2% 등으로 분석되어 XRD 분석과 부합하는 결과를 얻었다. 황사의 주성분인 극미립 점토광물의 TEM-EDS 분석 결과, 다양한 성분비율과 혼합양상을 보이는 일라이트-스멕타이트 계열의 점토광물이 주성분으로 확인되었다. 개별 황사입자들은 점토광물 덩어리, 혹은 극미립 점토광물들로 피복된 석영, 장석, 운모 입자들이었다.
후속연구
- 황사입자 표면에서 흔히 관찰되는 섬유상 방해석이 2015년 황사 입자에서 거의 관찰되지 않아서, 이들이 산성대기 오염물과의 반응에 의하여 석고로 변한 것으로 추정되었다. 2015년 황사의 광물학적 분석결과는 황사 광물특성의 장기적 관찰의 일부로서 황사의 광학적 특성 모델링과 대기성분과의 반응 모델링의 기초가 되는 대표 광물특성 수립에 기여할 것이다.
- 사하라 먼지 등의 타지역 광물먼지와 비교하여, 황사의 경우, 최근 체계적인 광물학적 자료가 축적되고 있으나, 연도별 광물조성 변화 등을 확인하기 위해서는 좀 더 많은 황사 사례에 대한 광물학적 자료가 필요하다. 본 논문에서는 2015년 2월 22-23일 포집된 황사 시료에 XRD, SEM, TEM 분석을 실시하여 규명한 황사의 광물학적 특성을 보고한다.
- 이는 시료준비과정과 TEM 기기 내 탈수작용으로 스멕타이트와 일라이트의 명확한 구분이 불가능하고, 여러 기원 점토광물의 불균질한 혼합체로서 많은 양의 분석이 필요하기 때문이다. 향후, 고분해 STEM이나 알킬아민(alkyl amine) 삽입 등의 방법을 이용한 분석이 필요할 것으로 보인다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.