[논문]제주시 도심지역에서 여름철과 겨울철의 미세먼지 중 수용성 이온 조성

이기호; 김수미; 허철구

doi:10.5322/jesi.2017.26.5.591

제주시 도심지역에서 여름철과 겨울철의 미세먼지 중 수용성 이온 조성
Ionic Compositions of Fine Particulate Matter during Summer and Winter in the Downtown Area of Jejusi City in Jeju Island 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.26 no.5, 2017년, pp.591 - 600

이기호 (제주대학교 환경공학과) , 김수미 (제주특별자치도 보건환경연구원) , 허철구 (제주대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to elucidate the chemical compositions of water-soluble inorganic ions in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ aerosols collected during summer and winter in downtown Jejusi city. The ratios of $NO_3^-$ to the total mass of ionic species in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ aerosols largely increase in winter compared to summer, while $SO_4^{2-}$ ratios in both aerosols appear to follow the opposite trend. Moreover, concentrations of $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$ and $Cl^-$ in $PM_{10}$ and $PM_{2.5-10}$ aerosols are higher in winter than in summer. The nitrate concentrations in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ aerosols increase with an identical increase in excess ammonium during winter, however, nitrate formation during summer is not important owing to ammonium-poor conditions.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이에 본 연구에서는 제주시 도심지역에서 여름철 과 겨울철에 채취된 미세먼지(PM₁₀과 PM_2.5)에 함유된 수용성 무기이온 성분들을 분석한 결과를 바탕으로 이온성분들의 조성특성을 파악하고자 하였다. 특히 제주시 도심에서의 2차 입자의 생성과 변동 특성에 대한 기초적인 지식을 얻고자 하였다.
5)에 함유된 수용성 무기이온 성분들을 분석한 결과를 바탕으로 이온성분들의 조성특성을 파악하고자 하였다. 특히 제주시 도심에서의 2차 입자의 생성과 변동 특성에 대한 기초적인 지식을 얻고자 하였다.

제안 방법

그리고 구체적인 시료채취기간은 2013년 12 월~2014년 2월, 2014년 12월~2015년 2월 및 2015년 6월~8월이었으며, 매월마다 3~6회씩 시료를 채취하 였다(Table 1). 그리고 매회 시료채취는 오전 10시부 터 시작하여 48 또는 72시간 동안 실시하였다.
시료채취 전 필터는 데시케이터에 보관 후 microbalance(Mettler, Toledo-xp6)을 이용하여 3회 칭량하였으며, 이때에 필터는 정전기 방지 키트 (Mettler, Toledo)를 거쳐 정전기가 일어나지 않도록 하였다. 시료채취가 마무리된 후에도 같은 방법으로 보관하고 칭량하였다.
이 보관된 여액 20 μL를 IC(Dionex, ICS-3000)에 주입하여 Cl- , NO3 - , SO4 2-, Na+ , NH4 + , K+ , Mg2+, Ca2+을 분석하였다.

대상 데이터

2. Concentrations of water soluble ionic species in PM₁₀, PM_2.5 and PM_2.5-10 at the downtown area of Jeju City.
그리고 구체적인 시료채취기간은 2013년 12 월~2014년 2월, 2014년 12월~2015년 2월 및 2015년 6월~8월이었으며, 매월마다 3~6회씩 시료를 채취하 였다(Table 1). 그리고 매회 시료채취는 오전 10시부 터 시작하여 48 또는 72시간 동안 실시하였다.
본 연구에서는 공기 흡인유량이 16.7 L/min인 2대 의 sequential sampler(PMS-103, APM Co.)를 사용하 여 PM10과 PM2.5 입자들을 동시에 채취하였으며, 입 자의 포집에는 테프론 필터(ZeflourTM, 2 μm pore size and 47 mm diameter, Pall Co.)를 사용하였다.
그리고 동쪽으로는 저층의 소형 아파트 단지들이 위치하고 있는 전형적인 주거 및 상업지역이다. 시료 채취장치는 지상 12 m의 건물 옥상에 위치하고 있으 며, 이곳은 제주도에서 운영하는 도시대기측정망의 하나인 연동측정소가 위치하고 있다.

성능/효과

PM2.5-10에서는 NO3 - >SO42->Na+ >Cl- >Ca2+> NH4 + >Mg2+>K+ 의 순으로써 NO3 - 의 농도가 가장 높 은 것으로 나타났으며, Na+ 와 Cl의 농도도 비교적 높 은 것으로 나타났다.
여름철과 겨울철을 비교하면, PM₁₀에서는 여름 에 비해 겨울에 SO4 2-의 비율은 크게 낮아지지만 NO3 - 비율은 상당히 증가하면서 SIA 성분들의 비율은 전반 적으로 크게 낮아지며, 토양과 해염기원 성분들의 비 율은 증가하는 것으로 나타났다. PM_2.5-10은 PM₁₀과 유사한 경향이지만, 여름철에 비해 겨울철에 NO₃ ^- 의 비율이 큰 폭으로 증가하면서 SIA 성분들의 전체 비 율은 약간 감소하는 경향을 나타냈다. PM_2.
2% 수준 에 머물렀다. 그리고 토양과 해염성분들로 알려진 Na⁺ , Mg²⁺, Ca²⁺, Cl의 비율을 보면, PM_2.5-10에서는 각각 16.0%, 2.1%, 8.6%, 1.3%로 전체 이온성분의 28%를 차지하는데 비해 PM_2.5에서는 이들 이온들은 전체 이온성분들의 4.5%에 지나지 않는 것으로 나타 났다. Fig.
5 모두에서 이 농도비 가 여름철에는 아주 작은데 비해 겨울철에는 비교적 큰 값을 보이고 있다. 본 연구에서 NO₃ ^- /SO₄ ^2- 농도비 가 이러한 값을 나타내는 이유는 여름철에는 NO₃ ^- 의 생성보다는 SO₄ ^2-의 생성에 아주 우호적인 대기 조건 이 만들어짐으로 인해 NO₃ ^- /SO₄ ^2- 농도비가 아주 작은 수준을 보였고, 겨울철에는 NO₃ ^- 의 생성에 우호적인 대기 조건이 제공되었기 때문에 여름철에 비해 농도 비가 크게 증가한 것으로 판단된다. 이러한 결과는 Table 3에 제시된 여름철과 겨울철에 대한 PM₁₀과 PM_2.
5%에서 5%로 여름철과 마찬가지로 여전히 낮은 수준을 나타 냈다. 여름철과 겨울철을 비교하면, PM₁₀에서는 여름 에 비해 겨울에 SO4 2-의 비율은 크게 낮아지지만 NO3 - 비율은 상당히 증가하면서 SIA 성분들의 비율은 전반 적으로 크게 낮아지며, 토양과 해염기원 성분들의 비 율은 증가하는 것으로 나타났다. PM_2.
95 수준으 로 크게 증가하고 있다. 이런 결과로 볼 때, 겨울철에 는 PM2.5 입자에서는 비교적 충분한 NH4 + 로 인해 SO4 2-와 NO3 - 를 거의 완전하게 중화시킬 수 있는 반 면에 PM10 입자에서는 부족한 NH4 + 로 인해 SO4 2-와 NO3 - 를 충분하게 중화시키지는 못하고 있음을 알 수 있다. 또한 Fig.
이처럼 β-ray 흡수법으로 연속 측정한 농도가 필터포 집으로 측정한 본 연구결과보다 높게 나타났다.
5-10)에서 다른 이온성 분들에 비해 SO₄ ^2-의 비중이 가장 높은 것으로 나타났 다. 입자 크기별로 보면, PM₁₀에서는 SIA 성분인 SO₄ ^2-, NH₄ ⁺ , NO₃^- 가 각각 70.1%, 17.7%, 2.6%로 전 체 이온성분의 90.4%로 대부분을 차지하는 것으로 나 타났고, PM_2.5에서도 각각 74.3%, 19.0%, 0.7%로써 전체 이온성분의 94.0%를 차지하는 것으로 나타났다. 그렇지만 PM_2.
또한 NH₄ ⁺ 의 비율도 모든 크기의 입자들에서 여름철에 비해 겨 울철에 증가하였다. 전체 이온성분에 대한 SIA 성분 들의 비율을 보면, PM₁₀과 PM_2.5-10에서는 각각 79.7% 와 61.3%로 여름철(90.4%와 71.2%)에 비해 낮아졌 으며, PM_2.5에서는 93.3%로써 여름철(94.0%)과 비슷 한 수준을 유지한 것으로 나타났다. 토양과 해염성분 들(Na⁺ , Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^- )의 비율을 보면, PM¹⁰에서는 8.
5-10에서는 NO₃ ^- >SO₄^2->Na⁺ >Cl^- >Ca²⁺> NH₄ ⁺ >Mg²⁺>K⁺ 의 순으로써 NO₃ ^- 의 농도가 가장 높 은 것으로 나타났으며, Na⁺ 와 Cl의 농도도 비교적 높 은 것으로 나타났다. 특징적인 것은, PM₁₀, PM_2.5, 및 PM_2.5-10 모두에서 NO₃ ^- 농도가 여름철에 비해 겨울철 에 큰 폭으로 증가하였는데, PM_2.5에서는 32배 이상, 그리고 PM_2.5-10에서는 14배 이상으로 증가하였다. 그 리고 Cl의 경우 여름철에 비해 겨울철에 PM_2.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	황산염, 질산염, 암모늄들의 염들은 어떻게 발생하는가?	5 질량의 약 20~45%정도를 차지하는 것으로 알려져 있다 (Lin, 2002). 이들 황산염, 질산염 그리고 암모늄은 또 한 대기에서 2차 입자의 가장 흔한 성분으로써, 이들 염들은 각각 SO2, NOx 그리고 NH3 기체들의 배출로 인해 대기 중에서 생성된다. 우리나라 정부는 수도권 을 중심으로 2차 생성 PM2.
	미세 입자는 무엇인가?	미세 입자들은 자연적 및 인위적 발생원에서 직접 적으로 배출되거나 혹은 화학반응을 통해 1차 오염물 질로부터 2차적으로 생성된 각종 화학물질들의 복잡 한 혼합물이다. 이들 미세입자들의 기후변화에 대한 역할은 오래 전부터 잘 알려져 있다(IPCC, 2007).
	도시 환경에 있어 미세 입자의 위험성은?	이들 미세입자들의 기후변화에 대한 역할은 오래 전부터 잘 알려져 있다(IPCC, 2007). 또 한 이러한 입자들은, 특히 도시 환경에 있어서, 호흡을 통해 인체 건강에도 악 영향을 미칠 수가 있다(Kim et al., 2011).

참고문헌 (13)

Cao, J., Shen, Z., Chow, J. C., Qi, G., Watson, J. G., 2009, Seasonal variations and sources of mass and chemical composition for $PM_{10}$ aerosol in Hangzhou, China, Particuology, 7, 161-168.

상세보기
Chosunilbo, 2016, http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2016/05/27/2016052700304.html
Huang, X., Qiua, R., Chan, C. K., Pathak, R. K., 2011, Evidence of high $PM_{2.5}$ strong acidity in ammonia-rich atmosphere of Guangzhou, China: Transition in pathways of ambient ammonia to form aerosol ammonium at $ [NH_4{^+}]/[SO{_4}^{2-}]1.5$ , Atmos. Res., 99, 488-495.

상세보기
IPCC, 2007, Climate change 2007: The physical science basis, Contribution of Working Group to the Fourth Assessment Report of the IPCC.
Kim, N. K., Kim, Y. P., Kang, C. H., 2011, Long-term trend of aerosol composition and direct radiative forcing due to aerosols over Gosan: TSP, $PM_{10}$ , and $PM_{2.5}$ data between 1992 and 2008, Atmos. Environ., 45, 6107- 6115.

상세보기
Ko, H.-J., Lim, E., Song, J.-M., Kim, W.-H., Kang, C.-H., Lee, H., Lee, C., 2015, Composition variation of atmospheric fine particulate matters in accordance with air mass transport pathways at background site of Korea in 2013, J. Korean Soc. Atmos. Environ., 31, 15-27.

원문보기 상세보기
Lin, J. J., 2002, Characterization of water-soluble ion species in urban ambient particles, Environ. Int., 28, 55-61.

상세보기
Pathak, R. K., Chan, C. K., 2005, Inter-particle and gas-particle interactions in sampling artifacts of $PM_{2.5}$ in filter-based samplers, Atmos. Environ., 39, 1597-1607.

상세보기
Pathak, R. K., Wu, W. S., Wang, T., 2009, Summertime $PM_{2.5}$ ionic species in four major cities in China: Nitrate formation in an ammonia-deficient atmosphere, Atmos. Chem. Phys., 9, 1711-1722.

상세보기
Raizenne, M., Neas, L. M., Damokosh, A. I., Dockery, D. W., Spengler, J. D., Koutrakis, P., Ware, J. H., Speizer, F. E., 1996, Health effects of acid aerosols on North American children: Pulmonary function, Environ. Health Perspect., 104, 506-514.

상세보기
Shen, Z., Cao, J., Arimoto, R., Han, Z., Zhang, R., Han, Y., Liu, S., Okuda, T., Nakao, S., Tanaka, S., 2009, Ionic composition of TSP and $PM_{2.5}$ during dust storms and air pollution episodes at Xi'an, China, Atmos. Environ., 43, 2911-2918.

상세보기
Squizzato, S., Masiol, M., Brunelli, A., Pistollato, S., Tarabotti, E., Rampazzo, G., Pavoni, B., 2013, Factors determining the formation of secondary inorganic aerosol: A Case study in the Po Valley (Italy), Atmos. Chem. Phys., 13, 1927-1939.

상세보기
Yao, X., Chan, C. K., Fang, M., Cadle, S., Chan, T., Mulawa, P., He, K., Ye, B., 2002, The water-soluble ionic composition of $PM_{2.5}$ in Shanghai and Beijing, China, Atmos. Environ., 36, 4223-4234.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증