[논문]토양 내 미세플라스틱의 축적경로 및 분석기법 연구 동향

최형준; 안진성; 최석순

doi:10.14478/ace.2020.1053

[국내논문] 토양 내 미세플라스틱의 축적경로 및 분석기법 연구 동향
Research Trend on the Accumulation Routes of Microplastics in Soil and Their Analytical Methodologies 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.31 no.4, 2020년, pp.360 - 367

최형준 (세명대학교 환경안전시스템공학과) , 안진성 (세명대학교 환경안전시스템공학과) , 최석순 (세명대학교 환경안전시스템공학과)

초록
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본 연구에서는 미세플라스틱의 토양 내 축적경로와 분포현황에 대해 살펴보고, 토양시료 내 미세플라스틱 분석기법을 요약 제시하였다. 토양으로부터 미세플라스틱을 분리해내는 밀도차 선별 및 방해물질 제거과정과 정성/정량분석 기법으로써 pyrolysis gas chromatography mass spectrometry, µ-Raman spectrometry, fourier transform infrared spectrometry와 microscope 방법의 기본원리 및 분석의 한계점에 대해 살펴보았다. 미세플라스틱 매개 유해물질(첨가제 및 흡착물질)의 분석을 위한 화학적 추출방법을 인체 경구 섭취경로에 대한 in vitro 생물학적접근성 평가법을 중심으로 조사하였다. 본 연구에서 제시한 토양 중 미세플라스틱 분석기법의 원리를 바탕으로 매질상태, 오염수준 및 시료수량 등을 고려한 합리적인 분석기법의 선정이 가능하리라 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the accumulation and distribution routes of microplastics in soil environment were examined, and their analytical methodologies were summarized. Density separation and removal process of inhibition materials were introduced for the separation of microplastics in soil and the basic principles and limitations of quantitative and qualitative analyses including pyrolysis gas chromatography mass spectrometry, µ-Raman spectrometry, fourier transform infrared spectrometry, and microscopes were investigated. Chemical extraction methods for the analysis of mediated hazardous substance (additives and sorbed matters) in microplastics were also discussed with focusing on in vitro bioaccessibility assay for the human oral exposure route. Based on the described methodologies for the analysis of microplastics in soil, it is expected that these methods enable to select appropriate analysis techniques in consideration of medium state, contamination level and sample quantity.

Keyword

표/그림 (5)

표 Table 1. Shape and Source of Microplastics Emitted to the Soil Envi- ronment
표 Table 2. Chemical Properties of Plastics Often Found in Soil Environment
표 Table 3. Adsorption of Copper onto Microplastics with and without Employing UV Aging[48]
그림 Figure 1. Exposure route through gastrointestinal processes of human for additives and sorbed hazardous chemicals in microplastics[57].
표 Table 4. Methods for Assessing Migration Amounts of Gazardous Contaminants in Microplastics through Human Oral Ingestion[49-53]

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 해양환경에 비해 미세플라스틱의 기원과 거동(fate) 에 대한 연구가 극히 제한적인[9,10] 토양 환경에 대해 미세플라스틱의 기원, 분포현황 및 분석기법과 관련된 연구 현황을 분석하고 요약 ⋅ 정리하였다.
본 연구에서는 토양 중 미세플라스틱의 축적경로 및 분포현황과 더불어 다양한 분석기법에 대해 조사하였다. 바이오매스 및 하수슬러지 기원의 퇴비 사용과 농업용 멀칭필름 사용이 주요한 토양환경 내 미세플라스틱 축적경로로 판단된다.

제안 방법

[48]은 polyamide-6, polyethylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride 및 polymethyl methacrylate 입자에 Cu가 흡착될 수 있음을 관찰하였다(Table 3). 뿐만 아니라 일부 재질의 플라스틱 입자의 경우 UV 풍화에 따라 Cu 흡착량이 증가하는 현상 또한 관찰하였다. 이는 풍화에 따른 미세플라스틱의 비표면적 증가 및 작용기 변화가 소수성 유기오염물질 뿐만 아니라 중금속의 흡착도 가능하게 함을 의미하며, 나아가 중금속의 이송체(vector)로써의 기능을 수행할 수 있음을 시사한다.

이론/모형

미세입자의 화학적 조성을 평가하기 위해 열분해(pyrolysis) 산물 생성을 포함한 gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) 분석법을 사용할 수 있다[30]. Pyrolysis GC-MS의 전단부에서는 시료를 500 도 이상으로 가열하여 열분해를 유도하고(i.

성능/효과

[43]은 Beijiang 강 연안 퇴적물 시료 내에서 미세플라스틱 입자를 구분한 후 SEM을활용하여 분석하였으며, 식별한 입자 표면의 기계적 마모와 화학적 풍화를 정성적으로 확인할 수 있었다. 또한 금속원소(Cd, Pb, Cu, Zn, and Ti)의 분포를 분석한 EDS 결과를 통해 미세플라스틱의 중금속 이송체로써의 가능성을 확인하였다. 그러나 이 방법은 플라스틱의 색상을 구별할 수는 없으며, 많은 비용이 들고 취급가능한 시료의 수가 제한적이며 분석 소요시간이 오래 걸리기 때문에 표면 특성분석에 한해 권장된다[44].

후속연구

본 논문에서는 해양환경에 비해 미세플라스틱의 기원과 거동(fate) 에 대한 연구가 극히 제한적인[9,10] 토양 환경에 대해 미세플라스틱의 기원, 분포현황 및 분석기법과 관련된 연구 현황을 분석하고 요약 ⋅ 정리하였다. 각 분석 기법의 기본 원리에 대한 이해를 바탕으로 다양한 현장조건(e.g., 미세플라스틱 종류, 형태 및 방해물질 유무)이 반영될 경우, 합리적인 분석기법 선정이 가능할 것으로 기대된다.
[16]는 슬러지 퇴비화 적용률과 슬러지 내 미세플라스틱 부하량을 고려하여 유럽과 북미의 토양에 연간 63,000~430,000 및 44,000~300,000 ton의 미세플라스틱이 축적될 것으로 추정한 바 있다. 향후 퇴비 기원 미세플라스틱의 토양 내 축적에 대한 면밀한 추적이 필요하다.
, lipase, amylase, proteinase, chitinase, cellulose) 등을 활용한 분해(mild extraction)를 고려해야 한다[29]. 유기물 분해 시에 미세플라스틱 입자의 변화를 최소화할 수 있도록 산화제의 유형에 따른 미세플라스틱 입자에 미치는 영향에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
, 방해를 최소화할 수 있지만), 중합체 시료의 신호(signal)는 낮아지게 된다 [31]. 따라서 시료 내 공존물질로 인한 교란을 최소화함과 동시에 미세플라스틱 시료의 기기 신호가 유의미한 수준으로 유지될 수 있는, 레이저의 최적 파장을 찾기 위한 연구와 미세플라스틱의 표면특성 변화를 최소화시키면서 유기물질을 제거할 수 있는 전처리 방법에 대한 연구가 필요하다.
미세플라스틱 매개 유해물질(첨가제 또는 흡착된 유해물질)이 인체와 생태계에 미치는 독성영향에 대해 이해하기 위해서는 유해물질의 용출 및 탈착에 대한 연구가 수행되어야 한다. 특히 인체 경구 노출경로(oral exposure route)에서는, 환경매질에서 노출될 수 있는 다양한 조건보다 다소 강하다고 볼 수 있는 소화환경(침, 위액 및 장액 등)에 미세플라스틱 입자가 노출되므로, 이때의 유해물질 용출 및 탈착량에 대한 연구가 선행되어야만 미세플라스틱 노출에 따른 인체위해성을 정량화할 수 있다(Figure 1).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미세플라스틱이 대형동물에 물리적 영향을 끼치는 방법은?	미세플라스틱은 크게 얽힘(entanglement) 및 섭취(ingestion) 현상을 통해 대형동물에 물리적 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 얽힘은 그물 조각이나 폐 구조물 등에 생물이 묶이거나 끼이는 현상으로 피부상처, 먹이활동저하 및 포식자로부터의 생존능력저하를 야기할 수 있다. 섭취는 플라스틱을 먹이로 착각하여 섭식하는 현상으로, 내장 상처유발 및 막힘을 야기할 수 있다. 나노 사이즈의 미세플라스틱을 나노플라스틱(nanoplastics)이라 별도로 명명하기도 하는데, 이러한 나노플라스틱 입자는 큰 비표면적(specific surface area)으로 인해 잔류 농약 등 외부 유해물질에 대한 흡착능이 뛰어나며[6] 생물체의 세포막 (plasma cell membrane)을 투과하여, 분자 수송체 역할을 수행함으로써 생물체에 독성을 나타내는 것으로 보고된 바 있다[7,8].
	플라스틱(plastics)이란?	플라스틱(plastics)은 오일 또는 가스로부터 추출된 단량체(monomer) 의 중합(polymerization)으로부터 유도된 합성 유기 중합체이다. 가공이 쉽고 생산비용이 저렴하며 다양한 환경조건에 노출되어도 변형이나 손상이 적어 실생활에 광범위하게 사용되어왔다.
	미세플라스틱(microplastics)의 종류를 구분하면?	미세플라스틱(microplastics)은 직경 5 mm 이하의 작은 플라스틱 입자를 가리키며[4], 다양한 산업공정으로부터 직접 생산된 1차 미세플라스틱(primary microplastics)과 생분해(bio-degradation), 광분해(photo-degradation), 열분해(thermal-degradation), 가수분해(hydrolysis) 등 물리 화학적 및 생물학적 분해를 통해 생성된 2차 미세플라스틱(secondary microplastics)으로 구분할 수 있다. 1차 미세플라스틱은 개인위생용품 (personal care products)에 함유되어있는 구형(sphere)의 미세비드(microbead) 및 세탁과정 중 발생할 수 있는 미세섬유(microfiber)를 포함한다(Table 1).

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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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