[논문]동북아시아 초미세먼지의 희토류 원소 특성 비교: 북경과 광주

정석; 이지영; 박상희; 양민준; 장혜정; 류종식

doi:10.7780/kjrs.2022.38.5.3.5

동북아시아 초미세먼지의 희토류 원소 특성 비교: 북경과 광주
Rare Earth Elements of Atmospheric Particulates (PM2.5) in Northeast Asia: Beijing and Gwangju 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.38 no.5 pt.3, 2022년, pp.863 - 872

정석 (부경대학교 지구환경시스템과학부 지구환경과학전공) , 이지영 (부경대학교 지구환경시스템과학부 지구환경과학전공) , 박상희 (한국기초과학지원연구원 연구장비운영부) , 양민준 (부경대학교 지구환경시스템과학부 지구환경과학전공) , 장혜정 (한국과학기술연구원 첨단분석센터) , 류종식 (부경대학교 지구환경시스템과학부 지구환경과학전공)

초록
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희토류 원소(rare earth elements, REEs)는 유사한 물리적·화학적 성질을 가지고 있어 지질학적 환경변화를 해석하는 유용한 도구로 사용되고 있다. 이번 연구에서는 2018년 1월 한 달간 북경 및 광주광역시에서 포집된 초미세먼지 내 희토류 원소의 특성을 비교하였다. 북경 및 광주 초미세먼지 내 총 희토류 원소 농도는 북경이 광주보다 약 16배 높았으며 두 지역 모두 경희토류가 중희토류에 비해 8-10배 이상 부화되었다. Post Archean Australian Shale (PAAS) 표준화 분포 패턴을 통해 북경과 광주 초미세먼지는 Eu, Tb, Er이 다른 원소보다 부화된 양상을 보였고, 두 지역 모두 양(+)의 Eu 이상치와 음(-)의 Ce 이상치가 나타났다. 희토류 원소 간 상관관계를 통해 북경과 광주의 초미세먼지는 중국 사막 및 황토 고원과 북경 주변 도시(Zhangbei, Fengning, Miyun)의 영향을 받는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통해 초미세먼지 내 희토류 원소는 국가 간 미세먼지의 차이를 밝힐 수 있는 중요한 지시자로 활용될 수 있으며, 국내 미세먼지 기원 및 이동에 대한 보다 명확한 정보를 제공하는 유용한 도구로 활용될 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Rare earth elements (REEs) have been used as one of power tracers for understanding geological and environmental changes due to their similar physico-chemical properties. In this study, we investigated the characteristics of rare earth elements in atmospheric particulates(PM2.5) collected in Beijing and Gwangju during January 2018. The total concentrations of REEs in the Beijing samples were about 16X higher than those in Gwangju samples, and both samples are enriched in light REE than heavy REE, up to 8-10 times. The Post Archean Australian Shale (PAAS)-normalized pattern showed that both samples are enriched in Eu, Tb, and Er, and displayed positive Eu but negative Ce anomalies. The elemental correlations indicate that both samples originated from China desert and Loess plateau as well as cities surrounding Beijing. This study suggests that REEs in PM2.5 can be used as a powerful proxy of revealing the difference between China and Korea, and provide basic information on the source and transport of PM2.5.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Concentrations of rare earth elements of blank filters (Unit: μg/kg)
표 Table 2. Concentrations of rare earth elements in the atmospheric particulates collected at Beijing and Gwangju cities (Unit: μg/kg)
표 Table 2. Continued
그림 Fig. 1. Post Archean Australian shale-normalized REE patterns for atmospheric particulates: (a) the Beijing (PKU CP) and (b) the Gwangju (GIST).
그림 Fig. 2. Plots of (a) (Gd/Er)_N vs (Eu/Eu*)_N and (b) (La/Er)_N vs (La/Gd)_N. Data for China desert, Chinese loess plateau, and Tibetan plateau are from Ferrat et al. (2011). Data for Bejing, Zhangbei, Fengning, and Miyun dust from Tang et al. (2013). Data for Hunshandake desert from Yang et al. (2007). The subscript N indicates that values are normalized to PAAS.

AI 본문요약
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문제 정의

이번 연구는 희토류 원소를 활용한 미세먼지 기원지 추적의 가능성을 확인하기 위하여 2018년 1월 한 달간 북경 및 광주광역시에서 포집된 미세먼지 내 희토류 원소를 분석하였다. 북경의 미세먼지 내 총희토류, 경희토류 중희토류의 평균 농도는 광주보다 약 16배 높게 차이가 났으며, 미세먼지 내 희토류 원소에 대한 PAAS-표준화 분포도를 통해 두 도시 모두 양(+)의 Eu 이상치를 확인하였다.

제안 방법

두 국가 간 미세먼지 내 희토류 원소 농도를 총희토류(Total REE; TREE), 경희토류(LREE), 중희토류(HREE)로 구분하여 특성을 비교하였다.
희토류 원소 농도는 한국기초과학지원연구원의 유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer, ICP-MS, iCAP-TQ, Thermo Elmental, USA)를 이용해 분석하였고, 검출한계는 < 0.01 µg/kg였다

이론/모형

석영 필터를 5×5 cm 크기로 잘라 미국 환경 보호청(Environmental Protection Agency, EPA)에서 제시한 왕수(증류수:염산:질산 = 14:3:1) 추출법을 이용하여 필터에 포집된 미세먼지 내 희토류 원소를 추출한 후 2% 질산으로 희석하였다

성능/효과

광주 미세먼지 내 총희토류 평균 농도는 4.63 µg/kg, 경희토류 4.20 µg/kg, 중희토류 0.43 µg/kg였으며, 북경 미세먼지 내 총희토류 평균 농도는 74.1 µg/kg, 경희토류 67.5 µg/kg, 중희토류 6.66 µg/kg였다(Table 2)
66 µg/kg였다(Table 2). 광주에 비해 북경 미세먼지 내 희토류 농도는 총희토류, 경희토류, 중희토류 모두에서 약 16배의 차이를 보였다. 2018년 1월 중 광주 시료에서 총희토류 농도가 가장 높은 날은 1월 18일(15.
이는 편서풍을 통해 중국에서 한국으로 미세먼지가 유입된 결과로 판단된다(Lee and Yeum, 2008). 북경과 광주 미세먼지의 평균 경희토류/중희토류 비는 각각 10.14과 9.77로 중희토류에 비해 경희토류가 상당히 부화가 된 경향을 보인다.
이번 연구는 희토류 원소를 활용한 미세먼지 기원지 추적의 가능성을 확인하기 위하여 2018년 1월 한 달간 북경 및 광주광역시에서 포집된 미세먼지 내 희토류 원소를 분석하였다. 북경의 미세먼지 내 총희토류, 경희토류 중희토류의 평균 농도는 광주보다 약 16배 높게 차이가 났으며, 미세먼지 내 희토류 원소에 대한 PAAS-표준화 분포도를 통해 두 도시 모두 양(+)의 Eu 이상치를 확인하였다. 또한, 다른 원소에 비해 Tb와 Er이 부화된 특성을 보였다.
이러한 결과는 두 도시 간 미세먼지 내 희토류 원소 분포가 밀접한 연관이 있음을 의미한다. 표준화된 희토류 원소간 상관관계를 통하여 두 도시의 미세먼지는 계절풍에 따라 여러 지역의 영향이 혼합된 결과임을 알 수 있었으며 대한민국의 광주로 유입되는 미세먼지는 주변환경뿐만 아니라 일부 시기에는 편서풍을 통한 중국 지역의 영향을 다소 받고 있음을 알수있었다. 이번 연구를 통하여 희토류 원소를 활용한 미세먼지 기원지 추적 가능성을 확인하였지만, 각 오염원에 대한 명확한 구분은 어려운 실정이다.

후속연구

이번 연구를 통하여 희토류 원소를 활용한 미세먼지 기원지 추적 가능성을 확인하였지만, 각 오염원에 대한 명확한 구분은 어려운 실정이다. 따라서 동북아시아 대기 순환을 통한 미세먼지의 장거리 이동 혹은 오염원 추적을 위해서는 동위원소 프록시를 활용한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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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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