초록 ▼

DGT (Diffusive Gradients in Thin films) probe를 전기화학적 방법 그리고 생물체를 이용하는 방법을 통해 검증하여 새로운 형태의 연안 중금속 오염 모니터링 방법으로 정립하고자 함.

1. HR ICP/MS 및 ICP/MS를 이용한 DGT-labile metal, 해수 중 총 용존 금속, Ultrafiltration에 의한 크기 분리 시료에서의 금속 및 전기화학적 방법에 의한 금속 이온 분석법 정립
2. DGT-labile metal의 물리화학적 조건에 따른 변화 파악
3. 연안

DGT (Diffusive Gradients in Thin films) probe를 전기화학적 방법 그리고 생물체를 이용하는 방법을 통해 검증하여 새로운 형태의 연안 중금속 오염 모니터링 방법으로 정립하고자 함.

1. HR ICP/MS 및 ICP/MS를 이용한 DGT-labile metal, 해수 중 총 용존 금속, Ultrafiltration에 의한 크기 분리 시료에서의 금속 및 전기화학적 방법에 의한 금속 이온 분석법 정립
2. DGT-labile metal의 물리화학적 조건에 따른 변화 파악
3. 연안 오염 모니터링 수단으로의 이식 홍합의 필요성 및 실제 이식에 의한 오염 모니터링
4. DGT-labile 금속의 특성을 총용존 금속, 금속 이온, 크기별 용존 금속 그리고 이식 실험한 홍합과 비교 평가

1. DGT-labile 금속에 대하여 ICP/MS로 분석하면 레진에 흡착되는 모든 금속들을 분석할 수 있었으며 1일 농축 량으로 연안 환경에서의 미량 금속 농도 수준을 충분히 정량할 수 있었고 HR ICP/MS와 Mg 공침법을 이용하면 blank가 매우 낮으며 정확한 분석이 가능하였다.
2. DGT에 축적되는 금속 (Co, Cu, Ni, Ag, Zn, Cd, Pb)은 연안 환경의 pH, 염분 및 온도 조건에서 예측할 수 있는 결과를 주고 1일, 1주일, 1달 규모의 평균 농도를 잘 나타내 주었다. 그리고 DGT-labile 금속, 전기화학적 방법에 의한 금속 이온, Ultrafiltration에 의한 크기 별 용존 금속을 총 용존 금속에 상대적으로 비교한 결과 DGT-labile 금속은 대부분의 무기화합물과 약간의 유기화합물을 축적할 수 있었는데 총 용존 금속의 52$\percnt$에서 80$\percnt$에 해당하였다.
3. 지중해 담치는 해수 중 금속 농도가 증가하면 체내 중금속이 증가하나 농도가 낮아졌을 때 배출은 매우 느려 이식한 홍합만이 현재의 해수질을 평가할 수 있음을 오염된 장소와 깨끗한 장소에서 서식하는 홍합을 상호 이식하여 입증하였다. 그리고 깨끗한 지역에서 이식한 홍합에의해 울산만 및 온산만 일대에서 여러 종류의 금속 (Ag, Cd, Cu, Hg, Pb, Sb, Zn, Co, Cr, Sn)에 대하여 지역적인 금속 오염의 구배가 잘 보임을 관측하였다. 그러나 홍합의 금속 축적은 계절적인 변화를 보였다.
4. DGT 및 홍합 모두 연안 오염 모니터링의 수단으로 사용이 간편하지만 DGT를 연안 오염 모니터링 수단으로 사용할 경우 매우 빠른 반응과 작은 농도 차이도 농축에 의해 큰 차이를 만들 수 있었으며 해수 중의 용존 금속을 여러 기간 규모로 표현할 수 있었다. 홍합은 금속 종류 및 계절에 따라 다른 농축 정도를 보였고 평형에 도달하는 시간도 길어 단기간의 모니터링으로 현재 오염 정도를 평가하기는 어렵다. 그러나 DGT도 물리적인 요인에 의한 DBL의 차이는 문제가 되지 않으나 생물 오염(Biofouling)에 의한 DBL의 차이가 심각한 문제로 제시되었다. 특히 계절적으로 다른 생물 활동에 의한 DBL의 차이는 금속 축적에 큰 차이 (2배 정도)를 나타낼 수 있다. 앞으로 이 문제를 극복하는 실제적인 방법이 고안되어야 한다.

Abstract ▼

This study aims in the development of DGT technique as a new monitoring method of heavy metals in coastal environments by virtue of comparing DGT-labile metals with electrochemically measured metal species in seawaters as well as metals in mussel.

1. Analytical methods including DGT metals us

This study aims in the development of DGT technique as a new monitoring method of heavy metals in coastal environments by virtue of comparing DGT-labile metals with electrochemically measured metal species in seawaters as well as metals in mussel.

1. Analytical methods including DGT metals using ICP/MS, isotope dilution quantification of metals in seawaters using HR ICP/MS, size-classed dissolved metals by ultrafiltration and metal ions in seawater by ASV were developed.
2. Dependence of metal accumulation on physicochemical conditions in seawater.
3. Necessity of transplantation on mussel watch in the assessment of present seawater contamination level and coastal metal pollution monitoring in Ulsan and Onsan Bays using mussels transplanted from clean site.
4. The assessment of DGT-labile metals by virtue of comparison with total dissolved metals, metal ions, size-classed dissolved metals and accumulated metals on transplanted mussels.

1. All the metals concentrated on DGT can be quantified by ICP/MS, and accumulated metals on DGT for a day deployment are so high as to quantify the metal levels in coastal seawater without blank problem. With Mg coprecipitation and HR ICP/MS measurement, metal levels in procedual blanks are very low and metals in seawater can be quantified accurately.
2. Metal accumulation (Co, Cu, Ni, Ag, Zn, Cd and Pb) on DGT can be expected for pH, salinity and temperature in coastal environment. DGT-labile metals represent well averaged concentration on the base of 1 day, 1 week and 1 month. The relative percentages of DGT-labile metals, metal ions by ASV, size-classed dissolved metals separated by ultrafiltration to total dissolved metals reveal that DGT-labile metals contains most of inorganic compounds and small portion of organic compound of metals, and are 52-80$\percnt$ of total dissolved metals.
3. In order to assess the present situation of metal contamination in coastal seawater, transplantation of mussels from clean site is essential because the accumulation of metals is rapid but the release of metals on the response of decreasing metal levels in seawater is very slow. And mussels transplanted from clean site to Ulsan and Onsan Bays showed well the spatial gradient of metals (Ag, Cd, Cu, Hg, Pb, Sb, Zn, Co, Cr, Zn) concentration consistent to metal sources.
4. Although DGT as well as mussels can be simply used to monitor the contamination level in coastal seawater, DGT shows the advantages following as the rapid response, magnifying the difference of concentration by accumulation for only a day and freely decision of monitoring period. The accumulation of metals on mussels is dependent on metal type and season. In addition, the period approaching to the equilibrium need long time (about 3 weeks), the assessment of metal levels in seawater in the short period is difficult. However, DGT has also disadvantages on monitoring the metal levels in coastal seawater and the most important one is the difference of DBL among samples by bio-fouling. Although some methods overcoming bio-fouling are suggested, more practical methods should be developed in the future.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 국문요약문 ... 5
• 2. 영문요약문 ... 6
• Ⅲ. 연구내용 ... 7
• 제 1장 서 론 ... 7
• 제 2장 지중해담치(Mytilus galloprovincialis) 이식실험에 의한 연안 오염 모니터링 연구 ... 9
• 2-1. 상호이식 실험을 통한 지중해담치의 중금속 축적과 배출 ... 9
• 2-1-1. 서 론 ... 9
• 2-1-2. 재료 및 방법 ... 10
• 2-1-3. 결 과 ... 13
• 2-1-4. 토 의 ... 20
• 2-1-5. 결 론 ... 22
• 2-2. 지중해담치 이식 실험을 통한 온산만 주변 연안해역의 중금속 오염 평가 ... 23
• 2-2-1. 서 론 ... 23
• 2-2-2. 재료 및 방법 ... 24
• 2-2-3. 결 과 ... 28
• 2-2-4. 토 의 ... 34
• 2-2-5. 결론 ... 44
• 제 3장 전기화학적 방법 및 Ultrafilteration법에 의한 해수의 금속의 종분화 연구 ... 45
• 3-1. 수은막 RRDE를 이용한 바닷물 중의 중금속의 동시 정량 ... 45
• 3-1-1. 서론 ... 45
• 3-1-2. 실험 ... 45
• 3-1-3. 결과 및 토의 ... 46
• 3-2. Ultrafiltration 방법에 의한 해수 중 종 분화 연구 ... 50
• 3-2-1. 서론 ... 50
• 3-2-2 연구 방법 및 이론 ... 50
• 3-2-3 결과 및 고찰 ... 50
• 제 4장 DGT를 이용한 연안 중금속 오염 모니터링 연구 ... 52
• 4-1. 서론 ... 52
• 4-2. 이론 ... 53
• 4-2-1. Diffusive Gradient in Thin films (DGT) ... 53
• 4-2-2. DGT probe ... 54
• 4-3. 결과 및 고찰 ... 55
• 4-3-1. 고분해능 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용한 해수 중 용존 금속(Mn, Co, Fe, Cu, Ni, Zn, Cd, Pb) ... 55
• 4-3-2. DGT- ICP/MS에 의한 해수 중 미량금속 분석법 ... 58
• 4-3-3. DGT의 실험실 연구 ... 61
• 4-3-4. DGT의 금속 축적 현장 실험 연구 ... 67
• 제 5 장 종 합 및 결 론 ... 76
• 5-1. DGT와 해수 중 용존 금속의 종분화와의 관계 ... 76
• 5-2. 연안 오염 모니터링 방법으로의 DGT와 이식 홍합의 비교 ... 77
• 제 6 장 참고 문헌 ... 79
• List of figure ... 84
• List of Table ... 86