초록 ▼

금속 안정 동위원소는 이전의 연구에서 해양에서의 현재-과거의 생지화학적 순환을 규명하거나 오염원을 추적하는데 사용되어왔다. 그러나 Cu, Fe, Zn의 경우 다양한 동중원소의 간섭으로 인해 정확도 및 정밀도 향상을 위한 화학적 분리가 필수적이며 MC-ICP-MS로 분석 시 동위원소의 분별현상으로 인한 기기분석의 어려움이 있으므로 Cu, Fe, Zn 동위원소의 분석기법 및 이에 관련된 연구가 거의 없는 실정이다.

Cu, Fe, Zn 안정 동위원소 분석을 위해 음이온 교환수지(AG-MP1)를 사용하여 다양한 농도의 염산,

금속 안정 동위원소는 이전의 연구에서 해양에서의 현재-과거의 생지화학적 순환을 규명하거나 오염원을 추적하는데 사용되어왔다. 그러나 Cu, Fe, Zn의 경우 다양한 동중원소의 간섭으로 인해 정확도 및 정밀도 향상을 위한 화학적 분리가 필수적이며 MC-ICP-MS로 분석 시 동위원소의 분별현상으로 인한 기기분석의 어려움이 있으므로 Cu, Fe, Zn 동위원소의 분석기법 및 이에 관련된 연구가 거의 없는 실정이다.

Cu, Fe, Zn 안정 동위원소 분석을 위해 음이온 교환수지(AG-MP1)를 사용하여 다양한 농도의 염산, 질산을 이용해 금속을 단계별로 복합 분리하였다. 그리고 분석시료의 농도를 ±5% 이내로 맞추고 Cu, Fe, Zn 동위원소의 표준물질을 이용해 표준시료-샘플-표준시료의 방법을 사용하여 질량 분별을 보정하였다. 분석기법의 신뢰성 검증을 위해 동위원소 표준물질 및 암석 표준물질에 대한 분석을 실시하였고 기존에 보고된 값과 오차범위 내에서 일치하는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 개발한 분석기법은 해수, 퇴적물, 생물 등 다양한 환경시료에 적용이 가능하다는 장점이 있으므로 향후 다양한 연구분야에 활용될 것으로 기대된다.

연안의 산업단지와 인구가 많은 도시의 오염물질 유입은 수질오염과 중금속 오염과 같은 심각한 환경 문제를 야기했다. 시화호 울산 산업단지는 국내 최대규모의 국가 산업단지 중 하나이며 국내 총 생산량의 49%를 차지한다. 시화 산업단지는 기계, 전기, 전자, 석유화학, 섬유, 자동차 등 중소기업과 경공업이 주를 이루고 있다. 울산 산업단지는 조선, 자동차, 석유, 화학제품, 철 금속, 정유산업 등 규모가 큰 중공업이 주를 이루고 있다. 연안, 하천, 도로노면 축적퇴적물 내 금속과 금속 안정동위원소비 측정을 통하여 두 가지 다른 특징을 가지는 국가산업단지에서의 납 오염원을 조사하였다. 울산 연안 퇴적물은 온산 산업단지에서 최대농도를 보였으며, 지역간에 약 21배의 농도차이가 존재하였다. 온산 산업단지의 항만 인근 도로노면 축적퇴적물에서 가장 높은 농도를 보였다. 산업활동에 덜 영향을 받는 해역, 하천 등에서는 상대적으로 낮은 농도가 관측되었다. 시화의 경우, 산업단지 근처의 상류지역에서 상대적으로 높은 금속 농도를 보였으며 시흥천 주변에서 가장 높은 농도를 보였다. 인의적 납은 주로 석탄 연소, 납 휘발유 연소, 납 정련 및 산업 배출과정을 통해 환경으로 방출된다. 납 안정동위원소비는 농도가 증가함에 따라 감소하고 있어 잠재적인 오염원은 낮은 동위원소 값을 가지는 특징을 보인다. 울산에서는 제련소와 납 광석 수입항구 근처에서 높은 농도와 낮은 안정동위원소 비를 보여, 항만에서 제련시설로 운송 중 도로 표면으로 배출된 후 하천을 통해 해양으로 유입되었음을 알 수 있었다. 그러나 시화에서는 19,000개 이상의 공장이 운영되고 있는 특성으로 인하여 다양한 오염원의 영향을 복합적으로 받고 있었다. 따라서 해양환경에서 금속 안정동위원소 분석을 통한 오염원을 정밀하게 추적하기 위해서는 해당지역에서 실제로 사용되는 다양한 원자재 및 물품에 대한 동위원소 비 데이터 구축이 필요할 것으로 판단된다.

전국연안에서 채취한 표층퇴적물 내 금속 농도와 금속 안정동위원소를 분석한 결과, 금속은 특별관리해역과 항만 주변의 정점에서 상대적으로 높은 농도를 보였다. 퇴적물 내 납안정동위원소의 분포 특성을 토지이용방식과 다양한 산업단지의 존재로 인하여 정확한 오염원 규명에는 어려움이 있어 각 해역 특성에 맞는 오염원 추적연구가 필요할 것으로 판단된다.

(출처 : 요약문 15p)

Abstract ▼

Metallic isotopes have been used as an efficient tool to identify current and past biogeochemical processes in the ocean and to trace metal pollution sources. However, the chemical separation is essential to improve accuracy in the case of Cu, Fe and Zn due to inter-elemental isobaric interferences.

Metallic isotopes have been used as an efficient tool to identify current and past biogeochemical processes in the ocean and to trace metal pollution sources. However, the chemical separation is essential to improve accuracy in the case of Cu, Fe and Zn due to inter-elemental isobaric interferences. Instrumental mass bias can occur whereby a measured isotope ratio using MC-ICP-MS. AG MP1 was used for the anion exchange purification of the samples. The metal was separated stepwise using various concentrations HCl and HNO3. The concentration of samples was adjusted within ±5% and mass bias during isotopic measurements was corrected using standard sample bracketing method. In order to verify the analytical method, the isotope reference materials were analyzed. It was agreed with the previously reported values within the error range. The analytical method developed in this study is expected to be applied to various research fields because it is applicable to various environmental samples such as seawater, sediment, and biological samples.

The input of pollutants from industrial complexes and populated cities in the coastal area caused serious environmental problem such as water quaility deterioration and heavy metal contamination. Shihwa and Ulsan industrial complexes are one of the largest national industrial complexs in Korea and contribute 49% of the total national production. Shihwa industrial complex is characterized by the small enterprises and light industry (19,182 facilities) including machinery, electric and electric goods, petrochemicals, textile and automobiles. Ulsan industrial complex is characterized by the large enterprises (1,053 facilities) and heavy industry including shipbuilding, automobile, petrochemical production, ferrous metal, oil refinery retention industries.

The concentrations and isotope ratios (MC-ICP- MS) for Pb in the coastal, stream and road-deposited sediments were investigated to identify the Pb pollution sources from two different national industrial complex areas. The coastal sediments from Ulsan showed the highest concentration of 501.8 mg/kg at St. A28 of Onsan Industrial Complexes and the concentration difference was about 21 times that of St. A33. The mean concentration of Pb in stream sediments was 1190.0 mg/kg ranged from 18.8 mg/kg to 11,686 mg/kg. Similar to stream sediments, the highest concentration of 12,121 mg/kg in road-deposited sediments (RDS) of Onsan industrial complex, especially Onsan port. Relatively low concentration was observed in upstream areas including coastal, stream, road-deposited sediments that are less affected by industrial activities. For the case of Shihwa, Pb concentration in coastal sediments varied between 19.2 mg/kg and 55.0 mg/kg with an average of 32.1 mg/kg. Relatively high Pb concentration was observed in the upstream areas near the industrial complex. The maximum concentration in stream sediments was 2,587 mg/kg (Shiheung stream) and the concentration difference was 97 times.
The concentration of RDS ranged from 63.9 mg/kg to 3,177 mg/kg and showed the highest concentration at St. F5 around Shiheung stream.

Anthropogenic Pb is mainly released into the environment through the process of coal burning, leaded gasoline combustion, lead refining, and industrial discharge. Pb isotope ratios (²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb) tend to decrease with increasing Pb concentrations. It seems that the potential Pb source has low isotopic value. For Ulsan, these isotopic ratios between ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb and ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb showed a positive correlation, indicating that a simple Pb contamination source may exist. High concentrations and low ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb isotopic ratios were observed nearby the smelter and lead ore import harbor, indicating that Pb was released into the road surface during transportation using the vehicle and then moved to the marine area through streams. However, there are scattered plots of ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb and ²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb in the Shihwa sediments. Shihwa area operated more than 19,000 factories including machinery, electric, electric goods, petrochemicals, textile, and automobiles, so it seems to be due to various Pb pollution sources. Therefore, in order to accurately trace contamination sources with Pb isotopes in marine environments, it will be necessary to establish a comprehensive database of isotope composition for various products with Pb actually used in the region.

193 surface sediment samples from the whole Korean coast including harbor inside, special management sea area, environmental preservation sea area and offshores were collected in 2017 not only to study the spatial distribution and pollution assessment of 8 heavy metals (ICP-MS), but also to identify anthropogenic pollutions for Pb isotopes (MC-ICP-MS). Especially, sediments in Busan harbor which is the largest port in South Korea, showed high concentrations for Cu, Zn, Pb and Hg. Metals except for Cr, Ni in sediments from special management sea area had the second highest concentration. The isotopic signature of sediments have difficult to classify the Pb pollution sources due to the different geopraphical features, land-use types and industry facilities. It is necessary to investigate various types of metal pollution sources which are used not only for imported ore but also for manufacturing metal products.

(출처 : Summary 17p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 목차 ... 5
• CONTENTS ... 6
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 8
• 요 약 문 ... 15
• Summary ... 17
• 제1장 과 제 개 요 ... 21
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 23
• 제2절 연구개발 목표 및 내용 ... 26
• 제2장 연구추진 체계 ... 31
• 제1절 추진 전략 ... 33
• 제2절 추진 방법 ... 34
• 제3장 연구개발 내용 및 결과 ... 35
• 제1절 동위원소 분리/분석기법 개발 ... 37
• 제2절 국내 연안 금속 오염현황 조사 ... 55
• 제3절 금속 안정동위원소 분석을 통한 오염원 추적 ... 106
• 참고문헌 ... 118
• 부 록 ... 119
• 끝페이지 ... 171