한국입자에어로졸학회

ISSN 2287-8130(Online) Particle and Aerosol Research

Par. Aerosol Res. Vol. 9, No. 3: September 2013 pp. 187-197 http://dx.doi.org/10.11629/jpaar.2013.9.3.187

안면도 미세먼지 내 유기성분들의 분포 특성

이지이^1)*⋅황은진¹⁾⋅임형배¹⁾⋅김유원²⁾⋅김은실²⁾⋅김용표³⁾

1)

조선대학교 환경공학과,

기상청 기후변화감시센터,

이화여자대학교 환경공학과 (2013년 9월 11일 투고, 2013년 9월 16일 수정, 2013년 9월 25일 게재확정)

Composition of Organic Compounds in the Ambient PM10 of the Anmyon Island

Ji Yi Lee

, Eun Jin Hwang

, Hyung Bae Lim

, Yu Won Kim

Eun Sil Kim

, Yong Pyo Kim

1)

Department of Environmental Engineering, Chosun University

2)

Global Atmosphere Watch station, Korea Meteorological Administration

3)

Department of Environmental Science and Engineering, Ewha Womans University,

(Received 11 September 2013; Revised 16 September 2013; Accepted 25 September 2013)

Abstract

To understand the characteristics of organic aerosol(OA) at the background atmosphere of Korea, an observation of atmospheric PM10 was conducted at a Global Atmospheric Watch(GAW) station operated by the Korean Meteorological Administration at Anmyon Island during 2010. Various organic compounds were analyzed from 26 samples by using a gas chromatography‐mass spectrometer. Water soluble organic carbon(WSOC) was also analyzed by using a total organic carbon(TOC) analyzer. Among 6 classes with 68 target compounds detected, the classes of n‐alkanoic and alkenoic acids (326.67±75.40 ng m

) and dicarboxylic acids (323.74±361.89 ng m

) were found to be major compound classes in the atmosphere of Anmyon Island. Compared to the previous results reported for 2005 spring samples at Gosan site, the concentrations of organic compounds at Anmyon Island were 3‐10 times higher than Gosan site due to the difference of location and sampling period. The concentrations of organic compounds were varied with the atmospheric conditions. Significant increase of the concentrations of dicarboxylic and carboxylic acids in the smog episode indicated that secondary oxidation of organic compounds was major factor to increase OA concentration during smog episode in the Anmyon Island. It was found that the compositions of the OA measured at Anmyon Island were dependent on the air parcel trajectories.

Keywords：Organic compounds, WSOC(water soluble organic carbon), Molecular compositions, Background site, Smog episode, Asian dust.

* Corresponding author.

Tel：+82-062-230-6629, E-mail：[email protected]

1. 서 론

우리나라가 위치한 동북아시아 지역에서는 대기 입자 내 유기탄소의 함유량이 유럽 또는 미국 지역 보다 높다고 보고되고 있다(Huebert et al., 2003). 이 는 동북아시아지역에 위치한 중국이 유기입자 (organic aerosol, OA)를 다량 발생하는 석탄 또는 바 이오 연료를 주요 에너지 공급원으로 사용하기 때 문이다. 따라서 중국 풍하권에 위치한 우리나라는 중국에서 배출한 OA의 영향을 가장 크게 받을 수 있는 국가 중 하나이다. 또한, 최근 연구결과에 따르 면(Kim et al., 2013), 경제적 상황이 악화된 북한은 적은 원유 도입량과 석탄의 생산량 한계로 인하여 바이오매스 사용이 증가하였고, 이는 우리나라의 대 기환경, 특히 OA 농도 증가에 영향을 주는 것으로 분석되었다. 따라서 우리나라는 우리나라 자체에서 배출되는 OA 뿐만 아니라 중국과 북한과 같은 인접 국가로부터 유입되는 OA에 의한 영향도 상당하기 때문에 유럽과 미국과 같은 다른 지역보다 OA에 의 한 피해가 더욱 심각할 수 있다.

대기 유기입자는 1000여종이 넘는 다양한 유기 성분들로 구성되어 있지만(Schauer et al., 2000), 현 재 우리나라에서는 OA에 대한 연구의 진행은 대기 입자를 구성하는 탄소성분들을 유기탄소(organic carbon, OC)와 원소탄소(elementary carbon, EC)로 나 누어 이들의 총 농도에 대한 연구만 주로 진행되었 을 뿐(Heo et al., 2009), OA를 구성하는 개별 유기성 분들의 종류 및 특성에 대한 연구는 미흡한 실정이 다(Lee et al., 2009). 대기 OA는 입자 흡습성과 광학 특성을 변화시키며, 인체 위해성이 높은 성분들로 구성되어 있다. 또한, 기체 및 입자의 상변화를 통하 여 다른 환경매체로의 이동이 원활이 진행된다 (Seinfeld and Pankow, 2003). 따라서, OA는 기후학적 측면뿐만 아니라 위해성 및 환경적 측면의 영향도 클 것으로 예상된다. 따라서, OA에 의한 영향을 정 확하게 이해하기 위해서는 개별 성분 분석에 의한 화학조성 이해가 필수적이다.

기후변화의 요인이 되는 물질들의 농도 변화를 파악하기 위해 기상청에서는 1987년부터 배경 대기 관측을 시작하였으며, 1992년부터 세계기상기구 (WMO)의 지구대기감시(GAW: Global Atmosphere Watch) 사업에 본격적으로 참여하여 안면도 측정소

에서 배경대기, 온실가스, 오존 관측을 수행하고 있 다. 때문에, 안면도 측정소에서 대기 OA를 구성하는 개별 유기성분들의 특성을 파악한다면, 우리나라 배 경지역의 OA특성 이해와 더불어 외부로부터 유입 되는 OA의 영향도 파악할 수 있을 것으로 기대된 다. Lee et al.(2011a) 은 안면도 지구배경측정소에서 20010년에 채취한 미세먼지(PM10) 시료에 대해 n‐

alkane과 수용성 유기 성분(WSOC) 농도를 분석하였 다. 우리나라의 또 다른 배경지역인 고산에 비해 봄 철의 수용성 유기 성분의 농도는 세 배 정도 높았 다. 안면 관측소의 수용성 유기 성분의 농도는 서울 이나 아시아 다른 도시 지역의 농도와 비슷한 수준 이었다. 한편 n‐alkane 성분의 농도는 안면 관측소가 고산보다 약간 낮았고, 서울 등의 아시아 도시의 1/3

~1/2 수준으로 낮았다. 그러나 고산은 자연적인 기 원의 n‐alkane 농도가 높은 반면에 안면 관측소는 인 위적인 n‐alkane이 대부분이어서 대조를 보이고 있 다. 그러나 이 연구는 개별 유기 성분의 농도를 보 고하지는 못하였다.

따라서, 본 연구에서는 안면도 지구배경측정소에 서 채취한 PM10 시료에 대해 개별 유기성분들의 농 도와 수용성 유기 성분의 농도를 분석하여, 기존 다 른 연구 결과와 비교, 검토함으로써 우리나라 배경 지역에서의 대기 입자 내 유기성분들의 농도수준을 평가하였다. 뿐만 아니라 황사(Asian Dust, AD)와 스 모그(Smog)와 같은 우리나라에서 빈번히 발생하는 대기 현상별 시료들을 분석하여 유기성분들의 농도 및 조성변화를 파악하였다. 이를 바탕으로 안면도 대기 입자를 구성하는 유기성분들의 특성 및 외부 영향에 대한 특성을 파악하였다. 이 결과는 국내 배 경지역에서의 입자상 유기 성분 분석 결과가 거의 없는 상황에서 우리나라 배경지역의 입자 특성을 이해하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

2. 실험 및 분석

2.1 시료 채취 장소 및 방법

본 연구를 위한 PM10시료의 채취는2010년에 안면

도에 위치한 기상청 기후변화감시센터 옥상(지상 9

m)에서 수행하였다(Fig. 1). 시료는 High volume air

sampler(Anderson Inc, GMB2360, U.S.A)에 의해 24시

Fig. 1. Location of sampling site(Anmyon Island).

Sampling

date Event PM10

(㎍ m

)

Sampling

date Event PM10 (㎍ m‐3)

Sampling

date Event PM10 (㎍ m

)

1.25 Asian Dust 67.28 5.19 Smog 113.04 9.15 Smog 42.41

1.28 Normal 44.89 5.26 Normal 69.38 10.21 Smog 52.14

3.12 Asian Dust 128.47 6.03 Normal 52.57 10.28 Normal 60.26 3.15 Asian Dust 276.88 6.17 Smog 171.17 11.03 Normal 49.86 3.20 Asian Dust 167.7 7.07 Normal 47.21 11.30 Smog 138.63

3.23 Smog 88.28 7.14 Smog 52.55 12.06 Normal 5.23

4.20 Smog 63.2 8.04 Smog 50.63 12.10 Asian

Dust 152.91

4.22 Normal 49.13 8.19 Normal 43.92 12.22 Smog 72.71

4.25 Smog 70.6 9.07 Normal 14.58

Table 1. The information of sampling date with the characteristics of samples.

간 동안 채취 되었고, 관측 동안 평균 유량은 1.2 m

min

이었다. 사용된 필터는 8 inch×10 inch 크기의 Whatman No. 41이다. 본 연구의 분석대상 시료에 대한 채취일과 시료특성에 대해서는 Table 1에 제시 하였다. 본 연구에서는 총 26회 시료 채취가 수행되 었고, 이 중 황사현상이 관측되었던 경우가 5회(기 상청 황사관측일수 정보 참고, www.kma.go.kr), 스모 그 현상이 관측된 경우가 11회(직접관측)였다. 스모 그현상이 관측되었을 때의 평균 PM10 농도는 83.2±

41.3 ㎍ m

로, 일반 대기상태(43.7±19.5 ㎍ m

) 비해 약 2배정도 높았고, 황사현상이 발생하였을 때

(158.6±76.4 ㎍ m

) PM10농도가 3배 이상 높았다.

2.2 추출 및 치환

2.2.1 개별 유기성분들 분석을 위한 시료 추출 및

치환

본 연구에서는 개별 유기성분들의 분석을 위하여

시료를 적당한 크기로 자른 후, dichloromethane과

methanol을 3:1 부피 비로 섞은 용매로 2회씩 30분

동안 초음파 추출법으로 추출하였다. GC‐MS(Gas

Chromatography –Mass Spectrometry)를 이용한 개별

유기성분들 분석의 정확성을 증가시키기 위하여 본

연구에서는 시료 추출과정 전에 일정 양의 내부표

준물질을 주입하였다. 2회에 걸친 시료 추출용액을

모두 합친 후 주사기 필터(Whatman PVDF, ID 25

mm, pore size 0.45 ㎛)로 여과하고, 여액을 풍건식

농축기(ZymarkTurboVap 500)에 넣어 질소 가스 정

제를 통해 40°C에서 500 ul 로 농축하였다. 농축액을

다시 질소농축기로 최종 250ul 농축시켰다. 이 중50

uL의 농축액을 별도로 취하여GC‐MS를 통하여 극성

유기성분들의 분석을 가능하게 하기 위한 치환

(Derivitization)과정을 수행하였고, 나머지 부분은 무

극성 유기성분들 분석에 사용되었다. 본 연구에서

적용된 치환법은 BSTFA + TMCS(trimethylchlorosilane)

(99:1, Sigma‐Aldrich)를 사용한 silylation 이다.

2.2.2 수용성유기탄소(Water Soluble Organic Carbon, WSOC)분석을 위한 시료추출

시료를27 cm

(6 cm×4.5 cm) 크기로 일정하게 자른 후, 50 ml vial에 넣고 30 ml의 3차 증류수를 주입한 후 0℃에서 30분 동안 초음파 추출하였다. 초음파 추출 후 부유물질을 제거하기 위하여 2.0㎛ pore size 의 syringe filter(PALL science)를 이용하여 추출액을 여과하였다. 물에 완전히 녹아 나오지 않은 WSOC 성분을 추출하기 위해 이미 추출한 시료에 다시 30 ml 3차 증류수를 넣고 같은 방법으로30분 동안 추출 하여 첫 번째 추출액과 동일한 방법으로 여과하였 고, 추출액들 각각에 대하여 WSOC 분석을 하여 합 산하였다.

2.3 시료분석

2.3.1 개별유기성분들 분석

개별 유기성분들의 분석은 Agilent사의 7890A GC 에 5975C MSD를 결합시킨 GC‐MS를 사용하여 수행 되었다. 각 성분들의 정성분석은 표준시료(Sigma‐

Aldrich, 49452‐U)을 사용하여 mass spectrum과 GC 크로마토그램의 체류시간(retention time, RT)를 비교, 분석하여 확정하였고, 정량분석에서는 대상 성분들 의 내부표준물질에 대한 감응비율(response factor)을 이용하는 내부표준법을 적용(internal standardization) 하였다. 본 연구에서 분석한 개별 유기성분들의 그 룹과 종류, 이들의 주요 배출원 및 형성에 대한 정 보를 Table 2에 정리하였다.

GC‐MS 분석의 운전 조건은 다음과 같다. 우선, GC의 온도 조건은 초기 온도를 60℃로 1분간 유지 한 후 310℃까지 4℃ min

속도로 증가시킨다. 최종 온도인 310

C에서는 15 분간 등온 조건을 유지시켰 다. 운반기체로서는 99.999%의 헬륨 기체를 사용하 였고, 시료 주입구 온도는 280℃에서 비분할 모드 (splitless mode)로 주입되었다. 질량 분석계는 70eV 의 전자기적 충격(EI) 에너지로 가동되었고, 50에서 450 Da(Dalton)까지의 전 질량에 대한 분석이 수행 되었다. 추출 및 분석 과정에 대한 회수율 보정은 내부표준물질법을 적용하였다. 공시료에 대한 분석 (n=6)이 수행되었고, PAHs 성분들은 공시료에서 검 출되지 않았다. n‐Alkanes의 경우 C20부터 C29까지 의 성분들이 각각 0.01~0.3 ng/µl검출되었지만, 실제

시료분석 결과에 보정하지 않았다. n‐Alkanoic and Alkenoic Acids와 Levoglucosan, Dicarboxylic Acids, Carboxylic Acids들에 대해서는 공시료에서 모두 검 출되었고, 공시료에서 검출된 농도를 실제 시료 농 도에 보정하였다.

2.3.2 WSOC 분석

WSOC분석은 검출한계가 4 ㎍l

인 TOC‐VCPH(total organic carbon, Shimadzu) 유기탄소분석기를 사용하 여 분석하였고, TC(total carbon)와 IC(inorganic carbon) 를 각각 분석 후 총 유기탄소를 정량화하였다. TC‐

IC 방법은 수용성 탄소와 무기 수용성 탄소의 차이 에 의해서 계산되는 것으로 탄산염 및 중탄산염 등 으로 이루어진 무기 수용성 탄소는 염산으로 산성 화시켜 발생한 이산화탄소를 질소가스에 의해 휘발 시킨 후 비분산 적외선(NDIR) 검출기에 의해 정량 한다. TC 표준용액 물질은 potassium hydrogen phthalate(Shimadzu), IC 표준용액 물질은 sodium carbonate와 sodium bicarbonate(Fisher)로 사용하였다.

공시료에서 검출된 WSOC 평균농도(n=6)는 1.86

±0.20mg l

이였고, 실제 시료 분석 결과에 적용하지 않았다. 이는 실제 시료에서 검출된 WSOC 농도의 약 5~25%에 해당된다.

3. 결 과

3.1 WSOC 및 개별유기성분 농도분포

본 연구에서는 안면도 측정소에서 2010년에 채취 한 총 26개의 PM10 시료들에 대하여 WSOC 및 6개 그룹별 유기성분들을 분석하였고, 분석결과를 Table 3에 정리하였다. 26개 시료들에 대한 WSOC평균 농 도는 4.65±2.18 μg m

이였고, 유기성분들의 평균 농도는 그룹별로 큰 차이를 보였다. 6개의 그룹 중 n‐Alkanoic and Alkenoic Acids그룹의 총 농도(326.67±

75.40 ng m

)가 가장 높았고, 다음으로 Dicarboxylic

Acids(323.74±361.89 ng m

) 농도가 높았다. 이는

2005년 봄철에 제주도 고산에서 측정한 결과(Wang

et al., 2009)와 비교 시 5‐10배정도 높은 농도수준이

다. 고산 측정소와 비교했을 때 안면도 측정소에서

유기성분들의 농도가 높게 관측된 주요 원인으로는

Group Species Number Indicator

PAHs MW 178 – 306 17 Fossil fuel emission,

Biomass burning

n‐Alkanes C15‐C35 21

Biomass burning, Fossil fuel emission,

Vegetation n‐Alkanoic and Alkenoic

Acids C6:0‐C24:0, C18:1 19

Biomass burning, Fossil fuel emission,

Vegetation

Dicarboxylic Acids

Malonic, Succinic, Glutaric, Malic, Adipic, Phthalic, iso‐Phthalic,

tere‐Phthalic

8 Secondary oxidation products

Carboxylic Acids cis‐pinic acid, cis‐pinonic acid 2 Secondary oxidation products from α‐pinene

Levoglucosan 1 Biomass burning

WSOC ‐

Table 2. Target organic compounds analyzed in this study and their major sources.

우선 Wang et al.(2009)에 보고된 유기성분들의 농도 결과는 봄철시기의 평균농도를 반영하는 반면, 본 연구에서는 OA 배출량이 높은 겨울철 시료들도 포 함되어 있기 때문으로 판단된다. 또한, 안면도 측정 소가 고산 측정소에 비해 지리학적으로 중국 및 우 리나라 수도권과 보다 인접해 있기 때문에 이 지역 들에서 배출된 OA의 영향이 더 컸을 것으로 판단된 다. Sugar의 한 성분인 Levoglucosan은 평균 81.00±

203.07 ng m

로, 이 성분도 고산측정소의 농도결과 보다 약 3배정도 높았다. 위해성이 큰 성분들로 구 성되어 있는 PAHs 그룹은 평균 6.09±3.04 ng m

으 로 서울의 1/3 수준이었고, 고산과 비슷하거나 약간 높은 수준이었다(Lee et al., 2011b). 안면도 측정소에 서 측정한 PM10 내 유기성분들의 농도수준은 고산 측정소에 비해서는 높은 수준이었고, 서울보다는 낮 은 농도분포를 보이는 것으로 판단되었다.

3.2 시료특성별 유기성분들의 농도분포

본 연구에서는 26개의 PM10 시료를 황사와 스모 그, 평상시기로 구분하여 대기 현상별 유기성분들 그룹별 농도를 비교, 분석하였다(Fig. 2). 우선, 6개 의 유기성분 그룹을 수용성(water soluble)과 비수용 성(water insoluble)로 구분하여 대기 현상별 농도분

포를 파악하였다. 본 연구에서 분석된 유기성분들 중 수용성 유기성분 그룹으로는 Dicarboxylic Acids (DA)와 Carboxylic Acids(CA), Levoglucosan (Levo)로 서, 이들의 농도분포를 WSOC와 함께 나타내었다.

WSOC는 스모그와 평상시에 농도차이가 크지 않았 지만, 황사발생시 농도가 약간 감소하는 경향을 보 였다. 이는 황사가 일반적인 대기 입자와는 다른 표 면성질을 가지는 것과 연관 지을 수 있다. 안면도 측정소와 같은 배경농도지역에서는 WSOC의 주요 발생원인은 국지적인 일차배출보다는 외부로부터의 유입 또는 이차생성에서 비롯될 것으로 예상된다.

그럼에도 불구하고 스모그 현상이 발생하였을 때와 평상시에 농도차이를 보이지 않았고, WSOC 농도분 포 특성이 일차배출의 영향이 큰 n‐Alkanes 과 n‐

Alkanoic and Alkenoic Acids(FA)그룹의 농도분포와

유사하였다. 이는 안면도 인근 지역에 WSOC의 일

차배출원이 존재 가능성을 나타낸다. 이차생성

(secondary oxidation)이 주요 생성원인인 DA와 CA그

룹의 농도들은 스모그 현상이 발생할 때 농도가 크

게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, DA와

CA는 안면도지역에서 스모그 또는 이차생성의 주요

표적물질로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. Levo

의 경우에는 황사 발생시 농도가 증가하는 경향을

Compounds Average STD Minimum Maximum

Phenanthrene Anthracene Fluoranthene Pyrene

Benz(a)anthracene Chrysene Retene

Benzo(b)fluoranthene Benzo(k)fluoranthene Benzo(e)pyrene Benzo(a)pyrene Perylene

Indeno(1,2,3‐cd)pyrene Benzo(g,h,i)perylene Dibenz(a,h)anthracene Coronene

1,3,5‐Triphenylbenzene Subtotal

0.71 0.19 0.46 0.76 0.45 0.33 0.44 0.80 0.31 0.26 0.27 0.13 0.14 0.20 0.10 0.06 0.12 6.09

0.48 0.15 0.56 0.53 0.30 0.16 0.44 1.04 0.16 0.16 0.13 0.09 0.16 0.17 0.13 0.10 0.28 3.14

0.17 0.07 0.00 0.24 0.19 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.64

1.85 0.71 2.10 2.16 1.31 0.90 2.04 4.98 0.60 0.50 0.50 0.27 0.43 0.49 0.39 0.24 1.32 13.53

n‐Alkanes (21) (ng m^‐3)

C15

C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 C34 C35

Subtotal

0.26 0.55 0.43 0.58 0.53 0.95 0.59 0.83 0.71 1.26 1.02 1.23 1.69 1.55 2.28 1.51 2.24 1.51 1.64 1.72 1.74 23.30

0.14 0.16 0.03 0.11 0.21 0.48 0.16 0.16 0.12 1.51 0.40 0.37 0.44 0.57 0.89 0.39 0.75 0.23 0.26 0.19 0.22 4.87

0.00 0.41 0.39 0.48 0.44 0.59 0.00 0.63 0.60 0.59 0.00 0.92 1.19 0.00 1.36 1.18 1.35 1.28 1.34 1.31 1.34 14.63

0.41

1.01

0.48

0.89

1.40

2.20

0.75

1.29

1.09

7.43

1.74

2.18

3.07

2.85

4.63

2.76

4.48

2.17

2.26

2.02

2.07

35.86

Table 3. Concentrations of individual organic compounds and WSOC in the PM10 of Anmyon Island.

Compounds Average STD Minimum Maximum

Myristic acid Pentadecanoic acid Palmitic acid Heptadecanoic acid Stearic acid Eicosanoic acid Heneicosanoic acid Docosanoic acid Tricosanoic acid Tetracosanoic acid Elaidic acid

Subtotal

4.92 2.79 88.03

2.47 35.41

3.45 2.06 12.36

7.67 16.76

3.32 326.67

2.62 1.88 46.71

1.85 10.67

2.73 1.80 12.44

8.94 17.37

4.11 75.40

0.00 1.57 42.93

0.15 20.65

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.27 239.83

12.14 10.40 263.45

8.83 61.06

9.16 6.02 42.44 38.84 74.39 13.04 505.30

Dicarboxylic acids (8) (ng m^‐3)

Malonic acid

Succinic acid Glutaric acid Malic acid Adipic acid

Phthalic acid (1,2‐Benzenedicarboxylic acid) Isophthalic acid (1,3‐Benzenedicarboxylic acid) 1,4‐Benzenedicarboxylic acid

Subtotal

60.78 75.50 22.61 21.84 46.00 38.22 1.64 35.01 323.77

128.43 119.58 42.55 24.44 76.01 62.08 1.86 27.79 361.89

0.00 7.87 0.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 44.51

572.48 546.15 190.74 78.22 277.09 207.16 8.00 87.89 1610.81

Carboxylic acid (2) (ng m^‐3)

cis‐pinic acid

cis‐pinonic acid

9.49 3.75 13.81

9.38 5.24 11.63

0.00 0.00 1.05

32.97 19.26 37.97

Levoglucosan (ng m^‐3) WSOC (µg m^‐3) PM10 (µg m^‐3)

81.00 4.65 66.32

203.07 2.18 39.13

0.57 2.51 8.59

848.96 11.03 171.90

보였지만, 이는 황사에 의한 영향보다는 황사 현상 이 관측되었던 1월 25일 시료와 12월10일 시료에서 Levo의 농도가 매우 높게 분석되었기 때문이다.

Levo는 바이오매스 연소의 배출의 주요 표적물질로 서 이 두 측정일에 Levo의 농도가 평상시보다 높게

관측된 것은 안면도 주변에 산불과 같은 바이오매

스 연소가 발생했기 때문으로 판단되고, 추후 산불

영향에 대한 자세한 분석이 필요하다. 그 밖에 화석

연료 또는 바이오매스 연소와 같이 일차 배출원의

영향이 크고 비 수용성의 성격을 가지는 PAHs와 n‐

Water Soluble Compounds

Water Insoluble Compounds

Fig. 2. Distribution of water soluble compounds(DA: Dicarboxylic Acids, CA: Carboxylic Acids, Levo:

Levoglucosan) and water insoluble compounds(PAHs, Alkanes, Alkanoic Acids) by the atmospheric event.

Alkanes, FA 그룹들의 농도들은 황사와 스모그 현상 이 관측된 날들과 평상시의 농도수준이 유사하게 나타났다. Kwon et al.(2013) 은 서울에서 2007년 봄 철에 측정한 PM10 시료들에서 황사 발생시와 평상 시를 구분하여n‐Alkanes과 PAHs 성분들을 분석하였 고, 황사가 발생하였을 때에는 PAHs 농도는 약간 증가하는 반면, n‐Alkanes의 농도는 감소한다고 보고 하였다. 이는 본 연구결과와 유사한 결과를 보여주 고 있다.

안면도 대기는 일차 배출원에서 배출되는 유기성 분들의 농도들은 대기 특성 변화에 큰 영향을 받지 않는 반면, 이차 생성이 주요 생성 기작인 유기성분 들의 농도는 스모그 현상이 발생할 때 높게 생성되 어짐을 파악할 수 있었다. 따라서, 안면도에서 OA 농도 증가의 주요 원인은 대기에서 유기성분들의 이차생성일 것으로 판단된다.

3.3 평상시 대기상태에서 공기궤 이동에 따른 유기성분들의 농도분포 특성

본 연구에서는 특정 대기현상의 영향을 받지 않

은 평상시 대기 상태에서 채취된 시료들 중에서 공

기궤의 이동이 중국 대륙으로부터 유입된 경우(case

1)와 한반도로부터 유입된 경우(case 2)에 대한 유기

성분들 분포 특성을 비교하였다. Fig. 3은 NOAA에

서 제공하는 hysplit model을 이용하여 case 1과 case

2에 대한 안면도 측정소로 유입되는 공기궤의 이동

을 보여주고 있다. Table 4에 정리된 바와 같이, 공

기궤의 이동에 따른 유기성분들의 그룹별 농도수준

은PAHs와 Levo, CA를 제외하고는 대부분의 비슷하

였다. 하지만, case 1과 case2에서 개별 유기성분들의

농도 분포 특성은 다르게 나타났다. 예를들어, DA의

농도는 case 1과 case 2 모두 비슷한 수준이었지만,

개별 성분들의 농도분포는 큰 차이를 보였다. Case

2에서는 주로 DA 성분들 중 저분자량의 성분들

Case 1 Case 2

Fig. 3. Backward air mass trajectory for the two cases: Case 1‐ originated from China. Case 2‐originated from Korea and Japan.

(Malonic acid와Succinic acid)이 높은 농도를 보인반 면, case 1에서는 벤젠고리를 포함하고 있는 phthalic acid 계열의 성분들이 고농도를 나타냈다. 반면, case 2에서는phthalic acid가 검출되지 않았고, 이 성분의 이성질체 성분들의 농도도 case 1에 비해 낮은 수준 이었다. 이는 공기궤의 이동에 따라 OA의 배출특성 또는 이차생성 특성이 달라짐을 의미한다. 또한, 안 면도와 같은 배경대기 특성을 보이는 지역에서는 안면도 지역 자체에서 배출되는 일차오염원의 영향 보다는 공기궤의 이동경로에 따라 유기오염물질 특 성이 달라질 수 있음을 확인하였다.

4. 요 약

본 연구에서는 안면도 측정소에서 2010년에 측정 한 26개의 PM10시료들에서 WSOC와 더불어6개 그 룹으로 구성된 68종의 개별 유기성분들을 GC‐MS를 이용하여 분석하였고, TOC를 이용하여 WSOC를 정

량화하였고, 안면도 지역에서의 개별 유기성분들에

대한 분석결과 보고는 본 연구가 처음으로 진행하

였다. 26개의 PM10 시료에서 WSOC평균 농도는

4.65±2.18 μg m

이였고, 6개의 그룹 중 n‐Alkanoic

and Alkenoic Acids그룹의 평균농도가 326.67±75.40

ng m

로 가장 높았고, 다음으로 Dicarboxylic Acids

(323.74±361.89 ng m

) 농도가 높았다. 바이오매스의

대표적 표적물질인Levo은 평균 81.00±203.07 ng m

이였고, 위해성이 큰 성분들로 구성되어 있는 PAHs

그룹은 평균 6.09±3.04 ng m

이었다. 안면도 지역에

서의6개 그룹의 유기성분들의 평균 농도는 모두

2005년 봄철에 제주도 고산에서 측정한 결과(Wang

et al., 2009)보다 높았다. 이는 안면도 측정소의 지리

학적 위치조건과 더불어 시료특성 차이에 의해서

기인되었다고 판단된다. 대기 현상별 유기성분들 그

룹별 농도특성은 스모그 현상이 발생하였을 때 수

용성 유기오염물질들, 특히 DA와 CA가 높은 농도

를 보였고. 이는 유기오염물질들의 이차생성이 활발

히 진행되었음을 나타낸다. WSOC는 스모그와 평상

Compounds Case 1 Case 2 Compounds Case 1 Case 2 Compounds Case 1 Case 2 Compounds Case 1 Case 2

PM10 46.1 53.4 n‐Alkanoic Acids n‐Alkane PAH

C15 0.3 ND Phenanthrene 0.3 0.1 WSOC 4.6 3.6 C7:0 1.4 2.0 C16 0.6 0.4 Anthracene 0.2 0.2 C8:0 2.1 2.5 C17 0.4 0.4 Fluoranthene 1.0 0.3 Dicarboxylic acids C9:0 1.8 1.7 C18 0.6 0.5 Pyrene 0.6 0.2 Malonic acid 25.8 98.3 C10:0 1.6 2.1 C19 0.5 0.5 Benzo[a]anthracene 0.3 0.2 Succinic acid 28.7 56.5 C11:0 1.6 2.8 C20 0.7 0.8 Chrysene 0.3 0.1 Glutaric acid 8.4 6.2 C12:0 2.8 1.7 C21 0.6 0.6 Retene 1.0 0.5 Malic acid 12.5 17.3 C13:0 1.6 1.4 C22 0.8 0.8 Benzo[b]fluoranthene 0.3 0.2 Adipic acid 9.7 7.5 C14:0 6.0 4.8 C23 0.7 0.6 Benzo[k]fluoranthene 0.2 0.2 Phthalic acid 43.7 N.D. C15:0 4.9 5.1 C24 0.9 0.8 Benzo[e]pyrene 0.2 0.2 Isophthalic acid 4.7 3.9 C16:0 92.1 100.3 C25 ND 0.8 Benzo[a]pyrene 0.3 0.3 terephthalic acid 29.5 16.0 C17:0 8.4 7.8 C26 1.2 0.9 Perylene ND ND Subtotal 162.9 205.8 C18:0 37.9 50.8 C27 1.8 1.3 Indeno[1,2,3‐cd]pyrene 0.3 0.3 C20:0 14.9 15.0 C28 ND 1.3 Benzo [g,h,i] perylene 0.2 0.2 Carboxylic acds C21:0 13.1 13.4 C29 2.6 1.5 Dibenz [a,h] anthracene ND ND cis‐pinic acid 4.8 1.9 C22:0 50.2 49.5 C30 1.5 1.2 Coronene ND ND cis‐pinonic acid 3.1 0.4 C23:0 27.3 24.8 C31 2.4 1.6 1,3,5‐Triphenylbenzene 0.7 0.5 Subtotal 7.9 2.3 C24:0 42.2 33.7 C32 1.5 1.4 Subtotal 6.0 3.5

Subtotal 309.8 319.3 C33 1.7 1.4 Levoglucosan 14.4 6.5 CPI(12‐24) 4.5 4.9 C34 1.7 1.7 C35 1.6 1.7 Subtotal 21.8 20.2 CPI(C19‐C34) 1.3 0.9

Table 4. Comparison of the concentrations of organic compounds by air parcel movement. The air parcel was originated from China in Case 1 while Case 2 indicated the influence of Korean pennisula(as shown in Figure 3).

시에 농도차이가 크지 않았지만, 황사발생시 농도가 약간 감소하는 경향을 보였다. 이는 황사가 일반적 인 대기 입자와는 다른 표면성질을 가지는 것과 연 관 지을 수 있다. 화석연료 또는 바이오매스 연소와 같이 일차배출원의 영향이 크고 비수용성의 성격을 가지는 PAHs과 n‐Alkanes, n‐Alkanoic and Alkenoic Acids(FA) 그룹들의 농도들은 대기 현상에 따른 농 도차이를 보이지 않았다. 따라서, 안면도에서 OA 농 도 증가의 주요 원인은 대기에서 유기성분들의 이 차생성일 것으로 판단된다. 마지막으로 공기궤 이동 에 따른 유기오염물질들의 농도 및 분포특성에 대 하여 파악한 결과, 공기궤의 이동에 따른 유기성분

들의 그룹별 농도수준은 큰 차이를 보이지 않았다.

하지만, 개별 유기성분들의 분포특성은 상이하게 나 타났고, 이를 통하여 안면도 측정소에서는 공기궤의 이동에 따라 OA의 배출특성 또는 이차생성 특성이 달라질 수 있음을 확인하였다.

사사

이 연구는 기상청 기후변화감시예측 및 국가정책

지원강화사업(CATER 2012-7070)의 지원으로 수행

되었습니다.

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