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2008년 국내 배경지역 PM_(10) 및 PM_(2.5) 미세먼지의 화학 조성 분석

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Alternative Title
Analysis of Chemical Compositions of PM10 and PM2.5 Fine Dust Particles Collected at Background Area of Korea in 2008
Abstract
국내 배경지역인 제주도 고산측정소에서 PM_(10), PM_(2.5) air sampler를 설치하여, 2008년 1월부터 12월까지 PM_(10) 미세먼지 시료 44개, PM_(2.5) 미세먼지 시료 58개를 채취 및 분석하였다. 분석 결과로부터 대기미세먼지의 조성과 발생기원을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 고산 지역 대기미세먼지의 PM_(10) 질량농도는 37.6±20.1 ?g/m3, PM_(2.5)의 질량농도는 22.9±14.3 ?g/m3로, PM_(2.5)의 농도는 PM_(10)의 약 61.0%를 나타내었다. 그리고 PM_(10)과 PM_(2.5) 질량농도 간의 상관계수는 0.85로 양호한 상관성을 나타내었다.
2. 주요 수용성 성분의 이온수지를 비교한 결과, 양이온 당량농도 합과 음이온 당량농도 합 간의 상관계수(r)가 PM_(10)과 PM_(2.5) 미세먼지에서 각각 0.982, 0.991로, 큰 상관성을 보였고 분석 데이터의 신뢰도는 양호한 것으로 나타났다.
3. PM_(10) 미세먼지의 수용성 성분 농도는 nss-SO₄^(2-) > NO₃^(-) > Cl^(-) > NH₄^(+) > Na^(+) > HCO₃^(-) > nss-Ca^(2+) > K^(+) > Mg^(2+) > CH₃COO^(-) > HCOO^(-) > F^(-) > CH₃SO₃^(-) > H^(+) 순으로 높고, 원소 성분의 농도는 S > Na > Al > Ca > Fe > K > Mg > Zn > Ni > Cr > Pb > Ti > Mn > V > Cu > Sr > Ba > Mo > Co > Cd 순으로 높은 농도를 나타내었다.
4. PM_(2.5) 미세먼지의 수용성 성분 농도는 nss-SO₄^(2-) > NH₄^(+) > NO₃^(-) > Na^(+) > K^(+) > nss-Ca^(2+) > HCO₃^(-) > Cl^(-) > CH₃COO^(-) > Mg^(2+) > HCOO^(-) > CH₃SO₃^(-) > F^(-) > H^(+) 순으로 높게 나타났다.
5. PM_(2.5)/PM_(10) 농도비를 조사해 본 결과, 인위적 기원의 nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+)은 각각 0.94, 0,56, 1.02로 주로 PM_(2.5) 미세입자에 많이 분포하고, 토양기원의 nss-Ca^(2+)은 0.59로 인위적 기원 성분들에 비해 상대적으로 조대입자에 많이 분포하는 경향을 보였다. 해염기원의 Na^(+), Cl^(-), Mg^(2+) 성분들은 각각 0.19, 0.10, 0.38로 대부분 조대입자에 많이 분포하고, F^(-), HCOO^(-), CH₃COO^(-), CH₃SO₃^(-) 성분들은 각각 0.84, 0.98, 0.48, 0.94의 농도비를 나타내었다.
6. 기상조건에 따른 농도변화를 비교한 결과, PM_(10)에서 nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+)은 안개-박무일/정상일의 농도비가 각각 0.9, 0.7, 0.9, 연무일/정상일 농도비는 3.5, 3.4, 4.3으로 연무 시에 농도가 크게 증가하였다. PM_(2.5)에서 nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+)은 안개-박무일/정상일의 농도비가 각각 1.1, 0.7, 1.2, 연무일/정상일 농도비는 2.8, 3.8, 3.7로, 연무 시에 PM_(10), PM_(2.5) 미세먼지에서 인위적 기원 성분의 농도가 크게 증가하는 경향을 보였다.
7. 산성화 기여율을 조사해 본 결과, 무기 산성음이온인 SO₄^(2-)와 NO₃^(-)의 기여율은 PM_(10)과 PM_(2.5)에서 각각 96.5%, 97.3%, 유기산 HCOO^(-), CH₃COO^(-)의 기여율은 각각 2.9%, 2.0% 정도로 나타나 미세먼지의 산성화는 주로 무기산들에 의해 일어나는 것으로 확인되었다.
8. 중화 기여율을 조사해 본 결과, NH3에 의한 중화율은 PM_(10)과 PM_(2.5)에서 각각 72.8%, 82.3%, CaCO₃에 의한 중화율은 각각 22.5%, 13.3%로, 미세먼지에서 산성물질의 중화는 주로 이들 두 성분에 의해 일어나고 있음을 알 수 있었다.
9. 인자분석법으로 고산지역 PM_(10), PM_(2.5) 미세먼지의 발생기원을 조사해 본 결과, PM_(10) 미세먼지는 인위적 요인의 영향을 가장 많이 받고, 다음으로는 토양의 영향, 해염의 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 반면에 PM_(2.5) 미세먼지는 인위적 요인과 토양 영향, 다음으로 생물기원, 해염의 영향을 많이 받고 있는 것으로 추정된다.
10. 역궤적 분석을 실시하여 고산지역 PM_(10)과 PM_(2.5) 미세먼지 성분들의 유입경로를 조사해 본 결과, 고산지역 PM_(10), PM_(2.5) 미세먼지의 nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+), nss-Ca^(2+), Pb 성분들은 대체적으로 공기 덩어리가 중국대륙으로부터 유입되었을 때 농도가 높고, 상대적으로 북태평양이나 동해를 통과 했을 때 농도가 낮은 경향을 보였으며, 제주지역 대기질은 중국의 오염 영향을 크게 받고 있음을 확인할 수 있었다.
The PM_(10) and PM_(2.5) fine dust particles have been collected at Gosan site, which is one of the background sites in Korea, and their compositions have been analyzed to understand the pollution characteristics and emission sources. The mass concentrations of PM_(10) and PM_(2.5) particles at Gosan area were 37.6±20.1 and 22.9±14.3 μg/m3, respectively, showing that the content ratio of PM_(2.5) to PM_(10) was 61.0%. In the result of ion balance comparison, the correlation coefficients(r) between the sum of cationic equivalent concentrations and the sum of anionic equivalent concentrations were 0.982 and 0.991, respectively, for PM_(10) and PM_(2.5) fine dust particles, indicating a good correlation. The concentrations of ionic components of PM_(10) particles were in the order of nss-SO₄^(2-) > NO₃^(-) > Cl^(-) > NH₄^(+) > Na^(+) > HCO₃^(-) > nss-Ca^(2+) > K^(+) > Mg^(2+) > CH₃COO^(-) > HCOO^(-) > F^(-) > CH₃SO₃^(-) > H^(+), and those of metal and sulfur elements were in the order of S > Na > Al > Ca > Fe > K > Mg > Zn > Ni > Cr > Pb > Ti > Mn > V > Cu > Sr > Ba > Mo > Co > Cd. The concentrations of ionic components of PM_(2.5) particles have shown the order of nss-SO₄^(2-) > NH₄^(+) > NO₃^(-) > Na^(+) > K^(+) > nss-Ca^(2+) > HCO₃^(-) > Cl^(-) > CH₃COO^(-) > Mg^(2+) > HCOO^(-) > CH₃SO₃^(-) > F^(-) > H^(+). From the study of size-segregated aerosols components, the concentration ratios of nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), and NH₄^(+) in PM_(2.5)/PM_(10) particles were 0.94, 0.56, 1.02, respectively, showing that these components were mostly in the fine particles. The concentration ratios of fog-mist/non-event of nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+) in PM_(10) were 0.9, 0.7, 0.9, respectively, and those of haze/non-event were 3.5, 3.4, 4.3, respectively, showing that the concentrations of these components increased highly at haze events. The concentration ratios of fog-mist/non-event of nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+) in PM_(2.5) were 1.1, 0.7, 1.2, respectively, and those of haze/non-event were 2.8, 3.8, 3.7, respectively, showing that the concentrations of the anthropogenic components in PM_(10) and PM_(2.5) fine dust particles have highly been increased at haze events. The acidification contribution of SO₄^(2-) and NO₃^(-) in PM_(10) was 96.5%, and that in PM_(2.5) was 97.3%. And those of HCOO^(-) and CH₃COO^(-) in PM_(10) and PM_(2.5) were 2.9% and 2.0%, respectively. On the other hand, the neutralization of NH3 was 72.8% and 82.3%, and that of CaCO₃ was 22.5% and 13.3% in PM_(10) and PM_(2.5), respectively. From the factor analyses to search for the source origins, the PM_(10) fine dust particles have been found to be mainly influenced by anthropogenic sources, followed by soil and marine sources. Meanwhile, the PM_(2.5) fine dust particles were largely influenced by anthropogenic and soil sources, and followed by biogenic and marine sources. The backward trajectory analyses have been performed in order to investigate the inflow path of the components of PM_(10) and PM_(2.5) fine dust particles. In the results, the concentrations of nss-SO₄^(2-), NO₃^(-), NH₄^(+), nss-Ca^(2+), and Pb were high when the air parcels had been inflowed from the China continent, and relatively low when they had come through the North Pacific Ocean and East Sea. In consequence, the air quality in Jeju area seems to be influenced largely by the pollution from China.
Author(s)
조은경
Issued Date
2010
Awarded Date
2010. 2
Type
Dissertation
URI
http://dcoll.jejunu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000004988
Alternative Author(s)
Cho, Eun Kyung
Affiliation
제주대학교 대학원
Department
대학원 화학과
Advisor
강창희
Table Of Contents
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 연구 방법 5
1. 측정소 설비 및 측정기기 5
1) 측정소 설비 5
2) 측정기기 5
2. 대기미세먼지 시료의 채취 및 분석 7
1) PM_(10) 미세먼지 시료 채취 7
2) PM_(2.5) 미세먼지 시료 채취 7
3) 질량농도 측정 7
4) 수용성 성분 분석 7
5) 금속 및 황 성분 분석 10
Ⅲ. 결과 및 고찰 13
1. PM_(10)과 PM_(2.5) 질량농도 측정 13
1) PM_(10)과 PM_(2.5) 질량농도 측정 결과 13
2) 자동측정망 PM_(10) 질량농도와의 비교 19
2. 분석 데이터의 이온 수지 비교 21
3. PM_(10)과 PM_(2.5) 미세먼지 분석 결과 24
1) PM_(10) 미세먼지의 수용성 성분 분석 결과 24
2) PM_(10) 미세먼지의 금속 및 황 성분 분석 결과 29
3) PM_(2.5) 미세먼지의 수용성 성분 분석 결과 34
4) PM_(10)과 PM_(2.5) 농도 비교 39
4. 월별 농도 변화 42
1) 수용성 성분의 월별 농도 비교 42
2) 금속 및 황성분의 월별 농도 비교 49
5. 안개, 박무, 연무 시의 농도 비교 52
6. 산성화와 중화 특성 61
1) 산성화 특성 61
2) 중화 특성 64
7. 대기 에어로졸의 발생기원 65
1) 성분들 간의 상관성 비교 65
2) 해양 및 토양의 영향 69
3) 미세먼지 성분의 발생기원 75
8. 대기오염물질의 유입 경로 79
Ⅳ. 결론 94
Ⅴ. 참고문헌 96
Degree
Master
Publisher
제주대학교 대학원
Citation
조은경. (2010). 2008년 국내 배경지역 PM_(10) 및 PM_(2.5) 미세먼지의 화학 조성 분석
Appears in Collections:
General Graduate School > Chemistry
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