화학적, 광학적 및 분광학적 방법을 이용한 도시 및 항만지역 배출 초미세입자의 특성조사 :Comprehensive characterization of fine particulate matter at port and urban areas using chemical, optical and spectro scopic methods

박태언

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박태언 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 박승식

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

화학적, 광학적 및 분광학적 방법을 이용한 도시 및 항만지역 배출 초미세입자의 특성조사

박태언 2022.01 학위논문

2021

화학적 및 광학적 방법을 이용한 도시 및 항만지역 배출 초미세입자의 특성 조사

박태언 , 손세창 , 박승식 외 1명 한국대기환경학회 학술대회논문집 2021.10 학술대회자료

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본 연구는 도시지역과 항만지역의 초미세입자 특성의 차이를 비교하고자 광주광역시와 강릉시 강릉항에서 2021년 4월 1일~23일까지 PM2.5를 채취하였다. 추가적으로 강릉항에서는 선박 활동으로 배출된 에어로졸 입자의 광흡수 계수를 평가하고자 dual- spot 7파장 Aethalometer를 이용하여 측정하였다. 채취한 시료는 유기 및 무기 성분들 사이의 상관성을 조사하고 화학적, 광학적 및 분광학적 성상을 특정하여 두 지역의 초미세입자 특성 차이를 비교하였다.
광주 및 강릉항의 OC/EC 비율은 각각 5.9(3.9-9.5)와 8.8(4.4-12.0)이며, [NO3-/SO42-] 농도비는 광주에서 1.5(0.2-4.8), 강릉항은 0.8(0.2-2.0)로 나타났다. 이는 각 해당 지역에 따라 자동차 및 선박 배출 배기가스의 영향을 받았을 뿐만 아니라 다른 배출원의 영향을 받았다는 것을 의미한다.
강릉항에서 자외선과 가시광선 파장 범위에서 광흡수를 결정하는 AAE370-520 값은 평균 1.4(0.8-2.5)로 분포하였다. 또한 370 nm에서의 전체 에어로졸 입자 중 BrC입자가 광흡수에 차지하는 평균 기여율은 24.2(0.7-56.8)%이었다. 이러한 결과는 PM2.5 내 자외선 범위에서 광흡수하는 물질이 상당 부분 포함되어 있음을 의미하며 선박 배출 연소입자들로부터 기인한 것으로 판단된다.
ATR-FTIR 분석 결과, 광주 및 강릉항에서 NH4+, C-H, C=O의 피크가 공통적으로 나타났다. 특히 C-H groups은 두 지역 모두 바이오매스 연소 영향을 받았음을 입증한다. 강릉항에서 보인 amine(NH2)은 해양 다당류, 아미노당, 키토산 및 글루코사민의 분자 구성과 유사한 것으로 해양 기원 입자의 영향을 확인했다.
본 연구를 통해 확인된 결과, 광주 및 강릉항의 측정 지점에 따라 주로 자동차 및 선박 배출의 영향을 받았으며, 봄철 환절기로 인한 난방 및 바이오매스 연소의 영향이 간헐적으로 있는 것으로 확인되었다. 따라서 광주 및 강릉항의 인근 주변 지역의 현지 조사를 통해 오염배출원을 명확히 규명할 필요가 있는 것으로 사료된다.

In this study, PM2.5 was collected from April 1 to 23, 2021 from Gwangju Metropolitan City and Gangneung Port in Gangneung City to compare the differences in the characteristics of fine particulate matter between urban and port areas. Additionally, In Gangneung Port, in order to evaluate the light absorption coefficient of aerosol particles emitted from ship activities, it was measured using a dual-spot 7-wavelength Aethalometer. The collected samples investigated the correlation between organic and inorganic components and compared the differences in the properties of fine particulate matter in the two regions by specifying chemical, optical and spectroscopic properties.
The OC/EC ratios of Gwangju and Gangneung Port were 5.9(3.9-9.5) and 8.8(4.4-12.0), respectively, and [NO3-/SO42-] concentration ratio is 1.5(0.2-4.8) in Gwangju and Gangneung Port 0.8(0.2-2.0). This means that not only were they affected by automobile or ship emissions, depending on their respective regions, but they were also affected by other emission sources.
AAE370-520, which determines light absorption in the wavelength range of ultraviolet and visible light in Gangneung Port, was distributed with an average of 1.4 (0.8-2.5). In addition, the average contribution rate of BrC particles to light absorption among all aerosol particles at 370 nm was 24.2 (0.7-56.8)%. This result means that a significant part of the material that absorbs light in the ultraviolet range in PM2.5 is included, and it is judged that it is caused by combustion particles emitted from ships.
As a result of ATR-FTIR analysis, peaks of NH4+, C-H, and C=O were found in common in Gwangju and Gangneung port. The C-H groups demonstrate that both regions were affected by biomass burning. The amine(NH2) seen in the Gangneung port is similar to the molecular composition of marine polysaccharides, aminosaccharides, chitosan, and glucosamine was affected by particles of marine origin.
Results confirmed through this study, It was confirmed that depending on the measurement point in the Gwangju and Gangneung port, It is mainly affected by automobile and ship emissions and there is intermittent affect of heating and biomass combustion due to the changing seasons in spring. Therefore, It is considered that it is necessary to clarify the source of pollution through field investigations in the neighboring areas in Gwangju and Gangneung port.

#PM2.5 #AAE #BrC light absorption #ATR-FTIR

(국문초록) ⅳ
1. 서론 1
2. 연구 방법 4
가. 시료채취 4
1) 측정 장소 4
2) 채취 방법 5
나. PM2.5 화학적 성분 분석 7
1) 탄소 성분 분석 7
2) 이온 성분 분석 8
다. PM2.5 분광학적 성분 분석 9
라. PM2.5 광학적 성분 분석 10
마. PM2.5 ATR-FTIR 성분 분석 12
3. 연구 결과 13
가. 도시 및 항만지역의 PM2.5 질량농도 및 화학적 성분 특성 13
나. 도시 및 항만지역의 PM2.5 분광학적 성분 특성 24
다. 항만지역의 PM2.5 광학적 성분 특성 30
1) 항만지역 광흡수 평가 30
2) Case별 광흡수 평가 37
3) 황사 기간의 광흡수 평가 39
라. 도시 및 항만지역의 ATR-FTIR 42
4. 결론 46
5. 참고문헌 49
Abstract 60

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