서울시 PM10 내의 수용성 유기탄소와 수분함량과의 상관성 분석

Abstract

이 연구에서는 2006년 8월에서 2007년 8월까지 서울에서 측정한 미세먼지의 이온농도와 탄소성분 자료를 이용하여 모델로 예측한 입자의 수분함량과 측정한 수용성 유기탄소 (Water Soluble Organic Carbon, WSOC) 농도와의 상관성을 분석하였다. 입자의 수분함량은 기체/입자 평형모델인 Simulating composition of Atmospheric Particles at Equilibrium 2 (SCAPE 2)를 이용하여 계산하였다. 측정된 WSOC는 유기탄소 (Organic Carbon, OC)와는 높은 상관성을, 원소상 탄소(Elemental Carbon, EC)와는 낮은 상관성을 보였다. 특히, OC 가운데 불용성 유기탄소 (Water Insoluble Organic Carbon, WISOC)는 EC와 높은 상관성을 보임으로써, EC는 기존의 연구결과처럼 물에 잘 녹지 않는다는 것과 OC성분 중 불용성 성분(WISOC)는 주로 1차 생성에 의해 발생하는 것을 설명할 수 있었다. 측정기간 미세먼지 내의 WSOC 농도는 여름보다는 겨울철에 높은 경향을 보였으며, WSOC/OC의 비율은 겨울철뿐만 아니라 여름철에도 높은 경향을 보였다. WSOC와 이온과의 상관성을 보면, 2차 생성이온들과 좋은 상관성을 보였기 때문에 서울의 WSOC 생성은 광화학반응에 의한 2차 생성이 주요 기여원인 것으로 보인다. 2차 생성이온 가운데에서도 질산염과의 관계가 황산염보다 높아 서울의 WSOC 생성은 장거리 이동에 의한 2차 생성보다는 국지적 2차 생성에 의한 것으로 예상된다. WSOC는 SCAPE2로 계산한 고체상 입자 농도 중 건조입자의 질산암모늄과 높은 상관성을 보이며, 다른 염들과는 상관성이 낮았다. 반면에, 대기 중 상대습도가 입자가 수분을 충분히 흡수할 수 있을 정도로 높다고 가정하였을 때 계산된 입자의 수분함량과 WSOC는 양의 상관을 보였다. 입자의 수분함량은 조해점 이상의 상대습도와 여러 흡습성 이온의 농도에 의해 결정되는 반면, WSOC의 농도는 대기 중 상대습도나 다른 흡습성 이온의 농도보다는 입자가 건조할 때의 질산암모늄과의 상관성만 보였기 때문에 WSOC와 수분함량의 상관성을 찾기 힘든 것으로 생각된다. 결론적으로 WSOC와 이온에 의한 수분함량 사이에는 상관성이 있는 것으로 판단되며, 그 사이에 질산염이 중요한 역할을 하는 것으로 예상이 된다. 이 논문에서는 자료의 항목 부족과 개수 부족으로 충분히 서울의 미세먼지 내 WSOC와 수분함량 사이의 상관성을 분석할 만큼 대표성 있는 자료 분석을 하지는 못하였지만, 전개한 분석 방법을 통해 앞으로 충분한 개수의 자료가 얻어진다면 보다 명확한 연구결과를 얻을 수 있을 것이다.;In this study, we have analyzed relationship between the measured Water Soluble Organic Carbon (WSOC) concentrations and the estimated aerosol water content of PM10 (particulate matter with an aerodynamic diameter of less than or equal to 10 μm) for the period between September 2006 and August 2007 at Seoul, Korea. Water content of PM10 was estimated by using a gas/particle equilibrium model, Simulating composition of Atmospheric Particles at Equilibrium 2(SCAPE2). The WSOC concentrations showed low correlation with Elemental Carbon (EC), but Water Insoluble Organic Carbon (WISOC) were highly correlated with EC. It seemed that hydrophilic groups were produced by secondary formation rather than primary formation. As with the previous studies, WSOC showed good correlation with secondary ions (NO3-, SO42-, NH4+), especially WSOC was highly correlated with NO3- that is a secondary ion formed by photochemical oxidation from more local sources than SO42-. No apparent correlation between the measured WSOC and estimated water content was observed. In contrast, WSOC showed good correlation with estimated water content when it was assumed that relative humidity was higher than the deliquescence relative humidity of the system. In conclusion, WSOC is correlated with water content by hygroscopic ions and it is expected that nitrate play an important role among the water content and WSOC. This thesis could not offer the representative analysis of correlation between WSOC and water content at Seoul due to small number of data and insufficient chemical composition data. Thus, further research is warranted.