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04 포스터 발표 : 토양 환경 분야(PS) ; PS-11 : IC-ICP-MS를 이용한 토양 중 무기비소 종 분리 분석방법 연구
문상현 ( Sang Hyeon Mun ),이복자 ( Bok Ja Lee ),김혜성 ( Hye Soeng Kim ),조민경 ( Min Kyoung Cho ),성지영 ( Ji Young Sung ) 한국환경농학회 2015 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2015 No.-
중금속의 유해성은 총량적 개념보다는 산화상태가 다른 다양한 화학종의 종류에 따라 달라진다. 이에 본 연구에서는 총량 개념 농도를 기준으로 한 기존의 시험 방식에서 벗어나 서로 다른 산화가를 갖는 토양 중 무기화학 종 2종류(As3+, As5+)를 IC-ICP-MS를 사용하여 최적 분석방법으로 분석하고 그 조건을 확립, 제안하고자 한다. 자연 상태 환경시료의 경우 시료처리 과정에 따라 원소의 산화가 상태가 쉽게 달라지기 때문에 균질성 유지를 위하여 ERA 표준 토양시료(CRM-540, ERA-620)를 사용하였고 ICP-AES 분석을 통해총비소 함량을 알고 있는 장항시료를 대상으로 실험하였다. 무기비소 추출을 위한 전처리 방법은NIH(U.S.National Institutes of Health) Public Access, Yong Cai(2006. May)의 인산 용액을 사용한 토양 중 비소 추출방법을 참고하였고 기기 분석법은 식품중 무기비소에 관한 연구(국립독성과학원, 2002.)를 참조하였다. 인산의 농도와 전처리 시간에 따라 무기비소 추출 효율이 달라질 수있음으로 이에 유의하여 인산 0.3 M, 25 mL를 각각의 시료에 넣어 추출하였다. 용출된 무기비소를 분석하기 위해 사용한 ICP-MS는 Agilent사의 7700X series이고 용출된 시료 용액으로부터 무기비소를 분리 분석하기 위해 Metrohm사의 IC(881 Compact IC Pro & 882 Compact IC Plus)에Anion-exchange column(4.6 mm×250 mm, Hamilton PRP-X100, 5 μm)을 사용하였다. ICcolumn과 ICP-MS nebulizer는 PTEE capillary tubing(0.25 mm)을 사용하여 연결하였다. 이동상의 유량은 비소 종의 머무름 시간과 시그널의 분리도에 영향을 미치는 만큼 유량은 1 mL/min, 시료는 20 μL를 주입하였다. IC-ICP-MS를 사용한 토양 중 무기비소 종 분리는 적절한 buffer 선택과 최적 완충조건에 따라 추출효율과 추출되는 비소화학종이 달라지는 만큼 분석이 쉽지 않다. 특히이동상의 pH에 따라 분자의 극성도가 달라져 컬럼에서의 상호 작용이 변화하므로 buffer의 일정한 pH값을 유지하기 위한 적절한 환경 조건 유지가 필요하다. 본 연구결과에서 IC-ICP-MS 분석법의 As3+ 회수율은 99%, 정밀도는 0.8%이며, As5+ 회수율은 98%, 정밀도는 1.0% 이내로 우수한 정밀성을 보였다. ICP-AES 총비소 측정 결과값을 100%로 보았을 때 IC-ICP-MS로 측정한 CRM-540, ERA-620 표준시료 무기비소(As3+, As5+) 회수율은 각각76%, 97%로 양호한 결과를 보였다. 이처럼 IC-ICP-MS를 사용한 분석은 Sensitivity, Selectivity,Stability에 있어서 우수하며 산화상태가 다른 화학종의 종류에 따라 중금속의 독성을 판단하는 유해원소 분리, 분석에 적합하다. 토양 중 IC-ICP-MS를 이용한 무기비소 종 분리 분석법은 무기비소에 따른 생물 위해 정도를 예측할 수 있는 자료가 될 뿐만 아니라 토양 중 비소 종 분리 분석법적용 가능성을 모색하고 IC-ICP-MS에 의한 분석법을 제안하여 향후 지정제도 운영에 도움을 주고자 하였다.
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폐광산 오염이 주변 농업생산기반 시설에 미치는 잠재적 영향 탐구
김혜성 ( Hye Soeng Kim ),문상현 ( Sang-hyeon Mun ),도효석 ( Hyo Seok Do ),곽진석 ( Jin Suk Kwak ) 한국환경농학회 2016 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2016 No.-
우리나라 중금속 오염 농경지는 대부분이 휴·폐광산 인근에 분포하고 있으며, 오염 농경지에서는 작물생산을 위한 영농활동이 지속적으로 이루어지고 있는 상태이다. 안전한 농산물에 대한 관심이 높아짐에 따라 농산물의 생산기반인 농경지 및 수환경(지표수, 지하수)에서의 중금속 오염에 대한 연구에 대한 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 휴·폐광 상태의 광산에 방치된 광미, 폐광석 및 갱내폐수로부터 발생하는 중금속오염물질이 농업생산기반시설에 미치는 잠재적 영향에 대하여 알아보기 위하여, 국가안전성조사사업의 일환으로 진행된 “2015년 농경지 중금속 등 오염실태조사”의 결과를 기반으로 하여, 폐광산오염과 농업생산기반시설의 오염실태에 대한 연관성을 알아보고자 하였다. 정밀조사대상 24지구 중 상부오염원이 갱구, 폐광석, 갱내수가 존재하는 유형의 강원(동원)광산을 선택하였고, 중금속 오염 현황과 오염물질의 이동가능성에 대하여 알아보고자 하였다. 현행 토양환경보전법의 토양오염우려기준 ‘1’ 지역을 기준을 적용하여 토양오염여부를 판단하였다. 휴폐광산으로부터 반경 4~6 km에 위치한 농경지 토양시료는 Cd, As가 토양오염 우려기준을 초과하였고, 일부지역에서는 As가 토양대책기준을 초과한지역도 있었다. 폐광산 주변에 적치된 10,000 m3의 폐석이 유실에 우려는 없었으나, 주변 농경지 토양을 오염시키고 있는 것으로 판단되었다. 폐광산 하류에 위치한 농경지 토양의 비소오염에 대한 정확한 자료는 부족하나. 비소를 포함하는 일차광물인 황화광물과 풍화에 의한 Jarosite, Scorodite 등과 같은 작은 크기의 이차침전광물들 및 비소가 흡착된 철산화물 등의 이동이 예상되며, 폐광산 하류지역 농경지 토양에 비소가 높을 것으로 예상할 수 있었다. 중금속의 이동요인에 대한 탐구를 위하여, 다양한 시도가 필요할 것으로 여겨진다. 그 중 하나의 시도로서 중금속의 화학적 형태 파악을 위한 분석을 위해 연속추출법을 통해 잠재적 오염 가능성을 평가하여 위험지수(Danger Index)를 도출하여 광산의 종류별 정화기술의 접근 방법을 달리하여 복원을 위한 사업이 이루어지길 제안한다.
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토양환경 분야PS-02 : 간척지 조성경과 기간이 다른 토양 염도 분포비율 비교연구
조민경 ( Min Kyoung Cho ),이복자 ( Bok Ja Lee ),문상현 ( Sang Hyeon Mun ),김혜성 ( Hye Soeng Kim ),성지영 ( Ji Young Sung ) 한국환경농학회 2014 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2014 No.-
간척지를 농경지로 활용하기 위해서는, 간척지 조성 초기의 제염작업이 필수적이며, 이러한 제염이 어느 정도 진행되었는지에 대한 토양 염류도의 지속적인 모니터링 역시 반드시 필요하다. 토양의 높은 염도는 식물의 생육에 직접적은 영향을 미치므로, 간척지를 조성한 후 다양한 활용을 위해서는 생산기반조성뿐 아니라, 염도관리는 매우 중요하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 조성 후 10년 이상 경과 된 간척지(SM)와, 최근 조성된 간척지(SH)에 대하여, 토양조사를 실시하여, 두 지역의 염류도 분포를 기준으로 제염의 진행정도를 파악하기 위하여 포화추출액 전기전도도(ECe)를 측정하였고, 수용액 중의 양이온 함량, 염소 함량 및 SAR과의 상관관계를 알아보았다. 또한 토양의 일반적인 특징을 파악하기 위하여 토성분석, 산도 및 유기물 함량 등을 측정하였다. 토양의 염류도를 구분하기 위한 지표로는 ECe와 SAR가 가장 널리 사용된다. ECe에 의한 토양염류도 구분은, 2 dS/m 이하는 비염류성, 2~4 dS/m는 약염류성, 4~8 dS/m은 중염류성, 8~16 dS/m은 강염류성, 16 dS/m이상은 극염류성으로 나누어진다. 또한 SAR에 의한 구분은, SAR < 10이하이면 식물의 생육에 영향이 없고, 10~26이면 식물생육에 영향을 미치며, SAR > 26이상이면 식물생육에 상당한 영향을 끼치는 토양 염류도인 것으로 판단한다. 채취한 토양을 포화반죽한 후 진공펌프를 이용하여 추출한 여액의 전기전도도(ECe)를 측정하였다. 또한 Na+, Ca2+, Mg2+의 함량은 유도결합플라즈마 원자발광분광법(ICP-AES)으로 측정하였고, 염소(Cl-)함량은 질산은 적정법(수질오염공정시험기준, 2013)으로 측정하였다. 두 지역의 토성 분석 결과, 사양토(SL) 또는 미사질양토(SiL)가 가장 많은 비중을 차지하였고, 두간척지 모두 공통적으로 양토의 성질을 가지고 있었다. 10년 이상 경과된 SM 간척지는 비염류성 토양의 비율이 약 46%이었고, 약염류성 토양은 약 18%, 중염류성 토양은 약 15%, 강염류성 토양은 약 15%, 극염류성 토양은 약 6%로 비염류성 토양의 비율이 가장 많았다. 이와 달리 신규 조성된 SH 간척지는 비염류성 토양의 비율이 약 6%이고, 약염류성 토양은 약 14%, 중염류성 토양은 약 13%, 강염류성 토양은 약 18%, 극염류성 토양은 약 48%로 극염류성 토양의 비율이 가장 많았다. 토양의 염류도 분포를 기준으로 볼 때, 조성기간이 오래된 SM 간척지의 경우 농경지로써 사용이 가능한 정도의 염류도를 갖는 비율이 약 65%정 도로 많은 부분에서의 제염작업이 이루어졌다고 볼 수 있다. ECe를 기준으로 구분한 토양들의 양이온의 농도 및 SAR의 평균은 ECe가 증가함에 따라 SAR도증가하는 것을 알 수 있고, 염소이온의 농도 역시 이와 비례하여 증가하는 관계를 갖는 것을 보였다. 따라서 간척지 조성 초기에는 높은 염류도를 갖지만, 염류도를 충분히 낮출 수 있으며 이렇게 제염이 적절히 진행된 토양은 농경지 및 일반용지로서의 효용가치를 가질 수 있을 것으로 기대된다.
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