태화산에서 PM2.5중 OC의 연속 측정과 농도 분포 및 생성원 구분 :Continuous measurement of PM2.5 organic carbon (OC) at Mt. Teahwa : temporal variation and estimation of source

함지영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 함지영 (고려대학교, 고려대학교 대학원)

지도교수: 이미혜

발행연도: 2015

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요약

2013년 5월부터 2014년 4월까지 PM2.5 중 유기탄소(organic carbon, OC)와 원소탄소(elemental carbon, EC)를 경기도 광주 태화산 대기관측소(TRF)에서 Sunset 기기를 사용하여 TOT / NIOSH 5040 protocol 방식에 의해 1시간 간격 석영 필터로 포집 후 측정하였다.
1년 동안 OC와 EC의 평균 농도는 각각 5.0±3.2 ㎍C/㎥와 1.7±1.0 ㎍C/㎥이며, 평균 OC/EC 비는 3.2±1.4 이었다. 계절별로 OC와 EC의 평균 농도는 겨울(12-2월)에 6.5±3.6 ㎍C/㎥와 1.9±1.1 ㎍C/㎥로 가장 높았고, 초여름(5-6월)에 4.8±2.7 ㎍C/㎥와 1.8±0.8 ㎍C/㎥ 이었고, 늦여름(8-9월)에 2.5±1.4 ㎍C/㎥와 1.4±0.6 ㎍C/㎥로 가장 낮았다. EC는 6-7시부터 농도가 증가하기 시작해 9-10시경 최대농도를 보인 후 감소하는 일변화가 뚜렷했다. 반면 OC는 오전에는 EC와 변화 양상이 유사했으나 오후에는 계절에 따라 다른 변화를 보였다. 특히, 초여름(5-6월)에는 OC의 농도가 오후에도 높게 유지되었다.
이러한 계절과 시간에 따른 OC와 EC의 변화 특성에 기초해 1차 유기탄소(primary organic carbon, POC)와 2차 유기탄소(secondary organic carbon, SOC)의 기여를 구분하였다. 모든 계절 오전(6-12시)에 EC 증가 시 OC도 증가하였고, 이때 NO와 CO도 증가하여 EC, OC와 강한 양의 상관관계를 보였다. 이 시간은 출근 시간대이며 차량 통행량의 증가로 NO와 CO 같은 직접 배출이 많았다. 따라서 오전(6-12시) 동안 OC의 증가는 1차 배출에 의한 영향으로 판단하였다. 모든 계절 오후(13-18시)에서는 O3의 고농도가 나타나서 광화학 생성 OC를 예측할 수 있다. 이것을 근거로 EC 추적자 방법에 의해 SOC를 계산 하였는데, 계절별로 오후에 SOC 변화 차이를 보였다. 오후 SOC 농도가 가장 높은 초여름 15-17시에는 OC만 증가하여 EC와의 상관성(R2 < 0.2)이 낮고, OC/EC 비율(3.2)은 증가하였다. 또한 초여름 동일 시간대에서 O3과 isoprene의 농도가 가장 높았으므로 OC의 2차 생성에 의한 기여가 컸을 것으로 추정하였다.

Abstract

Organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) in PM2.5 were measured with Sunset OC/EC Field Analyzer at Taehwa Research Forest (TRF) near Seoul metropolitan area from May 2013 to April 2014. OC and EC were collected on quartz filters every hour and analyzed by TOT/ NIOSH 5040 protocol method.
The mean values of OC and EC for the entire period were 5.0 ± 3.2 μg/m3 and 1.7 ± 1.0 μg/m3, respectively. And the highest concentration of OC and EC was found in winter (Dec. ~ Feb.) of 6.5 ± 3.6 ㎍C/㎥ and 1.9 ± 1.1 ㎍C/㎥, followed by dry summer (May ~ June) of 4.8 ± 2.7 ㎍C/㎥ and 1.8 ± 0.8 ㎍C/㎥, and the lowest in wet summer (Aug. ~ Sep.) of 2.5 ± 1.4 ㎍C/㎥ and 1.4 ± 0.6 ㎍C/㎥. The diurnal variations of the total OC and EC clearly presented an increasing trend starting from local 6:00 ~ 7:00 and reached to the maxima around 9:00 ~ 10:00. And the second peak of OC in the afternoon was found to be varied in different seasons with the highest concentration observed in dry summer (May ~ June), which was not observed for EC.
Based on the differences between OC and EC reflecting from season and diurnal variation, the contributions of the primary organic carbon (POC) and secondary organic carbon (SOC) were estimated. OC and EC were well correlated during the morning rush hours when simultaneous increase of NO and CO. It was likely to be direct emitted from vehicle. Therefore, increase of the OC in the morning time was determined by effects of the primary emission. In contrast, the coincide increase of the total OC and O3, rather than EC, in the afternoon suggested photochemical generation OC. In order to quantify the photochemical OC, the SOC were calculated by the EC tracer method, which varied seasonally in the afternoon. In dry summer, especially, significant increase of OC led to the weak correlation of OC and EC (R2 < 0.2) and high OC/EC ratio (3.2) during 15:00 ~ 17:00. Meanwhile, the high concentration of isoprene under high O3 level was observed, which indicated the contribution of secondary formation to OC, therefore, the following estimation was done.

Key words : OC/EC, Taehwa Research Forest, primary and secondary organic carbon

#OC/EC #태화산 #1차 유기탄소와 2차 유기탄소

Abstract I
요약 II
목차 III
그림 목차 IV
표 목차 V
1. 서론 1
2. 측정 4
2.1 측정 장소 4
2.2 측정 항목 4
2.3 수용성 유기탄소 실험 6
3. 결과 및 토의 8
3.1 OC와 EC 농도 8
3.2 OC와 EC의 계절별 특성 8
3.2.1 OC의 계절변화 8
3.2.2 EC의 계절변화 10
3.2.3 OC와 EC 상관관계의 계절변화 11
3.3 2차 유기탄소 추정 13
3.3.1 EC tracer method 13
3.3.2 Deming regression 분석 14
3.3.3 Linear regression 분석 15
3.3.4 Mode 분석 16
3.4 2차 유기탄소의 계절별 특성 17
3.5 봄 동안 수용성 유기탄소의 농도 분석 21
4. 결론 24
참고문헌 26
부록 73

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