미세먼지와 분석과학

미세먼지 측정이 시작된 1989년 이래 미세먼지 농도는 지속적으로 감소하고 있는 추세이다. 그러나 2015년 초미세먼지 환경기준 도입과 예보 생산으로 미세먼지에 대한 국민들의 관심이 폭발적으로 증가하고 추가적인 농도 저감에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 초미세먼지의 발생 원인에 대한 과학적 이해에 기반한 저감 정책을 수립하기 위해 다양한 연구가 추진되고 있다.

초미세먼지의 화학적 특성 분석을 위해서는 성분의 특성에 따라 이온크로마토그래피, 가스크로마토그래피, 액체크로마토그래피와 같은 고정상과 분석대상물질의 화학적 결합 특성에 따라 대상 물질을 정성할 수 있는 분석법을 기반으로 측정 모듈과 결합된 형태의 분석기기가 주로 활용이 되고 있다.

미세먼지 입자의 크기분포와 같은 물리적 특성은 전통적인 관성 충돌방식, 전기 하전량의 차이에 따른 이동도 측정방식이나 광산란 방식의 측정법을 통해 파악하고 있다. 항공관측에서는 항공기의 빠른 이동 속도에서도 안정적으로 시료채취와 분석을 하기 위해 비행 속도를 고려한 노즐시스템과 준실시간 분석이 가능한 분석기가 사용되고 있다. 노즐은 외부의 압력, 온도에 따라 일정한 유량을 흡입할 수 있는 시스템으로 구성되어 있고, 분석기는 비행시간분석기법(TOF)과 질량분석기(MSD)를 결합한 에어로졸 질량분석기가 주로 사용된다.

위성은 에어로졸, 이산화질소, 오존, 포름알데히드, 이산화황과 같은 대기오염물질이 고유한 산란과 흡수성을 가지는 분광학적 특성을 활용한다. 위성에 탑재된 초분광기를 통해 지구에 반사된 태양빛의 파장별 감쇠 정보를 획득하고 이로부터 오염물질의 전층 농도를 산출한다. 배출원 감시에도 초분광기를 적용한 측정기가 활용되고 있다.

시료채취 및 측정기기로 굴뚝에서 직접 배출오염물질을 측정하는 방식에서 자외선 차등흡광분석기, 적외선분광기 및 광학가스이미지카메라 등 분광분석 기술을 이용한 원격측정 방식을 도입하여 적용성을 평가하고 있다. 전통적인 화학적 분석기법과 함께 지속적으로 개발되고 있는 새로운 분석기법 등 다양한 분석기법을 통합 적용함에 따라 초미세먼지의 배출원으로부터의 발생 특성, 2차 생성 기작, 장거리 이동 특성 등 전 주기에 걸친 특성을 파악할 수 있게 되었다.

분석기법의 발달은 초미세먼지와 같이 해결하기 어려운 여러가지 환경학적인 문제들에 대한 정확한 정보를 제공해주고 이를 바탕으로 비용 효과적인 저감 대상, 저감 방법을 명확하게 제시해주는 길잡이가 되고 있다.

From : 장윤석 국립환경과학원