대기 중 마이크로플라스틱과 스타이렌 올리고머의 모니터링
Monitoring of Microplastics and Styrene Oligomers in the Atmosphere
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Abstract
목적
플라스틱으로 인한 환경오염은 중요한 환경적 이슈이다. 이 연구의 목적은 대기 중에 존재하는 마이크로플라스틱과 폴리스타이렌(polystyrene, PS) 플라스틱에서 유래될 수 있는 인위적 화학종인 스타이렌 올리고머 (styrene oligomers, SOs) 12종을 모니터링하는 것이다.
방법
상기 목적을 달성하기 위해 이 연구는 광주광역시와 제주도 일원의 대기 시료를 채취하여 Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR)와 gas chromatography/mass spectroscopy (GC/MS)로 마이크로플라스틱과 12종 SOs 화학종의 농도를 정량적으로 분석하였다. 이 연구에서 마이크로플라스틱과 SOs 화학종의 시료 채취를 위해 스테인레스 스틸 필터를 사용하였다.
결과 및 토의
2019년 광주광역시 대기 중 조사된 SOs의 평균 농도는 0.24 (± 0.56) µg/m3이고, 2020년에 광주광역시 SOs의 평균 농도는 0.10 (± 0.16) µg/m3이었다. 또한, 2020년 제주도 SOs의 평균 농도는 0.11 (± 0.07) µg/m3인 것으로 모니터링되었다. 게다가, 2020년 광주광역시와 제주도 대기 중에 존재하는 마이크로플라스틱 농도는 0.13 개/m3에서 1.13 개/m3로 측정되었다. 이때, 검출된 마이크로플라스틱은 모두 9종이었고, 검출빈도가 가장 많은 마이크로플라스틱은 polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene vinyl acetate (EVA), acrylate 재질이었다. 모니터링된 마이크로플라스틱의 모양(shape)은 모두 실(fiber)과 조각(fragment) 형태로, 아마도 대기 중 마이크로플라스틱이 주로 섬유에서 이탈되었거나 혹은 마찰과 파손에 의해 발생된 것으로 생각된다. 결과적으로, SOs와 마이크로플라스틱이 대기의 질을 평가하는데 새로운 오염 지표가 될 수 있다.
결론
이 연구는 SOs 화합물과 마이크로플라스틱에 관한 모니터링은 처음 시도하는 것이어서 플라스틱으로 인한 오염도 평가에 기여할 것으로 기대된다.
Trans Abstract
Objectives
Plastic pollution is a very important environmental issue. The objective of this study is to monitor microplastics and styrene oligomers (SOs) as artificial chemical species that can be derived from polystyrene (PS) plastics.
Methods
In order to achieve the above objective, this study collected atmospheric samples from the air of Gwangju City and Jeju Island and analyzed the concentrations of microplastics and SOs chemical species using Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) and gas chromatography/mass spectroscopy (GC/MS). In this study, a stainless steel filter was used for the sampling of microplastics and SOs species.
Results and Discussion
In 2019, the average concentration of SOs in the atmosphere of Gwangju City was 0.24 (± 0.56) µg/m3, and in 2020, the average concentration of SOs in Gwangju City was 0.10 (± 0.16)µg/m3. Those average concentration in Jeju Island in 2020 was monitored to be 0.11 (± 0.07) µg/m3. Moreover, the concentration of microplastics present in the atmosphere of Gwangju City and Jeju Island in 2020 ranged from 0.13 particles/m3 to 1.13 particles/m3. In this time, 9 types of microplastics were detected, and the most frequently detected microplastics were polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene vinyl acetate (EVA), and acrylate materials. The monitored microplastic shapes were both fibers and fragments, suggesting that atmospheric microplastics are mainly released from fibers or caused by friction and breakage. Consequently, SOs and microplastics can be new pollution indicators for evaluating air quality.
Conclusion
This study is the first attempt to monitor SOs compounds and microplastics, so it is expected to contribute to the evaluation of the extent of plastic pollution.
1. 서 론
현재 마이크로플라스틱(microplastics, 플라스틱의 크기가 5mm 이하로 흔히 미세플라스틱이라는 용어를 사용하나, 이 연구에서는 영문 발음 그대로 사용함)으로 인한 환경오염 문제가 국내외적으로 큰 주목을 받고 있다[1-7]. 대부분의 플라스틱 재질은 물리, 생물, 화학적으로 매우 안정적이어서, 음식 용기, 각종 포장재, 건축 소재, 자동차 소재, 섬유, 휴대전화 및 관련 부품, 각종 청소용품 등 거의 모든 일상생활에서 사용되는 인류의 필수품이 되었다. 하지만 플라스틱이 지니는 광분해, 대사 분해, 생분해에 저항하는 특성으로 인해 환경 내에 장기간 체류하면서 분해되지 않아 매우 심각한 환경 문제를 유발하게 된다[8,9]. 예를 들어, 사용 후 플라스틱이 환경에 버려지게 되고, 버려져 파편화된 폐플라스틱 조각 혹은 부스러기 (plastic debris)를 해양 생물체들이 섭식하여 질식사, 소화 장애, 질병 등과 같은 악영향을 받게 된다[10]. 그래서 마이크로플라스틱과 같은 플라스틱 부스러기에 의해 유발될 수 있는 환경오염 문제를 연구하는 것은 매우 중요하다.
1972년 북대서양 Sargasso Sea 해양환경에서 플라스틱 부스러기들이 처음 검출되면서[1], 기존에 플라스틱으로 인한 환경오염과 관련된 마이크로플라스틱 모니터링 연구가 주로 해양환경에서 광범위하게 수행되었다[2-6]. 최근에 이르러 하천 등 육상 생태계에서 마이크로플라스틱의 모니터링 조사가 수행되었다[8]. 무엇보다, 2004년에 마이크로(micro)/나노(nano) 크기의 마이크로플라스틱에 대해 주목하게 되면서 다양한 모니터링 시도들이 알려져 있다[8]. 예를 들어, 맥주, 식용 꿀, 소금, 각종 야채류, 수돗물에서 각종 마이크로플라스틱이 검출되는 것이다[3,8]. 이처럼 일상의 생활환경은 물론 다양한 자연환경의 영역에서 플라스틱으로 인한 환경오염에 대한 염려가 널리 인식되었다.
하지만 다양한 모니터링 시도에도 불구하고, 대기환경에서 플라스틱 오염을 모니터링하려는 연구는 매우 제한적으로 수행되었다. 대기 중 존재하는 마이크로플라스틱 입자에 관한 모니터링 연구는 미국, 스위스, 프랑스, 중국 등 극히 일부 국가에서 부분적으로 수행되었다[11-16]. 2016년, 대기에서 유래된 polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) 플라스틱 소재의 마이크로플라스틱이 보고되었다[11-13]. 2019년, 프랑스 피레네 산악지대의 대기 시료에서 PS, PE, PP, polyvinyl chloride (PVC), polytelephthalate (PET or PETE) 플라스틱 소재의 마이크로플라스틱들이 검출되었고, 이들 마이크로플라스틱 입자들이 약 60~95km 떨어진 먼 지역에서 이동해온 것으로 연구 결과를 보고하였다[16]. 2020년, Brahney et al. [11]에 따르면, 미국의 국립공원 등 거의 모든 보호지역(인디언 보호구역 등)의 대기 시료에서 다양한 마이크로플라스틱 입자를 검출하여 하늘에서 마이크로플라스틱 비가 내린다고 보고하였다. 게다가, 대기환경에서 플라스틱 제조에 사용되는 첨가제와 플라스틱 고분자화합물 그 자체에서 유래될 수 있는 유해 화학물질에 관한 모니터링 조사 역시 수행된 바가 없는 것으로 판단된다. 그래서 플라스틱으로 인한 환경오염을 좀 더 체계적으로 평가하기 위한 새로운 시도들이 필요하다.
상술한 바와 같이, 대기 중 마이크로플라스틱 모니터링에 관한 연구는 초기 단계로 보이며, 향후 많은 연구과제가 수행될 필요가 있는 분야로 여겨진다. 더욱이 우리나라 역시 대기 중 마이크로플라스틱 모니터링에 관한 연구 결과가 없는 것으로 판단된다. 무엇보다, 플라스틱 고분자화합물에서 유래된 인위적 화합물에 관한 연구는 거의 보고된 바가 없다. 대표적인 플라스틱 유래 인위적 화합물로서 스타이렌 올리고머 (styrene oligomers, SOs)는 PS 플라스틱 제조하는 과정에서 부반응에 의한 부산물로 생성되는 인위적 환경오염물질이다[17-20]. PS는 고분자 플라스틱 소재 중의 하나로 음식물을 보관하는 용기, 전자제품의 포장재, 부표, CD 케이스 등 우리의 일상생활에 흔히 사용되는 친숙한 소재이다[19]. 특히, 대기환경에서 존재할 수 있는 SOs 화합물에 관한 연구는 국내외적으로도 수행된 바가 없다. 결과적으로, 마이크로플라스틱과 PS 폐플라스틱 등을 포함하여 장기간에 걸쳐 광범위한 지역으로 분포하면서 이로 인해 침출될 수 있는 유해 SOs 화합물을 모니터링할 필요가 있다.
이 연구의 목적은 광주광역시와 제주도 지역 대기환경으로 노출된 마이크로플라스틱과 PS 플라스틱 자체에서 침출될 수 있는 유해 styrene monomer (SM)와 11종 SOs 오염물질을 조사하는 것이다. 이 연구에서 SOs의 농도는 SM을 포함하여 총 12종의 농도를 합하여 후술하고자 한다. 이 연구는 대기 중 마이크로플라스티과 SOs 시료를 채취하기 위해 능동식 시료 채취 방식을 채용하였고, 채취된 대기 시료에서 SOs 분석은 기체크로마토그래피/질량분석기(gaschromatograph/mass spectrophotometer, GC/MS)로 수행하였다. 또한, 채취된 대기 시료 중 마이크로플라스틱과 같은 입자성 물질의 동정은 Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR)로 이루어졌다.
2. 재료 및 방법
2.1. 시약 및 재료
SM과 11종 SOs (Table 1) 분석을 위해 사용한 표준물질 중 SM은 Sigma-aldrich (St. Louis, USA)에서, 그 외 나머지 4종의 styrene dimers (SDs)와 7종의 styrene trimmer (STs) 표준물질은 Wako chem. (Tokyo, Japan)에서 구매하였다. 또한, SOs를 정량하는데 필요한 적절한 3종의 내부표준물질(internal standard, IS)은 모두 AccuStandard (New haven, USA)에서 구매하였으며, 구체적인 SOs 화학종별 적절한 IS는 이전 연구 결과를 참고하기 바란다[18]. 간략하게 서술하면, 이때 사용된 IS는 SM의 경우에 Acenaphthene-d10 (Ace-d10)을, 1,3-diphenyl propane (SD-1), 2,4-diphenyl-1-butene(SD-3),trans-1,2-diphenylcyclobutane (SD-4), 2,4,6-triphenyl-1-hexene (ST-1)의 경우에 Phenanthrene-d10 (Phe-d10)을,1a-phenyl-4e-(1´-phenylethyl)tetralin(ST-3),1e-phenyl-4e-(1´-phenylethyl)tetralin (ST-5), 1,3,5-triphenylcyclohexane -isomer (ST-6 & ST-7)의 경우에는 4-Terphenyl-d14 (4-ter-d14)을 사용하였으며, 선정된 이들 IS로 개별 SOs 화학종을 정량화하였다.
2.2. 시료채취 위치 및 시료 채취 방법
Fig. 1에 제시한 바와 같이, 이 연구에서 SOs와 마이크로플라스틱 시료 채취는 광주광역시와 제주도 대기환경에서 2019년 4월부터 2020년 12월까지 수행되었다. 다만, 제주도 지역의 SOs 모니터링 결과는 20202년 결과만 제시하였다. 광주광역시 4지점과 제주도 4지점, 총 8지점에서 대기 시료가 채취되었다. 도심지역인 지점 A는 광주테크노파크 (광주 북구 첨단과기로 333), 지점 B는 전남대학교 공과대학 3호관 (광주 북구 우치로 130), 지점 C는 조선이공대학교 3호관 (광주 동구 조선이공대길 15), 지점 D는 광주광역시 상수도사업본부 주변 (광주 남구 소재)이고, 제주도 지점 E는 김녕 해변 (해양환경, 제주시 구좌읍 해맞이해안로 7-6)이었다. 나머지 제주도 지역의 모든 시료 채취지점들은 숲으로 둘러싸인 지역들이다. 즉, 지점 F는 절물자연휴양림(제주시 명림로 584), 지점 G는 붉은오름자연휴양림(제주도 서귀포시 표선면 남조로 1487-73), 지점 H는 서귀포자연휴양림(제주 서귀포시 하원동 산 1-1)이었다. 이 지점들에서 측정된 SOs와 마이크로플라스틱의 농도는 추후 배경 농도로 활용하거나 아니면 추후 플라스틱 오염도를 평가하는 기초 자료로 활용될 수 있다. 또한, 대기 중 SOs와 마이크로플라스틱을 모니터링하기 위한 표준화된 분석법이 개발되어 있지 않아서, 이 연구에서 제안될 SOs와 마이크로플라스틱 시료 채취법은 향후 있을 것으로 기대되는 대기 중 SOs와 마이크로플라스틱을 분석하는데 유용할 것으로 기대된다. 그래서 이 연구는 대기환경에서 플라스틱 오염도를 평가하는데 기여할 것으로 생각된다.
Map showing the sampling sites of Gwangju city and Jeju Island.
이 연구에서 SOs와 마이크로플라스틱 시료 채취에 사용된 필터는 금속성 stainless steel (SS) 재질이며, 이 SS 필터의 기공 크기(pore size)는 2µm 이고 소형 진공펌프를 이용하여 16.7L/min로 흡인하여 포집하였다. 이때 대기 중 SOs와 마이크로플라스틱 농도 표시는 포집 용량인 16.7L/min에 포집시간을 곱하여 총 포집용량을 계산하였다. 동시에 이 SS 필터를 사용할 경우에 대기 중에 존재하는 입자성 마이크로플라스틱도 동시에 시료 채취가 가능하다.
상기 대기 시료 채취에 사용된 SS 필터는 필터 제조과정에서 충분하게 이물질이 제거되지 않아서 반드시 전처리가 필요하다. SS 필터의 전처리는 필터의 상업적 구매 후 흐르는 수돗물과 증류수로 3회 이상 각각 깨끗이 씻은 후, 다시 소독용 에탄올에 약 1일 이상 담궈서 기름 등 이물질을 제거할 수 있도록 다시 증류수로 씻었다. 이때 씻긴 SS 필터는 과산화수소(35%, Duksan, Ansan, Korea) 용액에 7일 동안 담그고 이후 증류수로 씻고 건조 후 시료 채취에 사용하였다. 최종적으로 전처리된 SS 필터의 표면 검사는 광학현미경(삼원과학산업, 모델: JSZ-7XB/7XT, 줌실체현미경)과 FTIR 분광학적 분석을 통해 이루어졌다.
2.3. 마이크로플라스틱 분석
상술한 바와 같이 이 연구에 사용된 분광기는 FTIR microscope (모델: Nicolet iN10 MX, Thermo Fisher Scientific사, 미국)로 마이크로플라스틱의 동정에 사용되었고, 이 FTIR의 상세한 분석조건은 Table 2와 같다.
FTIR analysis conditions.
2.4. SOs 분석을 위한 전처리
상술한 바와 같이 대기 시료가 채취된 SS 필터는 SOs 정량분석을 위해 다음과 같은 전처리과정을 수행하였다. SS 필터에 BP (1mg/L) 30µL를 주입하고, 다음 25 mL DCM를 가하여 초음파추출기 (model : Sonifier 450, Branson Ultrasonics Corp., Danbury, USA)로 1분간 추출하였다. 이 추출 절차를 4회 반복 추출하여 약 100 mL의 DCM 추출 용액을 질소 농축기(model: Turbovap classic Ⅱ, uppsala, Sweden)를 사용하여 추출 용액이 0.75 mL가 될 때까지 농축하였고, 여기에 IS (2 mg/L) 30 µL를 가하여 분석 시료로 하고 GC/MS로 분석하였다. 이때 수행된 농축 및 분석과정은 이전 연구에서 수행된 해수와 해사 시료의 전처리 방법과 동일하다[17-20].
2.5. GC/MS 분석방법 및 QA/QC
실험에 사용한 용매는 dichloromethane (DCM) (Merck KGaA, darmstadt, Germany)을, surrogate는 biphenyl (BP) (Wako Chem., Tokyo, Japan)을 각각 구매하여 사용하였다. GC/MS 분석과 유리 재질의 실험 도구를 세척하기 위해 벤젠과 메탄올(Merck KGaA, darmstadt, Germany)이 사용되었고, 이들 용매는 모두 reagent grade 등급이었다. 수분 제거용 sodium sulfate anhydrous (Na2SO4) 시약은 Extra Pure (DUKSAN, Ansan, Korea) 등급을 사용하였다.
GC/MS는 기체크로마토그래피 HP7820A와 질량분석기 HP 5977B를 사용하였다. 여기에 사용된 분석용 칼럼은 HP-5 MS capillary column (30m×250µm×0.25µm, Agilent, Santa Clara, USA)이고, MS는 전자 이온화 모드에서 70 eV로 작동되었다. 인젝터는 splitless mode로 1 µL을 주입하고 온도는 280℃로 유지하였다. 헬륨을 Carrier gas로 사용했으며 유량은 1.4 mL/min으로 일정하게 유지하였다. 오븐 온도는 먼저 50℃에서 2분간 대기하고, 분당 8℃씩 상승시켜 258℃까지 도달시킨다. 이후, 분당 4℃씩 290℃까지 증가시키고 이를 4분간 유지하여 총 Run Time은 40분으로 설정하였다. MSD transfer line의 온도는 290℃, MS Source 온도는 300℃로 각각 유지하였다. 분석은 SIM mode로 분석하였고, SOs와 내부표준물질에 대한 Selected ion은 이전 연구에서 상세하게 서술하였다[17-20].
SOs 개별 화학종의 검출한계는 2 µg/L 이하이었고, 이는 신호 대비 잡음비(signal noise ratio, SNR)의 3배에 해당하는 값으로 결정되었다. 또한, QA/QC를 위해 회수율을 평가하여 분석방법을 검증하였으며, 이때 회수율은 93~124%로 나타났다.
3. 결과
3.1. 대기 중 SOs 모니터링
Table 3에서 보는 바와 같이, 2019년 광주광역시 대기 중 조사된 SOs의 농도 범위는 0.03~1.77 µg/m3이고, 평균 농도는 0.24 (± 0.56) µg/m3이다. 또한, 2020년 광주광역시 SOs의 농도 범위는 0.01~0.42 µg/m3이고 평균 농도는 0.10 (± 0.16) µg/m3이다. 한편, 2020년 제주도 SOs의 농도 범위는 0.02~0.22 µg/m3이고, 평균 농도는 0.11 (± 0.07) µg/m3인 것으로 모니터링되었다.
Monitoring results of SOs concentration in the air.
3.2. 대기 중 마이크로플라스틱 모니터링
Table 4는 2020년 광주광역시와 제주도 대기 중 마이크로플라스틱 모니터링 결과이다. 광주광역시와 제주의 마이크로플라스틱의 평균 농도는 각각 0.62 (± 0.42) 개/m3와 0.76 (± 0.35) 개/m3이다. 이때 마이크로플라스틱의 농도 범위는 가장 낮은 0.13개/m3에서 1.13개/m3로 측정되었다.
Monitoring results of microplastics concentration in the air in 2020.
Fig. 2에 제시한 바와 같이, 이 모니터링 결과에서 총 9종의 마이크로플라스틱 재질이 검출되었고, 검출빈도가 가장 많은 마이크로플라스틱은 polyethylene (PE), polypropylene (PP), ethylene vinyl acetate (EVA), acrylate 재질이었다. 또한, Fig. 2는 광주광역시와 제주도에서 모니터링된 마이크로플라스틱의 모양(shape)에 관한 중요한 정보를 보여주고 있다. 모니터링된 마이크로플라스틱의 모양은 모두 실(fiber)과 조각(fragment) 형태였다. 채취된 마이크로플라스틱의 크기는 최소 21µm에서 최대 1,716µm이었다.
Detected microplastics FTIR mapping image.
4. 토의
이 연구는 대기 중 마이크로플라스틱 등 플라스틱 오염도를 조사하기 위해 광주광역시와 제주도를 중심으로 대기 중 SOs의 모니터링을 수행하였다. 이 모니터링 연구는 국내외적으로 처음 시도되는 것이어서 충분하게 연구할만한 가치가 있을 것으로 생각된다.
Table 3에서 보여진 바와 같이, 이 모니터링 연구에서 주목해야 할 것은 거의 모든 대기 시료에서 미량의 SOs 화합물이 검출되었다는 점이다. 즉, 대기 중 SOs 화합물의 존재는 인위적 화합물이 공기 중에 미량으로 존재할 수 있음을 암시한다. SOs 화학종은 PS 플라스틱 뿐만 아니라 스타이렌계 고무 및 수지의 제조하는 과정과 사용하는 과정에서도 대기환경으로 배출될 수 있다. 이런 SOs 화학종 중에서, SM은 일부 나무, 계피, 커피 콩 및 땅콩의 수액과 같은 다양한 식물 종의 천연성분으로 알려지지만, 상당량이 상업적인 용도로 인해 인공적으로 대량 생산되고 있다[17]. 하지만 현재까지 SM을 제외한 다른 SOs 화학종들은 그 용도도 알려지지 않았으며, 자연에서도 발견되지 않는 인위적인 화학물질이다[19].
Table 3에서 나타낸 바와 같이, 2019년 광주광역시 SOs 농도는 2020년 광주광역시와 제주도 지역에 비해 그 변동성이 매우 큰 것으로 나타났다. 표준편차 농도 대비 평균 농도의 비로 표현했을 때, 2019년 광주광역시는 2.33이었고, 2020년 광주광역시와 제주도는 각각 1.6, 0.64로 나타났다. 광주광역시의 SOs 농도의 변동성은 2019년에 비해 2020년에 상대적으로 감소하였고 제주도 지역에 비해 상대적으로 높았다. 이 시기는 2019년 12월 중국 우한에서 최초로 발병한 코로나바이러스 질병 2019 (coronavirus disease 2019, COVID-19)와 겹치는 시기로, 우리나라의 경우 2020년 초기에 COVID-19가 발생하여 시간이 지나수록 질병의 발병률이 증가하였다.21) 이 SOs 농도 변동성이 COVID-19로 인한 사회적 변동에 따른 것인지는 분명하지 않으나, COVID-19에 따른 사회적 변화와 관련된 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Fig. 3은 2019년 8월 중 21일간 광주광역시 대기에서 채취된 SOs 화학종을 분석한 것으로, 개별 SOs 화학종의 농도별 분포 양상을 나타낸 것이다. Fig. 3에 나타낸 바와 같이, 시료 중 검출 빈도가 가장 높은 화학종은 SD-1과 SD-2로 거의 모든 시료에서 검출되었으나, SD-3, ST-1, ST-2, ST-4와 같은 SOs는 채취된 모든 시료에서 검출되지 않았다. 검출 빈도는 SD-1, SD-2, ST-6, ST-7 (> 95%) > ST-3, ST-5 (≥ 29%) > SM (> 24%) > SD-4 (> 14%) 순으로 감소하였다. 특히, ST-3, ST-5는 검출빈도는 상대적으로 낮으나 검출 시 농도는 SDs와 SM 화학종들보다는 수십배 이상 높은 농도로 측정되었다. 이 결과는 SOs의 물리·화학적 특성으로 설명될 수 있다. 최근 발표된 Kwon과 Moon (2019) [20]의 SOs의 물리·화학적 특성에 관한 연구 결과에 따르면, SOs 증기압의 범위는 3.34×10-7 mmHg (ST-7)에서 1.92×10-3 mmHg (SD-1)에 이른 반면, SM의 증기압은 5.05~6.4 mmHg으로 다른 SOs 화합물에 비해 매우 큰 값이어서 상대적으로 휘발되기가 쉽다. 또한, SOs 화합물들은 증기압과 더불어 Henry 상수값에서도 SM과 비교하여 0.26×10-3 atm-m3/mol (SD-1)에서 0.14×10-5 atm-m3/mol (ST-7)로 매우 낮다. 게다가, SOs의 LogKow 값 또한 3.43 이상으로, SOs는 무극성 입자 물질의 표면에 비교적 쉽게 흡착될 수 있지만 대기 중으로 휘발되는 것은 매우 낮을 것으로 추정된다. 결과적으로, 대기환경에 배출된 SOs 화학종은 자체적인 이동성보다는 무극성 입자 물질(마이크로플라스틱, 미세먼지 등)의 표면에 흡착되어 이동하거나 아니면 PS 재질의 마이크로플라스틱 입자(Fig. 2) 그 자체에 직접적으로 기인될 수 있다.
Distribution of individual styrene oligomer in the samples (n = 21) of particulate matters in Gwangju city, Korea Republic.
Table 4는 광주광역시와 제주도 대기 중에서 모니터링된 마이크로플라스틱의 분석 결과를 보여준다. 제주도와 광주광역시에서 대기 중 마이크로플라스틱 농도는 서로 비슷한 결과를 보여준다. 또한, 광주광역시와 제주도에서 모니터링된 마이크로플라스틱을 동정(identification)하는데 사용된 FTIR의 이미지가 Fig. 2에 제시되어 있다. Fig. 2에서 보여진 개별 마이크로플라스틱 입자에서 색의 변화는 FTIR의 일치도 세기를 보여주는 것으로, 붉은색은 재질에 따른 일치도가 매우 강한 경우이고, 반면에 개별 마이크로플라스틱 입자의 가장자리로 갈수록 재질에 따른 일치도가 감소하는 것을 보여준다. 이때 FTIR 분광기를 통해 해당 마이크로플라스틱 시료를 동정하기 위한 모니터링된 9종의 마이크로플라스틱의 일치도(match)은 최소 52.68 이상이었다. 일반적으로 FTIR DB를 통한 플라스틱 재질의 동정 일치도가 40 이상이면 동일한 재질의 마이크로플라스틱으로 판단한다. 결과적으로, Fig. 2의 이미지는 대기 중 채취된 마이크로플라스틱이 실과 조각 모양이어서 이들 마이크로플라스틱이 주로 섬유 조직에서 이탈되었거나 아니면 물리적 마찰과 파손으로 인해 생성된 것으로 생각된다.
Table 5는 이 연구에서 모니터링된 마이크로플라스틱의 용도를 조사한 것이다. 그래서 이 연구에서 모니터링된 마이크로플라스틱 재질은 대부분 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 플라스틱으로 생각된다.
Microplastics monitored in the air of Gwangju Metropolitan City and Jeju Island and their uses.
5. 결론
이 연구의 목적은 광주광역시와 제주도 대기 환경에서 플라스틱에서 유래된 SOs와 마이크로플라스틱의 농도를 모니터링하는 것이다. 2019년 광주광역시 대기 중 조사된 SOs의 평균 농도는 0.24 (± 0.56) µg/m3이고, 2020년에 광주광역시 SOs의 평균 농도는 0.10 (± 0.16) µg/m3이었다. 또한, 2020년 제주도 SOs의 평균 농도는 0.11 (± 0.07) µg/m3인 것으로 모니터링되었다. 게다기, 2020년 광주광역시와 제주도 대기 중에 존재하는 마이크로플라스틱 농도는 가장 낮은 0.13 개/m3에서 1.13 개/m3로 측정되었다. 이때, 검출된 마이크로플라스틱은 총 9종이었, 검출빈도가 가장 많은 마이크로플라스틱은 PP, PE, EVA, acrylate 재질이었다. 모니터링된 마이크로플라스틱의 모양(shape)은 모두 실(fiber)과 조각(fragment) 형태였다. 이 연구에서 SOs 화합물과 마이크로플라스틱에 관한 모니터링은 처음 시도하는 것이어서 변화하는 대기의 질을 평가하는데 새로운 오염 지표가 될 수 있을 것으로 생각된다. 하지만 대기 중 마이크로플라스틱 모니터링 등 플라스틱 오염에 관한 연구가 아직은 초기여서 앞으로 광범위한 연구(예, 표준화된 분석법 개발 등)가 수행될 필요가 있을 것으로 생각된다.
Acknowledgements
This work was supported by the National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Korea government (MSIT) (No. 2021R1F1A1056355). In addition, the authors wish to acknowledge a grand-in-aid for research from Gwangju Green Environment Center (Research No. 20-02-40-41-12).
Notes
Declaration of Competing Interest
The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.
