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서연 옹
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616 Journal of 박미경 Korean 박진수 Society for 조미라 Atmospheric 이용환 Environment 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕 Vol. 33, No. 6, December 2017, pp. 616-625 https://doi.org/10.5572/kosae.2017.33.6.616 p-issn 1598-7132, e-issn 2383-5346 기술자료 PM 2.

1 616 Journal of 박미경 Korean 박진수 Society for 조미라 Atmospheric 이용환 Environment 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕 Vol. 33, No. 6, December 2017, pp p-issn , e-issn 기술자료 PM 2.5 자동측정장비비교및정도관리방안 Comparison of the Real-time Measurements for PM 2.5 and Quality Control Method 박미경 * 박진수 조미라 이용환 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕국립환경과학원기후대기연구부대기환경연구과 (2017 년 3 월 17 일접수, 2017 년 10 월 12 일수정, 2017 년 11 월 12 일채택 ) Mikyung Park*, Jin Su Park, Mira Jo, Yong Hwan Lee, Hyun Jae Kim, Jun Oh, Jin Soo Choi, Joon Young Ahn and You Deog Hong Department of air Quality Research, Climate and Air Quality Research Division, National Institute of Environmental Research (Received 17 March 2017, revised 12 October 2017, accepted 12 November 2017) Abstract Measurements using five real-time particle samplers were compared to measurements using three NRM (National Reference Method system) filter-based samplers (Gravimetric method) at Incheon, Korea, between May and August, The purpose of this study was to suggest the quality assurance/quality control (QA/QC) method of each instrument for use in a real-time continuous particle sampler to measure the mass of airborne particles with an aerodynamic diameter less than 2.5 μm (PM 2.5 ). Five real-time particle samplers of BAM1020, FH62C_14, TEOM, PM-711 and SPM-613 were evaluated by comparing its measured 23 hr average PM 2.5 concentrations with those measured with NRM filter-based samplers simultaneously. The parameters (e.g. Inlet heating condition, Slope factor, Film response, Intercept, Background, Span value) of the real-time samplers were optimized respectively by conducting test performance evaluation during 7 days in field sampling. For example, inlet heating temperature of TEOM sampler controls 35~40 to minimize the fluctuation of the real-time measurement data and background value of BAM1020 is the key factor affecting the accuracy of PM 2.5 mass concentration. We classified the PM 2.5 concentration according to relative humidity (80%) to identify water absorbed in aerosols by measuring the β-ray samplers (BAM1020, FH62C_14) and TEOM. β-ray samplers were not strongly affected by relative humidity that the difference of the average PM 2.5 concentration was about 5%. On the other hand, The TEOM sampler overestimated PM 2.5 mass concentration about 15% at low relative humidity (<80%). Key words : PM 2.5 mass concentration, β-ray samplers, Gravimetric method, NRM (National Reference Method system), QA/QC (Quality Assurance/Quality Control) *Corresponding author. Tel : +82-(0) , mkair@korea.kr 한국대기환경학회지제 33 권제 6 호

2 PM 2.5 자동측정장비비교및정도관리방안 서론 PM 2.5 는대기중공기역학적지름이 2.5 μm 이하인입자상물질로작은크기의미세입자일수록호흡기및순환기질환등건강에다양한영향을미치는연구가잇달아보고되고있다 (Dockery and Pope, 1994). 환경부는 2000년대후반부터대기환경기준을강화하는한편신규유해물질에대한기준을신설하였으며초미세먼지 (PM 2.5 ) 의관리를위하여 24시간평균 50 μg/m 3, 연평균 25 μg/m 3 으로기준을설정하여 WHO (World Health Organization) 가제시하는타입Ⅱ 수준으로 2015 년부터적용하였다. 미국 EPA (Environmental Protection Agency) 는 1997년 PM 2.5 에대한 NAAQS (National Ambient Air Quality Standards) 를신설하였으며 FRM (Federal Reference Method) 을구축하여측정방법 (ClassⅠ, Ⅱ, Ⅲ) 에따라국가가체계적으로 PM 2.5 측정망의측정정밀도를관리하고있다 (Peters et al., 2001). 국내에서도미세먼지로인한국가적피해를최소화하기위해 2014년 5월부터수도권지역초미세먼지 (PM 2.5 ) 시범예보를시작하였으며 2015년 1월전국 10 개권역에본예보를시작하였다. 2015년 11월부터전국을 18개권역으로세분화하고 내일 에대한예보결과를매일 4회국민들에게제공하고있으며 2016년 5월부터는 19개권역으로미세먼지예보가시행중이다. 또한대기오염측정망 PM 2.5 농도의신뢰성확보를위하여 2014년하반기부터국가기준측정시스템 (National Reference Method system, NRM) 구축에따른 PM 2.5 측정장비의형식승인제도가개시되어환경정책기본법 PM 2.5 환경기준에부합하도록측정장비의승인절차를진행하고있으며주기적으로 PM 2.5 측정장비 (ClassⅠ, Ⅱ) 에대한정도관리를진행하고있다. 이처럼초미세먼지의규제및예보와더불어측정방법에따른신뢰성및정확도분석에대한중요성이강조되면서 PM 2.5 측정방법에관한관심이집중되고있다. 우리나라대기오염측정망의 PM 2.5 농도자료는베타선흡수법등형식승인을득한자동측정장비의실시간데이터가국민들에게공개되고있다. 베타선흡수법은포집된미세먼지에의한베타선감쇄계수를질량으로환산한간접적인측정방법으로입자의화학적, 물리적성분및기상현황에따라실제미세먼지질량농도와약간의오차가발생할수있다. 또한자동 측정장비특성, 측정조건및사용자의숙련도에따라오차가발생할수있으나이는객관적인검 교정을통해측정오차를감소시킬수있다. PM 10 측정법에따른비교측정은국내에서많은연구가이루어졌으나 (Shin et al., 2011; Jung et al., 2007) 정확도향상을위한 PM 2.5 농도측정에대한연구는부족하다. 진행된연구또한소수베타선흡수법측정장비에한정되어있으며기준이되는중량법 PM 2.5 농도의신뢰성에대한검증은미흡한실정이다 (Jung et al., 2010). 본연구에서는 PM 2.5 의측정의신뢰성과정확도확보를위하여국가기준측정시스템 (National Reference Method system, NRM) 의중량법측정장비 (Gravimetric method sampler) 를이용하여기준이되는 PM 2.5 농도의신뢰성을검증하였으며, 이를기준으로국내에서사용되는 5종의자동측정장비 ( 베타선흡수법 4종및 TEOM) 의 PM 2.5 질량농도를비교하였다. 더불어각장비별특징에따른측정오차를파악하여측정장비검 교정을통한정도관리방법을제시하였으며유입부가온및상대습도에따른추이를살펴보았다. 2. 연구방법 2014년 5월부터약 4개월간인천서구경서동에위치한국립환경과학원에서 5종류의자동측정장비에대해 PM 2.5 질량농도비교측정을실시하였다. PM 2.5 대기오염측정망에서운영중인 PM 2.5 자동측정장비는총 6 종으로확인되었으며보편적으로사용되는 (3개측정소이상 ) 5종의장비를비교측정대상으로진행하였다. 중량법은하루동안연속측정한농도이며동일공간과시간대에자동측정장비도함께측정하였다. 총 5 종의자동측정장비중 4종의베타선흡수법장비 (BAM1020, FH62C_14, SPM-613, PM-711) 와 TEOM (Tapered element oscillating microbalance) 장비를이용하여비교측정을하였다. 베타선감쇄정도를측정하여입자의질량농도를산출하는베타선흡수법장비는 147 Pm Beta-ray source를사용하는 SPM-613을제외하고 14 C Source를사용한다. FH62C_14를제외하고베타선흡수법장비는 1회측정주기를기준으로자동으로필터가이동된다. 자동측정장비유입부가온방식은일정상대습도를유지하는 BAM1020 제외하고유 J. Korean Soc. Atmos. Environ., Vol. 33, No. 6, 2017

3 618 박미경 박진수 조미라 이용환 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕 Table 1. Specifications of measurement instruments. Instrument BAM1020 FH62C_14 SPM-613 PM-711 TEOM Manufacturer Metone Thermo Kimoto Kimoto Thermo Measurement principle Beta-ray attenuation Beta-ray attenuation Beta-ray attenuation Beta-ray attenuation Filter frequency Beta source 14 C 14 C 147 Pm 14 C - Filter Glass fiber filter Glass fiber filter Fluorocarbon membrane filter Glass fiber filter Teflon coated glass fiber filter Filter change frequency 1 hr 24 hr 1 hr 1 hr - Measurement cycle time 1 hr 30 min 1 hr 1 hr 1 hr Inlet heating control Relative humidity Temperature Temperature Temperature Temperature 입부온도를직접제어하는방식으로조절되며 TEOM 의경우필터가위치한챔버또한제어하였다. TEOM 장비는포집필터의질량증가에비례한진동주파수변위를측정하여농도를산출하며필터는수동으로교체한다. 각측정장비의세부사항은표 1과같다 국가기준측정시스템 (NRM, National Reference Method system) 본연구에서중량법에의한 PM 2.5 농도를측정한장비는국가기준측정시스템 (National Reference Method system, NRM) 으로운영되는장비로필터안정화부터칭량및관리까지체계적인시스템으로운영되어진다. 국가기준측정시스템은 PM 10 분립장치와 WINS (Well Impactor Ninety-Six) 를장착하고 PM 2.5 측정망운영지침및미국 EPA의 FRM 제작규격과성능을만족하며 PM 2.5 농도국가기준시료의역할을수행한다 (Lee et al., 2015; NIER, 2014a). NRM은대기오염공정시험기준미세먼지방법 (PM 2.5, ES ) 의장비설치, 운영및관리에합당하게운영되고있으며적절한교육과현장훈련을이수한인력이수행하는전반적인통합적시스템이다 (NIER, 2014b). PM 10 Impactor와 PM 2.5 WINS 타입 Impactor를이용하였으며샘플러입구는지상으로부터약 4 m의높이에위치한다. 필터는직경 47 mm 테프론필터를사용하였다. 필터안정화및수동칭량으로인한손실을방지하고자항온 (20±2 ) 과항습 (35±5%) 이유지되는자동칭량챔버시스템 (Automated Fiter Weighing System microbalance, METTLER TOREDO UMX-2) 을사용하였다. 필터칭량은 24시간항량후 mg까지측정가능한저울을이용하여 4회반복측정하였고측정된무게중가장큰상대편차를제거한 3회평균값을최종무게값으로사용하였다. Table 2. Comparison of PM 2.5 samplers measured with gravimetric method. Sampler Sample days 국가기준측정시스템의신뢰성을확보하기위하여동일사양의중량법측정장비 3대를동시측정하여신뢰성검증후 PM 2.5 기준농도로사용하였다. 표 2는각장비로측정한 PM 2.5 평균농도, 표준편차및농도범위등을나타내었다. 2014년 5월 3일부터 8월 16일까지 3 대의중량법농도측정결과, 표준편차 (Standard devication) 0.61 μg/m 3 (0.0~2.25 μg/m 3 ), 상대정밀도 (CV, Coefficient of Variation) 2.36% (0.15~10.18%) 로 PM 2.5 공정시험정도관리기준의정량한계가 3 μg/m 3, 정밀도 10% 인것을고려하면중량법에의한 PM 2.5 농도의신뢰성은확보된것으로판단된다. 표준편차및상대정밀도는측정장비 3대의일데이터로산출하여전체기간의평균을적용하였다. 그림 1은측정기간 3대의중량법측정장비로측정한 PM 2.5 농도변화를나타내었다. 측정기간동안평균농도는 32.1 μg/m 3 으로나타났으며최대농도 88.7 μg/m 3, 최소농도 3.8 μg/m 3 의농도범위를보였다. 3. 연구결과 Average PM 2.5 concentration ±Std Dev., μg/m 3 Concentration range, μg/m 3 A ± to 89.1 B ± to 88.2 C ± to 자동측정장비특징및측정경향그림 2는중량법과베타선흡수법 (BAM1020, Met 한국대기환경학회지제 33 권제 6 호

4 PM 2.5 자동측정장비비교및정도관리방안 619 Fig. 1. Daily levels of PM 2.5 mass concentrations measured with three samplers. Fig. 3. Comparison of the daily average PM 2.5 mass concentrations in different measurement with gravimetric method (G.M) and 5 type of real-time samplers. Fig. 2. Comparison of PM 2.5 mass concentration between beta-ray and gravimetric method. One) 의 PM 2.5 측정값을비교한것이다. 기울기 1.04, 절 편 2.9 로중량법과높은상관관계를보이고있다. 다 만, 베타선흡수법의경우높은절편값으로인해중량 법농도보다지속적으로과대평가되는경향을나타내었다. PM 2.5,G.M =1.03, PM 2.5,β +2.9 (μg/m 3 ) 그림 3은중량법농도와 5종의자동측정장비로측정한 PM 2.5 평균농도의변화를나타내었다. 중량법기준 PM μg/m 3 이하의낮은농도에서 5종자동측정장비측정값의차이가표준편차 4.1 μg/m 3 으로비교적크게나타났으며, 전반적인측정경향은 FH62C_14와 TEOM을제외하고모두양의오차를나타내는과대평 가경향을보였다. 그림 4는 5종의자동측정장비와중량법으로측정한 PM 2.5 농도의상관관계를비교하였다. 각자동측정장비는유량및온도, 압력등기본적인장비상태를점검하였으며최적화된유입부온도제어및교정 (Zero calibration, Slope factor, Film response, Beta count) 등을통해장비별특성에맞추어정도관리를진행하였다. 각자동측정장비는약 7일간의사전비교측정기간동안중량법농도와비교하며자동측정장비의오차를줄이기위한정도관리를수행하였다. Thermo 사의 FH62C_14 장비는 14 C Beta-ray source를사용하여베타선감쇄정도를이용하여입자의질량농도를산출하는일반적베타선흡수법측정장비와동일한원리이다. 다만, 입자의농도측정간격이최대 30 분이며필터이동조건이성립되면필터가이동한다는점이장비의특징이다. Glass fiber 필터를사용하였으며필터이동조건은 24시간연속적샘플링또는필터로딩이 1.5 mg 이상일때또는유량이 950 L/hr 이하일경우다. 하루에한번필터이동시자동으로공시험분석 (Blank test) 을시행하여장비의바탕값 (Background) 으로입력된다. 중량법농도와비교시 FH62C_14 장비의경우과소평가경향을보여주었으며고농도시에그특징이더욱부각되었다. 이는타베타선장비의경우입자포집및측정시간이 1시간이지만 FH62C_14 장비는최대 30분으로이에따른베타선흡수에대한 J. Korean Soc. Atmos. Environ., Vol. 33, No. 6, 2017

5 620 박미경 박진수 조미라 이용환 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕 FH62C_14 (μg/m 3 ) PM-711 (μg/m 3 ) SPM-613D (μg/m 3 ) TEOM (μg/m 3 ) BAM1020 (μg/m 3 ) Fig. 4. Linear regression of daily average PM 2.5 mass concentrations measured with gravimetric method and real-time samplers (TEOM, BAM1020, PM-711, SPM-613, FH62C_14). 감도차이로판단된다. TEOM 장비는입자를필터에 포집시켜질량증가에비례한진동주파수변위를측정하여농도를산출하는방법이다. 측정기는포집된필터에누적된총질량을계산하고 5분, 30분, 1시간, 8 시간, 24시간농도의평균값을측정하여저장한다. 필터 (Teflon coated glass fiber filter) 가위치한샘플링챔버는대기보다높은온도로유지되며필터에포집된입자의수분을제거한다. TEOM 장비의경우다소높은절편값을보이고있으며농도가높아질수록과소평가경향이부각되었다. Metone 사의 BAM1020 장비는 14 C Beta-ray source의베타선측정방법으로 PM 2.5 농도를측정한다. PM 2.5 VSCC Cyclone을사용하며 16.7 L/min의유량으로 42분간 Glass fiber 필터에 PM 2.5 입자를포집하며포집전 후 Beta count 값을각각 8 분씩측정한다. 제로교정을통해비교적가장적은절편값을보였지만중량농도법과비교하였을때지속적인과대평가경향을나타냈다. Kimoto 사의 SPM- 613 장비는 147 Pm Beta-ray source를사용하여베타선감쇄정도를측정하여입자의질량농도를산출한다. 1 시간단위의측정주기로필터가이동하며 Flourocarbon membrane 필터에 16.7 L/min의유량으로포집된입자상물질의질량농도값을측정한다. 한시간간격으로필터이동시자동으로공시험분석을실시하여교정값을적용한다. 중량법으로측정한농도와비교시전반적으로과대평가경향을보이며높은절편값을보이고있어필터및베타소스의특성에대한추가적인파악이필요하다. Kimoto 사의 PM-711 장비는 14 C Beta-ray source를이용한베타선측정방법으로 1 시간단위의측정주기로필터가이동하며제로교정을진행한다. PM-711 장비또한높은절편값 (6.12) 을보여지속적인과대평가경향을보였다. 측정기간각측정장비로측정한 PM 2.5 평균농도및표준편차와중량법측정장비와의상관성은표 3과같다 자동측정장비의정도관리방법및결과국가기준측정시스템중량법과 5종의자동측정장비비교측정을위하여측정장비의최적화및교정진행후본격적인비교측정을실시하였다. 장비사전점검 한국대기환경학회지제 33 권제 6 호

6 PM 2.5 자동측정장비비교및정도관리방안 621 Table 3. Comparison of PM 2.5 samplers measured with gravimetric method and real-time samplers for the period July 24 and August 12, Gravimetric samplers FH62C_14 TEOM BAM1020 SPM-613 PM-711 Sample days Average PM 2.5 concentration±std Dev. (μg/m 3 ) 27.0± ± ± ± ± ±22.2 Concentration range (μg/m 3 ) 6.0~ ~ ~ ~ ~ ~76.7 Slope Intercept R Bias (%) Table 4. Quality Assurance and quality control activities. Instrument Sampling date Parameter Quality assurance/quality control TEOM 5/27~6/17 BAM1020 7/24~8/12 FH62C_14 6/23~7/16 SPM-613 5/27~6/17 PM-711 5/27~6/17 Slope factor Heating condition Film response Slope factor Heating condition Film response Beta count Zero calibration Slope factor Heating condition Film response Beta count Slope factor Heating condition Film response Zero calibration Slope factor Heating condition Film response Zero calibration 1.00/ % decrease 20% decrease RH 35% control 3 μg/m 3 decrease 17% decrease (Span film) % decrease 35 1% increase 1.2% increase 35 35% decrease 은장비유입부세척및누출테스트 (Leak test), 유량, 유입부가온조건및압력점검후공시험교정 (Zero calibration) 을진행하였다. 그후약 7일간의사전측정기간동안중량법에의한 PM 2.5 농도와비교를통해각장비파라미터 (Slope factor, Film response, Intercept, Background) 를교정하여중량법과자동법의측정오차를줄이기위한정도관리를수행하였다. 표 4는장비별정도관리수행결과를나타내었다. 사전측정기간후진행된본측정기간에는장비파라미터등측정조건을일정하게유지하였다. 그림 5는 5종의자동측정장비최적화및정도관리 전 후 PM 2.5 농도측정결과이다. 자동측정장비의경우유입부가온정도에따른차이가크게나타났다. 각장비에따른최적유입부가온조건을설정하는것이측정정확도향상을위한기본조건이라사료되며각장비의최적유입부온도조건은약 30~35 로비교측정을통한성능검증을통해최적화하여측정하였다. TEOM 장비의측정기내부챔버는온도변화에따른샘플필터의영향을최소화하기위하여일정온도로유지된다. 유입부온도조절은약 35~40 로제어하며베타선측정보다약 5 높은온도를설정하였 J. Korean Soc. Atmos. Environ., Vol. 33, No. 6, 2017

7 622 박미경 박진수 조미라 이용환 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕 TEOM (μg/m 3 ) BAM1020 (μg/m 3 ) SPM-613 (μg/m 3 ) PM-711 (μg/m 3 ) FH62C_14 (μg/m 3 ) Fig. 5. Comparison of the PM 2.5 mass concentrations measured with gravimetric method and real-time samplers (TEOM, BAM1020, SPM-613, PM-711, FH62C_14) before and after QA/QC (Quality Assurance/Quality Control). 다. 이는낮은온도 (25~30 ) 로제어시실시간측정값의변동폭 (Fluctuation) 이커져안정적인측정을위해유입부온도를조정하였다. 측정장비의교정은장비에서기울기및절편수치를직접입력할수있다. PM 2.5 질량농도측정시제작사에서권고하는기울기 (Const B) 는 1, 절편 (Const A) 은 0이다. 정도관리전측정값은고농도에서과대평가로인한오차가크게나타났기에측정감도 (Film response) 를약 20 정도낮추어주었다. 그결과기울기 0.96, 절편 1.98로중량법에의한 PM 2.5 농도와양호한상관관계를보였다. BAM1020 장비의유입부는상대습도제어방식으로밴드히터및스마트히터가작동되며상대습도 35% 제어의최적조건을확인하였다. BAM1020 장비는수동으로공시험교정이가능하기에올바른바탕값입력이측정값의정확도향상에중요요소이다. 장비의 Slope factor (K-factor) 또한수동으로변경가능하며 0.9~1.1의범위설정을권고한다. 정도관리전중량법농도와비교시높은절편값과과대평가경향을보였다. 72시간동안공시험교정으로바탕값을 3 μg/m 3 감소시켰으며 Slope factor 또한약 25% 낮춘결과중량법농도와높은상관성을보였다. BAM1020 장비의 경우정확한교정을통한바탕값의입력이장비의양의오차를상쇄시키는중요요인이며이를통해낮은 PM 2.5 농도범위에서중량법과의상관성을유사하게맞출수있었다. SPM-613과 PM-711 장비의경우스팬필름 (Span film) 값을측정하여자동또는수동으로스팬값을입력할수있다. 유입부온도는 35 로제어하였으며, 정도관리시약 1.3의높은기울기값을나타내는과대평가경향을보여 Slope factor를약 0.01 ( ) 감소시킨결과중량법농도와높은상관성을보였다. 하지만 SPM-613의경우일부고농도에서과소평가경향을나타냈다. FH62C_14 장비의유입부는 30 로제어하는것이가장적절하였다. 장비의 Slope factor 변경은스팬필름측정값을입력하는방법이며측정범위보다높은 Mid range span foil (700~1000 μg) 을사용하기에정도관리후측정경향이다소예측적이지않았다. 정도관리전 PM 2.5 농도가약 20% 정도과대평가되는경향을보였으나 Slope factor를약 17% 감소후중량법농도와높은상관성을보이며일치하는것을확인할수있었다. 한국대기환경학회지제 33 권제 6 호

8 PM 2.5 자동측정장비비교및정도관리방안 623 PM2.5 (μg/m 3 ) BAM1020 (μg/m 3 ) Data Fig. 6. Comparison of the PM 2.5 mass concentration before and after inlet heating (BAM1020) 유입부가온및상대습도의영향 PM 2.5 자동측정장비의경우대기중입자의수분응축으로인한농도의영향을최소화하기위하여유입부를가온시키고있다 (Chung et al., 2001). 그러나유입부가온의정도는측정장비에따라상이한결과를보이며이에따른장비별최적유입부가온조건을찾는것이측정정확도를향상시키는데중요한요소이다. BAM1020 장비에대해 20일간유입부가온을하지않은상태로측정하여중량법과비교하였으며이후시료유입부를상대습도 35% 기준으로가온하여운영하였다. 그림 6은자동측정장비 (BAM1020) 유입부가온전과후의중량법농도와자동측정장비로측정한 PM 2.5 농도를비교한것이다. 가온하지않은상태에서는약 67% 이상의양의오차가발생하였으며농도가높아질수록 100% 이상의오차를보이기도하였다. 이는포집된입자의수분이증발되지않은상태에서농도가측정됨으로써과대평가로인한오차가발생하는것으로파악된다. 7월 24일부터 20일간의측정기간동안여름철습도가높은대기조건 ( 평균상대습도 88%) 에서측정하여더욱오차의범위가크게나타났을것이라판단되며대기중습도에따른가온방식및조건에대한추가연구가필요하다. 일반적으로상대습도가높을수록흡습성입자의경우대기중수분을응축하여성장한다 (Takahashi et al., 2008). 이러한입자의수분응축영향을최소화하기위해베타선흡수법을비롯한자동측정장비의경우유입부를가온하여응축된입자의수분을증발시킨다. 측정기간중정도관리를완료한자동측정장비에대해 상대습도의변화에따른 PM 2.5 농도차이를비교하고자하였다. 일평균대기상대습도 80% 를기준으로자동측정장비 3종 (TEOM, FH62_14, BAM1020) 에대해상대습도에따른중량법 PM 2.5 농도와비교해보았다. 상대습도 80% 는높은상대습도조건을나타내는기준으로많이적용되었다 (Tsai and Cheng,. 1996). 자동측정장비의유입부는 30~40 및 RH 35% 의조건의가온상태에서측정하였으며측정기간 (5월 10일 ~7월 28일 ) 상대습도는 50~98% 의범위를보였으며평균 84.8% 상대습도를보였다 ( 표 5). 그림 7과같이비교분석결과, 베타선장비 (FH62_ 14, BAM1020) 의경우습도에의한 PM 2.5 농도차이는약 5% 로습도에따른큰영향을파악하기힘들었다. FH62C_14 장비는시료유입부를항상 30 로가온하며, BAM1020 장비는상대습도 35% 를기준으로가온의정도를달리한다. FH62C_14 장비의경우상대습도에대한농도의차이가거의없었으나 BAM1020 장비의경우상대습도가낮을때일부고농도에서과대평가되는경향을보였다. 이는두장비의측정주기 (FH62C_14 30분, BAM 분 ) 에따른차이로인한필터가온시간에따른휘발성입자의손실로사료된다. TEOM 장비의경우상대습도가낮을때약 15% 정도높은 PM 2.5 농도를보였으며고농도시에그차이가더욱크게나타났다. 반면상대습도가높을때에는과소평가경향을보였다. 이는포집필터가위치한챔버를직접가온하는장비특성상, 필터가온시수분과함께휘발성성분이휘발되어상대습도에따른오차가발생하는것으로판단된다 (Hauck et al., 2004). 이와 J. Korean Soc. Atmos. Environ., Vol. 33, No. 6, 2017

9 624 박미경 박진수 조미라 이용환 김현재 오준 최진수 안준영 홍유덕 Table 5. Results of PM 2.5 field studies according the relative humidity. Sampling date Average PM 2.5 concentration±std Dev. (μg/m 3 ) Average humidity (%) Humidity range (%) Gravimetric samplers 5/10~7/ ± ~98 FH62C_14 5/26~6/ ± ~98 TEOM 5/28~6/ ± ~98 BAM1020 5/10~7/ ± ~98 TEOM (μg/m 3 ) FH62C_14 (μg/m 3 ) BAM1020 (μg/m 3 ) Fig. 7. Comparison of the PM 2.5 mass concentrations measured with the real time samplers (TEOM, FH62C_14, BAM1020) according the relative humidity (<80% and >80%). 같이 TEOM 장비의경우대기상대습도에따라 PM 2.5 농도의영향을받기에계절에따른적절한교정및정도관리가고려된다. 더불어상대습도에따른 PM 2.5 농도의차이는입자의화학적성분, 가온조건및방식등에대해보다세밀한추가적연구가필요하다. 4. 결론본연구는 2014년 5월부터약 4개월간인천서구경서동에위치한국립환경과학원에서중량법측정장비와 5종 (TEOM, FH62C_14, BAM1020, SPM-613, PM- 711) 의자동측정장비에대해 PM 2.5 농도비교측정을실시하였다. 각자동측정장비와중량법농도와의상관성을비교하여각장비특징을살펴보았으며이를바탕으로최적화된교정방법등정도관리방향을제시하고자하였다. 중량법에의한 PM 2.5 농도는국가기준측정시스템으로운영되는 3대의동일장비로측정하였으며측정결과표준편차 0.61 μg/m 3, 상대정밀도 2.36% 로기준이되는 PM 2.5 농도에대한신뢰성을검증하였다. 장비별효율적인정도관리방법을살펴보면수동으로공시험교정이가능한 BAM1020 장비의경우바탕값입력이정확도향상에중요요소이다. TEOM 장비의경우유입부가온을베타선흡수법측정장비보다약 5 높게하여실시간측정의변동폭이커지는부분에대한오차를줄여실시간측정의정확도를향상하였다. FH62C_14 장비의경우다소짧은입자포집및측정시간으로이에따른베타선흡수에대한감도차로인해일부고농도에서는과소평가경향을보였다. SPM-613과 PM-711 장비는스팬필름교정및중량법농도와의비교를통한 Slope factor 값의변경을통해과대평가로인한오차를해결할수있었다. 더불어, 시료유입부가온여부에따른영향을파악하기위해베타선흡수법과중량법에의한 PM 2.5 농도를비교하였다. 유입부를가온하지않은상태에서는약 67% 의오차가발생하였으며고농도시에그경향이더욱크게나타났다. 또한대기중상대습도 80% 를기준으로자동측정장비에의한 PM 2.5 농도를비교하여대기상대습도와입자수분응축에따른영향을파악하고자하였다. 베타선흡수법자동측정장비의경우상대습도에대한 PM 2.5 농도의영향은약 5% 로측정값에큰영향 한국대기환경학회지제 33 권제 6 호

10 PM 2.5 자동측정장비비교및정도관리방안 625 을미치지않았다. 다만 TEOM 장비의경우상대습도 80% 이상에서과소평가경향을보였으며, 이는포집필터를직접가온하는장비의특성상수분과휘발성성분이함께휘발된것으로사료된다. 본연구에서는 PM 2.5 자동측정장비의정확한운영및신뢰성있는데이터확보를위한장비특성파악및정도관리방안을제시하고자하였으며향후 PM 2.5 자동측정장비관리및측정에기여할수있을것으로기대된다. References Chung, A., Chang, D.P.Y., Kleeman, M.J., Perry, K.D., Cahill, T.M., Dutcher, D., McDougall, E., Stroud, K. (2001) Comparison of Real-Time Instruments Used To Monitor Airborne Particulate Matter, Journal of the Air & Waste Management Association, 51, Dockery, D.W., Pope, C.A. (1994) Acute respiratory effects of particulate air pollution. Annual Review of Public Health 15, Hauck, H., Berner, A., Gomiscek, B., Stopper, S., Puxbaum, H., Kundi, M., Preining, O. (2004) On the equivalence of gravimetric PM data with TEOM and betaattenuation measurements, Journal of Aerosol Science, 35, Jung, C.H., Cho, Y.S., Hwang, S.M., Jung, Y.G., Ryu, J.C., Shin, D.S. (2007) Analysis of measurement error for PM-10 mass concentration by inter-comparison study, Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 23(6), (in Korean with English abstract) Jung, C.H., Park, J.H., Hwang, S.M. (2010) Analysis of measurement error for PM 2.5 mass concentration by inter-comparison study, Journal of Environmental Impact Assessment, 4, (in Korean with English abstract) Lee, Y.H., Park, J.S., Oh, J., Choi, J.S., Kim, H.J., Ahn, J.Y., Hong, Y.D., Hong, J.H., Han, J.S., Lee, G. (2015) Field Performance Evaluation of Candidate Samplers for National Reference Method for PM 2.5, Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 31(2), (in Korean with English abstract) National Institute of Environmental Research (NIER) (2014a) PM 2.5 National Reference Methods Assessment (I), National Institute of Environmental Research (NIER) (2014b) PM 2.5 National Reference Methods Assessment (I), Peters, T.M., Norris, G.A., Vanderpool, R.W., Gemmill, D.B., Wiener, R.W., Murdoch, R.W., McElroy, F.F., Pitchford, M. (2001) Field performace of PM 2.5 federal reference method samplers, Aerosol Science and Technology, 34, Shin, S.E., Jung, C.H., Kim, Y.P. (2011) Analysis of the measurement difference for the PM 10 concentrations between beta-ray absorption and gravimetric methods at Gosan, Aerosol and Air Quality Research, 11, Takahashi, K., Minoura, H., Sakamoto, K. (2008) Examination of discrepancies between beta-attenuation and gravimetric methods for the monitoring of particulate matter, Atmospheric Environment, 42, Tsai, C.J., Cheng, Y.H (1996) Comparison of two ambient β-gauge PM 10 samplers, Journal of the Air & Waste Management Association, 42(2), J. Korean Soc. Atmos. Environ., Vol. 33, No. 6, 2017

목차 ⅰ ⅲ ⅳ Abstract v Ⅰ Ⅱ Ⅲ i

11-1480523-000748-01 배경지역 ( 백령도 ) 에서의 대기오염물질특성연구 (Ⅲ) 기후대기연구부대기환경연구과,,,,,,, Ⅲ 2010 목차 ⅰ ⅲ ⅳ Abstract v Ⅰ Ⅱ Ⅲ i 목차 Ⅳ ii 목차 iii 목차 iv 목차 μg m3 μg m3 v 목차 vi Ⅰ. 서론 Ⅰ μm μg m3 1 Ⅰ. 서론 μg m3 μg m3 μg m3 μm 2