KR20230031143A - 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법 - Google Patents

미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230031143A
KR20230031143A KR1020220102702A KR20220102702A KR20230031143A KR 20230031143 A KR20230031143 A KR 20230031143A KR 1020220102702 A KR1020220102702 A KR 1020220102702A KR 20220102702 A KR20220102702 A KR 20220102702A KR 20230031143 A KR20230031143 A KR 20230031143A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dom
microplastic
derived
dissolved organic
sample
Prior art date
Application number
KR1020220102702A
Other languages
English (en)
Inventor
허진
이윤경
Original Assignee
세종대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종대학교산학협력단 filed Critical 세종대학교산학협력단
Publication of KR20230031143A publication Critical patent/KR20230031143A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

본 발명은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 수학식 1로 표시되는 비율을 계산하는 단계를 포함함으로써 자연 유래 유기 물질을 함유한 다양한 환경 시료로부터 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있다. 또한, 시료 내에 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질이 소량 포함된 경우에도 높은 정확도로 이를 검출할 수 있고, 미세플라스틱의 종류나 침출 환경과 무관하게 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있으며, 고분해능 질량분석기 등의 고가 장비가 필요하지 않아 신속하게 모니터링이 가능하다. 본 발명의 검출 방법은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출하여 미세플라스틱에 의한 수질 오염 여부를 감지할 수 있어, 수질 관리를 위해 활용할 수 있다.

Description

미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법{Method for detecting microplastic-derived dissolved organic matter}
본 발명은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법에 관한 것이다.
플라스틱 폐기물은 빠르게 증가하고 있으며, 플라스틱 폐기물이 환경에 미치는 영향 때문에 전 세계적으로 주목 받고 있다. 특히, 초기 플라스틱 폐기물이 강이나 연안을 통해 바다로 운송되는 과정에서 생성되는 초소형 플라스틱 입자(즉, 미세플라스틱 또는 MPs (microplastics))에 대해 관심이 쏟아지고 있다. 최근 다양한 환경에서 MPs의 발생 외에도 처리된 MPs에서 용출된 용존성 유기물, 이른바 플라스틱 유래 DOM(dissolved organic matter)이 MPs의 거동과 환경적 중요성을 이해하는 또 다른 중요한 측면으로 자리 잡았다. 플라스틱 유래 DOM의 특성과 MP에서 침출되는 정도는 MP가 UV 광선에 노출되는 것과 같은 풍화 과정에 따라 달라진다. 플라스틱 유래 DOM은 환경 매체 및/또는 기타 오염 물질과 상호 작용한다. MPs에 대한 UV 노출은 MPs에서 플라스틱 유래 DOM의 방출을 자극하기 때문에, MPs가 햇빛이나 처리 시설에 설치된 UV 조명 장치에 노출될 때 DOM 방출이 더 두드러질 수 있다.
전술한 바와 같이, 최근 플라스틱 침출수의 발생과 이의 수중 환경에 미치는 영향에 대한 관심이 높아지고 있으나, 아직까지 자연 유래 유기물(NOM, natural organic matter)이 풍부한 환경 시료 내에서 미세플라스틱 유래 용존 유기물(MP-DOM)을 식별할 수 있는 지시자는 거의 없다.
한국등록특허 제2310016호
본 발명은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 하기 수학식 1의 비율 계산하는 단계를 포함하고,
[수학식 1]
(비율)=(H+P)/L
상기 H(R.U.)는 270 nm 내지 310 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이고, 상기 P(R.U.)는 250 nm 내지 290 nm의 여기 파장 및 305 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이고, 상기 L(R.U.)은 220 nm 내지 260 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합인, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 비율이 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 포함하지 않는 대조군 시료로부터 측정된 상기 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율보다 크면
상기 검출 대상 시료는 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 포함할 가능성이 있다고 판단하는 단계를 더 포함하는, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
3. 위 1에 있어서, 상기 검출 대상 시료는 자연 유래 유기 물질을 포함하는, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
4. 위 1에 있어서, 상기 미세플라스틱은 발포 폴리스티렌(EPS, expanded polystyrene), 폴리염화비닐(PVC, polyvinylchloride) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)인, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
본 발명의 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법을 이용하면 자연 유래 유기 물질을 함유한 다양한 환경 시료로부터 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있다.
또한, 시료 내에 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질이 소량 포함된 경우에도 높은 정확도로 이를 검출할 수 있고, 미세플라스틱의 종류나 침출 환경과 무관하게 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있으며, 고분해능 질량분석기 등의 고가 장비가 필요하지 않아 신속하게 모니터링이 가능하다.
본 발명의 검출 방법은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출하여 미세플라스틱에 의한 수질 오염 여부를 감지할 수 있어, 수질 관리를 위해 활용할 수 있다.
도 1(a) 내지 도 1(d)는 UV 조사 유/무 하에 상업용 EPS(expanded polystyrene)에서 14일 간의 침출(leaching) 후 침출된 용존 유기 물질(DOM, dissolved organic matter) (5 g-MP/L) 과 두 개의 대표적인 수생 자연 유래 유기 물질(NOM, natural organic matter) 샘플의 형광 여기 방출 매트릭스(EEM, excitation emission matrix) 스펙트럼이다. (a: dark-treated EPS-DOM, b: irradiated EPS-DOM, c: SRFA, Suwanee River fulvic acid, d: PLFA, Poly Lake fulvic acid). 도 1(a) 내지 도 1(d)의 빨간색의 문자와 화살표는 세 개의 주요 피크(Peak P, H 및 L)의 위치를 나타낸다. 제조된 용액의 DOC 농도는 1 mg-C/L로 조정하였다. 도 1(e) 내지 도 1(h)는 각각 305 nm 및 405 nm의 고정된 여기 파장에서 MP-DOM (microplastic-derived DOM) (EPS-DOM 및 PVC-DOM(polyvinylchloride-DOM)) 및 수생 NOM 샘플(강, 호수/저수지, 하천 및 폐수) 간의 여기 스펙트럼을 비교한 결과이다. (e 및 g: MP-DOM, f 및 h: 수생 NOM)
도 2는 UV 조사 유/무 하에 상업용 PVC(polyvinylchloride) 및 PET(polyethylene terephthalate)에서 14일 간의 침출 후 침출된 용존 유기 물질(DOM) (5 g-MP/L) 과 다양한 출처의 수생 자연 유래 유기 물질(NOM) 샘플의 형광 여기 방출 매트릭스(EEM) 스펙트럼이다. (a: dark-treated PVC-DOM, b: irradiated PVC-DOM, c: dark-treated PET-DOM, d: irradiated PET-DOM, e: Han river, f: Paldang reservoir, g and i: Topyeong and Nakhwam streams, h and j: treated effluent from municipal and industrial wastewater facilities). 도 2의 빨간색의 문자는 각 EEM에서 가장 높은 피크의 위치와 강도를 나타낸다. 제조된 용액의 DOC 농도는 1 mg-C/L로 조정하였다.
도 3은 MP-DOM 및 수생 NOM을 포함한 다양한 DOM 소스에 대한 두 가지 EEM 피크 비율을 비교하여 나타낸 것으로, 비율 H/L에 비해 비율 (H+P)/L이 MP-DOM 검출능이 좋다는 것을 보여준다.
도 4는 3개의 식별된 형광 성분(도 4의 상단)과 이에 해당하는 여기/방출 로딩(loadings)(도 4의 하단)을 보여주는 PARAFAC(parallel factor analysis) 모델링 결과이다.
도 5는 끝성분 혼합물(end-member mixtures) (MP-DOM 및 수생 NOM) 내에 포함된 MP-DOM의 풍부도가 증가함에 따라 끝성분 혼합물의 광학 지표들이 변화하는 양상을 나타낸 것이다. (a 및 b: 각 254 nm 및 355 nm에서의 흡수 계수, c 및 d: 각 254 nm 내지 436 nm 및 300 nm 내지 400 nm에서의 흡수율 (E2/E4 및 E3/E4), e: 스펙트럼 기울기, f 내지 h: 각 피크 H, L 및 P, i: 휴믹화 지표, j: 생물학적 지표, k: 형광 지표, l: H/L, m: (H+P)/L, n 내지 p: 세 가지 형광 성분(c1~c3)). 도 5의 파란색 점선은 광학 지표와 % MP-C 값 사이의 회귀 곡선을 나타낸다. 도 5의 빨간색 점선 수직선은 0% MP-C 그룹과 특정 끝성분 혼합물 (1, 3, 5, 10, 20, 30, 50, 75 및 100% MP-C) 사이의 student t-test에서 p-값이 <0.01(즉, 유의한 차이)인 최소 % MP-C 값을 나타낸다. 빨간색 점선 수직선의 값이 낮을수록 혼합물에서 MP-DOM과 수생 NOM을 구별하는 지수가 더 민감하다고 해석할 수 있다. 도 5의 MP-DOM 샘플은 UV 조사 조건 하에서 수득한 것이다.
본 발명은 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 하기 수학식 1의 비율을 계산하는 단계를 포함하고,
[수학식 1]
(비율)=(H+P)/L
상기 H(R.U.)는 270 nm 내지 310 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이고, 상기 P(R.U.)는 250 nm 내지 290 nm의 여기 파장 및 305 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이고, 상기 L(R.U.)은 220 nm 내지 260 nm 의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합인, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법을 제공한다.
본 발명자들은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질(MP-DOM, microplastic-derived dissolved organic matter)이 고유의 형광 특성을 나타내는 것에 착안하여, 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율이 시료 내 MP-DOM의 존재 여부와 상관 관계가 있는 것을 발견하였다. 또한, 시료 내에 MP-DOM뿐만 아니라 자연 유래 용존 유기 물질(NOM, natural organic matter)이 함께 포함되어 있는 경우에도 상기 비율을 이용하여 MP-DOM의 존재 여부를 확인할 수 있음을 발견하였다. 따라서 상기 비율을 다양한 시료 내의 MP-DOM 검출을 위해 이용할 수 있다.
시료는 오염된 것으로 의심되는 환경 시료일 수 있다. 시료는 미세플라스틱에 의해 오염된 것으로 의심되는 환경 시료일 수 있다. 시료는 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질이 포함되어 있는 것으로 의심되는 환경 시료일 수 있다. 시료는 예를 들면, 바다, 강, 호수, 저수지, 하천 또는 폐수로부터 수득된 환경 시료일 수 있다. 시료는 자연 유래 유기 물질(NOM, natural organic matter)을 포함할 수 있다.
미세플라스틱(microplastic)은 커다란 플라스틱이 분해되는 과정에서 생기는 작은 크기의 미세한 플라스틱 조각이다. 미세플라스틱은 해양 환경에서 큰 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 미세플라스틱은 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리비닐알코올일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 미세플라스틱은 발포 폴리스티렌(EPS, expanded polystyrene), 폴리염화비닐(PVC, polyvinylchloride) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)일 수 있다.
미세플라스틱 유래 용존 유기 물질(MP-DOM, microplastic-derived dissolved organic matter)은 미세플라스틱들로부터 용출/침출되는 유기 물질을 의미한다. MP-DOM은 미세플라스틱이 햇빛이나 수처리 시설에 설치된 UV 조명 장치에 노출될 때 미세플라스틱으로부터 더욱 잘 용출/침출될 수 있다. MP-DOM은 UV 조사된 조건 또는 UV 조사되지 않은 조건 하에서 미세플라스틱으로부터 용출된 것일 수 있다.
H(R.U.)는 270 nm 내지 310 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이다. 구체적으로 H(R.U.)는 280 nm 내지 550 nm의 여기 파장 및 220 nm 내지 500 nm의 방출 파장 조건의 여기 방출 매트릭스(excitation emission matrix) 상의 휴믹-유사 영역(humic-like region)에서 나타나는 형광 피크(fluorescence peak) 중 하나를 포함하는 형광 영역의 강도 값으로, 270 nm 내지 310 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이다.
P(R.U.)는 250 nm 내지 290 nm의 여기 파장 및 305 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이다. 구체적으로 P(R.U.)는 280 nm 내지 550 nm의 여기 파장 및 220 nm 내지 500 nm의 방출 파장 조건의 여기 방출 매트릭스(excitation emission matrix) 상의 단백질/페놀-유사 영역(protein/phenol-like fluorescence region)에서 나타나는 형광 피크를 포함하는 형광 영역의 강도 값으로, 250 nm 내지 290 nm의 여기 파장 및 305 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이다.
L(R.U.)는 220 nm 내지 260 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값이다. 구체적으로 L(R.U.)는 280 nm 내지 550 nm의 여기 파장 및 220 nm 내지 500 nm의 방출 파장 조건의 여기 방출 매트릭스(excitation emission matrix) 상의 휴믹-유사 영역(humic-like region)에서 나타나는 형광 피크(fluorescence peak) 중 하나를 포함하는 형광 영역의 강도 값으로, 220 nm 내지 260 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이다.
상기 수학식 1의 비율 “(H+P)/L”를 이용하면, 각 피크의 형광 강도 값을 단독으로 이용하는 경우나 H/L 비율을 이용하는 경우에 비해 높은 정확도로 MP-DOM을 검출할 수 있고, 시료 내에 적은 농도의 MP-DOM가 포함된 경우에도 MP-DOM을 검출할 수 있다.
본 발명의 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법은 상기 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 비율이 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 포함하지 않는 대조군 시료로부터 측정된 상기 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율보다 크면 상기 검출 대상 시료는 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 포함할 가능성이 있다고 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명자들은 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질(MP-DOM, microplastic-derived dissolved organic matter)이 포함된 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율이 MP-DOM을 포함하지 않는 대조군 시료로부터 측정된 상기 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율보다 크다는 것을 발견하였다. 따라서 상기 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율이 MP-DOM을 포함하지 않는 대조군 시료로부터 측정된 상기 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율보다 크면 상기 검출 대상 시료는 MP-DOM을 포함할 가능성이 있다고 판단할 수 있다.
또한, 본 발명자들은 시료 내 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질의 함량이 총 용존 유기 물질 대비 최소 3 부피%라면 상기 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율을 이용하여 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있음을 확인하였다(도 5). 그리고 본 발명자들은 500개/L 또는 1000개/L 농도의 미세플라스틱 입자를 포함하는 인공 담수, 호수, 처리된 폐수 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율을 이용하여 유의하게 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있음을 확인하였다(표 3 및 표 4).
즉, 자연 유래 용존 유기 물질에 비해 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질이 소량 포함된 시료 또는 다양한 출처의 수생 자연 유래 유기 물질을 포함하는 시료라고 할지라도 본 발명의 수학식 1의 비율을 이용하면 높은 정확도로 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 검출할 수 있다.
대조군 시료는 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질(MP-DOM, microplastic-derived dissolved organic matter)을 포함하지 않는 임의의 수생(aquatic) 샘플일 수 있다. 대조군 시료는 MP-DOM은 포함하지 않고 자연 유래 용존 유기 물질(NOM, natural organic matter)만을 포함하는 샘플일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
실시예
재료 및 방법
1. 미세 플라스틱 유래 유기물(MP-DOM, microplastic-derived organic matter)의 제조
본 실시예에서 발포 폴리스티렌(EPS, expanded polystyrene), 폴리염화비닐(PVC, polyvinylchloride), 그리고 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethyleneterephthalate)을 대표 플라스틱으로 선정하였다. 상업용 플라스틱은 대한민국 서울의 현지 시장에서 PVC와 PET용 시트 형태(두께 1 mm)와 EPS용 비드(직경 1 mm)를 구입하였다. 약 1 mm x 1 mm 크기로 절단하고, 절단된 조각을 증류수로 충분히 세척하여 시료를 운반하는 동안 발생할 수 있는 불순물을 제거하였다.
MP-DOM 샘플의 경우, 두 가지 침출(leaching) 조건(즉, 어두운 조건 및 UV 조사 조건) 하에 5.0 g-플라스틱 조각/L를 포함하는 인공 담수(artificial freshwater) 용액에서 침출 실험을 수행하였다. 침출 용액은 NaHCO3 (96 mg/L), CaSO (47.4 mg/L), MgSO4 (122.86 mg/L) 및 KCl (4 mg/L)로 구성되었다. UV 조사는 플라스틱 조각이 장기간 햇빛에 노출되는 환경을 시뮬레이션하기 위한 것이다. 침출은 14일 동안 지속되도록 하였다. 용액의 MP(microplastics) 용량은 MP-DOM의 최대량을 얻기 위해 자연 환경에서 일반적으로 관찰되는 범위보다 높게 설정되었다. UV 조사 설정을 위해 MP 조각을 포함하는 담수 용액을 120℃에서 15분 동안 고압 증기로 멸균한 석영 비커(1 L)로 옮겼다. 자외선 노출을 이용한 침출 실험을 위해 내부에 6개의 8W-UVA 램프(Sankyo Denki, F8T5BL)를 광원으로 하여 밀폐된 캐비닛 중앙에 비커를 배치하였다. 용액이 휘발되는 것을 방지하기 위해 비커의 상단을 알루미늄 호일로 덮었다. 침출 기간 동안 연속 혼합을 위해 각 비커의 바닥에 교반기를 놓았다. 침출이 끝나면 혼합 용액을 미리 재처리된 Whatman GF/F 필터를 통해 여과하여 MP-DOM 샘플을 얻었다. 이 단계에서는 유리 진공 여과 장치를 사용하여 외부 플라스틱 물질과의 불필요한 접촉을 방지하였다. MP-DOM 샘플의 최종 용존 유기 탄소(DOC, dissolved organic carbon) 농도는 암 조건의 경우 0.64 ~ 0.68 mg-C/L이고 UV 조사 설정의 경우 1.43 ~ 3.99 mg-C/L이다. 끝성분 혼합 분석(end member mixing analysis)의 경우 UV 조사된 MP-DOM 샘플만 사용되었으며, EPS-DOM (Expanded polystyrene-derived dissolved organic matter), PVC-DOM (polyvinylchloride-derived dissolved organic matter) 및 PET-DOM (polyethyleneterephthalate-derived dissolved organic matter) 은 각각 임의로 MP1, MP2 및 MP3에 배정하였다.
자연 및 공학적 시스템(후술하는 결과 4)에서 실제 침출 상황을 모방하는 또 다른 실험을 위해, 인공 담수 용액을 대신하여 한국의 팔당 호수(L2)에서 사전 여과된 호수 물 또는 1 mg-C/L의 고정 DOC 농도를 갖는 배경 용액인 사업 폐수 처리 시설에서 처리된 폐수(treated effluent) (E2)를 이용하였다. 침출 과정은 전술한 실험보다 짧은 기간(즉, 7일) 동안 지속되었지만 동일한 조건(어두운 조건 및 UV 조사 조건)에서 지속되었다. 추가된 EPS 플라스틱 용량(500 또는 1000개-EPS/L)은 MP로 오염된 수생 환경에서 보고된 것과 유사한 수준 (강: 0.01~519 MP/L, 폐수 방류수(wastewater effluent): 338~1473 MP/L)으로 설정하였다.
2. 끝성분(end-member) DOM 및 혼합물 준비
다양한 출처/위치(강: R1 및 R2, 호수/저수지: L1 및 L2, 하천: S1 및 S2, 처리된 폐수: E1 및 E2)의 8개 물 샘플을 MP-DOM과 대조되는 수생 NOM 출처 그룹으로 선택하였다. International Humic Substances Society(IHSS: http://ihss.humicsubstances.org/)에서 구입한 Suwanee River fulvic acid(SRFA: R1) 및 Poly Lake fulvic acid(PLFA: L1)도 NOM 끝성분 그룹에 포함하였다. 분말 IHSS NOM 물질(5 mg)을 1 L의 탈이온수에 용해시켜 NOM 용액을 제조하였다. 다른 수생 NOM 샘플은 한강(R2), 팔당호(L2), 토평천(S1), 낙화암천(S2), 시립 폐수 처리 시설(E1) 및 산업 폐수 처리 시설(E2)을 포함한 여러 출처에서 2020년 6월부터 2021년 3월까지의 기간 동안 수집하였다. 모든 샘플은 현장에서 황산을 사용하여 산성화하여 열화를 최소화한 후 사전 회분된(pre-ashed) Whatma GF/F 필터를 통한 여과를 위해 실험실로 운송하였다. 그 후 pH를 ~7.0으로 조정하여 현장 pH 조건을 회복하였다. 샘플의 초기 DOC 농도는 1.0~10.8 mg-C/L 범위였다.
전술한 바와 같이, 끝성분 혼합 분석에 이용한 MP-DOM는 UV 조사된 MP-DOM 샘플이다. UV 조사된 MP-DOM 및 수생 NOM을 1.0 mg C/L의 일정한 농도로 희석하고 pH 7 및 0.01 M NaCl로 조정했다. 두 개의 끝성분은 0:100, 1:99, 3:97, 5:95, 10:90, 20:80, 30:70, 50:50, 75:25 및 100:0의 10가지 다른 부피 비율로 혼합하였으며, 0:100의 비율은 100% 수생 NOM을 나타내고 100:0의 비율은 순수한 MP-DOM을 나타낸다. MP1 용액(UV 조사된 EPS-DOM)은 모든 유형의 수생 NOM 용액과 혼합한 반면, MP2(UV 조사된 PVC-DOM)는 IHSS NOM 용액인 SRFA(R1) 및 PLFA(L1)와만 혼합하였다. 따라서 DOM 혼합물의 총 10가지 다른 솔루션(즉, MP1+R1, MP1+R2, MP1+L1, MP1+L2, MP1+S1, MP1+S2, MP1+E1, MP1+E2, MP2+R1, MP2+ L1)을 끝성분 혼합물 분석을 위해 고려하였다. 혼합물 샘플은 삼중으로 제조하였다.
3. 형광 EEM 측정
형광 여기 방출 매트릭스(EEMs, excitation emission matrices)는 형광 분광계(luminescence spectrometer) (F-7000, Hitachi, Japan)를 사용하여 얻었다. EEM은 280 내지 550 nm (5 nm씩 단계적 증가)의 여기 파장(Ex, excitation wavelengths) 범위에 걸쳐 220 내지 500 nm (1 nm씩 증가)의 방출 파장(Ex, emission wavelengths) 범위에서 스캔하였다. 여기 및 방출 슬릿은 모두 10 nm로 조정하였다. DOM 샘플의 최종 EEM 데이터를 얻기 위해 측정된 스펙트럼에서 증류수에 대한 형광 반응을 뺐다. 형광 강도는 350 nm(Em)에서 통합된 라만 피크(integrated Raman peak)의 형광 강도를 사용하여 라만 단위(R.U., Raman units)로 정규화하였다. 출처 식별을 위해 일반적으로 사용되는 세 가지 형광 지시자를 EEM 스펙트럼에서 추정하였으며, 그 지시자는 형광 지시자(FI, fluorescence index), 휴믹화 지시자(HIX, humification index) 및 생물학적 지시자(BIX, biological index)를 포함한다. FI는 여기 파장(Ex)이 379 nm로 고정되어 있을 때의 450 nm에서의 방출 강도 대 500 nm에서의 방출 강도의 비율이며, 미생물 유래 DOM의 경우 ~1.9, 지상 유래 DOM의 경우 ~1.4의 값을 갖는다. HIX는 DOM의 부식화도(humification)를 나타내는 데 사용되며, HIX는 여기 파장이 254 nm일 때의 435 nm 내지 480 nm의 방출 강도 면적을 300 nm 내지 345 nm 및 435 nm 내지 480 nm의 두 강도 면적의 합으로 나눈 값으로 계산하였다. BIX는 플랑크톤 또는 미생물 출처로부터 새로 생성된 DOM의 존재와 관련된 토착성(autochthonous) DOM의 존재를 조사하기 위한 대략적인 설명자이다. 이는 310 nm/380 nm(Ex/Em) 내지 310 nm/430 nm(Ex/Em)에서의 강도비로 계산하였다.
병렬 요인 분석(PARAFAC) 모델링은 drEEM Toolbox(Murphy et al., 2013)와 함께 MATLAB 7.0(Mathworks, Natick, MA)을 사용하여 수행하였다. 독립적인 형광 DOM(FDOM, fluorescent DOM) 구성 요소의 수는 끝성분 혼합물(n=275) 및 설명된 분산의 백분율(98.7%)에서 EEM 결과의 반분 검증(split-half validation)을 사용하여 결정하였다. 식별된 성분 피크의 최대 형광 강도(F max , the maximum fluorescence intensity)는 개별 FDOM 성분의 상대적인 양을 나타내기 위해 채택하였다.
결과
1. MP-DOM과 수생 NOM의 형광 특성 비교 및 새로운 지시자 도출
침출 조건(도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b)에 관계없이, MP-DOM의 단백질/페놀 유사 형광 영역에서 두드러진 피크가 나타났으며, 이는 Coble37에 의해 정의된 피크 B(~225(~280)/~305 nm)와 유사했다. 이 피크는 페놀 유사 형광 물질인 비스페놀 A를 함유한 다른 플라스틱 침출수와 리그닌, 페놀 및 다방향족 탄화수소로 구성된 폐수 샘플에서도 관찰되었다. 지배적인 피크는 본 실시예에서 피크 P로 지정되었다. DOC 당 피크 P의 형광 강도는 어두운 곳에서 얻은 것보다 UV 광 하에서 얻은 MP-DOM 샘플에서 훨씬 더 두드러졌다(dark-treated: DOC 당 0.113 R.U. 내지 0.139 R.U., irradiated: DOC 당 0.173 R.U. 내지 0.197 R.U.). 또한, 모든 MP-DOM 샘플의 DOC 정규화된 피크 P의 강도는 수생 NOM보다 6배 이상 높았다. 예를 들어, MP-DOM의 피크 P의 강도는 DOC 당 0.113 R.U. 내지 0.196 R.U.인 반면, 수생 NOM의 경우 DOC 당 0.031 R.U. 내지 0.108 R.U.였다. 암-처리된 MP-DOM과 UV 처리된 MP-DOM 간의 EEM(excitation emission matrices)의 주목할 만한 차이점은 후자의 경우 230/405 nm 및 290/405 nm의 Ex/Em에서 휴믹 유사 영역(humic-like region)에서 추가 피크가 발생했다는 것이다(도 1b 및 도 2b). 본 실시예에서는 290 nm(Ex) 및 230 nm(Ex)에서의 휴믹 유사 피크를 각각 피크 H 및 피크 L로 지정하였다. 두 개의 피크는 수생 NOM 샘플에서도 관찰되었다(도 1c, 도 1d 및 도 2e 내지 도 2j). 그러나 MP-DOM과 수생 NOM 샘플 사이의 피크에는 분명한 차이가 있었다. 피크 L은 수생 NOM 샘플에서 피크 H보다 더 두드러진 반면, MP-DOM에서는 피크 H에 비해 피크 L가 더 높은 강도를 나타내진 않았다. 특히, UV 조사된 MP-DOM 샘플의 경우 피크 H는 피크 L보다 훨씬 더 높은 강도를 나타냈다. 암-처리된 MP-DOM 샘플은 두 피크 강도에 대해 유사한 수준을 나타냈다(도 1g 및 도 1h). 예를 들어, 피크 H와 L의 강도는 0.103 R.U. 및 0.064 R.U.인 반면, DOC 농도 1 mg C/L에서 SRFA(Suwanee River fulvic acid)의 경우 0.125 R.U. 및 0.164 R.U.였다(도 1e).
MP-DOM 및 수생 NOM 간의 이러한 독특한 특징을 통해 두 DOM 끝성분 그룹 간의 구별을 최대화하는 방식으로 피크 H, P 및 L로 구성된 출처 식별 지시자(source discrimination index)를 생성할 수 있다. H/L의 피크 비율을 사용하면 UV 조사된 MP-DOM 및 수생 NOM을 잘 구별할 수 있다. 또한, 극도로 높은 강도의 암-처리된 MP-DOM의 피크 P는 UV 광선이 없는(즉, 휴믹 유사 형광 피크가 없는) 상태에서 MP-DOM과 수생 NOM을 구별하는 좋은 신호로 사용할 수 있다. 그러나 피크의 정확한 위치는 샘플의 유형이나 기기의 조건에 따라 약간 다를 수 있다. 예를 들어, UV 조사되지 않은 PVC-DOM의 가장 높은 피크(즉, 250/305 nm의 Ex/Em)의 위치는 피크 P(즉, 270/305nm의 Ex/Em)의 위치와 일치하지 않았다(도 2a). 이러한 차이를 보완하기 위해, 고정된 방출 파장에서 40 nm 간격의 여기 파장 영역을 고려하여 피크 영역 P, H 및 L을 정의했다(도 1e 내지 도 1h). 즉, 250~290/305 nm, 270~310/305 nm 및 220~260/405 nm의 Ex/Em을 각각 피크 영역 P, H 및 L의 적분 범위로 지정하였다.
본 발명자들은 MP-DOM에 대한 소스 식별 지시자로 세 피크 범위의 적분 영역 간의 비율인 (H+P)/L를 제안했다. 제안된 지수 (H+P)/L은 H/L의 단순한 비율(즉, H/L)과 비교하여 MP-DOM과 수생 NOM 사이에 훨씬 더 분명한 차이를 보여주었다(도 3). 침출 조건(Student t-test, p<0.001)에 관계 없이 두 그룹 사이의 (H+P)/L 비율에서 유의한 차이가 관찰된 반면, 단순 피크 비율인 H/L의 차이는 무시할 만한 정도였다(p=0.165). 한편, BIX 및 FI와 같이 NOM 출처 식별에 널리 사용되는 일반적으로 사용되는 형광 대용물(fluorescence proxies)은 두 그룹 간에 유의미한 차이를 나타내지 않았다(각각 p=0.729 및 0.083) (표 1). 상대적 휴믹화 정도를 나타내는 HIX 값은 MP-DOM 시료(0.078~0.337)보다 수생 NOM 그룹(0.706~0.918)에서 더 높았다(p<0.001).
[표 1]
Figure pat00001
EEM-PARAFAC 모델링을 통해 3개의 서로 다른 FDOM(fluorescent DOM) 구성 요소를 식별하였으며, 여기에는 2개의 휴믹 성분(성분 1 및 2)과 1개의 단백질/페놀 유사 성분(성분 3)이 포함된다(도 4). 그들의 피크 위치를 수생 NOM 또는 MP-DOM에 대한 문헌에서 이전에 보고된 위치와 비교하였다(표 2). 성분 1(C1) 및 성분 2(C2)는 각각 260(330)/452 nm 및 240(285)/385 nm(Ex/Em)에서 최대값을 나타냈다. 성분 3(C3)은 270/307 nm(Ex/Em)에서 최대 강도를 나타냈다. 2개의 휴믹 유사 성분(C1 및 C2)은 모두 자연 수생 시스템에서 일반적으로 보고된 것과 유사하였으나, C2의 특징은 MP-DOM 샘플의 이전의 EEM 스펙트럼에서 피크 H 및 피크 L과 부분적으로 겹쳤다. 반면에 C3의 피크 위치는 MP-DOM 샘플의 EEM에서 피크 P와 일치하였다. MP-DOM 그룹은 74.1-84.0%로 C3가 풍부하게 존재하는 것이 특징인 반면, 수생 NOM은 65.2-91.2%로 다른 두 구성 요소(즉, C1+C2)가 지배적이었다(표 2). 수생 NOM 그룹과 대조적으로 MP-DOM에서 상대적으로 더 높은 단백질/페놀 유사 성분(C3)의 분포는 수생 NOM과 비교하여 MP-DOM의 생물학적 불안정성을 입증하는 이전 문헌들과 일치한다. 이와 관련하여, C3는 MP-DOM의 존재에 대한 지시자로 간주될 수 있는 반면 C1은 일반적인 수생 시스템에서 수생 NOM과 매우 관련이 있는 것으로 보인다. C2가 MP-DOM보다 수생 NOM에 더 풍부하게 존재했지만(수생 NOM: 23.4-50.1% vs MP-DOM: 11.4-18.4%), 이는 두 DOM 그룹의 공통 형광 특징으로 존재하여 두 그룹 간의 명확한 구별을 방해하였다. 본 실시예에서 C1과 C3는 (NOM-지배적인) 휴믹 유사 및 (MP-지배적인) 단백질/페놀 유사 성분으로 지정하였고, C2는 전형적인 휴믹 유사 구성 요소로 지정하였다(표 2).
[표 2]
Figure pat00002
2. NOM과의 혼합물에서 풍부한 MP-DOM에 따른 광학 지시자의 변화
수생 NOM과의 혼합물에서 MP-DOM 탄소 함량이 증가함에 따라 선택된 분광 지시자의 변화는 도 5에 나와 있다. 제시한 광학 지수인 (H+P)/L 비율은 MP-DOM 분율이 증가함에 따라 유의한 관계(p≤0.001)를 나타냈고, 비선형으로 증가하였다. 특히, 혼합 실험이 동일한 DOC 농도(즉, 1mg-C/L)로 수행되었으므로 조사된 지수는 두 끝성분의 물리적 혼합 비율에만 의존해야 한다. MP-DOM 풍부도가 증가함에 따라 지시자에서 관찰된 변화는 다음 4가지 패턴 중 하나를 나타냈다: (1) 휴믹 유사 형광 관련 지시자(즉, 피크 H 및 L, C1 및 C2)에 의해 나타난 선형 감소 경향, (2) 피크 P, C3 및 피크 H에 대한 L의 비율(H/L)에 의해 나타난 선형 증가 경향, (3) HIX에 의해 밝혀진 비선형 감소 경향 및 (4) (H+P)/L 비율에 의해 나타나는 비선형 증가 추세(도 5).
감소 추세를 나타내는 광학 지시자는 모두 휴믹 유사 형광 및 HIX를 포함하는 DOM 방향족 탄소 구조와 관련이 있다. 대체적으로, 단백질/페놀 유사 형광 특성은 더 높은 MP-DOM 분율과 함께 증가하는 경향을 나타냈으며, 이는 우리의 이전 관찰 및 물과 접촉하는 상업용 플라스틱에서 우세한 단백질 유사 형광단을 방출한다는 다른 이전 문헌과 일치하였다. 단백질/페놀 유사 형광 특성의 우세는 부분적으로 상업용 플라스틱에서 방출된 플라스틱 첨가제 때문일 수 있으며, 이는 단백질 또는 페놀 유사 형광과 관련된 파장 범위에서 형광 분광법으로 종종 감지된다. H/L 비율을 제외하고 HIX 및 (H+P)/L 비율과 같은 비율 형태의 지시자는 MP-DOM 비율과 비선형 관계를 나타냈다. 이러한 스펙트럼 비율은 특정 파장에서 직접 얻은 스펙트럼 비율과 비교하여 혼합물에서 MP-DOM 감지에 대해 더 나은 성능을 나타내는 경향이 있었다.
3. MP-DOM에 대한 출처 식별 지시자 평가
선택된 광학 지시자의 출처 식별 능력은 다음 3가지 기준을 비교하여 평가하였다: (1) 0%-MP-DOM과 100%-MP-DOM 샘플 사이의 student t-test의 p-값 (2) 광학 지시자와 MP-DOM 분획(fraction) 사이의 선형 회귀의 R2 값, 여기서 비선형 관계는 선형 지수와 비교할 수 있도록 로그 변환되었음 (3) 최소 구별 가능한 % MP-DOM 값 (0% MP-DOM 샘플(또는 순수한 수생 NOM 샘플)을 사용한 student t-test을 기반으로 0.05 미만의 p-값을 갖는 최소 % MP-DOM 값으로 정의됨) (표 1).
첫 번째 평가 기준은 두 끝성분(즉, MP-DOM vs 수생 NOM) 사이의 출처 식별 지시자에 대한 최소 요구 사항을 나타내는 반면, 두 번째 평가 기준은 수생 NOM과의 혼합물에서 MP-DOM의 상대적 풍부도를 추정하기 위한 지시자의 정확도 척도 역할을 할 수 있다. 따라서 상대적으로 더 높은 R2 값을 가져 두 끝성분 그룹 간의 통계적으로 유의한 차이를 나타내는 지시자는 수생 NOM을 포함하는 환경 샘플에서 플라스틱 유래 DOM을 검출하는 더 나은 대리자(surrogate)로 간주할 수 있다. 예를 들어, C2는 두 끝성분 그룹 간에 상당한 차이를 나타냈지만 상대적으로 낮은 R2 값(0.4123)으로 인해 MP-DOM을 일반적으로 NOM 용액과 구별하는 것은 다소 부정확해 보인다. 테스트한 광학 지시자 중 3개의 광학 지시자 피크 P, HIX 및 (H+P)/L 비율이 처음 두 가지 기준(기준(1) 및 (2))을 충족했다. 마지막으로 최소 구별 가능한 MP-DOM%( minimum distinguishable MP-DOM%)를 세 가지 지시자에 대해 비교하여 환경 샘플에서 MP-DOM 검출을 위해 높은 정확도로 최상의 미세플라스틱 출처 식별 지시자를 선택할 수 있다. 세 후보 중 새롭게 제안된 EEM 피크 영역 비율인 (H+P)/L이 낮은 MP-DOM%(즉, 3%)를 나타내어 수계에서 플라스틱 유래 탄소원을 식별하는 데 강력하고 신뢰할 수 있는 지시자로 제안될 수 있음을 암시한다.
4. 환경 샘플에 대한 MP-DOM 식별 지시자에 대한 적용 가능성
(H+P)/L 비율이 세 후보 지시자 중 MP-DOM에 대한 출처 식별자로서 강력하고 신뢰할 수 있지만, MP 입자를 포함하는 환경 샘플에 대한 타당성을 추가로 평가할 필요가 있다. 이를 위해 상업용 EPS 플라스틱(500개의 EPS/L 및 1000개의 EPS/L)을 사용하여 인공 담수 및 두 가지 다른 NOM 용액(즉, 팔당 저수지: L2 및 처리된 폐수: E2)에서 어두운 조건 및 UV 조사 조건에서 7일 동안 추가 침출 테스트를 수행하였다(표 3 및 4).
[표 3]
Figure pat00003
[표 4]
Figure pat00004
준비된 모든 용액에 대해 MP-DOM 생성 또는 침출의 결과로 세 가지 지시자에서 유의한 변화(Student t-test, p<0.05)가 발생하였다. 침출에 의한 변화는 어두운 곳에서보다 UV 조사된 샘플에서 더 두드러졌다. 예를 들어, 용액에 리터당 1000개의 플라스틱을 추가했을 때, 침출 후 암-처리된 시료에서 피크 P의 강도가 대조군(control) 대비 1.86~2.94배 증가한 반면, UV 조사된 시료에서는 피크 P의 강도가 대조군(control) 대비 2.36~3.69배에 도달하였다. MP가 없는 경우와 달리 MP가 있는 배경 용액에서 새로운 형광 지시자 (H+P)/L 비율은 첨가된 플라스틱의 양과 침출 조건에 관계 없이 가장 큰 차이를 나타냈다(모든 경우에 대하여 p-값 < 0.01). 이러한 발견은 첨가된 플라스틱의 양이 담수(0.01개/L 내지 519개/L) 및 폐수 샘플(338개/L 내지 1473개/L)에서 이전에 보고된 범위에 속한다는 점에서 주목할 만하다.
또한, (H+P)/L 비율은 다른 배경 NOM 용액(즉, 인공 담수, 저수지 및 방류수)에 걸쳐 상대적으로 작은 변화(2.0~5.5배)를 나타냈다. 예를 들어 피크 P의 경우, 1,000개의 EPS를 포함하는 인공 담수에서 피크 P의 강도(0.096 ± 0.001 R.U.는 대조군 샘플(no MP)(0.002 ± 0.000 R.U.)에 비해 대략 48배 증가한 반면, 폐수 샘플(E2, treated effluent)에서 피크 P의 강도(0.104 ± 0.006 R.U.)는 대조군 샘플(0.017 ± 0.001 R.U.)에 비해 대략 6배 증가하였다. 반면, (H+P)/L 비율은 3개의 NOM 배경 용액에 대해 상대적으로 작은 범위의 증가를 나타내었으며, 리터당 1,000개의 EPS를 포함하는 3개의 NOM 용액에서 2.0~5.5배의 변화를 보였다. 이 결과는 새로운 지시자가 배경으로서 NOM 출처의 영향을 많이 받지 않으므로 환경 샘플에서 MP-DOM을 추적하는 데 효과적일 수 있음을 시사한다. 새로운 지시자에 피크 H 및 피크 L을 통합하면 MP-DOM의 피크 P와 NOM 샘플의 단백질/페놀 유사 형광이 겹치는 문제가 부분적으로 해결되는 것으로 보인다. 또한, 출처 식별자로서의 (H+P)/L 비율이 샘플의 농도에 의존하지 않는다는 또 다른 이점이 있다. 다시 말하면, MP-DOM에 대한 (H+P)/L 비율의 탁월한 식별 기능과 NOM 배경 용액의 최소한의 간섭은 이 비율을 다양한 NOM 출처에 의해 영향을 받을 수 있는 MPs로 오염된 수생 시스템에서 플라스틱 유래 DOM의 존재를 감지하기 위한 강력한 지시자로 만든다.
5. 향후 연구에 대한 한계 및 환경적 영향
본 실시예의 결과는 다양한 출처를 사용하여 수생 NOM과 구별할 수 있는 MP-DOM의 고유한 형광 특성이 있음을 보여주었다. MP-DOM과 수생 NOM 그룹 간의 EEM 기능을 비교한 결과, 새로운 출처 식별 지시자가 제안되었으며 새로운 지시자인 (H+P)/L은 NOM 및 MP-DOM에서 고유하게 관찰되는 다른 형광 특성에 대해 일반적으로 사용되는 다른 광학 설명자(optical descriptor)와 비교하여 환경 샘플에서 MP-DOM의 존재를 감지하는 더 높은 감도와 정확도를 나타냈다. 새로운 지시자는 값이 배경 NOM 출처에 따라 크게 가변적이지 않았기 때문에 소스 식별자(source discriminator)로서의 완건성(robustness)을 보였다.
본 실시예의 결과에 더해서, 미생물-/광-분해 또는 다른 매체와의 상호작용과 같은 DOM의 자연 변형 과정 동안 본 실시예에서 제안된 지시자의 잠재적인 변경을 추적하는 것은 현장에서 출처 식별의 타당성을 강화하는 데 도움이 될 수 있다. 특히, MP-DOM에서 단백질/페놀 유사 형광의 지배적인 존재와 문헌에 잘 문서화된 DOM의 책임과 피크 강도 사이의 긴밀한 연관성을 고려할 때, 새로운 지시자인 (H+P)/L의 변화에 대한 생분해의 영향을 더 연구하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 플라스틱 유래 DOM의 고유한 형광 신호가 MP에 대한 UV 조사에 의해 강화된다는 발견에 고무되어, 다음 과제는 인공 UV 조사가 장착된 폐쇄형 검출 시스템을 목표로 조건 최적화에 초점을 맞춰 환경 샘플의 플라스틱 관련 신호를 최대화할 수 있다. 위 시스템은 입자 계수, FT-IR 또는 질량 분광법과 같은 MP 오염에 대한 기존의 시간 소모적 검출 방법을 보완하기 위해 비용 효율적이고 빠른 스크리닝 도구로 개발될 잠재력이 있다.

Claims (4)

  1. 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 하기 수학식 1의 비율 계산하는 단계를 포함하고,
    [수학식 1]
    (비율)=(H+P)/L
    상기 H(R.U.)는 270 nm 내지 310 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이고, 상기 P(R.U.)는 250 nm 내지 290 nm의 여기 파장 및 305 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합이고, 상기 L(R.U.)은 220 nm 내지 260 nm의 여기 파장 및 405 nm의 방출 파장에서 측정된 형광 강도 값의 합인, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 검출 대상 시료로부터 측정된 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 비율이 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 포함하지 않는 대조군 시료로부터 측정된 상기 H, P 및 L 값으로 계산된 상기 수학식 1의 비율보다 크면
    상기 검출 대상 시료는 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질을 포함할 가능성이 있다고 판단하는 단계를 더 포함하는, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
  3. 청구항 1 에 있어서, 상기 검출 대상 시료는 자연 유래 유기 물질을 포함하는, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 미세플라스틱은 발포 폴리스티렌(EPS, expanded polystyrene), 폴리염화비닐(PVC, polyvinylchloride), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate)인, 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법.
KR1020220102702A 2021-08-26 2022-08-17 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법 KR20230031143A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210113209 2021-08-26
KR1020210113209 2021-08-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230031143A true KR20230031143A (ko) 2023-03-07

Family

ID=85512398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220102702A KR20230031143A (ko) 2021-08-26 2022-08-17 미세플라스틱 유래 용존 유기 물질 검출 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230031143A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117929367A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 南昌大学 一种基于双酶催化的纳米pet塑料比色检测方法
CN117929367B (zh) * 2024-03-20 2024-06-07 南昌大学 一种基于双酶催化的纳米pet塑料比色检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102310016B1 (ko) 2016-03-09 2021-10-07 와이에스아이 인코포레이티드 다변수 수질 모니터링을 위한 광학 질산염 센서 보상 알고리즘

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102310016B1 (ko) 2016-03-09 2021-10-07 와이에스아이 인코포레이티드 다변수 수질 모니터링을 위한 광학 질산염 센서 보상 알고리즘

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117929367A (zh) * 2024-03-20 2024-04-26 南昌大学 一种基于双酶催化的纳米pet塑料比色检测方法
CN117929367B (zh) * 2024-03-20 2024-06-07 南昌大学 一种基于双酶催化的纳米pet塑料比色检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Afrin et al. Microplastics contamination in the soil from Urban Landfill site, Dhaka, Bangladesh
Mohammadi et al. Occurrence, seasonal distribution, and ecological risk assessment of microplastics and phthalate esters in leachates of a landfill site located near the marine environment: Bushehr port, Iran as a case
Lee et al. Fluorescence signatures of dissolved organic matter leached from microplastics: polymers and additives
Cabernard et al. Comparison of Raman and Fourier transform infrared spectroscopy for the quantification of microplastics in the aquatic environment
Rozman et al. An extensive characterization of various environmentally relevant microplastics–material properties, leaching and ecotoxicity testing
Chen et al. Fluorescence spectroscopic studies of natural organic matter fractions
Yu et al. Comparison of PARAFAC components of fluorescent dissolved and particular organic matter from two urbanized rivers
Cashman et al. Comparison of microplastic isolation and extraction procedures from marine sediments
Lee et al. A fluorescence indicator for source discrimination between microplastic-derived dissolved organic matter and aquatic natural organic matter
He et al. Anthropogenic signature of sediment organic matter probed by UV–Visible and fluorescence spectroscopy and the association with heavy metal enrichment
Castelvetro et al. New methodologies for the detection, identification, and quantification of microplastics and their environmental degradation by-products
Markechová et al. Fluorescence Excitation-Emission Matrix Spectroscopy and Parallel Factor Analysis in Drinking Water Treatment: A Review.
Yeh et al. Use of fluorescence quenching method to measure sorption constants of phenolic xenoestrogens onto humic fractions from sediment
He et al. Recent advances on microplastic aging: Identification, mechanism, influence factors, and additives release
Monteiro et al. A straightforward method for microplastic extraction from organic-rich freshwater samples
Ren et al. Investigation of the characteristics of concentrated leachate from six municipal solid waste incineration power plants in China
Peng et al. Quantifying interactions between propranolol and dissolved organic matter (DOM) from different sources using fluorescence spectroscopy
Parashar et al. Recent advances on microplastics pollution and removal from wastewater systems: A critical review
Yuthawong et al. Molecular-level changes in dissolved organic matter compositions in Lake Inba water during KMnO4 oxidation: assessment by Orbitrap mass spectrometry
Su et al. Characterizing the compositional variation of dissolved organic matter over hydrophobicity and polarity using fluorescence spectra combined with principal component analysis and two-dimensional correlation technique
Powers et al. Non-targeted screening of disinfection by-products in desalination plants using mass spectrometry: a review
Lee et al. Effects of organic additives on spectroscopic and molecular-level features of photo-induced dissolved organic matter from microplastics
Liu et al. Ageing characteristics and microplastic release behavior from rainwater facilities under ROS oxidation
Huang et al. Occurrence of per-and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in municipal solid waste landfill leachates from western China
Ouyang et al. Dissolved organic matter derived from biodegradable microplastic promotes photo-aging of coexisting microplastics and alters microbial metabolism