• 제목/요약/키워드: Stable carbon isotope ratio

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최근 용존 유기물 분석 기법 및 자연환경과 수 처리 시스템 내 활용방안 (Advanced Analytical Techniques for Dissolved Organic Matter and Their Applications in Natural and Engineered Water Treatment Systems)

  • 이윤경;허진
    • 한국물환경학회지
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    • 제38권1호
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    • pp.31-42
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    • 2022
  • Dissolved organic matter (DOM), which changes according to various factors, is ubiquitously present from natural environments to engineered treatment systems. Only limited information is available regarding the environmental functions of DOM after bulk analyses are only applied for characterization. In this paper, latest DOM analytical techniques are briefly introduced, which include fluorescence excitation-emission matrix with parallel factor analysis (EEM-PARAFAC), size-exclusion chromatography with an organic carbon detector (SEC-OCD), carbon/nitrogen stable-isotope ratio, and Fourier transform-ion cyclotron resonance-mass spectroscopy (FT-ICR-MS). Recent examples of using advanced analyses to interpret the phenomena associated with DOM occurring in natural and engineered systems are presented here. Through EEM-PARAFAC, different components like protein-like, fulvic-like, and humic-like can be identified and tracked individually through the investigated systems. SEC-OCD allows researchers to quantify different size fractions. FT-ICR-MS provides thousands of molecular formulas present in bulk DOM samples. Lastly, carbon/nitrogen stable-isotope ratio offers reasonable tools for tracking the sources in environments. We also discuss the advantages and weakness of the above-mentioned characterizing tools. Specifically, they focus on single environmental factors (different sourced-DOM and interaction of sediment-pore water) or simple changes after individual treatment processes. Through collaboration with the advanced techniques later, they help the researchers to better understand environmental behaviors in aquatic systems and serve as essential tools for addressing various pending problems associated with DOM.

수환경 내 용존성 유기물질의 총 유기탄소 및 총 질소 안정동위원소 신규 분석법 소개 (Introduction of a New Method for Total Organic Carbon and Total Nitrogen Stable Isotope Analysis of Dissolved Organic Matter in Aquatic Environments)

  • 박시영;최희주;홍서연;임보라;최서영;김은미;허유정;이수형;김민섭
    • 생태와환경
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    • 제56권4호
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    • pp.339-347
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    • 2023
  • 본 연구는 TOC/TN-IRMS를 이용하여 총 유기탄소 및 총 질소 안정동위원소 분석법을 연구하였으며, 수환경 중저농도 시료에서도 분석이 가능하게 시스템을 구축하였다. 수생태계로 유입되는 다양한 유기탄소 기원을 파악하기 위하여 형광지표와 δ13C-DOC 안정동위원소비를 활용한다면 효율적인 수질 관리를 위한 해석기능을 제공할 것이며, 추후 유역 오염원의 대표값(end member)의 지속적인 조사를 통하여 자료구축이 이루어져야 할 것이다.

대구 안심연료단지 환경오염물질 노출 평가(III) - 원소 탄소, 결정형 실리카 및 안정동위원소비를 이용한 오염원 기여율 및 분포특성 - (Exposure Assessments of Environmental Contaminants in Ansim Briquette Fuel Complex, Daegu(III) - Contribution and distribution characteristics of air pollutants according to elemental carbon, crystalline silica, and stable isotope ratio -)

  • 정종현;피영규;손병현;배혜정;양원호;김지영;김근배;최종우;박성준;이관;임현술
    • 한국산업보건학회지
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    • 제25권3호
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    • pp.392-404
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    • 2015
  • Objectives: This study measured and analyzed the concentrations of crystalline silica, elemental carbon and the contribution ratio of pollutants which influence environmental and respiratory disease around the Ansim Briquette Fuel Complex in Daegu, Korea. Methods: We analyzed the crystalline silica and elemental carbon in the air according to FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) and NIOSH(National Institute of Occupation Safety and Health) method 5040, respectively. In addition, lead stable isotopes, and carbon and nitrogen stable isotopes were analyzed using MC-ICP/MS(Multi Collector-Inductively Coupled Plasma/Mass Spectrometer), and IRMS(Isotope Ratio Mass Spectrometer), respectively. Results: The concentration of crystalline silica in the direct exposure area around the Ansim Briquette Fuel Complex was found to be $0.0014{\pm}0.0005mg/Sm^3$, but not to exceed the exposure standards of the ACGIH(American Conference of Governmental Industrial Hygienists). In the case of the autumn, the direct exposure area was found to show a level 2.5 times higher than the reference area, and on the whole, the direct exposure area was found to have a level 1.4 times higher than the reference area. The concentration of elemental carbon in the direct exposure area and in the reference area were found to be $0.0014{\pm}0.0006mg/Sm^3$, and $0.0006{\pm}0.0003mg/Sm^3$, respectively. This study confirmed the contribution ratio of coal raw materials to residentially deposited dusts in the area within 500 meters from the Ansim Briquette Fuel Complex and the surrounding area with a stable isotope ratio of 24.0%(0.7-62.7%) on average in the case of carbon and nitrogen, and 33.9%(26.6-54.1%) on average in the case of lead stable isotopes. Conclusions: This study was able to confirm correlations with coal raw materials used by the Ansim Briquette Fuel Complex and the surrounding area. The concentration of some pollutants, crystalline silica, and elemental carbon emitted to the direct-influence area around the Ansim Briquette Fuel Complex were relatively higher than in the reference area. Therefore, we need to impose continuous and substantive reduction countermeasures in the future to prevent particulate matter and coal raw materials in the study area. It is time for the local government and authorities to prepare active administrative methods such as the relocation of Ansim Briquette Fuel Complex.

분자지표 및 탄소안정동위원소 조성비를 이용한 국내 수입 주요 원유의 식별 (Identification of Major Crude Oils Imported into Korea using Molecular and Stable Carbon Isotopic Compositions)

  • 김은식;안준건;김기범;심원준;주창규;김문구
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제15권3호
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    • pp.247-256
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    • 2012
  • 원유의 탄소안정동위원소비는 증발, 생물분해, 용해 등 풍화작용에 의해 큰 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있어, 유출유의 기원을 확인하는 추적자로서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 국내에 수입되고 있는 유류 중 주요 14종 원유와 제품유 1종의 분자단위 유지문 지표와 탄소안정동위원소비 조성을 분석하고, 이를 유지문으로 활용하여 각 지표의 유류 간 식별력을 비교하였다. Bintulu 원유와 제품유(B-C(1%)) 만이 다른 원유와 구별되는 고유한 alkane 분포패턴을 보였고, 나머지 원유들은 매우 유사한 분포특성을 나타내었다. Alkane 분자지표를 사용하였을 때, 원유를 크게 3개 그룹으로 분류할 수 있었으나 그룹 내 식별은 불가능하였다. PAHs 분자지표인 C2D/C2P와 C3D/C3P 이중지수를 이용해서 A.L., A.S.L., Foroozan, B-C(1%)을 다른 원유들로부터 구별할 수 있었으며, 4-mD/1-mD와 2/3-mD/1-mD 이중지수는 A.S.L., Bintulu, Oman 원유를 뚜렷이 식별할 수 있었다. 하지만 나머지 원유들은 매우 유사한 값을 가지고 있어서 원유 간 식별이 어려웠다. 반면 탄소안정동위원소비를 활용한 식별법은 A.L., A.M., Qatar-Marine, B-C(1%)를 제외한 나머지 모든 원유 사이의 식별을 가능하게 하였다. 개별화합물의 탄소안정동위원소 조성비를 활용한 유지문 분석법은 기존의 PAHs와 alkane의 대표적인 분자지표들과 비교했을 때 상대적으로 높은 원유 간 식별력을 보여 주었다.

부산 가덕도 장항 유적 출토 인골의 안정동위원소 분석을 통해 본 신석기시대의 식생활 양상 (Isotopic dietary history of Neolithic people from Janghang site at Gadeok Island, Busan)

  • 신지영;강다영;김상현;정의도
    • 분석과학
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    • 제26권6호
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    • pp.387-394
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    • 2013
  • 인골에서 추출된 콜라겐의 탄소와 질소 안정동위원소 정보는 당시 사람들의 식생활과 영양 상태, 생계 경제를 복원하는데 구체적인 가능성을 제시한다. 지금까지 우리나라의 신석기시대 유적에서는 인골이 많이 발견되지 않아 직접적인 식생활 양상 추적이 어려웠는데, 부산 가덕도 장항유적에서 출토된 인골 48개체의 확인은 매우 주목할 만한 성과이다. 본 연구에서는 인골에서 추출된 콜라겐의 탄소와 질소 안정동위원소 분석을 수행하였으며, 평균값은 각각 다음과 같다(${\delta}^{13}$C=$-14.5{\pm}1.3$‰, ${\delta}^{15}$N=$-17.4{\pm}1.7$‰, n=10). 뼈의 조직 분석 결과 보존 상태는 매우 안좋은 HI (조직학 지수) 0을 나타냈으나, 뼈 콜라겐의 경우 질 평가지수에 합격한 값만을 사용하여 생존 시 식생활을 반영한다는 것을 알 수 있었다. 당시의 고고학적인 정황을 고려할 때 장항 유적 피장자들은 해양성 식료를 주로 섭취하였고, 육상 동물 및 야생 식물의 섭취 가능성 역시 배제할 수 없는데, 본 연구에서는 식료 섭취의 직접적인 증거가 되는 인골의 안정동위원소 분석을 통해 이러한 가정을 입증하였다. 이 외에도 펴묻기와 굽혀묻기 등 장법이나 토기 등 부장품에 따른 안정동위원소값에서는 유의미한 차이를 확인할 수 없었다. 신석기시대 최대 집단 묘역인 부산 가덕도 장항 유적 출토 인골 콜라겐의 탄소와 질소 안정동위원소 분석은 우리나라 신석기 시대 생활상을 복원하는 데 매우 핵심적인 증거가 될 것이라 기대된다.

팔당호 내 식물플랑크톤 안정동위원소 분석을 통한 유기물 기원 평가 (Evaluation of Organic Matter Sources of Phytoplankton in Paldang Reservoir using Stable Isotope Analysis)

  • 김종민;김보경;김민섭;신기식
    • 한국물환경학회지
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    • 제31권2호
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    • pp.159-165
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    • 2015
  • The organic matter sources of phytoplankton and related environmental factors influencing algal bloom in Paldang reservoir were studied using nitrogen and carbon isotope ratio(${\delta}^{15}N$, ${\delta}^{13}C$). Phytoplankton samples for stable isotope analysis were collected from four points in reservoir using a plankton net. Physicochemical water quality, algal taxa and hydrological data were collected from published monitoring material. Phytoplankton samples were analyzed by IRMS. CN ratio of each sample was very similar to that of phytoplankton from literature cited. ${\delta}^{15}N$ of each sample was decreased during July. Mixing and dilution of nitrogen sources due to increment of influx by concentrated rainfall were considered as the main reason for the decline of ${\delta}^{15}N$. Based on analyzed ${\delta}^{15}N$ value of each sample, nitrogen source of Bughan river sample was presumed to come from soil. The nitrogen sources of Namhan river and Kyeongan stream samples seemed to be sewage or animal waste. Low ${\delta}^{15}N$ value in August (2012) seemed to be influenced by isotope fractionation due to the blooming of nitrogen-fixation blue-green algae (Anabaena spp.). Variation in ${\delta}^{15}N$ values particularly by blue-green algal bloom was considered the important factor for estimating the organic matter sources of phytoplankton.

안정동위원소 비율 및 테트라하이드로칸나비놀 함량 분석을 통한 한국산 대마의 재배 환경 추론 (Planting Conditions of Korean Cannabis Derived from Stable Isotope Ratio & Tetrahydrocannabinol Contents)

  • 이재신;박용훈;이종숙;정진일;임미애;정희선
    • 약학회지
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    • 제52권3호
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    • pp.172-175
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    • 2008
  • Stable isotope ratio of carbon and nitrogen ($\delta^{13}C$ & $\delta^{15}N$), and $\Delta^{9}$-tetrahydrocannabinol (THC) contents were measured on 37 Korean cannabis and 10 commercial grade marijuana seized in Korea. Factors influencing on the measured values and their variations were investigated. $\delta^{13}C$ value of cannabis is specified mainly by water availability. Korean cannabis showed relatively low $\delta^{13}C$ values ranging -33.29$\sim$-27.01% (mean=-31.01%), which reflect geographic conditions of Korea where is rainy, especially during summer. $\delta^{15}N$ values, which reflect individual planting conditions, were relatively high up to -0.5$\sim$18.0% (mean=6.44%). It reflects characteristics of Korean cannabis growing wild in forest or cultivated in fertile soil. Tetrahydrocannabinol is the major hallucinogenic compound of cannabis. Ethanol extracts of cannabis leaves were derivatized by N,O-bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide (BSTFA), and the derivatives were analyzed by GC-MS in selected ion monitoring (SIM) mode. THC contents of Korean cannabis ranged 0.11$\sim$4.34% (mean=1.47%), which were relatively low compared with commercial grade marijuana.

산소-탄소 안정동위원소특성을 이용한 대기층 고품위 석회석의 생성기작 해석 (Verification of Genetic Process for the High-purity Limestone in Daegi Formation by Oxygen-carbon Stable Isotope Characteristics)

  • 김창성;최선규;김규보;강정극;김상태;이종현;장재호
    • 자원환경지질
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    • 제52권1호
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    • pp.107-118
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    • 2019
  • 태백산분지 북익부 고품위 석회석의 생성은 크게 동생적(syngenetic)과 후생적(epigenetic) 관점으로 나뉘어 있으며, 산소-탄소 안정동위원소 비 특성을 이용하여 이들의 생성환경을 고찰하였다. 북익부의 4개 광산(GMI, 정선, 백운, 백광)과 남익부의 상동(오미아)광산, 그리고, 삼척지역의 쌍용동해광산을 대상으로 하였으며, 이들과의 비교를 위해 정선지역 대기층 노두시료를 포함하였으며, 이들을 색상에 따라 암회색, 회색, 담회색, 백색으로 구분하였다. 산소 안정동위원소 비는 4.5 ~ 21.6 ‰의 넓은 범위의 변화를 보이지만, 탄소 안정동위원소 비는 -1.1 ~ 0.8 ‰ (방해석 맥 제외)로 매우 좁은 범위를 보여, 열수의 작용이 크지 않았음을 지시한다. 또한, 광산별, 색상별 산소-탄소 안정동위원소 비의 분포범위의 차이는 없으며, 주변 노두에서 채취된 탄산염암과 유사한 범위를 보이는 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 고품위 석회석의 생성에 있어서 열수의 영향은 거의 없었다는 것을 지시한다. 산소 안정동위원소 비 값은 암석의 색상변화(백색화)보다는 조직의 변화와 관련되는데, 산소 안정동위원소 비 15 ‰ 전후를 기준으로 탄산염암의 산상을 구분할 수 있다. 이보다 높은 경우 괴상 또는 층리가 잘 보존된 특징을 보이는 반면, 낮은 경우 하나의 시료 내에서 두 가지 이상의 색상이 나타나고 있으며, 층리는 교란되거나 거의 소멸하여 흔적만 확인된다. 두 가지 이상의 색상이 나타나는 경우 밝은 부분이 어두운 부분에 비해 현저히 낮은 산소 안정동위원소 비를 보이는 경우가 다수 관찰되며, 이는 열수와의 반응에 의한 현상으로 해석된다. 다만, 이와 같은 현상은 소규모로 나타나고 있으며, 광상 전체적인 고품위 석회석의 생성에 대한 해석으로는 적당하지 않다. 특히, 재결정화한 백색의 탄산염암에서 높은 산소 안정동위원소 비 값을 보이는 것은 이 지역 탄산염암의 재결정화에 열수의 작용이 매우 적었음을 지시하며, 주변 마그마에 의한 열적 영향만을 받은 결과로 해석된다. 또한, 고품위 석회석광상 내 광체의 분포가 수평으로 연속적이며, 고품위 석회석 상하 주변에 백운석이 층상으로 협재되는 등의 산상을 고려할 때, 연구지역 고품위 석회석의 생성은 동생적(syngenetic) 해석이 보다 더 타당할 것으로 판단된다. 따라서, 태백산분지 전반적으로 순차층서적 관점에 의한 퇴적상의 해석이 필요할 것으로 사료되며, 이는 추가적인 고품위 석회석 광체의 확보에 매우 중요한 요소가 될 것이다.

국내 유통되는 벌꿀의 품질특성 (Quality Properties of Honey in Korean Commercial Markets)

  • 김재영;송하연;문진아;신민홍;백승화
    • 한국식품과학회지
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    • 제46권4호
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    • pp.432-437
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    • 2014
  • 본 연구는 국내 외에서 생산된 다양한 벌꿀에 대한 품질특성을 비교 분석하고, 국내 유통 벌꿀의 과학적 벌꿀 관리를 위한 기초 자료를 마련하고자 수행되었다. 이를 위한 분석은 수집된 벌꿀을 대상으로 하여 안정탄소동위원소비율, 수분함량, 전화당 및 자당 함량, HMF 함량을 측정하였다. 안정탄소동위원소비율은 밀원에 따라 -25.18 - -12.60‰ 범위로 $C_4$ 식물군인 사양꿀을 제외하면 모든 벌꿀이 순수벌꿀로 유통되었다. 수분함량은 18.12-19.70% 범위로 식품공전 및 Codex 기준치에 충족하였다. 벌꿀의 당 함량은 fructose의 경우 36.10-43.94% 범위, glucose의 경우 22.61-31.91% 범위로 전화당 함량이 64.89-72.79% 범위를 나타내어 기준치에 충족하였다. Sucrose 함량 역시 1.56-4.75%로 기준치에 모든 벌꿀이 충족하였다. HMF 함량은 국내산의 경우 0.11-48.85 mg/kg 수준, 수입산의 경우는 4.10-78.66 mg/kg 수준을 나타내어 기준치에 적합하였다. 결론적으로 국내 유통 벌꿀을 수집하여 품질을 비교 분석한 결과, 모든 벌꿀이 우리나라 식품공전상 규정하고 있는 기준치에 충족한 결과를 나타내었지만, 긴 유통과정을 거치는 수입산 벌꿀의 경우 HMF 함량이 4.10-78.66 mg/kg 수준으로 국제기구인 Codex의 기준치인 40 mg/kg 이하에 일부 벌꿀이 초과하였고, 식품공전 상 기준치인 80 mg/kg 이하에 근접한 결과를 나타내었다. 따라서 국내에 유통 판매되는 벌꿀의 품질수준을 높이기 위해서는 당 및 HMF 함량 등 품질지표가 될 수 있는 구성성분에 대한 국제적 수준 또는 국내 실정에 적합한 벌꿀의 규격 관리가 마련되어야할 것으로 판단된다.

하계 강우기 전.후 신구저수지 내 입자성유기물의 수직분포 및 기원 연구 - 탄소 및 질소 안정동위원소비의 활용 - (A Study on Vertical Distribution and Origin of Particulate Organic Matter in Shingu Reservoir in Pre-monsoon and Post-monsoon Period - Application of Carbon and Nitrogen Stable Isotope Ratio -)

  • 김민섭;이연정;신경훈;황순진
    • 생태와환경
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    • 제41권spc호
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    • pp.27-34
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    • 2008
  • 본 연구는 부영양상태의 신구저수지에서 강우기 전 후의 수질 변화와 강우기 유입수의 영향을 평가하기 위해 이루어졌다. 강우기 전에는 수심에 따른 수온차가 $1^{\circ}C$이하였지만 강우기 후에는 $4^{\circ}C$차 이상까지 벌어져 수온 약층이 뚜렷하게 형성되었다. 탁도는 강우기 전보다 강우기 후에 표층에서 12NTU, 저층 120NTU로 크게 증가하였다. POC의 농도는 강우기 전의 조사에서 수심에 따라서 $4.96{\sim}6.68mg\;L^{-1}$의 범위를 나타내고 강우기 후의 조사에서는 $1.73{\sim}5.32mg\;L^{-1}$의 범위를 나타내고 있어 전체적으로 강우기 전보다 강우기 후의 POC의 농도가 낮았으나 수심에 따라서 크게 증가하는 경향을 보이고 있다. 또한, DOC의 농도는 강우기 전의 조사에서 $3.82{\sim}3.96mg\;L^{-1}$의 범위를 나타내고 있고, 강우기 후의 조사에서 $2.18{\sim}2.57mg\;L^{-1}$의 범위를 나타내고 있어 전체적으로 강우기 전보다 강우기 후의 DOC농도는 감소하고 있다. 또한 강우기 후 저층의 높은 탁도층에서 강우기 전보다 입자성유기물의 C/N비가 크게 증가하였고 입자성 유기물의 ${\delta}^{13}C$${\delta}^{15}C$값이 뚜렷하게 가벼운 값을 보이는 것으로 볼 때 저수지 주변 유역에서 유입된 유기물의 영향을 크게 받았다는 것을 알 수 있다. 본 연구 결과로 볼 때 농업용 저수지인 신구저수지는 하계 강우기시 유입하천을 통해 외부로부터 유입된 육상식물 유기물이 저층에 부유된 상태로 존재하며 이는 저수지 내 저층 수생태계의 에너지 흐름에 영향을 줄 수 있는 것으로 사료된다.