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App】led Chernistry,

Vol. 13, NO. 2. OCtober 2009, 289-292

해양환경에서 풍화에 따른 유출유 중의 지방족 생체표지물들의 변성

코촤밴 · 송호철 · 이정화

한국지 질자원연구원

Degradation of AliphatiC BiOlogical Markers in Weathering Effect of

SPi∥ed oi- in Marine Environment

인느흐르뜨츠으쯔 · Jung Hwa Lee · Ho Chul SongKorea Institutes of Geoscience and Mineral Res0urces (KIGAM)

요 약

유류의 기원 및 변성을 추적하기 위한 기체크로마토그래피－질량분석법을 이용한 화학적 지문

화법에 대하여 논하였다． 토양에 잔류하고 있는 유출유로부터 지방족 화합물들을 박층 크로마토

그래피를 이용하여 선별 분리한 후 가장 많은 지화학적 정보를 보존하고 있는 지방족화합물들을

대상으로 다양한 GC- MS 기법을 적용하여 풍화의 진행정도와 유출유의 기원을 밝히는 방법에

대하여 고찰하였으며 비균질적 토양시료의 특성상 비특성적 정량결과가 제시할 수 있는 오류에

대하여 보다 신뢰성과 간편한 방법으로 시료 자체에 함유된 내부표준물질 （놀호판）을 선정하여

특성 성분그룹별 실제적 오염도와 초기 유출 상태에서 실제로 감소된 정도를 높은 신뢰도와 효

율성을 갖춘 지표를 제시코자하였다

1. 서 론

환경에 유입된 오일은 다양한 지질 조건들에 의해 변성이 이루어진다． 이러한 특성은 유출된

오일의 운명과 거동， 나아가 잠재적인 변성에 대한 예측을 가능케 한다． 처해진 환경에서 잔류 오

일은 다양한 환경인자들 즉， 증발， 용해， 분산， 광산화 및 미생물적 작용에 의해 변성이 이루어지

며이들 과정을 총체적으로 풍화로 통칭한다1. 풍화는 크게 물리적 풍화， 화학적풍화 및 미생물적

풍화로 대별할 수 있는데 물리적 풍화는 증발이나 용해과정을 통해 일어나는 것으로 잔류 오일에

즉시 영향을 미치는 인자로서 주어진 환경 영역 （즉， 수질， 토양， 공기）을 넘나들며 이루어지는

반면， 미생물적 풍화와 화학적 풍화는 주어진 구획내에서 개별화합물들의 조성을 변화시키거나 변

질시키는 과정이다2. 변성오일의 조성에 대한 특성을 규명하거나 지화학적 해석은 오일 유출에 대한 법적 책임소재를 밝히거나 내륙 및 해양환경에서의 유해 진단 및 효율적 처리 개선 방안을 찾

기 위한 평가 툴이 된다3. 2007년 12월 크레인 운반선과 홍콩 선적 유조선 허베이스프리트호 충돌로 일어난 해양 유류

사고 결과 12, 547 kL의 원유가 서해안에 유출된 바 있고， 결과적으로 다량의 유류가 인근 태안

지역을 오염시켰다． 오염된 생태계를 치유하기 위한 막대한 노력이 기울여졌는데， 해수 및 해변에

대한 오일의 제거 및 심해저 또는 내륙 지역에 대한 지화학적 조사가 광범위하게 진행되었다． 그

러나 보다 특성적인 지화학적 연구 즉， 유츌유의 변성 과정， 처한 환경에서의 거동 등에 대한 연

구는 진행된 바 없다， 이 연구의 목적은 허베이 유출유에 대한 지화학적 변화를 규명하며 나아가

특성적 생쳬표지물들에 대한 변화과정을 추적함으로써 이들 잔류 오일들의 해양환경에서의 소멸

의 용이성， 실제적 자연 감소량 등에 대한 체계적인 평가 툴을 제시코자 하였다． 이 과정에서 탄

화수소 지문화법에 대한 풍화 효과， 오일 분포 형태에 대한 해석， 오일 타입에 대한 분별， 특성적

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290전치완 , 송호찰 · 이정화

인 생체표지물의 확인 및 오일의 실제적 자연 감소량 및 비균질성 토양에서 실제적 오염도를 평

가하기 위한 효율적 지표에 대한 것들이 수행되었다．

2. 실 험

50 여개의 오염된 토양시료를 2008년 5월부터 10월까지 한 달 간격으로 태안 의향리 인근지

역에서 채취하였다． 채취한 시료는 먼저 디클로로메탄으로 유기물을 추출하였으며， 대상시료를 선

별하기 위하여 GC- FID 크로마토그램을 얻었다． 시료들은 심한 불균일성 조성을 보였으며， 서로

다른 변성과정을 거치고 있음을 나타내었다． GC- FID 크로마토그램과 지방족들의 풍화 형태를

고려하여 12개의 필트 시료를 선정하였다． 추출된 유사 오일 물질들은 추출， 농축 및 여과를 거쳐

활성탄소를 처리하여 황원소를 제거하였다． 추출물은 박층 크로마토그래피를 이용하여 지방족을

선별 분리하여 GC- MS 분석에 사용하였다， GC- MS 분석은 HP- 6890 기체크로마토그라프와

HP 5973 질량분석검출기를 이용하였으며， J& W 사의 30 m DB- 5 MS 모세관 컬럼을 분리에

사용하였다． 지방족 화합물 분석은 SIM 또는 scan 모드를 통해 얻어진 자료와 질랑스펙트럼， 선

행 연구결과들을 참조하여 생체표지물의 확인 지화학적 지표에 대한 해석에 적용하였다．

3. 결과 및 고찰

해안 채취 시료에 대한 GC- MS 분석결과를 Fig. 1．에 나타내었다，

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Retention time

Fig. 1. GC-MS cllromatogram of aliPhatic hydrocarbons of the field samPles.

응용화학， 제 13 권 제 2 호， 2009

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해양환경에서 풍화에 따른 유출유 중의 지방족 생체표지물들의 변성

Fig. 1．에 나타낸 시료명의 앞의 숫자는 채취한 달을 나타내며 B로 표시한 것은 채취지역을 표시한 것이다． 변성 과정에 거친 유출유의 물리적 형태는 시료에 따라 상당한 차이를 나타냄을 알 수

있는데， 일반적인 형태는 풍화의 진행이 활발히 이루어짐에 따라 나중에 용출되는 긴 노말－알칸

들의 세기가 앞서 용출되는 짧은 노말－알칸들에 비해 상대적으로 우세함을 알 수 있다． Fig. 1.

에서 n- C,7 및 n- C18에 인접한 피크는 각각 pristane (2, 6, 10, 14- tetramethyl pentadecane,

Pr) phytane (2,6,10,14- tetramethy- hexadecane, Py）의 존재를 나타내는데， 이들 물질은 주

요 오염에 대한 지표물질로 사용되는 이소프레노이드 물질들이다． 풍화가 진행됨에 따라 이들 물

질과 인접한 노말－알칸에 대한 상대비는 증가하게 된다．

선형 지방족 화합물들의 풍화 정도를 평가하기 위하여 여러 가지 파라메타들을 구하였으며， 이

들 결과를 table 1．에 나타내었다．

Table 1. Weathering parameters of n-alkanes and isoprenoids

SamPIe ID Pr/ Pha Pr/n-CI 7b Pll/ n- C 1 8c Wld

rb

7〃

1

.

·

.

1

1

1

0. 72

0. 76

0. 78

0. 21

0. 23

O·44

0. 28

0. 32

0. 45

0. 62

0. 91

0. 88

0. 85

O’68

0. 79

0. 87

0. 84

0. 77

O·95

O·49

0즐46

0. 45

2. 1

1 .3

0. 58

0. 62

0. 74

2. 6

0. 84

0. 85

0. 74

0. 77

2. 8

1 .8

0. 87

1 . 1

1 .2

3. 0

1 .2

O·79

0. 84

0. 71 1

0. 86

0뱁24

1 . 1

0. 82

O,85

0 .6 1

0. 87

l

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l

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1

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l

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1

2

수

4

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5

6

6

7

7

9

9

a : Ratio of nristane to Phyt￡Ine, " : ratio of nristane to n-hePtadecane c : ratio of phytane ton-octEldecane, d : weathering index = Z(n-cs, n-c.0, n-c,2, n-C,.)/ X(n-C22, n-C24, n-C26, n-Czs).

Table 1. 에 나타낸 ICO, ACO는 풍화되지 많은 기준물질로 사용한 Iranian crude 011,

Arabian crude 011에 대한 약어이며， BCO는 유출사고가 일어난지 한달쯤 지난 시점에서 해안에

서 수집한 beach crude 011을 나타낸다． Wl (weathring index）는 풍화된 정도에 대한 지표로

일반적으로 사용되는데， 풍화가 진행됨에 따라 Wl 값은 감소하게 된다． 필드 시료들의 Wl값은 기

준 원유들에 비해 훨씬 낮은 값을 나타냄을 알 수 있고， Pr, Py의 인접 노말．알칸에 대한 상대비는 기준 원유에 비해 훨씬 큼을 알 수 있다． Pr 및 Py의 상대적인 세기증가를 나타낸 크로마토그

램들을 Fig. 2．에 나타내었다． Fig. 2．에서 보이는 바와 같이 Pr 및 Py의 인접 노말－알칸에 대한상대적 세기 증가는 채취 시간 경과에 따라 현저하게 됨을 알 수 있는데， 이는 Table l에 제시된

Wl와는 서로 다른 양상을 보인다． 즉， Table 1．에서 5. 1, 6- 1의 심화된 풍화는 물리적 풍화 요

인 외에 다른 화학적 또는 미생물적 풍화 요인들에 의해 지배적으로 진행되었음을 제시하며， Pr

Appll’ed Chemistry, Vol. 13, No. 2, 2009

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및 Py의 상대비 증가는 물리적 풍화요인들에 의해 지배적임을 나타낸다．

「

回

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. - C " ,

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8듀「듯」。鷺겸灌

7y

ketenti on ti rrle

Fig. 4. A rePresentative total ion chromatogram of Pr, Py and adjacent n-alkanes (n-C17 and

n-C18, respectively).

4, 결 론

특성적인 방법으로 유출된 유류의 처해진 환경에서 일어나는 변성과정과 변화의 형태를 추적하

여 효율적인 치유 대책을 세우거나 나아가 오염의 기원을 찾고 책임소재를 규명하는데 적용되는

지화학적 방법들을 찾고자 하였다． 지방족 생체표지물들의 변화과정과 시간 경과에 따른 상대적

세기 증가들에 대한 추적을 통해 지화학적 정보를 얻고， 실제적 오염 정도와 자연 소멸 정도에 대

한 실제적 평가 툴을 마련코자 하였다． 이 결과 상당한 시간이 경과한 후에도 원래의 기원물질에

대한 정보를 간직하고 있는 지방족 생체표지물들에 대한 확인 및 추적을 위한 GC- MS 분석법이

확립되었으며， 풍화의 진행과정을 규명할 수 있는 다양한 파라메타들에 대한 해석 및 개선된 지표

가 제시되었다． 이들 결과들은 복합적 해양환경에서 다양한 풍화요인들에 대한 유출유의 특성을

규명하는 데 효율적으로 적용되었다．

감사의 글

본 연구는 한국지질자원연구원 기본사업의 일환으로 수행되었으며． 연구비 지원과 관계자 여러분

의 노고에 사의를 표합니다．

참 고 문 헌

1. 2. Wang, M. F. Fingas, M�r Pollut. Bull., 2003, 47, 423.

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Environmental Forensies colltaminant sPecific Guide, Academic Press, 2006. 409.

3. P. 5. Daling, L. G. Faksness, A. B. Hansen and 5. A. Stout, Environ. Forensics, 2002, J, 263.

응용화학， 제 13 권 제 2 호， 2009