새로운 분광법 연구: 토양 속 나노/마이크로플라스틱 정밀 측정 방법 개발

Seoul나노 및 미세플라스틱(N/MPs)은 토양, 바다, 음용수, 공기, 그리고 인간의 몸속 등 여러 곳에서 발견됩니다. 특히 토양에 많은 양이 존재하는데, 이 작은 플라스틱들은 토양을 통해 지하수와 담수로 이동할 수 있습니다. 빗물은 이들의 토양 이동을 도와줍니다. 물 속에 들어가면 결국 인간의 몸으로 유입될 수 있습니다. 이러한 입자들이 토양에서 어떻게 확산되고 이동하는지를 연구하는 것이 중요합니다.

현재 토양 내 N/MP 농도를 측정하는 방법은 복잡합니다. 이는 화학적 및 물리적 공정을 통해 토양의 유기물을 분리해야 합니다. 그렇게 분리된 N/MP는 다음과 같은 도구를 사용하여 분석됩니다:

• 현미경
• 푸리에 변환 적외선 분광법
• 열분해-가스크로마토그래피/질량분석법
• 라만 분광법

이 방법들은 고급 기술을 필요로 하며, 1마이크로미터보다 작은 입자를 분석할 수 없습니다. 분리 과정에서 토양 내 일부 입자가 손실되어 정확하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다.

연구진이 분광법을 활용하여 토양 내 N/MP 농도를 측정하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 연구팀에는 와세다 대학의 츠치다 쿄헤이 씨, 일본 고도산업과학기술원의 이모토 유카리 박사, 사이토 타케시 박사, 하라 준코 박사, 그리고 와세다 대학의 가와베 요시시게 박사가 포함되어 있습니다. 그들의 방법은 간단하며, 토양 유기물을 분리할 필요가 없습니다.

분광법은 특정 파장의 빛이 샘플을 통과하고 흡수되는 정도를 분석하여 토양 내 N/MPs 양을 측정하는 데 활용됩니다. 이 방법은 N/MPs의 크기에 관계없이 검출할 수 있습니다. 적절한 파장을 선택하면 N/MPs를 토양 입자와 구별하는 것이 가능합니다. 연구자들은 N/MPs와 토양 입자 간의 빛 흡수 차이를 이용해 존재하는 N/MPs의 양을 측정했습니다.

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연구자들은 그들의 연구 결과를 2024년 5월 28일, 'Ecotoxicology and Environmental Safety' 저널에 발표했다. 그들은 입자 크기와 유기물 함량 등 다양한 특성을 가진 토양 샘플을 사용하여 여섯 가지 다른 토양 현탁액을 만들었다. 그런 다음, 이 토양 샘플을 203 nm 크기의 폴리스티렌 나노입자와 혼합하여 여섯 가지의 N/MP 오염 토양 현탁액을 만들었다. N/MP의 농도는 5 mg/L로 유지되었다.

팀은 200nm에서 500nm 사이의 다양한 파장에서 토양 현탁액이 흡수하는 빛의 양을 분광광도계를 사용하여 확인했습니다. 이후, 토양 내 N/MP 수치를 측정했습니다. 이들은 현탁액 내 토양 입자와 기타 물질이 야기하는 문제를 피하기 위해 가장 효과적인 두 가지 파장을 찾아냈습니다. 가장 적절한 파장은 220-260nm와 280-340nm로, 이들은 여섯 개 샘플에서 가장 정확하고 오류가 적은 결과를 제공합니다.

연구진은 토양 내 N/MPs의 양을 보여주는 그래프를 만들었습니다. 이 그래프는 습한 토양의 N/MPs 양과 건조한 토양에 첨가된 N/MPs 양을 비교했습니다. 그래프는 직선으로 나타났으며, 일부 N/MPs가 토양 입자에 붙는 현상을 반영했습니다. 이러한 방법으로 토양 내 N/MPs 농도를 정확하게 측정할 수 있었습니다.

이 결과는 이 간단한 분광법이 효과적으로 작동한다는 것을 보여줍니다. 이 방법은 N/MP를 먼저 분리할 필요 없이 토양 내에서 그 양을 측정할 수 있습니다. 또한, 이 방법은 폴리에틸렌과 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 다양한 종류의 N/MP를 서로 다른 종류의 토양에서 측정할 수 있습니다. 초기 검사로 쉽게 사용할 수 있으며, 이는 N/MP가 토양에서 퍼지고 이동하는 방식에 대한 이해를 높이는 데 도움을 줄 수 있습니다.