Gas/particle Partitioning of PAHs Segregated with Particle Size in Equilibrium States

When gas/particle partitioning of PAHs in the atmosphere approached an equilibrium state, the slope of linear regression between gas/particle partitioning coefficient($logK_p$) and subcooled liquid vapour pressure($logP_L^O$) was -1. But it was alleged that the slope of equilibrium state might not be -1 in real atmospheric environment due to heterogeneous characteristics of particulate matter. In This study, it would be found if gas/particle partitioning of PAHs segregated with particle size in equilibrium state was based on the hypothesis mentioned above. We have calculated the slopes of $logK_p$ v.s. $logP_L^O$ after collecting 10 set samples which consisted of particulate and vaporous phases. The slope was close to -1 in equilibrium states. But despite of equilibrium state, all slopes segregated with particle size were not close to -1 and those were gentler with larger particle size. The difference of slopes in equilibrium states was almost against the assumption of gas/particle partitioning theory. When the gas/particle partitioning was due to adsorption, the desorption enthalpy was different in each particle size. When it was absorption, the activity coefficient was different. The difference of desorption enthalpy and activity coefficient in each particle size indicate the heterogeneous characteristics of the bulk particle. This may be the reason for slope variation with particle size even though in an equilibrium state.

대기 중 PAHs의 입경별 가스/입자 분배평형에 관한 연구

대기 중 PAHs의 가스/입자 분배반응이 평형상태일 때 가스/입자분배계수($logK_p$)와 각 화합물의 증기압($logP_L^O$)과 선형식의 기울기가 -1이라는 것이 지금까지 알려진 사실이었다. 기러나 실제 대기에서 일어나는 가스/입자 분배와 차이를 보이는 현상에 대한 연구가 진행되면서 대기 입자의 불균일성 및 입자특성의 차이로 평형상태일 때 가스/입자 분배계수와 증기압과 기울기가 -1이 되지 않을 수도 있다는 주장이 제기되었다. 따라서 본 연구에서 이러한 가설을 토대로 대기 입자의 입경 크기에 따라 시료를 채취하여 평형상태일 때 입경의 크기에 따른 가스/입자 분배를 연구하였다. 대기 중 PAHs의 분배평형상태를 추정하기 위해 High-volume air sampler에서 채취된 입자와 가스를 이용하여 분배계수와 증기압을 구하고 이때 기울기가 -1에 가까운 시료를 평형상태에 있는 시료로 간주하였다. 그러나 평형상태에 해당하는 시료 중 같은 날 동시에 채취한 입경별 입자를 이용하여 각 입경 크기에 따라 분배계수와 증기압의 기울기를 계산한 결과에서는 평형상태일지라도 입경크기에 따라 동일한 기울기를 갖지 않고 입자가 커질수록 기울기가 완만해지는 현상을 나타내었다. 이러한 현상을 규명하기 위해 가스/입자 분배 반응의 두 가지 기작에 대하여 평형상태일 때 기울기가 -1이라는 결과를 도출하기 위해 가정했던 조건에 대하여 검토하였다. 그 결과 가스/입자 분배가 흡착이 주 반응이라 가정했을 때 입자의 크기에 따라 탈착엔탈피 변화량에 차이가 있었으며, 흡수인 경우에는 입자간의 활성계수의 차이를 간접적으로 확인할 수 있었다. 이는 평형상태일 경우에도 입자의 크기에 따라 가스/입자 분배평형에 이르는 정도가 다른 것으로 판단된다. 또한 가스/입자 분배반응 현상을 규명하기 위해서는 입자의 크기를 고려함으로써 그 현상을 좀 더 명확히 밝힐 수 있을 것으로 판단된다.