미세먼지 측정기 원리와 미세먼지의 몇 가지 원인 빠른 확인

미세먼지 측정기 원리에 대해서 알아보고 계세요? 측정 방식의 간단한 원리와 미세먼지 원인 몇 가지를 정리했습니다. 아래의 내용을 확인해보세요.

 

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미세먼지란?

눈에 보이지 않을 정도로 입자가 작은 먼지를 미세먼지라고 합니다. 주로 측정되는 미세먼지는 지름이 10㎛보다 작은 미세먼지 PM10과 지름이 2.5㎛보다 작은 초미세먼지 PM2.5로 나뉩니다. 크기를 생각해보자면 PM10은 사람 머리카락 지름보다 약 1/5~1/7 정도로 작고 PM2.5는 머리카락의 1/20~1/30 정도로 작습니다. 

 

미세먼지의 성분은 계절, 환경, 기상 조건에 따라 달라질 수 있는데 주로 대기오염물질이 공기 중 반응하여 형성된 덩어리와 석탄, 석유 등 화석연료를 태우는 과정에서 발생하는 탄소류와 지표면 흙먼지 등에서 발생하는 광물로 구성됩니다.

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미세먼지 측정 단위

미세먼지를 측정하는 단위는 ㎛, ㎍이 있습니다. ㎛는 마이크로미터로 읽고 1㎛는 100만분의 1m에 해당합니다. 1mm로 환산하면 0.001㎛이고 사람의 머리카락과 비교한다면 머리카락의 두께가 약 70㎛이므로 초미세먼지는 약 30배 작은 수준으로 생각하시면 됩니다. ㎍은 마이크로그램으로 읽고 1㎍은 100만분의 1g에 해당합니다. 미세먼지 농도를 확인할 때 1㎥당 몇 ㎍이 측정되는지 나타내고 이 수치를 기준으로 좋고 나쁨을 확인하게 됩니다. 

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미세먼지 측정 방법 비교

미세먼지 측정 방식은 광산란 방식과 베타선 방식이 있습니다. 광산란 방식은 빛에 입자를 비춰 회절, 굴절, 반사되는 원리를 이용하고 베타선 방식은 미세먼지에 흡수되는 베타선의 양으로 농도를 측정하는 방식입니다. 보통 휴대하기 좋거나 간이 측정기는 광산란 방식을 이용하고 전문적으로 측정하고 정부에서 사용하는 측정기는 주로 베타선 방식을 사용합니다. 아래의 내용은 대략적인 방법을 나타낸 것으로 간단히 참고하시면 됩니다.

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1) 광산란 방식

간이 미세먼지 측정기 살펴보기

 

대부분의 간이 측정기에서 사용되는 광산란 방식은 입자가 빛에 노출되면 산란, 굴절, 반사, 흡수 등의 광학적 특성을 나타냅니다. 입자가 작으면 빛이 많이 산란하고 입자가 크면 빛이 앞에 집중됩니다. 먼지가 많은 곳에 레이저를 비추면 광학센서는 회절, 굴절, 반사 등의 정도를 파악하여 일정 크기의 입자를 구분, 개수 파악을 통해 농도를 계산합니다.

 

광산란 방식은 베타선 방식처럼 큰 장비가 필요 없어서 소형화가 쉽고 간편하게 실시간 측정이 쉽고 휴대하기 편한 장점이 있습니다. 그리고 한 개의 간이 측정기로 입자별 크기 측정이 동시에 가능하다는 것이 장점입니다. 다만 입자의 개수 농도 측정, 질량 농도로 전환하는 과정에서 오차가 발생할 수 있는데 베타선 방식과 비슷한 결괏값을 내도록 오차를 줄인 제품들도 출시되고 있습니다. 그리고 주요 단점은 아래와 같습니다.

 

1) 같은 크기의 미세먼지의 농도를 구할 때 수분이 함유된 것과 아닌 것의 차이를 구분할 수 없습니다.

 

2) 미세먼지의 모양은 제각각인데 모양에 따른 크기를 잘 못 인식하여 오차가 발생하기도 합니다.

 

3) 미세먼지에 따라서 빛을 반사하는 정도가 다를 때 오차가 발생할 수도 있습니다.

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2) 베타선 방식

베타선 방식은 크게 PM10, PM2.5 미세먼지를 구분하는 부분, 습기를 제거하는 부분 베타선 측정 부분으로 구분됩니다. 그리고 PM10 전용 장치, PM2.5 전용 장치로 나뉘게 됩니다. 간단한 원리로는 방사선인 베타선이 어떤 물질을 통과할 때 그 물질의 질량이 클수록 더 많이 흡수되는 성질을 이용합니다. 미세먼지를 채취한 필터에 흡수된 베타선 양을 측정하고 그 값으로 미세먼지의 농도를 계산합니다.

 

정부 측정소의 베타선 방식은 광산란 방식과 다르게 미세먼지가 측정 장치로 내려가기 전 히터가 설치돼 있습니다. 이 히터는 미세먼지의 수분을 제거해주는 역할을 합니다. 다양한 크기의 미세먼지는 공기 중 습기를 흡수해서 부피도 커지고 무게도 무거워지는데 이 상태로 미세먼지를 측정하게 되면 정확한 측정이 어렵기 때문에 수분을 제거해주는 과정이 꼭 필요합니다. 그리고 베타선 방식은 밀도, 성분, 모양 등의 영향을 받지 않고 측정되기 때문에 광산란 방식보다 정확하고 오차도 적어서 더 정확한 수치를 얻을 수 있습니다.

 

다만 PM2.5 장비라도 무조건 PM2.5 이상의 먼지를 통과시키지 않는 것은 아니고 2.5~3.4㎛ 정도의 미세먼지도 통과시키기는 하지만 그 비율이 낮고 3.5㎛ 이상의 미세먼지는 통과되는 양이 거의 제로 수준에 가깝습니다. 그래서 절대적으로 2.5㎛까지만 통과되는 미세먼지 측정기는 없고 일정 수준의 오차는 존재한다고 생각하시면 됩니다.

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베타식 방식의 모터 역할

베타선 방식을 살펴보면 공기를 흡입하는 모터가 크기를 구분할 때 중요한 역할을 합니다. 습기가 제거된 미세먼지를 모터로 흡입할 때 공기가 지나는 곳이 직선이 아닌 곡선을 이루고 있는데 여러 크기의 미세먼지가 이곳을 지나면서 인위적으로 공기의 흐름이 바뀐 곳을 지나게 됩니다. 이때 속도에 따라 다르지만 가벼운 것은 공기의 흐름대로 흡입되고 무거운 것은 바깥으로 벗어나게 됩니다. 쉽게 관성의 법칙을 따른 것인데 이런 식으로 흡입하는 속도를 조절하여 흡입되는 미세먼지의 크기를 구분하게 됩니다. 모터는 이런 역할을 하고 있고 그래서 흡입되는 공기의 속도, 일정한 속도로 흡입하는 모터의 성능이 중요합니다.  

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미세먼지 측정 기준

현재 우리나라 기준

미세먼지	초미세먼지
좋음 0~30 보통 ~80 나쁨 ~150 매우 나쁨 151~	좋음 ~15 보통~35 나쁨 ~75 매우 나쁨 76~

 

세계보건기구(WHO)는 대기오염물질인 초미세먼지의 연평균 기준을 10㎍/㎥에서 5㎍/㎥로, 미세먼지는 20㎍/㎥에서 15㎍/㎥로 줄였습니다. 국내 기준은 초미세먼지 15㎍/㎥, 미세먼지 50㎍/㎥로 WHO와 3배 넘게 차이 납니다.

 

국내에서는 WHO의 기준을 적용하면 아주 엄격한 기준으로 달성할 수 있는 횟수가 몇 번 안 되고 사실상 지키지 못할 수치입니다. 우리나라는 2018년 연평균 초미세먼지 기준을 25㎍/㎥에서 15㎍/㎥로 강화했지만, WHO의 기존 수치보다도 느슨한 편이고 실질적으로 이마저도 일부 지역을 제외하면 달성하지 못하는 실정입니다. 미세먼지가 심각한 서울을 기준으로 연평균 20㎍/㎥로 강화한 목표에 도달하기에는 절대 쉽지 않아 보입니다.

 

그리고 우리나라가 WHO 기준을 따라가지 못하는 이유 중 하나가 우리나라는 산업국가이기 때문에 우리나라 실정에 맞게 조정할 필요가 있다고 하지만 중국발 편서풍 영향으로 넘어오는 미세먼지만 생각하더라도 절대 WHO 기준을 따르지 못할 것입니다. 그리고 WHO 기준을 따른다면 매일 검색하는 미세먼지는 최악의 수준으로 국민들이 미세먼지로 인한 건강염려로 외출을 줄이게 되고 이에 따라 부가적인 피해가 막심할 것입니다. 

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미세먼지 원인

자동차로부터

자동차 연료가 연소하며 생성되는 배기가스로 인한 1차 미세먼지, 배기가스의 화학물질이 대기의 물질과 만나 생성되는 2차 미세먼지, 자동차 부품인 타이어, 브레이크 패드 등의 마모로 발생하는 미세먼지 등 도로에서 발생할 수 있는 미세먼지가 있습니다. 특히 차량이 많은 수도권에 높은 농도의 미세먼지가 발생하게 됩니다. 

 

경유 차량의 경유 자체에도 유해한 물질이 많지만 연소하면서 더 독한 물질이 많이 만들어집니다. 이것은 디젤 연소 분진으로 DEP(Disel Exhaust Particulates)이라고 불리고 그 안에 독성 물질은 1급 발암 물질로 규정돼 있습니다. 또한 디젤 배기 물질은 담배와 비슷한 발암 물질이 들어있는 것으로 알려져 있는데 이 종류는 약 50종 이상이나 됩니다. 그래서 니코틴이 없는 흡연과 비슷하다는 분석 결과도 있습니다.

 

타이어도 미세먼지의 원인으로 꼽힙니다. 타이어는 소모성 부품의 하나로 타이어가 마모되면서 발생하는 구성 성분은 대기로 흩어지게 됩니다. 타이어는 제조 과정에서 금속류, 황화물, 다양한 물질이 들어가기 때문에 마모를 통해서 노출되는 물질들 역시 미세먼지로서 우리 인체에 영향을 미치게 됩니다.

 

실제로 버스나 차량이 많이 지나는 곳에 측정기를 설치해두고 같은 시점에서 환경부가 발표한 초미세먼지 농도와 비교해보면 약 2배가량 차이가 나고 초미세먼지의 개수는 약 5배 이상 차이 납니다. 또한 초미세먼지보다 작은 1㎛ 이하의 초미세먼지의 발생량이 굉장히 높습니다.

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담배도?

일반 도로에서 미세먼지를 측정하면 갑자기 높은 수치를 내는 구간이 있는데 바로 흡연구역입니다. 일반 담배뿐만 아니라 전자담배도 상당한 양의 미세먼지가 배출됩니다. 제한된 조건에서 실험한 결과지만 전자담배를 사용하는 사람과 10m가 떨어진 거리에서도 우리나라 미세먼지 나쁨 기준인 30㎍/㎥보다 10배가 높은 약 340㎍/㎥ 정도이고 초미세먼지 개수는 평균보다 약 100배 이상을 나타냈습니다. 그리고 흡연구역 바로 옆이라면 8800㎍/㎥ 정도로 굉장히 높은 수치를 나타냅니다.

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산업 현장 미세먼지

산업 현장에서 발생하는 배출 대기오염 물질인 질소산화물이 미세먼지의 원인이 되는 물질 중 절반 이상을 차지합니다. 이 중 석탄화력발전소에서 발생하는 미세먼지가 상당합니다. 인근 지역 주민들은 상당히 고통스러워하고 있고 뿜어져 나온 미세먼지는 바람을 타고 전국으로 흩어지게 됩니다. 대표적인 미세먼지 원인 물질로는 질소산화물과 황산화물이고 10월경 전국으로 흩어지는 정도가 가장 심합니다. 그리고 온난화를 일으키는 이산화탄소도 배출도 문제인데 이산화탄소가 배출되는 과정과 미세먼지가 배출되는 과정이 공존하기 때문에 이산화탄소를 줄이는 노력도 필요합니다.

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마치며

미세먼지 측정기는 광산란 방식과 베타선 방식이 이용되는데 정부 측정소는 정확도가 높은 베타선 방식을 사용하고 이동하며 휴대하기 좋은 기기는 광산란 방식을 주로 이용합니다. 다만 광산란 방식은 구조 특성상 베타선 방식만큼 높은 정확도를 내기는 어렵습니다. 그래도 가정이나 사무실에서 사용하기 좋은데 미세먼지 측정뿐만 아니라 다양한 기능을 추가하여 공기 중 몸에 안 좋은 유기화합물 같은 것도 측정됩니다. 그래서 새집증후군이 걱정되는 분, 아이를 키우시는 가정에는 간이 미세먼지 측정기가 많이 사용되고 추천됩니다. 그럼 간단히 미세먼지 측정기 원리에 대해서 간단히 알아보시는 분, 이번에 미세먼지 측정기를 구입하시려는 분에게 작은 도움이 되었기를 바라고 건강하시길 바랍니다.

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