PM(Particulate Matter)은 다양한 자연적 발생원과 인위적 발생원에서 유래된다. 공기역학적 직경이 각각 10 μm, 2.5 μm 이하의 입자상 물질인 PM10과 PM2.5는 호흡기질환과 심혈관계 질환을 야기하는 등, 인체 건강에 악영향을 준다는 연구가 다수 진행된 바 있다. 중소규모의 주거 및 관광도시인 춘천은 PM2.5의 중대규모 1차 배출원이 존재하지 않지만 서울과 인천과 같은 대도시로부터 중, 장거리 수송 대기오염물질의 영향을 받을 수 있는 위치에 있다. PM2.5와 건강 영향과의 상관성을 나타내는 데에 대해 PM2.5 질량 농도만으로 그 연관성을 밝혀내기에 충분하지 않다는 연구가 나오면서, 이를 보완하기 위해 PM2.5 구성 성분들의 건강 영향에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 체내로 흡입된 입자는 인체 내에서 활성 산소 종(Reactive Oxygen Species, ROS)을 생성하여 산화스트레스를 발생시켜 건강에 악영향을 미친다. 산화스트레스 발생 능력을 간접적으로 평가하는 방법 중의 하나가 산화잠재력(Oxidative Potential, OP)의 측정이다. 또한, OP에 PM2.5 질량 농도를 곱하여 포집된 공기 부피 당 산화력인 산화부담(Oxidative Burden, OB)을 이용하여 환경 내에서 개인 노출 정도를 평가하는데 사용된다. 이 연구에서는 춘천시에서 채취한 PM2.5 의 질량 농도 뿐만 아니라 이온 성분, 탄소 성분, 미량원소를 포함한 구성 성분과 산화잠재력이 함께 측정되었다. PM2.5 내 산화잠재력은 호흡기 내막 액(Respiratory Tract Lining Fluid, RTLF) 내에 존재하는 항산화물질인 아스코르브산(Ascorbic Acid, AA)과 환원된 글루타싸이온(Reduced glutathione, GSH)의 감소율을 분석함으로써 측정하였다. 또한 인체내에 존재하는 항산화물질은 아니지만 PM과 같은 반응성 물질에 대해 감소하는 다이타이오트레이톨(Dithiothreitol, DTT)의 감소율을 이용한 측정법도 사용하였다.
연구기간 동안 춘천의 PM2.5의 평균 질량 농도는 19.9 ± 13.1 ㎍/m3으로 연간 대기환경기준을 초과하였으며 여름에 낮고 겨울에 높아지는 뚜렷한 계절적 변화를 나타냈다. 이온 성분 중 NO3-은 겨울철 낮은 온도조건에서 높은 농도를 보이고 SO42-는 여름철 광화학반응에 의해 증가하였다. 또한, 미량원소는 봄과 여름철에 지각원소의 증가로 인해 PM2.5에 대한 기여율이 전반적으로 증가하였다. 유기탄소(Organic Carbon, OC)와 무기 탄소(Elemental Carbon, EC)사이에서는 높은 상관성이 나타났을 뿐만 아니라 높은 OC/EC 비율이 나타나, OC와 EC가 차량 배출원 외에 동일한 일차 배출원의 영향을 중요하게 받았음을 시사한다.
세 가지 분석법으로 측정한 산화잠재력 즉, OPAA, OPGSH, OPDTT는 연구기간 동안 각각 평균 4.2 ± 1.0, 4.8 ± 2.1, 26.6 ± 12.3 pmol/min?㎍ PM이었으며 PM2.5 질량 농도와 모두 유의미한 상관성을 보이지 않아 입자의 독성은 PM2.5 질량 농도와 무관함을 나타냈다. 산화부담인 OBAA, OBGSH, OBDTT는 각각 평균 82.7 ± 60.5, 106.6 ± 82.3, 579.2 ± 442.4 pmol/min?m3 으로 나타났으며 PM2.5 질량 농도와 유의미한 상관성을 보였다. 본 연구와 동일한 분석방법으로 OP를 측정한 토론토의 연구결과와 비교했을 때 춘천에서의 OPAA, OPGSH가 토론토에 비해 약 1.5배, OPDTT가 5배 높았으며 OBAA, OBGSH가 5배, 그리고 OBDTT가 20배 높게 나타났다. PM2.5의 구성 성분의 질량 농도에 대한 기여율을 상위 20%와 하위 20%의 OP 시료에 대해 비교하였을 때 상위 20%에서 질산염의 기여율이 높고 하위 20%에서 황산염의 기여율이 높은 것으로 나타났다. 상위 20%의 OPGSH와 OPDTT시료에서는 모두 Al과 Ca2+의 기여율(PM2.5에 대한 비율)이 높게 나타났다. OP와 PM2.5의 구성 성분과의 피어슨 상관분석 결과, OPAA에서 EC, Mg, K, Fe, Ti, Pb, Ba 성분과 유의미한 상관관계를 보였으며 OPGSH는 Al에서만 좋은 상관성을 보였으며 OPDTT는 Al과 Ca2+ 과 유의미한 상관성을 보여, OPGSH와 OPDTT는 지각성분의 영향을 높게 받으며 OPAA는 토양 및 도로의 비산과 인위적 배출원의 영향을 받는다고 판단된다.

PM2.5, defined as particulate matter less than 2.5 μm, is emtted from a various natural and anthropogenic sources. Studies have shown that PM2.5 adversely affects human health, causing respiratory and cardiovascular diseases. Chuncheon, a medium-sized residential city in Korea does not have large anthropogenic sources. However, PM2.5 concentration in Chuncheon, is likely to be affected by regional- and long-range transport of PM2.5 and its precursors emitted in metropolitan (Seoul) and industrial area (Incheon) with predominant westerly winds since the city is situated approximately 100 km east of Seoul. PM2.5 concentrations in Chuncheon often exceed the national air quality standard and are often higher than those measured at large cities of Korea.
Although PM2.5 mass concentrations are proven to be related with mortality and morbidity of respiratory and cardiovascular diseases in many studies, it is not sufficient to provide a strong connection with health impacts in some other studies; because each constituent of PM2.5 may have different health effect. In this study, the concentrations PM2.5 and its chemical substances as well as its oxidative potential (OP) were measured in Chuncheon, South Korea. Oxidative potential of PM2.5 was assessed by measuring the depletion percentages of ascorbic acid (AA), reduced glutathione (GSH), and measuring the depletion of dithiothreitol (DTT) with injection of PM2.5 extracts. Oxidative Burden (OB) is estimated by multiplying the OP by the PM2.5 mass concentration to indicate the degree of oxidation per collected air volume. The average mass concentration of PM2.5 in Chuncheon during the study period was 19.9 ± 13.1 μg/m3, which exceeded the annual air quality standards of 15 μg/m3. It showed a distinct seasonal variation, having low concentration in summer and high concentration in winter. Among the ionic components, NO3- showed the highest concentration at low temperature conditions in winter while SO42- increased in summer probably by an active photochemical reaction. In addition, the contribution of trace elements to PM2.5 mass increased in spring and summer, mostly driven by increase in the crustal elements. There was strong correlation between organic carbon (OC) and elemental carbon (EC), and OC/EC ratio was also generally high throughout the sampling period. These results support that OC and EC were mainly emitted the same primary emission sources other than the vehicle emission.
The average OPAA, OPGSH, and OPDTT were 4.2 ± 1.0, 4.8 ± 2.1, and 26.6 ± 12.3 pmol/min?μg PM, respectively. OBAA, OBGSH, and OBDTT were 82.7 ± 60.5, 106.6 ± 82.3, 579.2 ± 442.4 pmol/min?m3, respectively. When comparing the results with those measured in Toronto, Canada, OPAA and OPGSH were about 1.5 times higher and OPDTT was 5 times higher in this study. No significant correlation between OP and PM2.5 mass concentration, indicating that toxicity PM2.5 is not anticipated to be related to the major components of PM2.5. When comparing PM2.5 samples with high OPAA (top 20%) and low OPAA (bottom 20%), the fraction of nitrate to PM2.5 was significantly enhanced for high OPAA. On the other hand, for the top 20% of the OPGSH and OPDTT samples, the fraction of Al and Ca2+ to PM2.5 were observed to be high. Based on the Pearson’s correlation analysis, OPAA showed a significantly positive relationship with EC, Mg, K, Fe, Ti, Pb and Ba. OPGSH showed good correlation only with Al, and OPDTT was significantly correlated with Al and Ca2+. These results suggest that AA, GSH, and DTT were affected differently depending of the components.