환경화학

1. 개요

환경화학은 환경 내 화학 물질의 특성, 거동, 반응 및 영향을 연구하는 학문 분야이다. 오염 물질의 종류, 환경 지표, 환경화학의 활용, 분석 방법 등을 다룬다. 환경화학은 오염 물질의 특성과 원인을 탐지하고, 환경 오염 조사 및 분석, 저감 기술 개발, 환경 영향 평가 등에 활용된다. 분석 방법으로는 정량적 화학 분석이 사용되며, 전통적인 분석 방법과 첨단 분석 방법이 모두 활용된다.

학문 분야	화학, 환경과학
하위 분야	대기 화학 토양 화학 수질 화학 생태 독성학 녹색 화학 지구 화학

연구 대상	오염 물질의 근원 이동 반응 효과 운명 자연 환경 및 인간 환경 내 화학종
연구 방법	샘플링 분리 전처리 분석

관련 학문	화학 생화학 생태학 독성학 지질학 수문학 미생물학 공학

참고 문헌	Baird, Colin; Cann, Michael (2012). Environmental Chemistry (5th ed.). New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-1-4641-0827-4.

2. 오염 물질

오염물질은 자연 상태보다 높은 수준으로 존재하거나, 원래 존재하지 않아야 할 화학 물질이다. 이는 인간 활동과 생물 활동으로 인해 발생할 수 있다. 오염물질이라는 용어는 종종 주변 환경에 해로운 영향을 미치는 물질인 오염원과 혼용된다. 오염물질은 때때로 인간 활동의 결과로 환경에 존재하지만 해로운 영향을 미치지 않는 물질이지만, 오염으로 인한 유독하거나 해로운 영향이 나중에 나타나는 경우도 있다.

토양이나 어류와 같이 오염 물질의 영향을 받는 매질이나 생물체를 수용체라고 하며, 탄소 흡수원과 같이 오염 물질을 보유하고 상호 작용하는 화학적 매질 또는 종을 흡수원이라고 한다. 미생물에 의한 영향 또한 고려된다.

2.1. 오염의 종류

오염물질은 자연 상태보다 높은 수준으로 존재하거나, 원래 존재하지 않아야 할 화학 물질이다. 이는 인간 활동과 생물 활동으로 인해 발생할 수 있다. 오염물질이라는 용어는 종종 주변 환경에 해로운 영향을 미치는 물질인 오염원과 혼용된다. 오염물질은 때때로 인간 활동의 결과로 환경에 존재하지만 해로운 영향을 미치지 않는 물질이지만, 오염으로 인한 유독하거나 해로운 영향이 나중에 나타나는 경우도 있다.

토양이나 어류와 같이 오염 물질의 영향을 받는 매질이나 생물체를 수용체라고 하며, 탄소 흡수원과 같이 오염 물질을 보유하고 상호 작용하는 화학적 매질 또는 종을 흡수원이라고 한다. 미생물에 의한 영향 또한 고려된다.

3. 환경 지표

수질을 측정하는 화학적 지표에는 용존 산소, 화학적 산소 요구량, 생화학적 산소 요구량, 총 용존 고형물, pH, 영양염류 (질산염과 인), 중금속, 토양 화학 물질 (구리, 아연, 카드뮴, 납 및 수은 포함), 그리고 농약 등이 포함된다.

분류:수질 지표

3.1. 수질 지표

수질을 측정하는 화학적 지표에는 용존 산소, 화학적 산소 요구량, 생화학적 산소 요구량, 총 용존 고형물, pH, 영양염류 (질산염과 인), 중금속, 토양 화학 물질 (구리, 아연, 카드뮴, 납 및 수은 포함), 그리고 농약 등이 포함된다.

분류:수질 지표

3.2. 기타 환경 지표

수질을 측정하는 화학적 지표에는 용존 산소, 화학적 산소 요구량, 생화학적 산소 요구량, 총 용존 고형물, pH, 영양염류 (질산염과 인), 중금속, 토양 화학 물질 (구리, 아연, 카드뮴, 납 및 수은 포함), 그리고 농약 등이 포함된다.

4. 환경화학의 활용

환경화학은 영국의 환경청(Environment Agency), 웨일스 자연자원청(Natural Resources Wales), 미국의 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency), 공인 분석가 협회(Association of 공인분석가(Public Analyst)) 및 전 세계의 다른 환경 기관 및 연구 기관에서 오염 물질의 특성과 원인을 탐지하고 식별하는 데 사용된다. 여기에는 다음이 포함될 수 있다.

*산업에 의한 토지의 중금속 오염. 이러한 오염 물질은 수역으로 이동하여 동물과 식물과 같은 생물에 흡수될 수 있다.
*석유 유출(oil spill)이나 누출로 오염된 대규모 수역의 다환 방향족 탄화수소(PAHs). 많은 PAHs는 발암 물질(carcinogen)이며 매우 독성이 강하다. 환경 화학 및 크로마토그래피(chromatography) 실험실 검사를 사용하여 농도([[ppb(Parts per billion))|ppb])로 규제된다.
*수로로 유입되는 농업 토지에서 용탈되는 영양소는 조류 번성(algal bloom)과 부영양화(eutrophication)를 초래할 수 있다.
*폭풍우 동안 불투수 표면(impervious surfaces)(도로(roads), 주차장(parking lots), 지붕(roof))에서 씻겨 내려가는 오염 물질의 도시 유출수(Urban runoff). 일반적인 오염 물질에는 휘발유(gasoline), 엔진 오일(motor oil) 및 기타 탄화수소(hydrocarbon) 화합물, 금속, 영양소 및 퇴적물(sediment)(토양)이 포함된다.
*유기금속 화합물(Organometallic)
환경화학의 주요 목적 중 하나는 정량 분석을 이용하여 자연계의 물질 순환에 대한 화학적 이해를 높이는 것과, 환경부 등의 단체가 산업에 의해 수질, 토양, 대기가 오염되고 있는 실제 정도를 측정하기 위한 환경 조사 시의 방법을 제공하는 것이다. 조류의 이상 증식이나 부영양화와 관련이 있는 농경지에서 수 환경으로 유출되는 질소와 인의 양을 환경화학은 조사하며, 조사하지 않았다면 농업이 자연 환경에 미치는 중대한 영향을 미칠 것이다. 질소 화합물의 사용을 억제해야 할 지역의 특정 등 환경영향평가의 수립에 기여하고 있다.

4.1. 환경 오염 조사 및 분석

환경화학은 영국의 환경청(Environment Agency), 웨일스 자연자원청(Natural Resources Wales), 미국의 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency), 공인 분석가 협회(Association of 공인분석가(Public Analyst)) 및 전 세계의 다른 환경 기관 및 연구 기관에서 오염 물질의 특성과 원인을 탐지하고 식별하는 데 사용된다.

산업에 의한 토지의 중금속 오염은 수역으로 이동하여 생물에 흡수될 수 있다. 석유 유출(oil spill)이나 누출로 오염된 대규모 수역의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)는 발암 물질(carcinogen)이며 매우 독성이 강하여 환경 화학 및 크로마토그래피(chromatography) 실험실 검사를 사용하여 농도([[ppb(Parts per billion))|ppb])로 규제된다. 수로로 유입되는 농업 토지에서 용탈되는 영양소는 조류 번성(algal bloom)과 부영양화(eutrophication)를 초래할 수 있다. 폭풍우 동안 불투수 표면(impervious surfaces)(도로(roads), 주차장(parking lots), 지붕(roof))에서 씻겨 내려가는 오염 물질의 도시 유출수(Urban runoff)에는 휘발유(gasoline), 엔진 오일(motor oil) 및 기타 탄화수소(hydrocarbon) 화합물, 금속, 영양소 및 퇴적물(sediment)(토양)이 포함된다. 유기금속 화합물(Organometallic)도 환경오염의 원인이 된다.

4.2. 환경 오염 저감 기술 개발

환경화학은 영국의 환경청(Environment Agency), 웨일스 자연자원청(Natural Resources Wales), 미국의 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency), 공인 분석가 협회(Association of 공인분석가(Public Analyst)) 및 전 세계의 다른 환경 기관 및 연구 기관에서 오염 물질의 특성과 원인을 탐지하고 식별하는 데 사용된다.

산업에 의한 토지의 중금속 오염은 수역으로 이동하여 생물에 흡수될 수 있다. 석유 유출(oil spill)이나 누출로 오염된 대규모 수역의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)는 발암 물질(carcinogen)이며 매우 독성이 강하여, 환경 화학 및 크로마토그래피(chromatography) 실험실 검사를 통해 ppb 농도로 규제된다. 수로로 유입되는 농업 토지에서 용탈되는 영양소는 조류 번성(algal bloom)과 부영양화(eutrophication)를 초래할 수 있다. 폭풍우 동안 불투수 표면(impervious surfaces)(도로(roads), 주차장(parking lots), 지붕(roof))에서 씻겨 내려가는 오염 물질의 도시 유출수(Urban runoff)에는 휘발유(gasoline), 엔진 오일(motor oil) 및 기타 탄화수소(hydrocarbon) 화합물, 금속, 영양소 및 퇴적물(sediment)(토양)이 포함된다. 유기금속 화합물(Organometallic)도 환경 오염을 유발할 수 있다.

4.3. 환경 영향 평가

환경화학은 영국의 환경청(Environment Agency), 웨일스 자연자원청(Natural Resources Wales), 미국의 미국 환경보호청(United States Environmental Protection Agency), 공인분석가(Public Analyst) 협회 및 전 세계의 다른 환경 기관 및 연구 기관에서 오염 물질의 특성과 원인을 탐지하고 식별하는 데 사용된다.

* 산업에 의한 토지의 중금속 오염은 수역으로 이동하여 생물에 흡수될 수 있다.
* 석유 유출(oil spill)이나 누출로 오염된 대규모 수역의 다환 방향족 탄화수소(PAHs)는 발암 물질(carcinogen)이며 매우 독성이 강하여 크로마토그래피(chromatography) 실험실 검사를 통해 ppb 농도로 규제된다.
* 수로로 유입되는 농업 토지에서 용탈되는 영양소는 조류 번성(algal bloom)과 부영양화(eutrophication)를 초래할 수 있다.
* 폭풍우 동안 불투수 표면(impervious surfaces)(도로(roads), 주차장(parking lots), 지붕(roof))에서 씻겨 내려가는 오염 물질의 도시 유출수(Urban runoff)에는 휘발유(gasoline), 엔진 오일(motor oil) 및 기타 탄화수소(hydrocarbon) 화합물, 금속, 영양소 및 퇴적물(sediment)(토양)이 포함된다.
* 유기금속 화합물(Organometallic)

5. 분석 방법

정량적 화학 분석은 대부분의 환경 연구의 기초가 되는 데이터를 제공하기 때문에 환경 화학의 핵심 부분이다.

환경 화학에서 정량적 결정에 사용되는 일반적인 분석 기술에는 중량 분석, 적정 분석 및 전기화학적 방법과 같은 고전적인 습식 화학이 포함된다. 미량 금속 및 유기 화합물의 결정에는 더 정교한 방법이 사용된다. 금속은 일반적으로 원자 흡수 분광법(AAS)과 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(ICP-AES) 또는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS) 기술을 사용하는 원자 분광법과 질량 분석법으로 측정된다. 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 포함한 유기 화합물은 또한 가스크로마토그래피-질량 분석법(GC/MS) 및 액체 크로마토그래피-질량 분석법(LC/MS)과 같은 질량 분석법을 사용하여 일반적으로 측정된다. 탠덤 질량 분석법(MS/MS)과 고분해능/정확 질량 분석법(HR/AM)은 1조분의 1 이하의 검출을 제공한다. 보편적이거나 특정 검출기를 가진 GC와 LC를 사용하는 비-MS 방법은 여전히 사용 가능한 분석 도구의 주요 부분이다.

환경 화학에서 측정되는 다른 매개변수는 방사화학 물질이다. 이들은 알파 및 베타 입자와 같은 방사성 물질을 방출하는 오염 물질로, 인간의 건강과 환경에 위험을 초래한다. 입자 계수기와 신틸레이션 계수기가 이러한 측정에 가장 일반적으로 사용된다. 생물검정법과 면역측정법은 다양한 유기체에 대한 화학적 영향의 독성 평가에 사용된다. 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 특정 DNA 및 RNA 유전자 분리 및 증폭을 통해 박테리아 및 기타 유기체의 종을 식별할 수 있으며, 환경 미생물 오염을 식별하는 귀중한 기술로서 그 가능성을 보여주고 있다.

동료 평가를 거친 시험 방법은 정부 기관 및 민간 연구 기관에서 발표되었다. 규제 요건 준수를 입증하기 위한 시험 시에는 승인된 발표 방법을 사용해야 한다.

5.1. 전통적인 분석 방법

정량적 화학 분석은 대부분의 환경 연구의 기초가 되는 데이터를 제공하기 때문에 환경 화학의 핵심 부분이다.

환경 화학에서 정량적 결정에 사용되는 일반적인 분석 기술에는 고전적인 습식 화학이 포함된다. 미량 금속 및 유기 화합물의 결정에는 더 정교한 방법이 사용된다. 금속은 일반적으로 원자 분광법과 질량 분석법으로 측정되는데, 원자 흡수 분광법(AAS)과 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(ICP-AES) 또는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS) 기술이 사용된다. 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 포함한 유기 화합물은 또한 가스크로마토그래피-질량 분석법(GC/MS) 및 액체 크로마토그래피-질량 분석법(LC/MS)과 같은 질량 분석법을 사용하여 일반적으로 측정된다. 탠덤 질량 분석법(MS/MS)과 고분해능/정확 질량 분석법(HR/AM)은 1조분의 1 이하의 검출을 제공한다. 보편적이거나 특정 검출기를 가진 GC와 LC를 사용하는 비-MS 방법은 여전히 사용 가능한 분석 도구의 주요 부분이다.

환경 화학에서 측정되는 다른 매개변수는 방사화학 물질이다. 이들은 알파 및 베타 입자와 같은 방사성 물질을 방출하는 오염 물질로, 인간의 건강과 환경에 위험을 초래한다. 입자 계수기와 신틸레이션 계수기가 이러한 측정에 가장 일반적으로 사용된다. 생물검정법과 면역측정법은 다양한 유기체에 대한 화학적 영향의 독성 평가에 사용된다. 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 특정 DNA 및 RNA 유전자 분리 및 증폭을 통해 박테리아 및 기타 유기체의 종을 식별할 수 있으며, 환경 미생물 오염을 식별하는 귀중한 기술로서 그 가능성을 보여주고 있다.

5.2. 첨단 분석 방법

정량적 화학 분석은 대부분의 환경 연구의 기초가 되는 데이터를 제공하기 때문에 환경 화학의 핵심 부분이다. 환경 화학에서 정량적 결정에 사용되는 일반적인 분석 기술에는 고전적인 습식 화학, 중량 분석, 적정 분석 및 전기화학적 방법이 포함된다.

미량 금속 및 유기 화합물의 결정에는 더 정교한 방법이 사용된다. 금속은 일반적으로 원자 흡수 분광법(AAS)과 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(ICP-AES) 또는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS) 기술을 사용하는 원자 분광법과 질량 분석법으로 측정된다. 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 포함한 유기 화합물은 또한 가스크로마토그래피-질량 분석법(GC/MS) 및 액체 크로마토그래피-질량 분석법(LC/MS)과 같은 질량 분석법을 사용하여 일반적으로 측정된다. 탠덤 질량 분석법(MS/MS)과 고분해능/정확 질량 분석법(HR/AM)은 1조분의 1 이하의 검출을 제공한다. 보편적이거나 특정 검출기를 가진 GC와 LC를 사용하는 비-MS 방법은 여전히 사용 가능한 분석 도구의 주요 부분이다.

환경 화학에서 측정되는 다른 매개변수는 방사화학 물질이다. 이들은 알파 및 베타 입자와 같은 방사성 물질을 방출하는 오염 물질로, 인간의 건강과 환경에 위험을 초래한다. 입자 계수기와 신틸레이션 계수기가 이러한 측정에 가장 일반적으로 사용된다. 생물검정법과 면역측정법은 다양한 유기체에 대한 화학적 영향의 독성 평가에 사용된다. 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 특정 DNA 및 RNA 유전자 분리 및 증폭을 통해 박테리아 및 기타 유기체의 종을 식별할 수 있으며, 환경 미생물 오염을 식별하는 귀중한 기술로서 그 가능성을 보여주고 있다.

5.3. 기타 분석 방법

정량적 화학 분석은 대부분의 환경 연구의 기초가 되는 데이터를 제공하기 때문에 환경화학의 핵심 부분이다.

환경화학에서 정량적 결정에 사용되는 일반적인 분석 기술에는 고전적인 습식 화학, 중량 분석, 적정 분석 및 전기화학적 방법이 포함된다. 미량 금속 및 유기 화합물의 결정에는 더 정교한 방법이 사용된다. 금속은 일반적으로 원자 분광법과 질량 분석법으로 측정되는데, 원자 흡수 분광법(AAS)과 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광법(ICP-AES) 또는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS) 기술이 사용된다. 다환 방향족 탄화수소(PAHs)를 포함한 유기 화합물은 또한 가스크로마토그래피-질량 분석법(GC/MS) 및 액체 크로마토그래피-질량 분석법(LC/MS)과 같은 질량 분석법을 사용하여 일반적으로 측정된다. 탠덤 질량 분석법(MS/MS)과 고분해능/정확 질량 분석법(HR/AM)은 1조분의 1 이하의 검출을 제공한다. 보편적이거나 특정 검출기를 가진 GC와 LC를 사용하는 비-MS 방법은 여전히 사용 가능한 분석 도구의 주요 부분이다.

환경화학에서 측정되는 다른 매개변수는 방사화학 물질이다. 이들은 알파 및 베타 입자와 같은 방사성 물질을 방출하는 오염 물질로, 인간의 건강과 환경에 위험을 초래한다. 입자 계수기와 신틸레이션 계수기가 이러한 측정에 가장 일반적으로 사용된다. 생물검정법과 면역측정법은 다양한 유기체에 대한 화학적 영향의 독성 평가에 사용된다. 중합효소 연쇄 반응(PCR)은 특정 DNA 및 RNA 유전자 분리 및 증폭을 통해 박테리아 및 기타 유기체의 종을 식별할 수 있으며, 환경 미생물 오염을 식별하는 귀중한 기술로서 그 가능성을 보여주고 있다.

6. 저명한 환경화학자

파울 크뤼천, 마리오 J. 몰리나, 클레어 패터슨, 프랭크 셔우드 롤런드, 수전 솔로몬, 엘런 스월로 리처즈, 존 틴들은 저명한 환경화학자이다. 조앤 버코위츠, 필립 슈벤트, 앨리스 해밀턴, 존 M. 헤이즈, 찰스 데이비드 킬링, 랄프 킬링, 제임스 J. 모건, 로저 레벨, 로버트 앵거스 스미스, 베르너 슈툼, 한스 쥐스도 저명한 환경화학자이다. 파울 크뤼천, 마리오 몰리나, 프랭크 셔우드 롤런드는 1995년 노벨 화학상을 수상했다. 일본에서는 기타노 다케시의 형인 기타노 다이가 저명한 환경화학자로 알려져 있다.