1. Title & Journal

Title: Characterizing dissolved organic matter fluorescence with parallel
factor analysis: a tutorial

Journal: Limnology and Oceanography: Methods (2008) 6, 572-579

Authors: Colin A. Stedmon and Rasmus Bro

2. Author's Background

Colin A. Stedmon

Department of Marine Ecology, National Environmental Research Institute, Aarhus University, Frederiksborgvej 399, Roskilde, Denmark

3. Summary 

용존유기물질 (Dissolved Organic Matter, DOM)은 화학적 구성의 특성에 따라 서로 다른 자외선 영역에서 각기 다른 형광 특성을 나타낸다. 이러한 DOM의 특성을 이용한 형광 분석법을 통해 해양 및 하천에 존재하는 DOM의 동역학적 특성을 추적할 수 있다. 형광 물질 흡광-방출 매트릭스 (fluorescence excitation emission matrix (EEM))는 DOM의 형광 분석 결과를 분석하기 위한 방법으로, 다양한 통계적 분석 기법을 이용하여 다양한 source로부터 유입-유출되는 DOM의 구성을 파악할 수 있다. 이 연구에서는 parallel factor analysis (PARAFAC)를 이용한 DOM EEM의 분석을 위한 방법론을 제시하고, 그에 대해 논의하고자 한다. PARAFAC은 형광 분석에 의한 유기물의 데이터 매트릭스를 개별적인 형광 분석 결과로 분리하여 각각의 영역에 대한 데이터를 정성적 및 정량적으로 모델링 할 수 있으며, 특정 영역의 파장대 내의 형광 분석의 특성에 대한 정보도 제공해 줄 수 있다. 본 연구에 의해 진행된 DOM 분석을 위한 데이터의 전처리 과정은 Raman scatter나 Rayleigh scatter에 의해 발생하는 영향을 최소화하는 데이터 처리 기법을 포함하고 있다. 또, 측정된 결과를 분석하는 과정에서는 여러 개의 구성 성분의 데이터를 이용한 연속적인 모델값을 이용하여 PARAFAC 분석 결과를 도출하기 위한 과정을 설명하고 있다. 분석 결과를 검증하는 과정은 분석 과정 중 가장 중요한 부분으로, Split half analysis 과정이 그 기본적인 이론적 토대를 형성하고 있다. 즉, 전체 DOM 샘플에 대한 PARAFAC 모델 결과를 반씩 나눠서 모델 결과와 실제 측정 결과를 각각 비교함으로써 샘플 전체의 분석 결과에 대한 신뢰성을 확보하는 방법이다. 전반적인 분석 및 해석 과정은 MATLAB 프로그램을 통해 구현되었으며, 이를 통해 DOM 형광 분석 결과에 대한 PARAFAC 해석을 위한 toolbox를 제공할 수 있게 되었다. 

4. Originality & Applications 

현재 영산강 유역에서 3년 간 모니터링 된 DOM 결과를 PARAFAC을 이용하여 분석하기 위한 지침으로 이용되고 있는 MATLAB toolbox 및 tutorial의 이론적 토대를 설명하고 있는 논문이다. 이 연구를 통해 얻을 수 있는 DOM의 분석 결과 및 거동 양상의 변화에 대한 해석을 통해 영산강 유역 내 DOM의 source identification을 위한 연구를 진행할 수 있을 것으로 여겨진다. 

5. Reviewer contact: 이승원 (swonlee@gist.ac.kr)