실제 환경 중에서의 유해화학물질계측법 표준화 연구

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실제 환경 중에서의 유해화학물질계측법 표준화 연구

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-01-09

- 지구환경분석화학에서의 국제표준규격, 국제적 화학물질규제에 대한 공헌 -

유럽 유해화학물질규제인 유해물질제한지침(RoHS; Restriction of Hazardous Substances Directive)과 REACH(The Regulation for Registration, Eval‎uation, Authorization, and Restriction of Chemicals)지령이 각각 2006년, 2007년에 실행되어 특정유해물질을 포함하는 제품의 국제적 유통제한이 시작됨으로써 현재 산업계의 가장 중요한 과제 중 하나가 되었다. 제품 중의 유해물질량을 정확히 측정하는 데는 분석기술의 발전과 신뢰성 확보가 없어서는 안 된다. 현재, 막대한 자원을 소비하여 여러 가지 제품분석법의 규격화가 수행되고 있으나, 제품마다의 규격화는 상당히 어려운 작업이며, 비용과 시간을 효과적으로 이용하기 위해서는 본질적인 해결방법이 필요하다. 또한, 가장 포괄적이고 국제적인 대안이 요구되고 있는 스톡홀름조약(POPs조약)에서는 생산, 사용만이 아닌, 자연환경으로 방출된 후의 위험도 포함하여 요구되고 있으며, 산업용도로 한정된 규격, 표준만으로는 대응이 곤란한 화학물질의 관리가 요구되고 있다.

분석화학의 기본은 액체 또는 기체 중에 포함되어 있는 물질의 양을 정확히 측정하는 것이다. 기술의 진보로 표면분석법 등도 개발되고 있으나, 신뢰성을 확보하기 위해서는 반드시 액체와 기체의 직접 측정에 의한 확인시험이 필요하다.

2009년 5월에 POPs(persistent organic pollutants)조약에 추가된 탄화플루오르옥탄술폰산(PFOS, perfluorooctane sulfonates)과 관련된 문제는 2000년 5월에 미국 3M사가 PFOS를 포함하는 발수제(撥水?)의 생산철회를 발표하고 나서 바로 유명해졌다. 일본 산업기술종합연구소는 미국 뉴욕주립대학의 Kannan박사의 연구에 협력하는 형태로 2000년에 국내 최초로 PFOS 프로젝트 “PFOS관련물질의 분석법 확립, 위험성 평가에 관한 연구”를 시작하였다. 또한, 지구권-생물권 국제협동연구계획에 관련된 지구규모 해양화학연구를 수행하고 있으며, 외양해수 중 PFOS의 초미량 분석기술을 개발하였다. 외양해수 중의 PFOS는 ppq(10-15, ppm보다 1,000,000,000분의 1 저농도) 수준으로 존재하기 때문에 분석이 불가능하다고 생각되었다. 2008년에는 이 분석법을 이용하여 PFOS류의 지구규모 해양 대순환을 해명하고, 이 연구분야의 국제적 리더로서 자리매김할 수 있었다.

일반적으로 분석대상의 농도가 낮고 측정 곤란한 경우는 시료량을 늘려 감도를 향상시키는 경우가 대부분이나, 본 연구팀은 역으로 시료량을 줄였다. 왜냐하면 다량의 시료에는 다량의 측정방해물질이 포함되어 있어 이들이 측정장치의 백그라운드를 높여 감도가 저하된다. 또한 선택적 검출기를 사용하여도 측정 방해물질을 충분히 분리시키지 않고 측정하면, 결과적으로 측정치의 신뢰성이 저하된다. “시료랑을 줄인다”, “선택적 검출기에 의지하지 않고 크로마토그래피 기술을 구사한다”, “분석조작, 측정장치로부터의 측정 방해물질량을 줄인다”라는 개념을 도입하여 새로운 기술개발을 하지 않고도, PFOS의 초미량 측정이 가능토록 하였다.

이것은 기술적 혁신뿐만이 아니라 정도관리 측면에서도 혁신적인 일이라 말할 수 있다. PFOS의 분석 자체는 고상 추출과 액체 크로마토그래프 질량분석계를 이용한 것으로 비교적 간단한 조작이다. 그러나, 정도관리가 적절한지 여부에 따라 검출감도, 측정치가 2자리 이상 차이 나는 것은 드문 일은 아니다. 이 사실로 PFOS분석의 적절한 표준조작 절차서의 필요성이 분명히 밝혀졌으며, ISO 국제규격화를 수행하게 되었다.

PFOS분석법의 ISO국제규격화(ISO25101)는 12개국의 찬성 하에 2005년 6월에 시작되었다. 기본이 되었던 논문은 연구자 간에 신뢰성이 확인되었으며, 규격원안 작성도 좀처럼 볼 수 없을 정도로 빠르게 수속이 진행되었다. ISO25101을 국제규격화 하기까지의 기간은 지금까지 공업표준의 틀에 넣지 못한 환경계측법을 국제규격화 할 때에 문제점 이해가 불충분했던 기간은 일종의 “죽음의 계곡”으로 생각할 수 있다. 앞으로도 산업용도의 규격에 넣을 수 없는 자연환경, 작업환경의 계측에 관한 국내외 표준화 프로세스 확립과, 시스템의 개선이 필요하다고 생각된다.

ISO25101은 2009년에 정식으로 발행되었다. 이 규격 자체는 물시료 분석법이지만, 원리가 되는 고상추출법은 현시점에서 가장 효과적 시료정제법으로서 제품 등의 고체시료에도 적용할 수 있다. 따라서 ISO25101에 의하여 고체, 액체, 기체시료에도 적용 가능한 PFOS분석의 기본기술이 확립되었다고 말할 수 있다. 수많은 제품마다 분석법을 규격화하는 데는 비용적, 시간적으로 효율적이라고는 말할 수 없으나, 적용범위가 넓은 기초 분석기술을 고도의 정도관리 기술과 함께 규격화함으로써 과학으로서는 “용출현상의 개선, 고감도화의 달성, 지구규모 물질순환의 해명”을 달성하고, 국제표준화사업으로서는 “일본 기술에 의한 국제규격화 된 국제적 화학물질규제에 공헌할 수 있는 분석법”을 달성할 수 있다. 환경계측기술의 국제규격화는 앞으로 중요성이 증가할 것으로 예상되는 국제적 화학물질규제의 장에서 일본의 발언력을 강화하기 위한 중요한 전략이 될 것으로 생각된다.

(그림) ISO25101을 이용한 PFOS류의 지구규모 해양 대순환의 해명

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http://www.aist.go.jp/aist_j/aistinfo/aist_today/vol10_01/special/p14.html