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문제 정의
- 본 연구에서는 청주의 공단지역에 위치한 화학공장을 대상으로 실내 작업환경 중 발생되는 화학적 분석을 통하여 VOCs의 종류와 오염정도를 파악하고, 동시에 유해물질에 대한 위해성 평가의 한 방법으로서 Trad-MCN 방법을 이용하여 작업장에서의 노출시간에 따른 Tradescantia의 미세 핵생성률을 조사하고자 하였다.
제안 방법
- 작업장 시료의 정량을 위한 표준물질의 검량선 작성은 US EPA TO-14 방법에서 규정하고 있는 40가지의 VOC 표준혼합 가스(Scott Specialty Gases, USA) 1 ppm 농도에 상응하는 표준물질을 사용하였다. ATD 400에서 옅탈착 시켜 깨끗한 홉착관을 표준물질 제조용 흡착관에 연결하고, VOC 표준물질이 함유된 실린더에 질량유탕계(mass flow controller)를 연결하고 일정한 유량으로 조절하여 각 홉착관마다 흡착되는 표준물질의 부피를 달리하여 흡착시켰다. 작업장에서의 시료의 정량을 위한 표준물질의 검량선 범위는 88 〜 2000 ng으로 흡착관을 제조 후, GC/MS로 분석하여 흡착량을 달리한 변화에 대한 피크면적의 크기로 검량선을 작성하였다.
- 2 solution 6배 희석액[25]에 담구어 생장상 내에서 배양하였다. 노출 후 고정에 들어가기까지 24시간의 배양기간 동안 기포발생기를 이용하여 폭기를 실시하였다. 배양시간은 명기 14시간 동안은 20℃, 습도 80%, 조도는 293 uE/m2/sec로 조광은 대형메날램프, 형광등을 보조광원으로 사용하였다.
- 이 때 탈착된 휘발성 유기화합물들은 transfer line을 통하여 모세관 컬럼 (capillary column)이 연결된 GC로 운반되어 최종적으로 분석과정이 진행된다. 분석 컬럼은 SPB-1(60 m X 0.32 mm X 1㎛ J&W Supelco)을 사용하였고, 컬럼 오븐의 온도프로그래밍은 초기 4 ℃에서 5분간 유지한 후, 분당 5℃씩 승온하여 180℃로 올린 후 다시 분당 10℃씩 승온하여 최종온도를 250℃까지 올려 5분간 유지하면서 분석과정을 수행하였으며, 이 때 사용한 GC는 Finnignan GCQ (GC/MSD)를 이용하여 시료 분석하였다. 실내 작업장 시료의 정성 및 정량을 위해서 질량분석기(MS)가 장착된 Finnigan GCQ(GC)를 이용하여 분석을 수행하였다.
- 32 mm X 1㎛ J&W Supelco)을 사용하였고, 컬럼 오븐의 온도프로그래밍은 초기 4 ℃에서 5분간 유지한 후, 분당 5℃씩 승온하여 180℃로 올린 후 다시 분당 10℃씩 승온하여 최종온도를 250℃까지 올려 5분간 유지하면서 분석과정을 수행하였으며, 이 때 사용한 GC는 Finnignan GCQ (GC/MSD)를 이용하여 시료 분석하였다. 실내 작업장 시료의 정성 및 정량을 위해서 질량분석기(MS)가 장착된 Finnigan GCQ(GC)를 이용하여 분석을 수행하였다. 전자이온화(EI) 모드에서 70 eV로 시료를 이온화하였고, 이동상 기체토는 헬륨을 사용하였다.
- 작업장의 실내 온도는 실온, 상대습도는 55%로 유지되었다. 실내 작업장과 외기에서 화학적 분석을 위한 흡착관을 이용한 시료채취와 Tradescantia 식물체를 이용한 생물학적 boimonitoring을 동시에 수행하였다. 실험용 식물체는 온실에서 생육된 Tradescantia Brookhaven National Laboratory (BNL) 4430 클론을 절취하여 실내 작업장에서 2시간, 6시간, 그리고 9시간 동안 노출하였다.
- 실내 작업장내 두 곳 (Site #6과 #7)에서의 유해물질로 분류된 VOCs의 농도분포를 조사하기 위하여 Tenax TA 흡착제가 400 mg 충전된 홉착관을 이용하여 2시간 동안 시료채취 한 후 화학적 분석결과를 사전에 조사한 결과를 Table 3에 나타내었다. 비닐제품 을 제조하는 작업장내에서 검출된 VOCs는 US EPA TO-14 방법에서 정하고 있는 40가지 VOCs 중 9개 화합물이 검출되는 것으로 조사되었다 (Fig- 1).
- ATD 400에서 옅탈착 시켜 깨끗한 홉착관을 표준물질 제조용 흡착관에 연결하고, VOC 표준물질이 함유된 실린더에 질량유탕계(mass flow controller)를 연결하고 일정한 유량으로 조절하여 각 홉착관마다 흡착되는 표준물질의 부피를 달리하여 흡착시켰다. 작업장에서의 시료의 정량을 위한 표준물질의 검량선 범위는 88 〜 2000 ng으로 흡착관을 제조 후, GC/MS로 분석하여 흡착량을 달리한 변화에 대한 피크면적의 크기로 검량선을 작성하였다. 검량선 범위에 대한 직선성의 결정계수(r2)는 0.
- 미세핵을 현미경으로 검사하기 위한 프레파라트의 제작은 aceto-carmine squash method[26]를 따랐다. 전처리가 끝난 후 실험군별로 5〜10개의 슬라이드 프레파라트를 제작하고, 광학현미경(Nikon) 의 배율을 400배로 하여 생성된 미세핵을 count하였 다. 하나의 프레파라트에서 약 300개 이상의 4분자 염색체를 현미경으로 검사하여 100개의 사분자 염색체 당 미세핵 숫자(MCN / 100 tetrads)로 환산하여 결과를 나타내었다.
- 전처리가 끝난 후 실험군별로 5〜10개의 슬라이드 프레파라트를 제작하고, 광학현미경(Nikon) 의 배율을 400배로 하여 생성된 미세핵을 count하였 다. 하나의 프레파라트에서 약 300개 이상의 4분자 염색체를 현미경으로 검사하여 100개의 사분자 염색체 당 미세핵 숫자(MCN / 100 tetrads)로 환산하여 결과를 나타내었다.
대상 데이터
- 실험용 식물체는 방사선에 민감하게 반응하면서도 자연적 돌연변이율(intrinsic mutation rate)이 낮은 Tradescantia BNL 4430 클론을 사용하였다. 2002년 8월 15일부터 9월 14일까지 4주간 생장한 식물체로부터 15개 정도의 꽃봉오리를 가지고 있는 꽃차례를 절취한 디음 15개의 꽃차례를 하나의 실험군으로 사용하였다.
- 실내 작업장내 두 곳 (Site #6과 #7)에서의 유해물질로 분류된 VOCs의 농도분포를 조사하기 위하여 Tenax TA 흡착제가 400 mg 충전된 홉착관을 이용하여 2시간 동안 시료채취 한 후 화학적 분석결과를 사전에 조사한 결과를 Table 3에 나타내었다. 비닐제품 을 제조하는 작업장내에서 검출된 VOCs는 US EPA TO-14 방법에서 정하고 있는 40가지 VOCs 중 9개 화합물이 검출되는 것으로 조사되었다 (Fig- 1).
- 시료 채취 시작 전·후의 유속의 변화는 10% 이내로 유지되어 시료 채취에 의한 정밀도는 양호하였다. 시료채취 장소는 3군데를 선정하였으며 그 기준은 제조과정 중 농도가 높게 배출될 것으로 판단되는 실내 작업장의 2군데를 선정(제조라인 site #6과 7)하고, 나머지 한 군데는 실내 작업장의 공기가 외기로 환기되는 건물의 옥상을 선정하여 시료 채취하였다. 작업장의 실내 온도는 실온, 상대습도는 55%로 유지되었다.
- 범위에 해당하는 탄화수소에 대해 뛰어난 홉착능과 탈착능, 그리고 수분에 대한 소수성을 가지고 있어 다양한 범위의 화합물의 시료채취에 주로 사용되고 있는 장점을 지니고 있어, 본 연구에서는 화학공장의 실내 작업장에서 VOCs를 채취하기 홉착관에 400 mg의 Tenax TA 가 충전된 홉착관을 사용하였다. 실험용 식물체는 방사선에 민감하게 반응하면서도 자연적 돌연변이율(intrinsic mutation rate)이 낮은 Tradescantia BNL 4430 클론을 사용하였다. 2002년 8월 15일부터 9월 14일까지 4주간 생장한 식물체로부터 15개 정도의 꽃봉오리를 가지고 있는 꽃차례를 절취한 디음 15개의 꽃차례를 하나의 실험군으로 사용하였다.
- 실내 작업장과 외기에서 화학적 분석을 위한 흡착관을 이용한 시료채취와 Tradescantia 식물체를 이용한 생물학적 boimonitoring을 동시에 수행하였다. 실험용 식물체는 온실에서 생육된 Tradescantia Brookhaven National Laboratory (BNL) 4430 클론을 절취하여 실내 작업장에서 2시간, 6시간, 그리고 9시간 동안 노출하였다. 노출 후 24시간의 회복시간을 부여한 다음 고정, 저장하였다.
- 작업장 시료의 정량을 위한 표준물질의 검량선 작성은 US EPA TO-14 방법에서 규정하고 있는 40가지의 VOC 표준혼합 가스(Scott Specialty Gases, USA) 1 ppm 농도에 상응하는 표준물질을 사용하였다. ATD 400에서 옅탈착 시켜 깨끗한 홉착관을 표준물질 제조용 흡착관에 연결하고, VOC 표준물질이 함유된 실린더에 질량유탕계(mass flow controller)를 연결하고 일정한 유량으로 조절하여 각 홉착관마다 흡착되는 표준물질의 부피를 달리하여 흡착시켰다.
- 작업장에서의 시료채취는 비닐하우스용 비닐을 제조하는 국내 공단지역의 특정회사를 선정하여 실내 작업 공간에서 400 mg의 Tenax TA 흡착제가 충전된 스테인레스 스틸 흡착관(90 mm X 6.35 mm O.D., Perkin-Elmer, UK)으로 일정 유속으로 설정된 펌프로 active sampling 하였다. 흡착관의 시료채취 시간은 2시간으로 설정하고 채취 유속은 70 mL/min으로 설정하여 채취 부피는 약 8 L 채취하였다.
- 작업장에서의 흡착관을 이용한 시료채취용 홉착제는 대상성분에 대한 흡착능과 탈착능이 각 분석성분마다 크게 차이가 나고, 공기시료중의 수분함량에 따라서 홉착효율이 달라지므로 적당한 흡착제를 선택하는 것이 우선 중요하며, 통상적으로 많이 사용되고 있는 Tenax는 diphenyl-p-phenylene oxide(DPPO)를 주성분으로 하는 반-결정 polymer로 이루어진 다공성을 가진 고분자 계통의 흡착제로 상대적으로 높은 열 안정성과 C7~C26 범위에 해당하는 탄화수소에 대해 뛰어난 홉착능과 탈착능, 그리고 수분에 대한 소수성을 가지고 있어 다양한 범위의 화합물의 시료채취에 주로 사용되고 있는 장점을 지니고 있어, 본 연구에서는 화학공장의 실내 작업장에서 VOCs를 채취하기 홉착관에 400 mg의 Tenax TA 가 충전된 홉착관을 사용하였다. 실험용 식물체는 방사선에 민감하게 반응하면서도 자연적 돌연변이율(intrinsic mutation rate)이 낮은 Tradescantia BNL 4430 클론을 사용하였다.
- 실내 작업장 시료의 정성 및 정량을 위해서 질량분석기(MS)가 장착된 Finnigan GCQ(GC)를 이용하여 분석을 수행하였다. 전자이온화(EI) 모드에서 70 eV로 시료를 이온화하였고, 이동상 기체토는 헬륨을 사용하였다. 자세한 분석조건은 Table 2 에 상세하게 나타내었다.
- 화학공장의 작업장으로부터 발생되는 휘발성 유기 화합물의 정성 및 정량을 위한 가스상 표준물질로는 미국 Scott Specialty Gases 사에서 제조한 1 ppm 농도에 상응하는 가스상 표준물질을 구입하여 사용하였다. 기체상 표준물질은 모두 40종류의 휘발성유기화합물이 혼합되어 있으며, 이는 US EPA TO-14방법에서의 규제대상물질로 알려져 있다.
이론/모형
- 꽃가루 모세포에 생성된 미세핵 분석은 Ma[26]의 절차를 따랐다. 실내 작업장의 노출이 끝난 시료는 Hougland No.
- 고정액에 위치하여 24시간 후 70% 에탄올에 담가 4℃에 저장하였다. 미세핵을 현미경으로 검사하기 위한 프레파라트의 제작은 aceto-carmine squash method[26]를 따랐다. 전처리가 끝난 후 실험군별로 5〜10개의 슬라이드 프레파라트를 제작하고, 광학현미경(Nikon) 의 배율을 400배로 하여 생성된 미세핵을 count하였 다.
성능/효과
- 1. 화학공장의 실내 작업장에서 US EPA TO-14 방법에서 규정한 40가지의 유해물질 VOCs 중 총 9종류의 VOC가 검출되었으며, 농도범위는 site #6에서 1.7~ 1368.3 ug/m3 (ppb 범위로 0.3〜363.1 ppb에 해당), site #7에서 1.7-1946.6 ug/m3 (ppb 범위로 0.3~516.5 ppb 에 해당)로 나타났다. Trad-MCN 방법에 의한 site #6에서의 시간별 노출시간 (2시간, 6시간, 9시간)에 대한 Tradescantia 미세핵 생성률은 각각 6.
- 2. 화학공장의 실내 작업장에서의 VOCs의 화학적 측정분석결과 site #7에서 toluene의 농도가 site #6에서 보다 높게 검출되었음에도 불구하고 Tradescantia 미세핵 생성률은 오히려 site #6에서 높게 나타났다. 이는 저농도로 존재하고 있지만 발암성을 유발하는 trichloroethylene의 농도가 site #6에서 2배가량 큰 농도로 검출되는 것으로 나타나, Tradescantia 미세핵 생성률이toluene에 의한 영향보다는 trichloroethylene에 의한 영향을 더 많이 받아 Tradescantia 미세핵 생성률이 증가하는 것으로 판단된다.
- 3. 실내공간에서의 화학적 측정결과와 biomonitoring 을 이용한 Tradescantia 미세핵 생성률 결과 실내 작업장에서 장기간 노출시 작업 근로자들에게 유해한 인자로 작용할 것으로 사료된다.
- 4. 화학공장의 실내 작업장에서의 Tenax TA가 충전 된 흡착관/GC/MS방법을 이용한 화학적 분석과 동시에 biomonitoring을 이용한 Trad-MCN 방법을 통해 실내 작업장에서의 유해물질 VOCs 및 유해물질에 의한 Tradescantia 미세핵 생성률을 쉽게 screening 할 수 있 었다.
- 5 ppb 에 해당)로 나타났다. Trad-MCN 방법에 의한 site #6에서의 시간별 노출시간 (2시간, 6시간, 9시간)에 대한 Tradescantia 미세핵 생성률은 각각 6.2 ± 0.5, 8.2 ± 1.0, 그리고 15.7 + 0.8 MCN/100 tetrads로 노출시간의 증가에 따른 Tradescantia 미세핵생성률의 상관계수(r) 값은 0.92, site #7에서는 각각 5.4 ± 1.6, 5.8 ± 0.3, 그리고 9.5 ± 0.5 MCN/100 tetrads로 노출시간의 증가에 따른 Tradescantia 미세핵생성률의 상관계수(r) 값은 0.87로 노출시간의 증가에 따라 실내 작업장의 두 곳 모두 Tradescantia 미세핵 생성률이 증가하는 반면, 실외조건(외기) 에서 노출한 대조군의 경우 Tradescantia 미세핵 생성률은 일반 대기환경 수준의 농도에 해당하는 2.9 ± 0.4 MCN/100 tetrads 수준으로, 이는 자연적인 미세핵 생성률에 해당하는 것으로 나타났다.
- 52 ppm 수준으로 작업장 환경의 기준 TLV 보다는 매우 낮은 수준으로 나타났지만, 실내작업장에서의 biomonitoring 을 이용한 Tradescnatia 식물체의 Trad-MCN 방법의 미세핵 생성률과 화학적 분석의 측정 값을 볼 때 장기간 노출시 작업장내의 근로자들에게 유해한 인자로 작용할 것으로 판단된다. 또한, site #7에서의 toluene의 농도가 site #6보다 높게 나타남에도 불구하고 Tradescantia 미세핵 생성률은 오히려 site #6에서 높게 나타났는데, 이는 비록 저농도로 존재하고 있지만 발암성을 유발하는 trichloroethylene의 농도가 site #6에서 2배 가량 큰 농도로 검출되는 것으로 나타나, Tradescantia 미세핵 생성률이 site #6에서 높게 나타난 원인은 toluene에 의한 영향보다는 발암성 시험에서 암을 유발하는 것으로 알려진 trichloroethylene에 의한 영향을 더 많이 받기 때문인 것으로 사료된다.
- 99 이상의 양호한 직선성을 보였다. 또한, 표준물질의 재현성 평가를 위한 7번 반복분석에 대한 상대표준편차는 몇 가지 화합물을 제외하고는 10% 이내의 재현성을 나타내었으며, 4번 반복 분석한 각 표준물질의 머무름 시간의 평균 상대표준 편차는 0.04%로 분석에 따른 각 표준물질의 머무름 시간은 매우 일정한 것으로 나타났다.
- 화학공장의 실내 작업장에서의 VOCs의 화학적 측정분석결과 site #7에서 toluene의 농도가 site #6에서 보다 높게 검출되었음에도 불구하고 Tradescantia 미세핵 생성률은 오히려 site #6에서 높게 나타났다. 이는 저농도로 존재하고 있지만 발암성을 유발하는 trichloroethylene의 농도가 site #6에서 2배가량 큰 농도로 검출되는 것으로 나타나, Tradescantia 미세핵 생성률이toluene에 의한 영향보다는 trichloroethylene에 의한 영향을 더 많이 받아 Tradescantia 미세핵 생성률이 증가하는 것으로 판단된다.
- 시료채취 장소는 3군데를 선정하였으며 그 기준은 제조과정 중 농도가 높게 배출될 것으로 판단되는 실내 작업장의 2군데를 선정(제조라인 site #6과 7)하고, 나머지 한 군데는 실내 작업장의 공기가 외기로 환기되는 건물의 옥상을 선정하여 시료 채취하였다. 작업장의 실내 온도는 실온, 상대습도는 55%로 유지되었다. 실내 작업장과 외기에서 화학적 분석을 위한 흡착관을 이용한 시료채취와 Tradescantia 식물체를 이용한 생물학적 boimonitoring을 동시에 수행하였다.
- 3과 4 그리고 Table 4에 Tradescantia 식물체의 노출에 의한 미세핵생성률의 결과를 나타내었다. 화학공장의 실내 작업장에서 노출한 Tradescantia 꽃가루 모 세포의 미세핵분석법을 통한 분석결과 외기 중에 노출한 대조군과 실내 작업환경 중에 노출한 처리 실험군은 유의성 있는 차이를 보이는 것으로 나타났다. Fig- 3에 실내작업장의 site #6에서 시간에 따른 자주달개비 미세핵 생성률의 변화를 나타내었다.
- 노출 후 24시간의 회복시간을 부여한 다음 고정, 저장하였다. 화학적 분석을 위해 시료채취가 끝난 흡착관은 테플론 재질의 brass Swagelok screw cap으로 막고 미리 세척한 유리병에 보관하여 실험실로 운반하였으며, biomonitoring을 위해 노출시킨 Tradescantia 식물체는 증류수로 세척한 박스에 담아 실외 공기에 의한 오염을 방지하였다.
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