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가설 설정
- ETS 구성 성분의 농도와 SD는 양의 상관성을 갖고 ACH는 음의 상관성을 갖는다. 즉 SD가 높을수록 ETS의 농도는 높아질 것이고 ACH가 작을수록 ETS의농도는 높아질 것이다. SD의 경우 이들 지표물질과 직접 상관성 조사를 실시하였으며, 환기량과 SD를 동시에 고려하는 SI를 이용하여 상관성을 분석하였다.
제안 방법
- 7300을 응용하였다.12 고유량 시료채취기 (High Volume Air Sampler, MSA Escort LC Pump, USA)를 약 2.5 ℓ/min의 유량으로 맞추어 약 8 시간동안 MCE 막여과지 (직경 37 ㎜, 0.8 ㎛ Pore Size, Mixed Cellulose Ester Membrane Filter, Gelman Science, USA)를 이용하여 공기 중 시료를 채취하였다. 시료채취 전후에 시료채취기에 대한 유량을 보정하였다 (Gilian Giliblator-2, USA).
- 2000년 4월부터 2001년 4월까지 평택, 구미, 창원의 실내 사무환경에 대해 흡연환경에 따라 흡연실 4 개소, 흡연이 허용되는 사무실 3 개소, 비흡연사무실 5 개소, 흡연실 인접 지역 4개소를 대상으로 ETS 중 발암물질인 카드뮴을 포함한 금속류, 니코틴, 3-EP, 호흡 성먼지 등 지표물질의 농도분포를 공정시험법에 따라 분석 평가하고, 실내 환경에서 ETS 농도 분포에 영향을 주는 요인인 SD, SI 등을 조사하여 상관성을 파악 하였다. 연구결과는 다음과 같다.
- ETS 중 금속류에 대한 시료 채취 후 마그네슘, 크롬, 망간, 철, 니켈, 구리, 아연, 카드뮴, 납 등과 니코틴, 3-EP, 호흡성먼지 등에 대해 측정 분석한 결과를 Fig. 1에 흡연환경별로 분포도를 표시하였다. 카드뮴을 제외한 대부분의 금속 성분들이 흡연 환경조건에 따른 농도분포 차이를 보이지 않았으며 오히려 비흡연사무 실에서 더 높은 농도 분포를 보였다.
- ETS 지표물질들을 측정 분석하였을 때 측정된 농도의 어느 정도가 흡연률에 의하여 설명 가능한지를 제시하기 위하여 흡연률의 간접적인 지표인 SD를 계산하여 측정 물질과의 상관성을 분석하였다. SD (cig/ ㎡․hr)는 채취 시간당 흡연된 담배 수를 실내의 면적으로 나누어 계산하며 그 식은 (2)와 같다.
- 금속류와 지표물질, SD, SI간 상관성 검토, 시료채취 장소별 농도 차이를 규명하기 위해 ANOVA와 회귀분석을 실시하였다. ETS의 성분들은 대체적으로 대수정 규분포를 하고 있기 때문에 대표값으로 기하평균(Geometric Mean, GM)과 기하표준편차 (Geometric Standard Deviation, GSD) 등을 통계치로 제시하였다. 이 때 LOD 값은 공시료 기하표준편차의 3배로 계산하였으며, LOD 미만으로 나온 측정값들에 대해서는 검출한계의 1/2값으로 분류하여 통계처리에 이용하였다.
- 즉 SD가 높을수록 ETS의 농도는 높아질 것이고 ACH가 작을수록 ETS의농도는 높아질 것이다. SD의 경우 이들 지표물질과 직접 상관성 조사를 실시하였으며, 환기량과 SD를 동시에 고려하는 SI를 이용하여 상관성을 분석하였다.
- 농도 결정 시 환경 요소로 제시된 것은 공간의 체적, 흡연밀도 (Smoking Density, SD), 시간당공기교환횟수 (Air Change per Hour, ACH), 그리고 이들 두 가지 요소를 동시에 고려하는 흡연지수 (Smoking Index, SI) 등으로 환경요인 변화에 따른 금속 및 지표물질 등의 농도 분포를 파악하고 그 상관성을 분석하여 지표로서의 적합성을 규명하였다.
- 7 ℓ/min의 유량 으로 5시간 정도 지역시료로 채취하였다. 시료를 채취한 카세트를 데시케이터에 넣고 하루 이상 컨디셔닝 시긴 후 여과지의 무게를 재고 채취 후의 여과지 무게에서 채취전의 무게를 빼서 이를 통과시킨 공기의 양으로 나누어 농도를 계산하였다.
- 시료채취 후 여과지에 65%의 질산 (GR reagent, Matsunoen Chemical Co., Japan) 5 ㎖를 가하고 초음파 오븐 (Microwave Digestion System, MDS-2100, CEM Corp., USA)을 가동하여 여과지를 회화시킨 후 유도결합플라스마-질량분석기 (ICP-MSD; Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrum Detector, Varian Ultramass, Australia)를 이용하여 각각의 파장에서 중금속 종류에 따른 양을 측정하였다. 중금속의 회수율을 구하기 위해 3단계 농도 수준에서 각각 3개씩 여과지에 주입한후 하루동안 보관한 뒤 현장시료와 같이 처리 분석하여 시료에 적용하였다.
- 실내사무환경을 흡연 환경에 따라 흡연실, 흡연실 인접 지역, 흡연허용사무실, 비흡연실 등으로 나누어 조사하였으며 시료채취 장소에 대한 특성과 흡연실 및 흡연허용사무실에 대한 SD와 ACH를 조사하여 그 결과를 Table 5에 나타내었다.
- 이에 따라 ETS 중 카드뮴 등 중금속에 대해 흡연 환경에 따른 농도 분포를 조사하여 흡연환경별로 차이가 있는 지를 확인하고, 기존 지표물질인 니코틴, 3-EP, 호흡성먼지, 흡연밀도 등과의 상관성을 조사하여 카드뮴을 지표물질로 활용할 수 있는 지를 평가하였다. 또한 기존 지표물질과의 상관성 분석을 통해 발암물질인 카드뮴의 수준을 추정할 수 있고 더 나아가 이를 위험성 평가에 활용할 수 있을 것이다.
- 중금속과 지표물질을 분석할 때 매 5개의 시료마다 공시료를 하나씩 분석하였으며 금속류 중 카드뮴, 크롬, 납, 지표물질 중 니코틴, 호흡성먼지, 3-EP 등의 LOD (Limit of Detection) 값은 Table 4와 같다.
- , USA)을 가동하여 여과지를 회화시킨 후 유도결합플라스마-질량분석기 (ICP-MSD; Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrum Detector, Varian Ultramass, Australia)를 이용하여 각각의 파장에서 중금속 종류에 따른 양을 측정하였다. 중금속의 회수율을 구하기 위해 3단계 농도 수준에서 각각 3개씩 여과지에 주입한후 하루동안 보관한 뒤 현장시료와 같이 처리 분석하여 시료에 적용하였다. 중금속별 회수율은 카드뮴 99%, 크롬 102%, 납 97%였다.
- 흡착관의 전후 층을 구별하여 각각 바이얼에 넣고 1 ㎖의 탈착액을 넣었다. 탈착 효율은 3 단계 농도수준에서 각각 3개씩 XAD-4 흡착관에 주입시킨 후 하루동안 어두운 곳에 보관한 뒤 현장시료와 같이 처리하여 분석하여 시료에 적용하였다. 니코틴의 탈착 용매로는 0.
대상 데이터
- 호흡성먼지의 정의는 NIOSH에서 정의하고 있는 ‘Aerosol Collected by Sampler with 4-㎛ Median Cut Point’를 따랐다..12 호흡성먼지의 채취는 미국 NIOSH의공정시험법 0600에 따라 데시케이터에 하루이상 컨디셔닝 시킨 0.45 ㎛ 공극의 PTFE (Polytetrafluorethylene) 여과지 (SKC Inc., USA)를 2단 카세트에 넣어 조립한뒤 10 ㎜-Nylon Cyclone에 장착하여 1.7 ℓ/min의 유량 으로 5시간 정도 지역시료로 채취하였다. 시료를 채취한 카세트를 데시케이터에 넣고 하루 이상 컨디셔닝 시긴 후 여과지의 무게를 재고 채취 후의 여과지 무게에서 채취전의 무게를 빼서 이를 통과시킨 공기의 양으로 나누어 농도를 계산하였다.
- 2000년 4월부터 2001년 4월까지 평택, 구미, 창원의 실내 사무환경에 대해 흡연실 4 개소, 흡연실과 인접한 복도 4 개소, 흡연이 허용되는 사무실 3 개소, 비흡연사무실 5 개소를 대상으로 흡연을 통하여 발생하는 ETS의 수준을 파악하기 위하여 카드뮴을 포함한 금속류, 지표물질인 니코틴, 3-EP, RSP 등을 시료 채취하였다.
- 니코틴의 채취는 미국 NIOSH의 공정시험법 2551에따라 XAD-4 흡착관 (80/40 ㎎, SKC Inc., USA)을 개인시 료채취기에 연결하여 1 ℓ/min의 유량으로 5시간 정도 지역시료로 채취하였다. 채취된 시료는 빛에 노출되지 않게 냉장 보관하였다.
- 탈착 효율은 3 단계 농도수준에서 각각 3개씩 XAD-4 흡착관에 주입시킨 후 하루동안 어두운 곳에 보관한 뒤 현장시료와 같이 처리하여 분석하여 시료에 적용하였다. 니코틴의 탈착 용매로는 0.01% Triethylamine을 포함한 Ethyl Acetate를이용하였으며 내부 표준 물질로써 Quinoline을 사용하였다. 3-EP는 Bertoni 등의 실험방법에 따라 니코틴과 동일한 방법으로 동일 흡착관에 채취하여 분석하였다.
- 조사대상 장소에서 HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) 시스템이나 일반적인 배기 팬을 환기시설로 이용하고 있었다. 평택에 위치한 사무건물의 경우는 실내 환경에 대해 HVAC 시스템으로 중앙 제어하여 실내공기질을 유지하기 위하여 적절한 공기를 공급하고 있었으나 창원이나 구미의 경우는 송풍기를 이용한 희석환기를 사용하거나 일반적인 희석환기를 통해서 실내공기질을 조절하고 있었다.
데이터처리
- 금속류와 지표물질, SD, SI간 상관성 검토, 시료채취 장소별 농도 차이를 규명하기 위해 ANOVA와 회귀분석을 실시하였다. ETS의 성분들은 대체적으로 대수정 규분포를 하고 있기 때문에 대표값으로 기하평균(Geometric Mean, GM)과 기하표준편차 (Geometric Standard Deviation, GSD) 등을 통계치로 제시하였다.
- ETS의 성분들은 대체적으로 대수정 규분포를 하고 있기 때문에 대표값으로 기하평균(Geometric Mean, GM)과 기하표준편차 (Geometric Standard Deviation, GSD) 등을 통계치로 제시하였다. 이 때 LOD 값은 공시료 기하표준편차의 3배로 계산하였으며, LOD 미만으로 나온 측정값들에 대해서는 검출한계의 1/2값으로 분류하여 통계처리에 이용하였다.
- 지표물질과 금속류 중 카드뮴과의 상관성을 알아보기 위해서 발암물질인 카드뮴을 대상으로 기존의 연구 결과 지표물질로 추천되고 있는 니코틴, 3-EP, 호흡성 먼지와의 상관성을 분석하기 위하여 시료채취별로 짝을 지어 회귀분석을 실시하여 상관계수(Correlation Coefficient, r) 값으로 그 결과를 표시하였다 (Fig. 3).
이론/모형
- 채취된 시료는 빛에 노출되지 않게 냉장 보관하였다.12 니코틴의 분석은 NIOSH 공정시 험법 2551에 따라 질소․인 검출기 (Nitrogen-Phosphorus Specific Detector, NPD)가 장착된 가스크로마토그래피 (Gas Chromatography, Hewlett Pac-kard 5890A, USA)를이용하였다(Table 3). 흡착관의 전후 층을 구별하여 각각 바이얼에 넣고 1 ㎖의 탈착액을 넣었다.
- 01% Triethylamine을 포함한 Ethyl Acetate를이용하였으며 내부 표준 물질로써 Quinoline을 사용하였다. 3-EP는 Bertoni 등의 실험방법에 따라 니코틴과 동일한 방법으로 동일 흡착관에 채취하여 분석하였다.14
- ACH는 일정시점에서 이산화탄소 농도를 측정하고 일정 시간 후에 다시 농도를 측정하여 경과된 시간동안 감소된 농도를 시간으로 나누어 구하는 이산화탄소 농도 감소법 (CO2 Decay Method)으로 측정하였다. 이산화 탄소 농도 감소법은 것이다.
- ETS 중 중금속의 측정․분석 방법은 NIOSH Method No. 7300을 응용하였다.12 고유량 시료채취기 (High Volume Air Sampler, MSA Escort LC Pump, USA)를 약 2.
- 호흡성먼지의 정의는 NIOSH에서 정의하고 있는 ‘Aerosol Collected by Sampler with 4-㎛ Median Cut Point’를 따랐다..
성능/효과
- ACH는 흡연실에서 11.1, 흡연허용사무실에서 4.6의값을 보였으며 일반 희석환기를 사용하는 "C"에서 가장 낮은 2.9 ACH를 보였으며 좁은 공간에서 4개의 송풍기로 환기를 하고 있는 "E"에서 가장 높은 18.6 ACH 값을 보였다.
- 3 ETS는 4천 가지 이상의 화학물질이 포함되어 있으며 이중 상당수의 화학 물질이 발암성이거나 독성 및 자극성을 지닌 물질로 밝혀졌다.4 부류연과 주류연은 질적으로는 큰 차이가 없으면서도 흡연 시 온도와 수소이온농도, 희석정도, 산소농도 등에 따라 절대농도, 상 (phase) 분포, 구성입자의 크기에서 차이를 야기하게 되며, 주류연과 부류 연의 농도도 다르게 나타나 유해물질 대부분의 경우 부류연에서의 농도가 주류연보다 높게 나타난다.4
- ETS의 금속 성분과 흡연 환경 조건 중 SD와의 상관성을 분석한 결과 크롬 0.01, 납 -0.01, 마그네슘 -0.01의 낮은 상관계수 값을 보였으며 가장 높은 상관 관계를 보인 물질은 카드뮴으로 0.54의 상관계수 값을 나타내었다 (p<0.001). SI와 카드뮴 농도 분포와의 상관 계수 값은 0.
- 53인 니코틴으로 조사되었다. 그러나 카드뮴은 입자상 물질이고 니코틴은 가스 및 증기상 물질이기 때문에 상관성이 떨어질 것으로 예상되었으나 오히려 입자상 물질인 호흡성먼지 (r=0.43)보다 높은 상관성을 보였다. 카드뮴과 3-EP와의 상관성 분석에서 0.
- 11의 값을 보였다. 금속류 중 카드뮴은 기하정규분포를 보였으며 흡연 환경별 기하평균 농도가 흡연실에서 0.045 ㎍/㎥, 흡연실 인근 지역에서 0.018 ㎍/㎥, 흡연허용사무실에서 0.021 ㎍/㎥, 비흡연사무실에서는 0.017 ㎍/㎥의 분포를 보였으며 통계적으로는 유의한 차이를 나타냈다 (p<0.05). 실내 흡연 환경에 따른 카드뮴의 농도 비를 조사한 결과 비흡연실 기준으로 흡연실에서 2.
- 카드뮴의 경우 니코틴과의 상관성이 Coultas 등의20 연구 결과와 비슷하였으며 일산화탄소나 이산화탄소보 다는 높은 상관성이 관찰되었다. 본 연구 결과 카드뮴이 니코틴, 3-EP, 호흡성먼지 등 지표물질 보다는 흡연 과의 상관성 정도는 높지 않았으나 금속류 중에서 가장 높은 상관성을 보였다. Wu 등이18 조사한 바에 따르면 카드뮴의 경우 ETS의 좋은 지표물질이 된다고 제안하였다.
- 이러한 연구 결과를 토대로 ETS 중 중금속류에서는 카드뮴을 지표물질로 활용할 수 있다고 판단 할 수 있다.
- 183의 높은 카드뮴 농도분포를 보였다. 이를 통해 흡연실의 SD가 높더라도 환기량으로 어느 정도 수준까지는 관리할 수있다는 결론을 얻을 수 있다.
- Wu 등이18 조사한 바에 따르면 카드뮴의 경우 ETS의 좋은 지표물질이 된다고 제안하였다. 이에 대한 근거로 카드뮴이 흡연과 관련하여 흡연여부에 따라 농도 분포가 명확하게 차이가 나며, 담배에서 1.28±0.17 ㎍의 카드뮴이 존재하며 담배간 차이는 유의하지 않았으며, 담배에 존재하는 전체 카드뮴 양의 44 %가 ETS로 발생되며, ETS 중 카드뮴의 제거되는 속도가 느리며 발생원의 강도와 직선형의 상관성을 나타낸다는 것을 들고 있다.
- 지표물질 세 가지 모두 흡연실에서 가장 높게 나타 났으며 α=0.01 수준에서 흡연환경 별로 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.01). 그림 1에서 보는 것처럼 니코틴의 경우 호흡성먼지나 3-EP의 농도분포와는 달리 흡연허용사무실과 흡연실인접지역간 농도 차이가 명확하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
- 지표물질간 상관분석은 카드뮴이 니코틴과 가장 높은 상관계수 값인 0.53, 호흡성먼지와는 0.45, 3-EP와는 0.41의 값을 보였다. Turner 등,16 Leaderer 등,19 Coultas 등,20 이 조사한 바에 따르면 니코틴과 호흡성 먼지는 각각 0.
- 2 ㎍/㎥을 측정치와 비교해 보았을 때도 기준을 초과한 곳은 없었다(Table 6). 최고 높은 농도 분포를 보인 곳은 구미 지역 사업장의 면회실내 흡연실로 0.183 ㎍/㎥의 농도 수준을 나타내었으며, 또한 이곳에서 가장 높은 SD와 SI 값을 보였다. Wu 등이18 조사한 카드뮴의 농도자료는 식당 0.
- 카드뮴과 지표물질 및 환경요인간 상관성을 조사한 결과 니코틴과의 상관계수가 0.53 (p<0.001)으로 가장 높게 나타났으며 호흡성먼지와는 0.43, 3-EP와는 가장 낮은 0.41의 상관계수 값을 보였다. 흡연밀도와는 0.
- 카드뮴의 농도분포를 흡연환경별로 비를 조사한 결과 비흡연환경 대비 약 2.6배의 분포 차이를 보였다. Leaderer 등이19 연구한 바에 따르면 흡연거주지역과 비흡연거주지역에서 농도분포가 약 3 배의 ETS 농도 분포 차이를 보인다고 보고하였다.
- 시료채취장소별로 나타난 카드뮴, 크롬, 납의 농도 분포를 Table 6에 나타내었다. 흡연 환경 조건에 따른 카드뮴의 기하평균 농도는 흡연실에서 0.045 ㎍/㎥ (범위 0.03～0.18 ㎍/㎥), 흡연실인접지 역에서 0.018 ㎍/㎥, 흡연허용사무실에서 0.021 ㎍/㎥, 비흡연실에서 0.017 ㎍/㎥로 분포하고 있어 흡연실에서 가장 높게 분포하고 있고 흡연실과 가까운 복도, 흡연허용사무실간에는 α=0.05 수준에서 통계적으로 유의한 차를 보였으나 흡연허용사무실과 비흡연사무실, 흡연인접지역간 농도 분포의 차이에 대한 분산분석에 서는 통계적으로 유의하지 않았다 (p>0.15).
- 2와 같이 나타난다. 흡연실 등에서 카드뮴의 농도는 W-test (Shapiro and Wilk test)를 통해 확인한 결과 대수정규분포를 하고 있었다 (p<0.05).
- 흡연실, 흡연허용사무실, 흡연실인접지역, 비흡연사 무실별로 각 지표물질의 기하평균값을 확인한 결과 니코틴은 93.4, 12.8, 3.0, 0.9 ㎍/㎥로, 호흡성먼지는 441.7, 43.4, 70.7, 35.1 ㎍/㎥로, 3-EP는 8.8, 1.11, 1.07, 0.6 ㎍/㎥의 분포를 보여 흡연 환경과 밀접한 연관성을 보여주고 있었다.
후속연구
- ETS 성분을 직접적으로 평가한다는 것은 불가능하므로 노출지표와 다른 구성분의 성분비 (Ratio) 조사하여 노출량 추정에 사용한다면 ETS를 효과적으로 관리하는데 큰 도움이 될 것이다. Table 7은 니코틴과 호흡성먼지, 카드뮴을 비흡연사무환경을 기준으로 흡연환경이 달라짐에 따라 농도비가 어떻게 나타나는가를 보여준다.
- 이에 따라 ETS 중 카드뮴 등 중금속에 대해 흡연 환경에 따른 농도 분포를 조사하여 흡연환경별로 차이가 있는 지를 확인하고, 기존 지표물질인 니코틴, 3-EP, 호흡성먼지, 흡연밀도 등과의 상관성을 조사하여 카드뮴을 지표물질로 활용할 수 있는 지를 평가하였다. 또한 기존 지표물질과의 상관성 분석을 통해 발암물질인 카드뮴의 수준을 추정할 수 있고 더 나아가 이를 위험성 평가에 활용할 수 있을 것이다.
- 발암물질인 카드뮴을 지표물질로 활용할 경우 흡연 자와 비흡연자의 시간활동 (Time-Activity) 조사 등을 통해서 ETS 자체나 다른 발암물질에 대한 노출량을 추정할 수 있을 것이며 궁극적으로는 암발생의 위험도 차이를 추정할 수 있을 것이다.
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