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문제 정의
- 6 그렇기 때문에 담배연기 성분 분석과 함께 그 노출 정도가 정확하게 측정되어야 하지만 아직까지 특정한 유해물질들이 흡연을 통해 얼마 만큼 체내에 유입되는 가 등에 대한 정보는 상대적으로 발견하기가 쉽지 않다.7,8 본 연구진은 흡연에 의해 인체로 유입되는 유해물질들의 양 또는 수준을 정량적으로 제시하고자 하였다. 이를 위해, 담배에 함유된 유해한 성분들 중에서 중요한 실내오염물질로 간주되는 벤젠, 톨루엔을 위시한 방향족 VOC와 포름알데하이드, 아세트알데하이드를 위시한 카보닐계열의 VOC들을 주분석 대상으로 설정하였다.
- 이를 위해, 담배에 함유된 유해한 성분들 중에서 중요한 실내오염물질로 간주되는 벤젠, 톨루엔을 위시한 방향족 VOC와 포름알데하이드, 아세트알데하이드를 위시한 카보닐계열의 VOC들을 주분석 대상으로 설정하였다. 따라서 본문에서는 흡연과 관련된 독성성분들의 체내 잔류율 등의 특성을 이들 성분들을 중심으로 비교 분석하고자 하였다.
가설 설정
- 흡연자 개개인의 흡연습관 등에 따라 편차가 발생하지만, 대략 500~1000 mL 정도의 담배연기를 들숨으로 들이키고 또한 그 만큼의 공기를 체외로 배출한다. 본 논문에서는 편의상 대략 500 mL 정도의 담배연기를 들숨으로 들이킨다고 가정하고, 위에서 구한 IMS와 EMS의 질량/부피 농도의 차이 (㎍ m-3)에 흡기량 (500 mL)를 곱해 주는 방식으로 체내 잔류량을 추정할 수 있다.
제안 방법
- 채취된 시료는 곧바로 분석하는 것을 원칙으로 하였다. 그러나 백에 채취된 시료가 워낙 고농도인 점을 감안하여, GC를 이용한 흡연성분의 분석은 N2 가스를 이용하여1/1,000 수준으로 희석한 후 시도하였다. 방향족 VOC 성분의 분석은 본 연구진이 선행연구에서 활용한 것과 같이 GC-FID (Model DS 6200, Donam Instrument, Korea)와 열탈착 전용기 (Markes International Ltd.
- 흡연시료의 분석은 1차적으로 Tedlar bag에 채취한 내용물을 1/10배 희석시키고, 2차적으로 2,4-DNPH 카트리지에 이들을 통과시키는 방식으로 상온 농축하였다. 그리고 이들을 70% acetonitrile 용액 5 mL로 용출한 후, 25 cm × 4.6 mm 역상 컬럼 Hichrom 5 C18이 장착된 HPLC/UV (lab alliance, Model 500) 방법으로 분석하였다. 이동상의 조건은 1 mL/min으로 고정된 조건에서 360 nm 파장대에서 검출이 이루어졌다.
- 흡연의 폐해를 다양한 각도에서 연구하기 위하여, 본 연구에서는 가장 보편적으로 이용되는 디스 브랜드의 담배를 주 실험 대상으로 이용하였다. 그리고 이로부터 발생하는 흡연시료를 주로 다음 5 가지 유형으로 분류하여 채취하였다.
- 그러나 백에 채취된 시료가 워낙 고농도인 점을 감안하여, GC를 이용한 흡연성분의 분석은 N2 가스를 이용하여1/1,000 수준으로 희석한 후 시도하였다. 방향족 VOC 성분의 분석은 본 연구진이 선행연구에서 활용한 것과 같이 GC-FID (Model DS 6200, Donam Instrument, Korea)와 열탈착 전용기 (Markes International Ltd., UK)를 조합한 극미량 분석채취시스템을 활용하였다.9 테들러 백에 담긴 희석 시료는 전술한 열탈착 전용기 내부에 장착된 흡입펌프와 MFC (mass flow controller)를 통해 일정한 유량 (80mL/min)으로 5 분 정도 열탈착 전용기 내부로 주입시켰다 (총 분석 유량은 400 mL 수준).
- 또한 시료에 대한 선택성이 강하고, 기울기 용리의 적용이 가능한 특성을 가지고 있다. 본 분석방식은 검출이 이루어진 대부분의 알데하이드 화합물들을 20 pg 내외에서 검출하였다. 대략 500 mL 정도를 분석한다고 할 경우, 5 ppb 내외의 검출한계를 보였다.
- 본 연구에서 방향족 성분들의 검량은 gravimetric 방식으로 준비한 표준 시료 (EPA Volatile Organic Compounds Mix2, SUPELCO)를 기화시킨 후 작업용 표준가스로 사용하였다. 작업용 표준가스의 제조방법은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 담배흡연을 통해 발생하는 여러 가지 흡연관련 시료들을 대상으로 BTEX를 위시한 주요 방향족 VOC 성분과 포름알데하이드와 아세트알데하이드를 위시한 주요 카르보닐 화합물들의 농도를 분석하였다. 흡연시료는 간접흡연에 해당하는 SS, 직접흡연에 해당하는 EMS, 그리고 그 외에 필터의 사용 유무에 따라 담배의 끝으로부터 배출되는 IMS, SS-R 등으로 구분하였고, 이들 개별 시료들에 대하여 주요 성분들의 농도차이와 농도비를 비교하였다.
- 그러나 분석방식은 성분별로 뚜렷하게 구분이 된다. 상대적으로 분자량이 큰 방향족 VOC 성분들은 FID를 장착한 일반적인 GC 분석법을 사용하였고, 가벼운 카보닐 계열의 성분들은 HPLC/UV 방법을 이용하였다.
- 시료의 채취는 소형 진공펌프를 통해 직접 채취를 시도할 경우, 펌프내부의 오염이 우려되므로 간접채취 방식을 활용하였다. 이를 위해, Tedlar bag을 두 개의 홀이 있는 외장형 진공생성 용기내부에 담고, 한쪽 홀에 Tedlar bag의 주입부를 연결하고, 반대쪽 용기 외부홀에는 감압용 펌프를 연결한다.
- 필터를 통과한 담배연기가 흡연자의 체내로 들숨의 형태로 유입된다. 실제 이처럼 인체로 유입되는 시료를 채취하기 위해, 필터가 장착된 담배의 끝에 튜빙을 부착하여 연기시료를 곧바로 채취함.
- 주입된 시료는 펠티어 쿨러에 의해 -10 ℃로 유지되는 조건에서 cold trap을 통해 저온농축 (cryo-focusing) 시켰다. 이렇게 농축된 시료는 열탈착 과정 (320 ℃에서 10 분간)을 거친 후, GC column (DB-VRX, 60 m × 0.32 mm × 1.8 ㎛, SGE사 제조) 으로 주입시켜 최종적인 성분 분석을 수행하였다. 이때 GC의 oven 조건은 초기온도 50 ℃에서 5 분간 유지한 후 6 ℃/min으로 230 ℃까지 가열시켜 최종온도에서 5 분 동안 유지하도록 하였다.
- 기화된 표준가스를 다시 Tedlar bag에 일정량 주입하고 N2가스로 희석하여 작업용 표준가스를 만든다. 이렇게 만들어진 표준가스를 주입량을 다르게 하여 3개 농도 (10, 20, 40 ng) 대에서 반복적으로 주입시키고 분석하여, 검량선을 확보하였다. 이와 같은 반복분석의 결과로부터 상대표준오차를 산출하면, 정밀도는 약 9% 이하를 유지하는 것으로 나타났다.
- 흡연시료는 간접흡연에 해당하는 SS, 직접흡연에 해당하는 EMS, 그리고 그 외에 필터의 사용 유무에 따라 담배의 끝으로부터 배출되는 IMS, SS-R 등으로 구분하였고, 이들 개별 시료들에 대하여 주요 성분들의 농도차이와 농도비를 비교하였다. 특히 본 연구에서는 직접 들숨의 형태로 체내로 유입되는 IMS와 날숨의 형태로 체외배출 되는 EMS 간의 유실율을 토대로, 주요 유해성분들의 체내 잔류율을 추정하였다. 그 결과에 의하면, 대부분의 유해성분들은 99% 이상이 체내에 잔류하고, 1% 미만이 날숨의 형태로 체외 배출된다는 것을 확인할 수 있었다.
- 이를 위해, Tedlar bag을 두 개의 홀이 있는 외장형 진공생성 용기내부에 담고, 한쪽 홀에 Tedlar bag의 주입부를 연결하고, 반대쪽 용기 외부홀에는 감압용 펌프를 연결한다. 펌프를 작동시키면 진공용기 안이 감압되고, 그 다음, Tedlar bag 내부로 담배연기가 유입될 수 있게 밸브를 열어 주는 방식으로 흡연시료를 채취하였다.
- 흡연시료 중 저분자량인 카보닐 계열의 성분들을 분석하기 위하여, 본 연구진의 선행연구방식을 적용하였다.10 Carbonyl-DNPH (MIX 1 Catalog NO.
- 본 연구에서는 담배흡연을 통해 발생하는 여러 가지 흡연관련 시료들을 대상으로 BTEX를 위시한 주요 방향족 VOC 성분과 포름알데하이드와 아세트알데하이드를 위시한 주요 카르보닐 화합물들의 농도를 분석하였다. 흡연시료는 간접흡연에 해당하는 SS, 직접흡연에 해당하는 EMS, 그리고 그 외에 필터의 사용 유무에 따라 담배의 끝으로부터 배출되는 IMS, SS-R 등으로 구분하였고, 이들 개별 시료들에 대하여 주요 성분들의 농도차이와 농도비를 비교하였다. 특히 본 연구에서는 직접 들숨의 형태로 체내로 유입되는 IMS와 날숨의 형태로 체외배출 되는 EMS 간의 유실율을 토대로, 주요 유해성분들의 체내 잔류율을 추정하였다.
- 47649-U, SUPELCO)의 원액을 희석하여 표준혼합용액으로 사용하였다. 흡연시료의 분석은 1차적으로 Tedlar bag에 채취한 내용물을 1/10배 희석시키고, 2차적으로 2,4-DNPH 카트리지에 이들을 통과시키는 방식으로 상온 농축하였다. 그리고 이들을 70% acetonitrile 용액 5 mL로 용출한 후, 25 cm × 4.
대상 데이터
- 10 Carbonyl-DNPH (MIX 1 Catalog NO. 47649-U, SUPELCO)의 원액을 희석하여 표준혼합용액으로 사용하였다. 흡연시료의 분석은 1차적으로 Tedlar bag에 채취한 내용물을 1/10배 희석시키고, 2차적으로 2,4-DNPH 카트리지에 이들을 통과시키는 방식으로 상온 농축하였다.
- 본 연구에서는 Table 1에 제시된 바와 같이, 흡연과 관련된 성분들 중 방향족 및 카보닐 계열의 10 여가지 VOC 성분들을 주 분석 대상으로 설정하였다. 담배연기에 함유된 모든 분석 대상 성분들은 Tedlar bag과 같은 용기방식으로 채취하였다.
- SS와 같은 경우, 흡연 시료를 담배로부터 얼마만큼의 거리를 유지하면서 채취하는 가와 같이 구체적인 채취방법에 따라 관측대상 성분들의 함량에 차이가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 부류연에 해당하는 SS의 시료를 불이 붙은 담배에 10여 센티미터의 거리를 두고 채취하였다. 따라서 이와 같은 농도비에 절대적인 의미를 부여하기는 어렵지만, 무거운 분자량의 BTEX 계열이 알데하이드류 보다는 부류연을 통해 상대적으로 더 많이 배출된다는 것을 유추할 수 있다.
- 7,8 본 연구진은 흡연에 의해 인체로 유입되는 유해물질들의 양 또는 수준을 정량적으로 제시하고자 하였다. 이를 위해, 담배에 함유된 유해한 성분들 중에서 중요한 실내오염물질로 간주되는 벤젠, 톨루엔을 위시한 방향족 VOC와 포름알데하이드, 아세트알데하이드를 위시한 카보닐계열의 VOC들을 주분석 대상으로 설정하였다. 따라서 본문에서는 흡연과 관련된 독성성분들의 체내 잔류율 등의 특성을 이들 성분들을 중심으로 비교 분석하고자 하였다.
- 흡연의 폐해를 다양한 각도에서 연구하기 위하여, 본 연구에서는 가장 보편적으로 이용되는 디스 브랜드의 담배를 주 실험 대상으로 이용하였다. 그리고 이로부터 발생하는 흡연시료를 주로 다음 5 가지 유형으로 분류하여 채취하였다.
성능/효과
- 분석이 이루어진 10 개 성분 중, 아세톤을 제외한 모든 성분들이 99% 또는 그 이상 체내 축적이 이루어진다는 것을 알 수 있다. 결과적으로 담배에 함유된 대부분의 유해 성분들은 흡연자의 인체에 잔존하고, 비교적 깨끗하게 정화된 공기들이 날숨의 형태로 배출된다는 것을 확인할 수 있다.
- 그 결과 벤젠은 흡연을 통해 인체로 유입된 함량의 99.17%가 일차적으로 체내에 잔류하게 된다는 것을 알 수 있다. 분석이 이루어진 10 개 성분 중, 아세톤을 제외한 모든 성분들이 99% 또는 그 이상 체내 축적이 이루어진다는 것을 알 수 있다.
- 특히 본 연구에서는 직접 들숨의 형태로 체내로 유입되는 IMS와 날숨의 형태로 체외배출 되는 EMS 간의 유실율을 토대로, 주요 유해성분들의 체내 잔류율을 추정하였다. 그 결과에 의하면, 대부분의 유해성분들은 99% 이상이 체내에 잔류하고, 1% 미만이 날숨의 형태로 체외 배출된다는 것을 확인할 수 있었다.
- 1 ng 수준의 검출한계를 유지하였다. 본 논문에서 제시된 TVOC의 농도는 GC/FID에서 검출된 모든 VOC 성분 중 개별적으로 정성이 가능한 성분은 각각 개별 성분으로 정량을 하고, 나머지 성분은 모두 toluene 검량선으로 정량하여 합한 값이다.
- 이와 같은 반복분석의 결과로부터 상대표준오차를 산출하면, 정밀도는 약 9% 이하를 유지하는 것으로 나타났다. 본 분석시스템의 정확도는 TO-14 표준가스 등을 이용하여 비교 분석한 결과, 5%내외로 확인되었다. 절대량을 기준으로 할 때, 본 연구에 활용된 GC-FID 시스템은 benzene을 기준으로 대략 0.
- 17%가 일차적으로 체내에 잔류하게 된다는 것을 알 수 있다. 분석이 이루어진 10 개 성분 중, 아세톤을 제외한 모든 성분들이 99% 또는 그 이상 체내 축적이 이루어진다는 것을 알 수 있다. 결과적으로 담배에 함유된 대부분의 유해 성분들은 흡연자의 인체에 잔존하고, 비교적 깨끗하게 정화된 공기들이 날숨의 형태로 배출된다는 것을 확인할 수 있다.
- 단위로 제시하였다. 실험의 결과는 예상과 같이, 전반적으로 모든 분석결과들에서 거의 일관성있게 SS-R > IMS > SS > EMS > EBS의 순서로 농도 크기가 유지되는 것으로 나타났다. 그러나 일부 방향족 성분들 (에틸벤젠이나 자일렌 류)의 경우, SS-R 보다 IMS에서 큰 농도가 나타나는 경우도 발견되었다.
- 이렇게 만들어진 표준가스를 주입량을 다르게 하여 3개 농도 (10, 20, 40 ng) 대에서 반복적으로 주입시키고 분석하여, 검량선을 확보하였다. 이와 같은 반복분석의 결과로부터 상대표준오차를 산출하면, 정밀도는 약 9% 이하를 유지하는 것으로 나타났다. 본 분석시스템의 정확도는 TO-14 표준가스 등을 이용하여 비교 분석한 결과, 5%내외로 확인되었다.
- 본 분석시스템의 정확도는 TO-14 표준가스 등을 이용하여 비교 분석한 결과, 5%내외로 확인되었다. 절대량을 기준으로 할 때, 본 연구에 활용된 GC-FID 시스템은 benzene을 기준으로 대략 0.1 ng 수준의 검출한계를 유지하였다. 본 논문에서 제시된 TVOC의 농도는 GC/FID에서 검출된 모든 VOC 성분 중 개별적으로 정성이 가능한 성분은 각각 개별 성분으로 정량을 하고, 나머지 성분은 모두 toluene 검량선으로 정량하여 합한 값이다.
후속연구
- 본 연구와 같이 체내 잔류율을 주요 관점으로 흡연과 연계된 유해성분들의 함량을 분석한 연구결과는, 흡연의 피해와 관련된 문제점을 또 다른 각도에서 확인할 수 있었다. 본 연구에서 확인된 여러 가지 사실들을 감안하면, 향후 ETS의 체내 잔류량 및 잔류특성들을 여러 가지 보건학적 측면과 연계할 수 있는 종합적인 연구의 필요성이 강하게 제기된다.
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