[논문]pH 변화에 따른 N-Nitrosodimethylamine (NDMA) 생성에 대한 고찰

김종오

pH 변화에 따른 N-Nitrosodimethylamine (NDMA) 생성에 대한 고찰
A Study on N-Nitrosodimethylamine (NDMA) Formation According to pH Variation 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.27 no.4, 2005년, pp.390 - 393

초록
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최근 발암 가능성 물질로 알려진 N-Nitrosodimethylamine (NDMA)가 미국 및 캐나다 상수도 공급시설에서 발견되어지고 있다. 본 연구에서는, pH가 6, 7, 8인 조건에서 디메칠아민 농도를 0.05 mM로 고정시키고 클로라민 농도(0.001-0.1 mM) 변화에 따른 NDMA 생성 농도를 측정하였다. 디메칠아민 농도에서 NDMA 최대 생성율은 pH 7과 8에서 각각 2.4% 및 1.5%로 나타났으며, 주입 클로라민 농도가 증가할수록 생성율은 크게 증가하는 경향을 보인 것으로 조사되었다. 그리고, pH가 7, 8인 조건에서 NDMA 생성농도와 클로라민/디메칠아민 비율 사이에 높은 연관성을 얻었다($r^2>0.99$). NDMA 생성은 클로라민 농도와 선형 연관성이 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

N-nitrosodimethylamine (NDMA), a potent carcinogenic, has recently been observed at drinking water supply systems in USA and Canada. The NDMA formation was studied as a function of chloramine concentration (0.001-0.1 mM) at a fixed dimethylamine (DMA) concentration of 0.05 mM at different initial pH (6, 7, 8). It was found that the NDMA formation rate varied with pH values. The formation of NDMA increased with increasing chloramine concentration and showed maximum yields of 2.4% and 1.6% at pH 7 and 8, respectively. A good correlation ($r^2>0.99$) was observed between the molar ratio (chloramine/DMA) and NDMA formation at pH 7 and 8. Linearity of the NDMA formation appeared to be related to chloramine concentrations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험에서는, 전구물질인 디메칠아민 시약에 존재하는 NDMA 농도를 측정하였다. 이는 초기 디메칠아민이 24시간 후에도 어떤 영향을 주는가를 점검하정도 관리관리 (Qua- iity control)이었다.
먹는 물에 NDMA가 존재하여 다른 음식물보다 소비량과 체내에 흡수율이 훨씬 높아 건강에 미치는 영향에 관심이 높은 실정에서 국내에서 연구가 이루어지지 않은 NDMA 생성에 관한 설명이 더욱 필요함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 pH 변화에 따른 디메칠아민과 클로라민에서 NDMA 생성 농도를 측정하고, 클로라민과 디메칠아민 비율에 따른 NDMA 생성농도 상관성을 알아보는 기초적 실험을 수행하였다. 이를 위하여, 중류 수에 초기 디메칠아민 농도는 0.
클로라민과 디메칠아민 반응을 통해서 생성되는 NDMA 를 결정하기 위하여, 클로라민/디메칠아민 비율 (또는 비율) 과 NDMA 생성과 연관성을 1차 회귀 식으로 나타내는 연구를 수행하였다. Fig.

제안 방법

1-4 mM 범위에서 실험을 하였다. 그리고 일차 회귀분석을 이용하여 클로라민과 디메칠아민 비율에 따른 상관성을 고찰하여 예측 식을 제시하였다.
분석은 Restek Rtx-Vrx 칼럼 (60 m, 032 mm ID, USA) 이 설치된 GC/MS (Varian Saturn 2000, US A) 로 시료를 화학적 이온화시켜 분석하였다. 자동 시료기에 의해 4 uL 시료를 채취하여 자동 주입하는데, 분석조건은 주입, 검출 온도는 각각 35℃, 200℃, 200℃로 한 후 10℃/min되게 상승시켰다.
05 mM로 일정하게 유지하고 클로아민 농도에 따른 NDMA 생성농도를 24시간 후에 측정 분석하였다. 이를 위하여 1리터 갈색병에 증류수를 넣고 온도가 조절되는 어두운 장소에서 화학반응에 의한 NDMA 생성농도를 측정한다. 이를 위하여 증류수에서 존재하는 디메칠아민 농도를 고정하고 클로라민 농도를 0.
본 연구에서는 pH 변화에 따른 디메칠아민과 클로라민에서 NDMA 생성 농도를 측정하고, 클로라민과 디메칠아민 비율에 따른 NDMA 생성농도 상관성을 알아보는 기초적 실험을 수행하였다. 이를 위하여, 중류 수에 초기 디메칠아민 농도는 0.5 mM로 고정 시키고 클로라민 주입농도를 변화시켜 NDMA 생성 가능성을 점검하고, 다른 기존 연구들과 비교 연구도 수행하였다. 일반적으로 기존 연구는 디메칠아민 농도가 0.
이온화시켜 분석하였다. 자동 시료기에 의해 4 uL 시료를 채취하여 자동 주입하는데, 분석조건은 주입, 검출 온도는 각각 35℃, 200℃, 200℃로 한 후 10℃/min되게 상승시켰다. 운반 기체는 헬륨이며 유량은 30.
증류수에 디메칠아민 농도를 0.05 mM로 일정하게 유지하고 클로아민 농도에 따른 NDMA 생성농도를 24시간 후에 측정 분석하였다. 이를 위하여 1리터 갈색병에 증류수를 넣고 온도가 조절되는 어두운 장소에서 화학반응에 의한 NDMA 생성농도를 측정한다.
클로라민과 디메칠아민에는 각각 질소가 존재하는데 생성되는 NDMA를 결정하기 위하여, 전체 질소에서 클로라민 내에 존재하는 질소 비율 (또는 질소 비율)에 따라 NDMA 생성과 연관성을 1차 회귀 식으로 나타내었다. Fig.

대상 데이터

7V-nitrosodimethylamine (100 ug/mL)은 Ultra Scientific NS- 100(USA), NDMA-d6 (1 mg/mL)은 Cambride Isopotes Labo- tratory (USA), Sodium hypochlorite 용액은 Fisher Scientific (USA), 디메칠아민은 Alpha Aesar(USA)에서 각각 구입하였다
자동 시료기에 의해 4 uL 시료를 채취하여 자동 주입하는데, 분석조건은 주입, 검출 온도는 각각 35℃, 200℃, 200℃로 한 후 10℃/min되게 상승시켰다. 운반 기체는 헬륨이며 유량은 30.4 mL/min이고 Split- less로 하였다. 화학적 이온화 기체는 메탄올을 사용하였다.
이를 위하여 1리터 갈색병에 증류수를 넣고 온도가 조절되는 어두운 장소에서 화학반응에 의한 NDMA 생성농도를 측정한다. 이를 위하여 증류수에서 존재하는 디메칠아민 농도를 고정하고 클로라민 농도를 0.001-0.1 mM로 변화시켰고, 이를 분석하기 위하여 고체상추출법을 적용하며 추출에 필요한 흡착물질은 Ambersorb 348F (Aldrich, USA)를 사용하였다. 회수율을 점검하기 위하여 내부 표준물질인 NDMA-d6을 주입하며 흡착물질에 추출을 위하여 250 rpm으로 1시간 동안 흔들어 주었다.
4 mL/min이고 Split- less로 하였다. 화학적 이온화 기체는 메탄올을 사용하였다.

성능/효과

클로라민 농도가 증가하였을 때 NDMA는 이에 따라 증가하여, 염소 살균 시 잔류염소가 높을수록 접촉 시간 증가와 함께 고농도 NDMA 생성을 초래할 수 있음을 보여 주는 연구이다. Mitch와 Sedlak®도 pH 7과 8에서 NDMA 생성이 최고를 보이다가 6 이하 또는 8 이상일 경우 생성이 점차 감소하는 연구를 발표하였다. 또한 본 연구에서는 클로라민 농도가 0.
수자원이 부족한 실정에서 하수의 재사용 과정에서 중수의 소독처리로 인하여 NDMS가 고농도로 발생할 수가 있어 앞으로 심각한 문제로 대두될 수 있으므로 이에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 예상된다. NDMA 생성 농도는 클로라민/ 디메칠아민 비율 또는 클로라민 내 질소 비율에 높은 상관성을 보여 주었다.
디메칠아민 농도에서 NDMA 최대 생성율은 pH 7과 8에서 각각 2.4% 및 1.5%로 나타났다. 주입 클로라민 농도가 증가할수록 생성율은 크게 증가하는 경향을 보였다.
Mitch와 Sedlak®도 pH 7과 8에서 NDMA 생성이 최고를 보이다가 6 이하 또는 8 이상일 경우 생성이 점차 감소하는 연구를 발표하였다. 또한 본 연구에서는 클로라민 농도가 0.1 mM 이상에서는 pH 7에서 8보다 높게 나타나는 역전 현상을 볼 수 있어 고농도 클로라민에서는 pH 7이 NDMA 생성에 1.6배 증가하는 결과를 알 수 있어 클로라민과 pH 연관성을 이해하는데 중요한 발견으로 생각된다.
상수의 수원에 적용 가능한 pH 조건에서 디메칠아민 농도를 0.05 mM로 고정시키고 클로라민 농도 (0.001-0.1 mM) 를 변화시켜 NDMA 생성 농도를 측정한 결과, 디메칠아민 농도에서 NDMA 최대 생성율은 pH 7과 8에서 각각 2.4% 및 1.5%로 나타났다. 클로라민 농도가 증가하였을 때 NDMA 는 이에 따라 증가하여, 염소 살균 시 잔류염소 농도가 높을수록 접촉시간 증가와 함께 고농도 NDMA 생성을 촉진할 수 있음을 보여 주는 결과이었다.
염소나 클로라민을 이용한 상수 및 하수 소독처리 과정 동안 NDMA가 형성되는데, 이 연구 결과를 기초로 하면 형성된 NDMA의 생성 농도는 클로라민 농도와 직접적인 관련이 있으며 Gerecke와 Sedlak²⁾은 자연수에서 소독제인 염소나 클로라민이 디메칠아민과 반응하여 약 0.6% NDMA 가 생성된다고 발표하였다. Mitch와 SedlakQe NDMA 형성 이 pH에 따라 변하는데 pH7과 8 사이에서 NDMA 농도가 최고가 되는 것을 발견하였다.
2에서 언급한 것과 같이 클로라민 농도 증가는 질소 비율을 증가 시켜 NDMA 발생을 높게 하는 것으로 조사되었다. 이것은 충분한 클로라민이 존재할 경우 NDMA 생성을 촉진시키며 디메칠아민이 고농도로 존재하더라도 클로라민이 불충분할 경우 NDMA 생성을 감소시키는 것을 알 수 있었다.
01 mM에서 생성 농도를 분석한 결과를 보여주고 있다. 전체적으로 pH가 중가하면서 생성도 중가하여 pH가 NDMA 생성농도에 영향을 주고 있음을 발견할 수 있었다. 이는 디메칠아민이 염기성 특성을 나타내므로 높은 pH에서 클로라민과 잘 반응 할 것으로 사료된다.
5%로 나타났다. 주입 클로라민 농도가 증가할수록 생성율은 크게 증가하는 경향을 보였다. Gerecke 와 Sedlak¹⁾은 자연수에서 NDMA 최대 생성율을 약 0.
5%로 나타났다. 클로라민 농도가 증가하였을 때 NDMA 는 이에 따라 증가하여, 염소 살균 시 잔류염소 농도가 높을수록 접촉시간 증가와 함께 고농도 NDMA 생성을 촉진할 수 있음을 보여 주는 결과이었다. 국내에서도 상수 및 하수에서 NDMA 생성에 관한 연구가 없는 실정에서 pH 변화에 따른 실험이 필요할 것으로 사료된다.

후속연구

국내에서도 상수 및 하수에서 NDMA 생성에 관한 연구가 없는 실정에서 pH 변화에 따른 실험이 필요할 것으로 사료된다. 수자원이 부족한 실정에서 하수의 재사용 과정에서 중수의 소독처리로 인하여 NDMS가 고농도로 발생할 수가 있어 앞으로 심각한 문제로 대두될 수 있으므로 이에 대한 대책 마련이 필요할 것으로 예상된다. NDMA 생성 농도는 클로라민/ 디메칠아민 비율 또는 클로라민 내 질소 비율에 높은 상관성을 보여 주었다.
이러한 선형 연관성을 나타내는 식은 클로라민 농도와 밀접한 관련이 있으며 다른 전구물질이 존재하지 않을 경우 예측식으로 사용 가능하여 수원의 원수에 따라 생성농도의 대략적인 추정이 가능할 것이다. 기존의 연구에서는 이 비율과 NDMA 생성과 관계가 있는 것으로 조사하였지만 본 연구와 같은 식의 제시는 처음이다.

참고문헌 (13)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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