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문제 정의
- 본 연구를 통하여, 박제 표본의 열화에 따라 발생하는 유해물질의 종류 및 특성을 확인할 수 있었다. 또한 비파괴적 분석법으로써 주로 환경 공학에서 휘발성 유기화합물 분석에 사용되어 온 SPME법을 박제 표본의 보존 환경 연구에 적용하여 재질의 손상에 따라 발생하는 유해 가스를 검출할 수 있었다.
- 따라서 본 연구는 박제 표본의 손상 요인인 자외선, 습도, 포름알데히드의 열화 실험을 통하여 그에 따른 손상 양상을 조사하고, SPME(고체상미세추출법)를 이용하여 박제 표본이 손상됨에 따라 발생하는 VOCs(휘발성유기화합물) 등의 유해가스를 분석하였다. 이를 통해 박제 표본의 보존 과학적 가치를 인식하고 적합한 보존관리 방안을 제시하였다.
제안 방법
- 박제는 습도에 민감하여 고습의 환경에서는 생물학적 피해를 입기 쉽고, 반대로 저습의 환경에서는 물리적 변형 등의 손상이 발생할 수 있다(National Institute of Environmental Research, 2004). 따라서 박제 표본을 저습(20%), 중습(50%), 고습(90%)의 환경에서 4주간 열화시킨 후 발생하는 휘발성 유기화합물을 SPME를 이용하여 측정한다(Table 1, Figure 4B).
- 따라서 본 연구는 박제 표본의 손상 요인인 자외선, 습도, 포름알데히드의 열화 실험을 통하여 그에 따른 손상 양상을 조사하고, SPME(고체상미세추출법)를 이용하여 박제 표본이 손상됨에 따라 발생하는 VOCs(휘발성유기화합물) 등의 유해가스를 분석하였다. 이를 통해 박제 표본의 보존 과학적 가치를 인식하고 적합한 보존관리 방안을 제시하였다.
- 전시용 패널, 합판 등에서 다양한 화학 물질이 방출 되는데, 그 중 목재 접착제에 사용되는 포름알데히드는 VOCs 의 일종으로 악취나 인체 알레르기를 유발할 뿐만 아니라 문화재에도 영향을 미쳐 변색 등을 유발시킨다. 따라서 포름알데히드 농도를 일정하게 하여 습도 변화에 따라 포름 알데히드가 영향을 주는 정도를 비교해본다. 저습(20%), 중습(50%), 고습(90%)의 환경에서 포름알데히드를 주입 하여 4주간 열화시킨 후 발생하는 휘발성 유기화합물을 SPME를 이용하여 측정한다(Table 1, Figure 4C).
- 본 연구를 통하여, 박제 표본의 열화에 따라 발생하는 유해물질의 종류 및 특성을 확인할 수 있었다. 또한 비파괴적 분석법으로써 주로 환경 공학에서 휘발성 유기화합물 분석에 사용되어 온 SPME법을 박제 표본의 보존 환경 연구에 적용하여 재질의 손상에 따라 발생하는 유해 가스를 검출할 수 있었다. 그러나 아직 이러한 방법이 문화재에 적용된 사례가 적어 앞으로 다양한 연구를 통해 재질의 손상및 특성 규명, 적정 보존 환경 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 병아리박제를 대상으로 하여 박제 표본이 열화되면서 발생하는 유해가스를 측정하고 각 요인이 박제표본에 미치는 영향을 SPME(고체상미세추출법)를 통해 분석하였다. 병아리박제는 문화재수리기능자 박제 및 표본 제작공 오동세 기능자에 의해서 제작되었다(Figure 3).
- SPME법은 시료를 채취하는 Headspace법과 시료 채취 없이 fiber를 노출 시키는 Contact법이 있다(Chung, 2012). 본 연구에서는 Supelco SPME 57328-U 50/30㎛ DVB/CAR/PDMS stableflex의 fiber를 사용하여 contact법으로 실험을 실시하였으며, 각 조건에 따라 열화된 시편에서 발생하는 유해가스를 fiber에 15분간 흡착하고, 5분간 탈착 후 GC/MS로 분석하였다. 사용된 GC system은 Agilent Technologies 7890A이고 Detector는 MSD로 Agilent Technologies 5975C를 사용하였다.
- 상온에서 UV-B(Sankyo, G15T8 E, 15W)를 168시간 이상 조사한 후 사진촬영을 통한 육안관찰 및 SPME를 이용한 열화 전·후 유해가스 분석을 실시한다(Table 1, Figure 4A).
- 또한 박제 제작 시 사용되는 독성 화학약품이나 전시실 내합판, 접착제 등에서 발생하는 VOCs(휘발성유기화합물) 등이 박제 표본에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라 자외선, 습도, VOCs에 의한 손상에 따른 유해가스를 분석하였다. 이 때, 대조군은 상온에서 상대습도 55±5% 조건으로 보관 하였다.
- 저습(20%), 중습(50%), 고습(90%)의 환경에서 포름알데히드를 주입 하여 4주간 열화시킨 후 발생하는 휘발성 유기화합물을 SPME를 이용하여 측정한다(Table 1, Figure 4C).
대상 데이터
- 본 연구에서는 Supelco SPME 57328-U 50/30㎛ DVB/CAR/PDMS stableflex의 fiber를 사용하여 contact법으로 실험을 실시하였으며, 각 조건에 따라 열화된 시편에서 발생하는 유해가스를 fiber에 15분간 흡착하고, 5분간 탈착 후 GC/MS로 분석하였다. 사용된 GC system은 Agilent Technologies 7890A이고 Detector는 MSD로 Agilent Technologies 5975C를 사용하였다. column은 Aglient HP-5를 사용하였고, Oven program은 40℃ (10min)∼120℃까지 10℃/min으로 설정하였다.
이론/모형
- 이 때, 대조군은 상온에서 상대습도 55±5% 조건으로 보관 하였다. 박제가 손상됨에 따라 발생하는 유해가스는 SPME (Solid Phase micro extraction)법으로 분석하였다.
성능/효과
- 4종의 주요 화학물질이 검출되었으며, 열화로 인하여 방부제로 사용된 Naphthalene 외에 Acetic acid, Undecane, Dodecane이 추가로 검출되었다(Table 4). 대조군에서 농도 100%이던 Naphthalene이 박제 표본이 열화되면서 농도가 감소되는 것을 알 수 있으며, 다른 열화 실험과는 달리 Acetic acid가 검출되었다.
- 보존환경에 따른 유해가스의 SPME 분석 결과, 자외선, 습도, 포름알데히드 열화 실험에서 각각 4종, 7종, 7종의 화학물질이 검출되었다. Naphthalene이 대조군을 포함한 모든 시편에서 검출되어, 방부제로 사용된 것을 확인할 수있었다. 또한 열화 요인에 따라서 Acetic acid와 같은 VOCs 물질이 검출되기도 하였으며, 열화 환경에 따라 화학물질의 농도 변화 양상을 확인할 수 있었다.
- 자외선 열화 실험 결과, 4종의 주요 화학물질이 검출되 었으며, 습도 및 포름알데히드 열화 시험에서는 7종이 검출되었다. 고습의 환경에 노출될수록 Naphthalene의 농도가 감소하고, Decane, Undecane 등의 화학물질의 농도가 증가하였다.
- 저습에서는 대조군과 같이 Naphthalene만이 검출되었고, 중습과 고습 환경에서 열화된 박제 표본에서는 7종의 같은 화학물질이 검출되었다(Table 5). 그러나, 각 화학물 질의 농도를 비교하였을 때, Naphthalene은 고습의 환경에 노출될수록 농도가 줄어드는 반면, 다른 물질들의 농도는 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
- 4종의 주요 화학물질이 검출되었으며, 열화로 인하여 방부제로 사용된 Naphthalene 외에 Acetic acid, Undecane, Dodecane이 추가로 검출되었다(Table 4). 대조군에서 농도 100%이던 Naphthalene이 박제 표본이 열화되면서 농도가 감소되는 것을 알 수 있으며, 다른 열화 실험과는 달리 Acetic acid가 검출되었다. Acetic acid는 자극성의 냄새가 있는 물질로 대표적인 VOCs(휘발성유기화합물)로알려져 있으며, 약산으로 일부 플라스틱과 고무, 가죽 등의 재질을 열화시킨다.
- 실험 결과, 모든 조건에서 Naphthalene이 검출되어 Naphthalene이 방부제로써 사용된 것을 확인할 수 있었다. 보존환경에 따른 열화 실험 결과, 검출된 주요 성분은 총 8가지이며, 그 중 자외선 열화에서는 다른 열화실험과는 달리 대표적인 VOCs 물질로 알려져 있는 Acetic acid가 검출되었다(Table 3).
- 보존환경에 따른 유해가스의 SPME 분석 결과, 자외선, 습도, 포름알데히드 열화 실험에서 각각 4종, 7종, 7종의 화학물질이 검출되었다. Naphthalene이 대조군을 포함한 모든 시편에서 검출되어, 방부제로 사용된 것을 확인할 수있었다.
- 습도 열화실험과 마찬가지로 저습에서는 대조군과 같이 Naphthalene만이 검출되었으며, 중습과 고습 환경에서 열화된 박제 표본에서는 7종의 같은 화학물질이 검출되었다(Table 6). 습도에 따른 농도 변화를 비교하여 보면, 전체적으로 습도 열화실험과 변화 양상이 비슷하지만 Naphthalene 농도 변화 폭이 적고, Octamethyl cyclotetrasiloxane의 양은 감소하는 것을 확인할 수 있다.
- 습도 열화실험과 마찬가지로 저습에서는 대조군과 같이 Naphthalene만이 검출되었으며, 중습과 고습 환경에서 열화된 박제 표본에서는 7종의 같은 화학물질이 검출되었다(Table 6). 습도에 따른 농도 변화를 비교하여 보면, 전체적으로 습도 열화실험과 변화 양상이 비슷하지만 Naphthalene 농도 변화 폭이 적고, Octamethyl cyclotetrasiloxane의 양은 감소하는 것을 확인할 수 있다.
- 실험 결과, 모든 조건에서 Naphthalene이 검출되어 Naphthalene이 방부제로써 사용된 것을 확인할 수 있었다.
- 자외선 열화 실험 결과, 4종의 주요 화학물질이 검출되 었으며, 습도 및 포름알데히드 열화 시험에서는 7종이 검출되었다. 고습의 환경에 노출될수록 Naphthalene의 농도가 감소하고, Decane, Undecane 등의 화학물질의 농도가 증가하였다.
후속연구
- 또한 비파괴적 분석법으로써 주로 환경 공학에서 휘발성 유기화합물 분석에 사용되어 온 SPME법을 박제 표본의 보존 환경 연구에 적용하여 재질의 손상에 따라 발생하는 유해 가스를 검출할 수 있었다. 그러나 아직 이러한 방법이 문화재에 적용된 사례가 적어 앞으로 다양한 연구를 통해 재질의 손상및 특성 규명, 적정 보존 환경 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 국내 박제 표본의 보존은 국외에 비해 유물로써 가치 인식이 부족하고 표본 손상에 대처할 보존 처리방안이 부족한 실정이다.
- 그러므로 박제 표본 제작에 사용되는 약품을 공개·체계화하고, 손상 및 관리에 대한 연구를 진행하여 박제 표본의 유물로서의 가치를 인식하여 효율적으로 보존할 수 있는 방안을 마련하여야 한다.
- 또한 시편 제작 시 방부제로 사용된 Naphthalene은 현재 IARC 에서 발암성 유발 의심 물질(Group 2B)로 분류되어 있으며, 방충방부를 위해 좀약 등으로도 많이 사용되나 현재 중국에서는 이의 사용을 금지하고 있다. 이에 따라 박제 제작자 및 관람자들에 대한 안정성을 고려하여, 이를 대체할 수있는 약품에 대한 연구도 필요할 것이다.
- 자외선 열화에 의해 발생한 Acetic acid는 대표적인 VOCs로 실제 박물관 전시 환경에서 발생하면 박제품 등 자연사 표본에 손상을 일으킴은 물론 주변 전시용 패널 등 자재에도 영향을 미쳐 추가적인 VOCs의 방출을 유발할 위험이 있다. 적은 농도로 검출되기는 하였으나, 열화 기간 및 자외선 파장별 열화에 따른 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 또한 시편 제작 시 방부제로 사용된 Naphthalene은 현재 IARC 에서 발암성 유발 의심 물질(Group 2B)로 분류되어 있으며, 방충방부를 위해 좀약 등으로도 많이 사용되나 현재 중국에서는 이의 사용을 금지하고 있다.
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