초록 ▼

개발 목적 및 필요성
국내에서는 시험난해물질에 대한 수생태 독성시험이 불가능하여 외국에 의뢰하여 왔다.
휘발성물질은 조제한 농도의 50% 정도 유지하였고 분해물질도 기존유수식시스템으로 분해속도를 유지하기가 어려웠다. 본연구를 통해 휘발성 성분이 휘발되어 손실이 발생하는 것을 원천적으로 차단하고 분해성 및 흡착성 물질들에 대해 유수식 시스템을 통해 일정 농도가 유지될수 있도록 공급하는 개발할의 시험난해성 물질에 대한 문제점들을 완전히 해결하는 유수식 시스템을 장치를 개발하게 되었다.

연구개발결과
• 본 연

개발 목적 및 필요성
국내에서는 시험난해물질에 대한 수생태 독성시험이 불가능하여 외국에 의뢰하여 왔다.
휘발성물질은 조제한 농도의 50% 정도 유지하였고 분해물질도 기존유수식시스템으로 분해속도를 유지하기가 어려웠다. 본연구를 통해 휘발성 성분이 휘발되어 손실이 발생하는 것을 원천적으로 차단하고 분해성 및 흡착성 물질들에 대해 유수식 시스템을 통해 일정 농도가 유지될수 있도록 공급하는 개발할의 시험난해성 물질에 대한 문제점들을 완전히 해결하는 유수식 시스템을 장치를 개발하게 되었다.

연구개발결과
• 본 연구에서 화학물질별 실험난해물질에 대한 1) 휘발성 물질, 2) 난용성 물질, 3) 분해성 물질 (광분해성 물질, 수화반응성 물질, 산화반응성 물질, 생분해성 물질), 4) 흡착성 물질로 구분하는 방법을 OECD방법을 참고하여 작성하였다. 휘발성 물질은 BP 220℃이하, 난용성 물질은 용해도 100 mg/L이하,광 분해 및 가수분해성 물질은 반감기 24 hr이하, 생분해성 물질은 반감기 4day 이하, 흡착성 물질은 Koc가 4이상을 기준으로 그룹화 하였다.

• 시험난해물질 총 518개 화평법 우선순위 화합물을 그룹화 요소에 따라 분류한 결과 휘발성이 60개, 분해성이 63개, 난용성이 102개, 흡착성이 0개, 휘발성/분해성이 83개, 휘발성/난용성이 4개, 휘발성/흡착성이 0개, 분해성/난용성이 20개, 분해성/흡착성이 6개, 난용성/흡착성이 8개, 휘발성/분해성/난용성이 11개, 휘발성/분해성/흡착성이 0개, 휘발성/난용성/흡착성이 0개, 난용성/분해성/흡착성이 23개, 휘발성/난용성/분해성/흡착성이 1개, 미분류가 137개이었다. 미분류에는 아직 자료가 없어서 분류되지 않은 것이 82개와 시험난해물질이 아닌 것 (일반항목)은 55개 (10.4%)에 불과하여 불과 10%만이 일반 지수식으로 실험할 수 있다는 결과가 나왔다.

• 518개 화평법 우선순위 화합물에 대한 분석방법과 정도관리 방법을 개발하였다. 분석방법은 총 7개의 시험법으로 분류하였고 각각의 시험법을 사용하여 정도관리 결과도 도출하였다.

• 518개 화합물을 분석법에 따라 분류한 결과 제 1법으로 분석 가능한 항목이 44개, 제2법으로 분석 가능한 항목수가 5개, 제3법으로 분석 가능한 항목수가 191개, 제4법으로 분석 가능한 항목수가 92개, 제5법으로 분석 가능한 항목수가 104개, 제6법으로 분석 가능한 항목수가 41개 그리고 제7법으로 분석 가능한 항목수가 14개에 해당된다. 미분류가 27개로서 고분자 화합물, 분해가 빠른 것, 복잡한 시험법인 것들이 여기에 포함되고 약 95%의 항목에 대해 분석법을 제시하였으며 이 중 72%에 대해 정도관리를 수행하였다.

• 유수식 시스템의 개발에 있어 수조의 부피, 모양, 유입․ 유출구, 뚜껑 등의 문제 요인을 제어하여 제작하였다. 수조의 부피는 GLP기관에서 독성시험 시 많이 사용하는 부피인 2 L를 선택하였고, 수조의 모양은 수생동물의 스트레스와 헤엄의 방해 최소화를 위하여 원기둥으로 제작하였다. 수조 내로 공급되는 조제수의 원활한 혼합을 위해 수조의 유입․유출구의 위치를 수조의 하반부에 조제수가 공급되도록 하며, 공급된 조제수의 양만큼 상반부의 유출구로 조제수가 유출되도록 하였으며 뚜껑과 수조가 잘 맞물리도록 홈을 제작하여 공기유입이 안되게 하였고 유출구와 뚜껑사이에 가능하면 공간이 작게 디자인하였다. 사용전에 MSTFA로 불활성화시켜 흡착을 방지하였다. 유수식 시스템의 조제수 및 희석수의 용기는 갈색으로 하여 광분해를 방지하였고 사용 전에 MSTFA로 불활성화시켜 흡착을 방지하였다. 유수식 시스템의 조제수 및 희석수 용기는 음압을 방지하면서 수조에 DO가 유지될 수 있도록 기존 펌프동력 대신 공기압으로 밀어주는 방법을 택하였고 미세한 공기유속 조절장치인 Mass Flow Control (MFC)를 통하여 공기를 불어 넣어주고 다른 튜브를 통해 조절한 압력으로 유속을 조정하였다. MFC를 사용하여 조제수 및 희석수의 유량을 조정하는 방법을 사용하였을 때에 조제수 내에 음압 생성과 휘발성 성분의 손실 그리고 수조에서의 생물 생존에 필요한 DO유지 문제점들을 모두 해결할 수 있었다. 조제수 및 조제수 전달 시스템은 자동 제어가 되도록 하였고 유속의 변화가 없도록 제작하였다. 유수식 시스템의 조제수 및 희석수의 전달 동력으로 고압공기를 사용하고 미세 유속 조절장치인 Mass Flow Control (MFC)를 사용하여 공기 유속을 조정하였다.MFC를 사용하여 조제수 및 희석수의 유량을 조정하는 방법을 사용하였다.

• Benzyl butyl phthalate 등 10개 항목은 생물없이 지수식을 사용하여 수조내 조제수의 농도가 20 % 내로 유지하였으나 생물 넣고 지수식을 사용할 때 수조 내 조제 농도의 20% 내를 유지하지 않았으며 이 중에서 4개 항목은 유수식에서 급성실험과 만성실험에서 모두 20%내의 농도유지를 확인할 수 있었다. 생물이 존재할 때에는 농도가 유지하지 않는 것은 생물에 의해 분해가 이루어지기 때문이다.

• Aniline 등 47개 항목은 생물없이 지수식을 사용하여 수조 내 조제수의 농도가 20 % 내로 유지하지 않았으며 이중에서 31개 항목에 대해 개발한 장치를 사용하여 유수식 실험을 진행하였을 때 모두가 조제한 농도의 20% 내를 유지하였다. 이중에서 9개 항목에 대해서는 유수식을 사용하여 만성독성 실험을 수행하여 조제한 농도의 20% 내를 유지하는 것을 확인하였다. 생물없이 지수식을 사용하여 수조 내 조제수의 농도가 20 % 내로 유지하지 않은 항목들 중에 10개 항목은 생물 넣고 지수식을 확인하지 못했다. 지수식에서 농도 유지가 되지 않는 항목은 대부분 휘발성 화합물들이다. Dimethyl sulfate는 빠른 가수분해가 진행되는데 가수분해 생성물은 methanol과 sulfate ion이온이었다. 이 경우 원칙에 따라 대사체를 분석하게 되어 있는데 대시체의 농도가 지수식에서는 규정 농도 범위를 벗어 났으나 유수식에서 급성과 만성 실험 모두 조제한 농도의 20% 내를 유지하는 것을 확인하였다.빠른 분해물질의 경우도 본 연구에서 개발한 장치가 유효함을 입증할 수 있었다. 전체 조사항목 중에서 총 37개 항목에 대해 유수식 실험을 통해 개발한 장치의 우수성을 입증할 수 있었고 18개 항목에 대해서는 만성독성 실험을 수행하여 개발한 장치의 우수성을 입증할 수 있었다.

• 제작한 유수식 시스템과 기존 GLP 기관이 개발하여 사용 중에 있는 유수식 시스템과의 비교를 위하여 국내 GLP 기관의 협조를 얻어 ‘Toluene 48시간 제브라피쉬 급성독성시험’을 진행하였다. 교차 시험한 GLP 기관의 유수식 시스템은 고농도 희석액과 희석수 공급 시에 음압 등의 장애가 없이 일정한 유속으로 공급하도록 펌프를 동력으로 한 시스템이었으며, 농도 분석 결과 시험농도의 69% 이하 수준의 낮은 정확성의 결과를 보였다. 이는 교반과정에서의 손실과 수조에서의 헤드스페이스로 인한 손실로 판단된다. 반면 본 과제의 유수식 시스템은 조제수병 및 수조 내 헤드스페이스를 제거하고, 모든 시험 과정 중 휘발성 물질의 손실을 최소화하여 휘발성 시험난해물질에 적합하도록 제작한 밀폐형 유수식 시스템으로, 시험기간 내내 시험농도인 5mg/L의 ±7.5%이내의 오차 수준을 보이고, 시험 농도의 평균 97.3% 수준을 유지하여 정확하고 신뢰성 있는 유수식 독성시험을 시행할 수 있었다.

• 개발한 유수식 생태독성시험 장치의 우수성 검토를 위해 국외 GLP기관과의 교차시험을 수행하였는데 앞서 국내 GLP기관과 비교한 바가 있고 휘발성 화합물의 대표물질인 toluene에 대해서 유수식 시스템에서의 농도유지 확인 및 농도 유지에 따른 시험생물의 영향을 확인하기 위해 일본 GLP기관에 의뢰 분석하였다. 국외 GLP기관에 의뢰한 결과 톨루엔의 농도유지 정도는 제조농도에 비해 68%인 것으로 나타났고 그 후는 같은 농도로 유지하는 것으로 나타났으며 이는 국내 GLP기관에서의 경우와 매우 유시한 것으로 나타났다.

• 생물 사멸율을 측정한 결과 4.86 mg/L, 8.59 mg/L 농도에서는 0%의 사멸율을 나타내었고 15.8 mg/L 경우 48시간 경과에 29%, 72시간과 96시간 경과시 71% 사멸되었다. 31.0 mg/L 농도에서는 24시간 경과 후 29%, 48시간과 72시간과 96시간 경과 시 43%가 사멸되었다. 55.1 mg/L 농도에서는 첫 3시간 경과에 57%가 사멸하였고 24시간부터 100% 모두 사멸하였다. 한편 동일한 조건으로 본 연구에서 개발한 장치를 사용하여 시험한 결과 수조에서 톨루엔 농도유지율이 96%가 되었으며 OECD가 요구하는 유지율에 부합하는 결과를 얻을 수 있었다.

• 생물 사멸율은 7.36 mg/L의 농도에서 48시간 까지 0% 사멸하였고 72시간 경과 후 14%의 사멸을 나타내었다. 23.5 mg/L의 농도에서는 24시간 경과후 42% 사멸하였고 48시간에 71%, 72시간에 85%, 96시간에 100% 사멸하였다. 42.7 mg/L의 농도에서는 24시간에 71%, 48시간 이후엔 100% 사멸하여서 일본 GLP기관보다 같은 조제농도에서 더 많은 사멸율을 보여서 이는 조제한 농도가 잘 유지되어서 발생하는 독성으로 판단된다.

성능사양 및 기술개발 수준
기존 펌프동력 대신 미세한 공기 유속 조절장치인 Mass Flow Control (MFC)를 통하여 공기압으로 유속을 조정한 세계 최초의 유압방식의 유수식 시스템을 개발하였다. MFC를 사용하여 조제수 및 희석수의 유량을 조정하는 방법을 사용하였을 때에 조제수 내에 음압 생성과 휘발성 성분의 손실 그리고 수조에서의 생물 생존에 필요한 DO유지 문제점들을 모두 해결할 수 있었다. 조제수 및 조제수 전달 시스템은 자동 제어가 되도록 하였고 유속의 변화가 없도록 제작하였다.

활용계획
「화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률 」에 따라 수생태 독성시험의 수요가 급증하게 되면서 본 연구에서 개발한 유수식 시스템 , 분석법 매뉴얼 및 각종 데이터 베이스를 활용하여 선진국에서 수행하는 시험과 동등성을 인정받으면서 수생태 독성실험을 수행할 수 있고 유수 시스템의 선진화가 구축되었다.

( 출처 : 요약서 4p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
• The advanced system of aquatic toxicity test was designed by air pressure using Mass Flow Control (MFC)
• 37 test chemicals (i.e. degradable, volatile, adsorbent chemicals) maintain a constant concentrations within 20% of intial values in flow-through system
• Toxicity test was

Ⅳ. Results
• The advanced system of aquatic toxicity test was designed by air pressure using Mass Flow Control (MFC)
• 37 test chemicals (i.e. degradable, volatile, adsorbent chemicals) maintain a constant concentrations within 20% of intial values in flow-through system
• Toxicity test was conducted on fish and Daphnia on each group of chemicals(i.e. degradable, volatile, adsorbent chemicals) using both static and flow-through system. The results from flow-through system showed higher toxicity then those from static system for all tested chemicals, suggesting flow-through toxicity test is an efficient system to accurately measure toxicity of difficult chemicals.
• The flow-through aquatic toxicity test system, developed in this project, was validated by comparing the result from GLP laboratories in Korea and Japan.
• The analytical methods for difficult chemicals (i.e. non-dissolved, degradable, volatile, adsorbent chemicals) are as follows: Volatile compounds by headspace gas chromatography/mass spectrometry, aldehydes by headspace gas chromatography/mass spectrometry after the derivatization with hydrazine, and semivolatile compounds by gas chromatography/mass spectrometry after micro liquid-liquid extraction, ions by ion chromatography, and metals by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

( 출처 : SUMMARY 16p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 10
• SUMMARY ... 15
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 27
• 제1장 서 론 ... 32
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 34
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 34
• 2. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 35
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 37
• 1. 국내의 기술개발동향 ... 37
• 2. 해외의 기술개발동향 ... 50
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 64
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 64
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 64
• 3. 연도별 추진체계 ... 65
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 66
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 68
• 1. 화학물질의 특성에 따른 그룹화 ... 68
• 2. 화평법 우선순위 항목의 분석법 개발 ... 120
• 3. 유수식 시스템 개발 ... 224
• 4. 국내·외 GLP 기관과의 비교 실험 ... 425
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 439
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 446
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 448
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) ... 448
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 450
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 452
• 제5장 참고문헌 ... 454
• 부 록 ... 458
• 부록 1. 시험 난해물질 실험을 통한 분류 절차서 (M enual) ... 460
• 부록 2. 시험분석법 절차서 (SOP) ... 465
• 끝페이지 ... 521