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인체의 건강과 지구온난화에 직접적 영향을 미치는 대기 미세입자 하나하나에 대한 분석기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 지금까지는 일정 크기 이하의 대기입자를 일정 시간 동안 필터에 잡아 모은 후 여러 이온성분의 농도를 분석하는 '전량분석(bulk analysis)'만이 가능했다.
이번 '단일입자 분석법(Single particle analysis)' 개발로 독립적으로 행동하는 개개 입자에 대해 크기ㆍ모양 등의 구체적 정보를 얻을 수 있어 미세먼지가 일으키는 폐 질환과 지구온난화를 예측ㆍ예방할 수 있는 길이 열렸다.
교육과학기술부ㆍ한국연구재단ㆍ서울경제신문이 '이달의 과학기술자상' 4월 수상자로 선정한 노철언 인하대 교수는 4일 "대기 미세입자의 측정 분석기술과 특성 규명은 대기환경의 기후변화 및 인체 위해성 판단에 있어 중요한 사안"이라며 "앞으로 지금까지 수행한 단일입자 분석법을 기반으로 대기입자 분석기술 연구에 더욱 주력할 것"이라고 수상소감을 밝혔다.
◇먼지에 의한 기후변화ㆍ질병 차단 가능=대기 미세입자는 대기 중으로 방출되거나 생성된 후 이동하거나 반응할 때 개개 입자가 독립적으로 행동한다. 입자 하나하나에 대해 크기ㆍ형상 등의 구체적인 정보를 얻을 수 있는 '단일입자 분석' 기술이 필요한 이유다. 개개 미세입자의 물리화학적 특성을 파악하면 이들의 발생 원인과 형성 과정을 포함해 화학적 조성 등 구체적인 정보를 얻을 수 있다. 이런 정보가 모이면 미세입자가 지구 기후변화와 인체 건강에 미치는 영향 등을 보다 정확히 예측할 수 있다.
노 교수는 현미경과 엑스레이를 결합한 'EPMA'라는 장치를 이용했던 기존의 측정 방법을 발전시켜 'low-Z particle EPMA 분석기술'을 개발했다. 기존 EPMA를 사용한 측정법은 탄소(C)ㆍ질소(N)ㆍ산소(O)처럼 크기가 작은 원소를 분석할 수 없다는 문제점이 있었다. 'low-z particle EPMA' 방식은 크기가 작은 원소까지도 정확하게 분석할 수 있다.
지금까지는 일정 크기 이하의 미세입자를 일정 시간 동안 필터에 잡아 모은 후 나트륨(Na)ㆍ마그네슘(Mg)ㆍ칼륨(Ca)ㆍ철(Fe) 등의 원소성분과 황산염(sulfate)ㆍ질산염(nitrate)ㆍ암모늄(ammonium)ㆍ염화물(chloride) 등 이온성분의 농도를 파악하는 전량분석에 그쳤다. 전량분석은 크기와 조성이 다양한 대기 입자를 한개의 시료로 취급해 분석하기 때문에 대기 중에 어떤 입자가 어떤 크기로 존재하는지 구체적인 정보를 얻을 수 없는 한계가 있었다. 이 한계를 극복한 것이다.
◇미세입자 분석 수준 한 단계 끌어올려=노 교수는 또 'low-z particle EPMA' 방식을 기반으로 다른 방식을 추가해 대기입자 분석의 수준을 한 단계 더 끌어올렸다. 즉 빛을 쏘아 스펙트럼을 관찰하는 방법(FT-IR)과 습도를 측정하는 방법(광학현미경 기반의 흡습성 측정장치)을 'low-z particle EPMA' 방식과 결합해 상호 단점을 보완한 것이다. 노 교수는 이처럼 다양한 방법의 융합을 통해 도시대기, 지하철 실내대기, 북극대기 등 다양한 환경의 대기입자를 분석해왔다.
이 방법을 활용하면 매년 여러 차례 발생하는 황사에 어떤 대기오염물질이 포함돼있는지, 어떻게 대응해야 할지 등을 알아낼 수 있다. 노 교수는 앞서 이 방법을 이용해 지하철 대기입자에 철분이 많이 함유돼 인체에 해로울 수 있다는 사실을 밝혀낸 바 있다. 또 미세먼지 등으로 인해 발생하는 폐 질환의 획기적 치료법을 개발할 수 있는 토대도 마련했다는 평가를 받고 있다. 노 교수는 "어떤 크기의 어떤 화학성질을 가진 물질이 질병을 일으키는지 알아야 그에 맞는 치료법을 개발할 수 있을 것"이라고 설명했다.
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