- KBSI 장경순 박사팀, 초미세먼지 PAHs 성분 분석 결과

경기도 광주시 남한산성에서 바라본 롯데월드타워 일대가 미세먼지와 황사로 인해 뿌연 모습을 보이고 있다.[임세준 기자]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국기초과학지원연구원(KBSI) 디지털오믹스연구부 장경순 박사 연구팀이 동북아 3개국(한국·중국·몽골) 수도에서 동시에 포집한 초미세먼지 시료를 분석, 총 646종의 유해 PAHs(다환방향족탄화수소)를 식별하고, 도시별로 나타나는 조성과 생태독성 차이를 규명했다고 22일 밝혔다.

이번 연구는 한국이 주도한 국제공동관측 ‘FRIEND 캠페인’을 통해 각 도시에서 동일한 시기에 시료를 포집하고, 이를 KBSI에서 통합 분석함으로써 동북아 대기오염 문제 해결을 위한 국제 협력의 모범 사례로 주목받고 있다.

기존 초미세먼지 연구는 주로 미국 환경청(EPA)이 지정한 16종 PAH를 중심으로 배출원 확인이나 위해성 평가를 수행해 왔으나, 실제 대기 중에는 훨씬 더 다양한 유기 성분이 존재해 유해 물질 특성과 독성 실태를 정확히 파악하는 데 한계가 있었다. 또한, 시료 포집 시기와 분석 조건이 달라 도시 간 비교가 어렵고, 독성까지 종합적으로 고려한 성분 분석은 매우 제한적이었다.

이번 연구는 동북아 3개국 수도에서 동시 포집한 초미세먼지 시료를 바탕으로 고분해능 이차원 가스크로마토그래피-질량분석기를 활용해 총 646종 PAH 성분을 확인하고, 각 성분의 분자구조를 기반으로 생태독성을 예측했다.

동북아 주요 도시별 PAHs 조성 특성 비교와 QSAR 기반 생태독성 평가를 통한 맞춤형 대기질 관리 전략 수립 과정.[KBSI 제공]

연구팀은 2020년 12월부터 2021년 1월까지 서울, 베이징, 울란바토르에서 미세먼지 PM2.5 시료를 동시에 포집해, 동일 조건에서 비교 분석이 가능하도록 설계했다. 수집된 시료는 유기용매를 이용해 PAHs 성분을 추출하고 농축한 뒤, 고분해능 이차원 가스크로마토그래피-질량분석기를 활용해 수백 종의 PAH 및 관련 유기화합물을 정밀 분리하고, 스펙트럼 라이브러리와의 매칭을 통해 식별했다. 이 장비는 복잡하게 혼합된 유기물질을 이차원 분리 구조로 분석할 수 있어, 기존 장비에 비해 훨씬 많은 유기화합물을 높은 분리능과 감도로 동시 분석할 수 있는 장점이 있다.

이번 연구를 수행한 KBSI 연구진. 김민성(왼쪽부터) 박사후연구원, 이슬기다운 박사후연구원, 박문희 기술원, 김영환 책임연구원, 장경순 책임연구원.[KBSI 제공]

이후 검출된 화합물에 대해 구조 기반 독성 예측 모델을 적용해 생태 위해도를 산출하고, 각 도시별로 유해성이 높은 주요 PAHs 성분을 도출하여 맞춤형 대기 질 개선 전략 수립의 과학적 근거를 마련했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘유해물질저널’에 지난 7일 게재됐다.

장경순 박사는 “이번 연구는 동북아 주요 도시의 초미세먼지에서 수백 종의 유해 PAHs를 분자 수준에서 정밀 분석하고, 지역별로 독성이 어떻게 다른지를 과학적으로 밝혀낸 데 의미가 있다”며 “앞으로 도시별 맞춤형 대기오염 관리 전략 마련과 국제 공조 체계 강화에 실질적으로 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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