HAPs 중에서 가장 전통적인 오염물질이고 연구가 많이 수행된 물질은 중금속입니다.
중금속은 새롭게 합성되는 것이 아니고 자연상태(광물, 토양, 석유 등)로 있다가 산업적인 용도 등으로 활용되면서 대기 중으로 배출됩니다. 비소, 납, 셀레늄 등은 석탄연소에서 많이 배출되고, 니켈과 바나듐 등은 중유연소에서 많이 배출되므로 이런 중금속 성분은 배출원을 구별할 때 많이 사용됩니다. 이렇게 특정 배출원을 설명하는 화학물질을 지시자(indicator)라고 합니다.
한편, 비소는 엄격히 구분하면 중금속은 아니고 준금속(metalloid)에 속합니다. 그러나 중금속과 대부분 함께 배출되고 독성도 강하며 환경거동도 비슷하므로 중금속이라고 불리는 경우도 많습니다. 그래서 논문에서는 중금속으로 지칭하기도 하고 금속이나 원소로 지칭하기도 합니다. 비소는 다양한 무기 및 유기 화학종이 있는데, 화학종에 따라서 독성이 크게 차이가 납니다. 크롬도 마찬가지입니다. 6가 크롬의 독성이 훨씬 강합니다. 그러므로 중금속 독성을 정확히 파악하기 위해서는 중금속 총 농도가 아닌 화학종 농도를 산정해야 하는데, 분석이 훨씬 번거로워지기 때문에 총 농도만 측정하는 경우가 많습니다.
중금속 중에서 가장 물리화학적 특성이 다른 물질이 수은(Hg)입니다. 다른 중금속은 상온에서 대부분 고체이므로 미세먼지에 붙어 있는 형태인데(물론, 고온에서 배출될 때는 기체상에도 많습니다), 수은은 주로 기체로 존재합니다. 수은 화학종에 따라서 입자에 있는 경우도 있지만, 기체로 존재하는 경우가 많습니다. 수은의 환경거동은 마치 잔류성유기오염물질과 비슷하기도 합니다. 따라서 현재 국내에서는 수은과 잔류성유기화합물질을 합쳐서 잔류성오염물질관리법으로 규제하고 있습니다.
사실 최근 환경화학 연구 차원에서 중금속은 별로 흥미로운 주제는 아닙니다. 그러나 호흡 노출과 식품 섭취로 인한 인체 위해성 차원에서 매우 중요하기 때문에 장기 모니터링이 필수입니다. 또한, 중금속 화학종을 분석하거나 중금속 동위원소 분석을 해서 배출원을 추적하는 "환경수사기법"으로 활용되고 있으므로 계속 주목해야 하는 물질입니다.
P.S.
제가 대학원 시절에는 AA와 ICP-OES를 사용해서 중금속을 분석했습니다. 지금 제 연구실에서는 고농도 금속은 ICP-OES, 저농도 금속은 ICP-MS로 분석합니다. 총 수은의 경우, 별도의 수은 분석기가 있어야 하므로 국립수산과학원 장비를 사용해서 분석하고 있고, 수은 동위원소는 포항공대에 권세윤 교수님 연구실에 방문해서 분석하고 있습니다. 비소 화학종의 경우, ICP-MS에 HPLC를 장착해서 분석해야 하는데, 장비 교체 이후에는 관련 연구는 진행하지 않고 있습니다.
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