[이미디어= 황원희 기자] 오르가노플루오린(Organofluorine) 화합물(때로는 '영원한 화학물질')이 우리의 식수, 바다, 심지어 인간의 혈액 속에 점점 더 많이 나타나면서 환경과 보건에 잠재적 위협이 되고 있다.
미국 텍사스 대학교의 연구진은 이에 대한 지문을 채취할 수 있는 방법을 개발했는데, 이러한 물질이 대수층, 수로, 또는 토양에 도달했을 때 그 출처를 추적하는 것을 도울 수 있다.
이 방법은 샘플을 강한 자기장에 통과시킨 다음, 원자가 뿜어내는 폭발성 전파를 판독하는 것이다. 이는 분자 내 탄소 동위원소의 구성을 드러냄으로써 화학물질에 지문을 부여하는데, 이는 지금까지 영원한 화학물질에서는 달성할 수 없었던 쾌거가 되고 있다.
텍사스대 지구물리학연구소의 코넬리아 라스무센 연구조교수는 "이번 연구는 과학자들이 환경에 영원히 존재하는 화학물질의 확산을 추적할 수 있도록 해주기에 중요하다"고 말했다. 또한 이 기술을 통해 화학물질이 한 장소에 머물러 있는지 아니면 하류로 이동하는지 파악할 수 있다고 밝혔다.
이 새로운 기술은 환경과학기술지(Environmental Science & Technology)의 논문 게재로 소개되었다.
영원한 화학 물질의 특성이라 할 수 있는 매우 강력한 분자 결합은 내화물에서부터 점성이 없는 표면과 천천히 방출되는 약물에 이르기까지 모든 것에서 발견할 수 있으며 환경에서 화학 물질이 분해되는 것을 방지해 화학 물질이 쉽게 달라붙는 토양과 유기물에 오염 물질로 축적될 수 있도록 한다.
미국 환경 보호국은 PFAS를 포함한 영원한 화학물질을 규제하고 이러한 물질 대부분을 식수에서 제거한다는 방침이다. 그러나 화학물질의 분자 결합은 추적하기 어려운데 영원한 화학물질의 단단한 분자 결합은 질량 분석기를 통해서만 깨질 수 있을 정도로 분자결합을 분해하기에는 여간 까다롭지 않기 때문이다.
대신 연구진은 분자의 구조를 측정하고 분해하지 않고 동위원소를 확인하는 핵자기공명(NMR) 분광법이라는 기술로 눈을 돌렸다.
동위원소는 원자 내 중성자 수에 차이가 있는 화학원소를 말한다. 영원히 화학물질은 플루오린 원소에 탄소 동위원소를 결합시켜 나오는데, 이는 자연에서는 거의 일어나지 않는 일이다. 일단 분자결합이 형성되면 사실상 깨지지 않는다.
연구진은 NMR 장비와 함께 자체 계산 도구를 이용해 분자 내 각 위치에 있는 탄소 동위원소의 혼합을 측정한다. 이 정보는 화학물질이 제조된 방식에 따라 다르므로, 화학물질을 추적하는 지문처럼 사용할 수 있다. 이는 분자를 위한 바코드가 내장된 것과 같은 기능을 한다.
연구진은 이 기술을 의약품과 일반적인 살충제를 포함한 샘플에 대해 실험했다. 연구진은 이 기술이 텍사스 대학 근교 오스틴의 개울과 폐수에 나타나는 오염 물질에 어떻게 적용되는지 보기 위해 현재 시범 연구를 하고 있다. 성공적이라면, 이 기술은 수인성의 영원한 화학 물질의 확산 추적을 탐지하고자 하는 주와 주정부에게 유용할 수 있다.
이 연구는 유기화학에서 동위원소 정보의 새로운 장을 열었으며, 위조약품이나 우주생물학을 탐지하는 것과 같이 영원한 화학물질을 추적하는 데 그치지 않고 다양한 응용분야를 찾을 수 있다고 말했다. 하지만 궁극적인 목표는 이 기술을 더욱 발전시키는 데 있다.
이를테면 초기 지구에서의 물질대사에 대해 정말로 흥미로운 것들을 배울 수 있는 모든 범위의 가능성을 보여줄 수 있다. 이는 심지어 화성의 유기체가 어떤 고대 화성 생명체의 마지막 잔재인지를 알려줄 수 있다. 한편 이 연구는 미국 에너지부의 기초 에너지 과학 프로그램의 자금 지원을 받았다.
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