편백추출수(아토치드가습액)의 휘발성유기화합물(VOCs) 방출특성

편백추출수(아토치드가습액)의 휘발성유기화합물(VOCs) 방출특성

이희영, 박상범, 이상민, 박종영, ^*1임종택, ^*2길덕한

(국립산림과학원 환경소재공학과, ^*1경남산림환경연구원, ^*2나폴리농원)

     

1. 서 론

 

  현대인들은 실내오염물질에 노출되어 있으며 새집증후군 등의 문제로 건강을 위협당하고 있다. 또한 대기오염 증가로 호흡기계통 질환이 증가되고, 실제 2000년 이후 천식 및 아토피 환자수가 늘어나고 있는 것으로 보고되고 있다¹⁾. 현재 삶의 질 향상과 더불어 건강과 직접적인 관련이 있는 생활공간에 대한 관심도가 증대되면서 친환경 소재들이 큰 인기를 끌고 있다. 특히 편백, 삼나무 등 식물의 정유 성분은  진정작용, 스트레스 완화효과 및 쾌적한 수면에 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 또한 아토피를 악화시키는 원인이 되는 실내의 곰팡이나 진드기 등의 항균 및 방충에 효과적인 것으로 알려져 있다²⁾. 

  편백추출수는 실제 정유추출과정에서 부산물로 얻어지는 편백 고유의 향기를 지닌 투명한 추출수로 편백 정유의 기능적 효과를 기대할 수 있을 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 건조해진 겨울철 실내에 습도를 조절하여 호흡기계 건강관리에 주로 사용되는 가습기를 이용하여, 현재 사용하고 있는 가습기에 편백추출수를 넣어 가동 시 발생하는 휘발성 성분의 방출특성을 알아보고자 하였다.

2. 재료 및 방법

 2. 1. 시료채취

  본 실험에서는 사용한 편백추출수는 통영 나폴리농원에서 생산되는 것을 제공받아 사용하였다. 편백추출수를 이용한 가습 시 실내공기질 변화를 알아보기 위해 대조구로 증류수를 사용하였으며, 각각의 결과를 통해 휘발성 성분 변화를 관찰하였다.

  시료채취는 천장과 벽은 황토몰탈에 피톤치드벽지, 바닥재는 무늬목치장합판플로어링보드로 설치되어 있는 곳으로 면적은 61.2 m²인 시험실에서 측정을 실시하였다. 측정 시 사용한 가습기(NHV-5082C, Novita, Korea)는 초음파 진동식으로 시중에 판매되는 것을 구매하여 사용하였다.   

  시료채취 시 시험실은 겨울철 적정 실내온도범위인 18℃로 설정하였고, 신축공동주택의 실내공기질 측정방법에 준하여 실시하였다. 즉 측정 장치는 벽으로부터 1 m 이상 떨어진 위치에서 바닥 면으로부터 1.2～1.5 m정도 높이의 시험실 중앙에 설치하였다. 창문과 문을 모두 개방한 상태에서 30분간 환기 시킨 후, 외부공기가 유입될 수 있는 모든 창문과 문을 닫은 후 가습기를 가동하여 5시간 밀폐상태를 유지한 다음, 30분간 시료를 채취하였다. 휘발성유기화합물(VOCs)은 고체 흡착관(Tenax TA, Supelco, USA)에 펌프(MP-∑30H, Sibata, Japan)를 연결하여 0.1 L/min의 유량으로 2회 채취하였다.

 2. 2. 시료분석

  고체 흡착관에 흡착된 휘발성유기화합물은 열탈착 장치(STD 1000, DANI, Italy)에서 1차적으로 280℃에서 15분간 열탈착 후 -10℃로 유지된 저온 농축관(cold trap)에 농축한 후 300℃에서 15분간 열탈착하여 GC/MSD로 주입하였다. 휘발성유기화합물 분석에는 GCMS-QP2010(Shimadzu, Japan)을 이용하였으며, VB-1 capillary column(60 ㎜ length × 0.32 ㎜ i.d. × 1.00 ㎛ film thickness, Valco instruments. Co., USA)을 사용하였다. Split ratio는 30으로 하였고, 운반기체인 He의 선상속도는 1.0 ㎖/min로 조정하였다. 오븐온도는 40℃에서 5분간 머문 후 220℃까지 4℃/min 속도로 승온한 다음 10분간 머물도록 조정하여 총 분석시간이 60분이 되도록 설정하였다. MSD 분석 조건은 capillary direct interface 온도, 250℃; ion source 온도, 200℃; ionization energy, 70eV; mass range, 35～350 amu로 설정하였다.

 2. 3. 휘발성화합물의 동정

  크로마토그램 상에서 검출된 휘발성화합물은 표준물질, Retention indices 및 Wiley library database(Wiley7 library, SHIMAZU co.)를 이용하여 mass spectrum과 비교하여 동정하였고, 동정된 화합물은 상대적인 피크면적비율로 나타내었다. 추가적으로 실내오염물질 권고기준물질에 해당하는 benzene, toluene, ethyl benzene, xylene 및 styrene 등 5종의 VOC에 대해서 표준물질을 단계적으로 희석하여 검량선을 작성하여 정량하였다.

Figure 1. Changes of volatile composition by C. obtusa extracted water.

 

3. 결과 및 고찰

  편백 추출수를 이용한 가습기 가동 시 발생하는 휘발성 성분 분포의 변화는 Fig. 1과 같다. 실험결과 측정 시 온습도는 증류수 19℃, 60%RH, 편백추출수 18℃, 85%RH로 겨울철 최적온습도범위에 포함되는 것을 알 수 있었다. 일반적으로 증류수를 사용하여 가습한 경우 총 54종의 물질이 동정되었으며, aromatic compounds가 52%(xylene 34%, ethylbenzene 7%, toluene 6%) 다음으로 terpenoids 23%로 높은 분포를 나타내었다. 또한 편백 추출수를 사용한 경우에 총 67종의 물질이 동정되었으며, aromatic compounds의 비율이 가장 높게 나타났으나 전체 휘발성 성분비율은 낮아진 것을 알 수 있었다. 특히 terpenoids는 33%, alcohols는 15%로 증류수에 비해 증가하였다. 기존의 실내 목재 도입에 관한 연구³⁾에서 목재에서 방출되는 terpenoids의 비율이 지배적으로 나타난 것에 비해 본 연구에서는 낮은 수준이였다. 이는 기상으로 방산이 이루어지는 것보다 가습기의 의한 분무 시 미세 물입자의 확산에 한계가 있는 것으로 예상된다⁴⁾.

  Terpenoids 중 산화된 monoterpene류는 증류수에서 3종이 동정 되어 1%, 편백추출수는 7종이 동정 되어 17%의 구성 비율을 나타내었다. 이는 편백추출수에서 terpinen-4-ol 함량이 11%로 현저히 증가에 의한 결과로 보인다.

  실내오염물질에 권고기준물질인 5종의 VOC에 대한 정량 결과는 Table 1과 같다. 증류수 및 편백추출수를 사용한 경우 모두에서 실내공기질 권고기준치 이하를 나타내었다. 또한 편백추출수를 사용한 경우 증류수에 비해 다소 높은 함량을 나타낸 것으로 나타났다.

Table 1 . Changes of the criteria substances of indoor air quality by C. obtusa extract.  (Unit: ㎍/㎥)
Compounds	Distilled water		C. obtusa extracted water		Criteria
Benzene	3.67		3.69		30	(KR)
Toluene	5.86		12.88		1000	(KR)
Ethyl benzene	8.96		10.50		360	(KR)
Xylene	41.81		46.31		700	(KR)
Styrene	1.80		2.04		300	(KR)
TVOC	118.98		200.51		400	(JP)

 

참 고 문 헌

1. 건강보험통계연보. 2003. 국민건강보험공단.

2. 황병호 역. 2008. 피톤치드란. 강원대학교출판부. 115p.

3. Hee-Young Lee, Sang-Bum Park, Sang-Min Lee, Jong-Young Park. 2008. Improvement of indoor air quality by wooden wall panels. 2008 international symposium and annual meeting of the KSABC.  p.140.

4. 박정균. 2007. 초음파 가습기의 사용이 아파트의 겨울철 실내 상대습도 변화에 미치는 영향. 환경관리학회지. 13(1): 24-34.

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