환경시료, 2년간 초저온 저장 성공…이젠 미래를 내다본다
- 채취부터 저장까지 초저온 처리로 이화학적 성분변화 방지
초저온 저장시설은 국가환경시료은행에서 관리되고 있으며, 총 19기의 초저온저장탱크(탱크 당 용량: 1,400L)로 구성·운영되고 있다.
※ 환경시료은행 : 시대와 지역을 대표하는 환경시료를 채취해 액체질소를 이용한 -150°C 이하의 초저온에서 영구적으로 보존해 장기적 환경 모니터링에 활용하기 위한 국가시설. 독일, 미국, 일본 등에서는 30여 년 전에 시작했으며, 우리나라는 2010년부터 운영 중이고 올해부터는 해양환경시료를 추가해 총 8종을 저장하고 있다.
시료는 표준운영절차(Standard Operating Procedures)에 따라 수집·운송·분쇄·저장하는 모든 과정에서 초저온(-150도 이하)으로 유지되고 있다.
※ 일반적으로 생체조직 내 수분이 냉각되면 얼음결정(ice crystal)이 형성돼 생체조직을 파괴하는데, 이런 현상이 최소화되는 온도인 유리전이온도(glass transition temperature)는 약 -130℃ 이하다. 액체질소를 이용한 -150°C 이하의 초저온에서는 세포 내 수분의 얼음결정 형성이 최대로 억제돼 세포의 물리적 손상이 거의 없다.
※ 또한 대기 중 산소와 질소의 조성비는 21%와 78%인데 액체질소 저장탱크를 사용하면 액체질소가 기체질소로 바뀌면서 저장탱크 내 산소농도를 급격히 감소시켜 산화반응에 의한 시료의 화학적 성분 변화를 최대한 억제하는 효과가 있다.
육상생태계 시료 5종(소나무, 잣나무, 신갈나무, 느티나무, 집비둘기 알)과 담수생태계 시료 2종(잉어, 말조개)을 총 13개 지역, 19개 지점에서 채취했으며, 현장 채취작업부터 초저온으로 저장하여 운송하고 이후 초저온 분쇄를 거쳐 저장했다.
2010년부터 2년 동안 총 55kg의 시료를 원시료와 분쇄시료로 나눠 저장했다.
※ 원시료는 현장에서 채취된 상태 그대로 저장된 시료를 말한다. 분쇄시료는 원시료를 분쇄기에서 초저온으로 분쇄한 후 입도분석(기준: 시료의 90% 이상, 200㎛ 이하)을 거쳐 분말형태로 저장한 시료를 말한다.
※ 오염물질 분석에서 시료는 분말형태로 투입되기 때문에 사전에 시료를 분쇄하여 초저온으로 저장해뒀다가 분석에 사용하게 된다. 다만, 현재까지 소형분쇄기를 사용해 분쇄하고 있어 수집시료의 일부만 분쇄·저장되고, 나머지는 원시료 형태로 초저온 저장돼 있다. 올해 8월에 초저온대형분쇄시스템(1kg 이상의 시료를 한 번에 초저온상태에서 분쇄할 수 있는 분쇄시스템)을 도입해 저장된 원시료를 모두 분쇄할 예정이다.
이와 더불어 산소농도경보시스템을 상시 가동해 초저온 유지용 액체질소의 취급 시 산소농도 저하에 의한 질식 사고를 예방하고 있으며, 초저온의 액체질소 취급에 의한 동상 등의 사고방지 체계도 갖추고 있다.
※ 대기 중 산소의 정상비율은 21%이며, 안전한계는 18%다. 16%가 되면 두통, 구역질, 맥박증가의 불안정한 생리적 현상이 발생한다.
※ 초저온방지용 장갑, 작업화, 안면보호구 등 초저온 취급가능 장치로 동상에 의한 재해를 예방하고 있고, 또한 고압가스안전관리에 대한 정기적인 예방교육도 실시하고 있다.
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국립환경과학원
자연평가연구팀
이장호 연구사
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