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생활수준의 향상과 함께 좀 더 쾌적하고 건강한 삶 (well being)에 대한 관심이 증가하면서 실내 악취를 없애려는 움직임이 늘고 있다. 이러한 추세와 함께 탈취를 주 목적으로 하는 가전제품이나 탈취제들이 많이 출시되어 판매되고 있다.
냄새란 공기중의 화학물질이 후각을 자극하여 인체에 영향을 주는 것을 말한다. 미국과 유럽에서는 냄새를 정량화하기 위한 많은 연구가 이루어져 왔고, 냄새 분석에 대한 많은 연구결과가 문헌으로 나와있다. 우리나라에서는 아직 냄새에 관한 연구가 그다지 활발히 진행되지 않고 있으며 냄새를 분석할 수 있는 연구기관도 미약한 수준이다.
악취를 측정하는 방법에는 사람이 냄새를 맡아서 판정하는 관능법(olfactometry)과 계측기를 이용하여 공기의 성분을 분석하는 기기분석법이 있다.
관능법은 냄새를 판정하는 사람들(panelists)이 분석하고자 하는 냄새를 직접 코로 맡아서 측정하는 방법이다. 이 방법은 시간소모가 많고 또 패널리스트를 교육 시키는데 많은 예산이 소요된다. 우리나라의 경우 아직 패널리스트를 교육시키는 기관이 없으며, 시험법 또한 연구기관마다 달라서 분석된 데이터를 공식적으로 이용할 방법이 마련되어 있지 않다.
관능법은 크게 세개의 파트로 나눌 수 있는데, 냄새의 강도 (odor offensiveness), 냄새의 농도 (odor concentration), 냄새의 특징 (odor characteristics)이 그것이다. 먼저 냄새의 강도는 1에서 5까지 강도로 표시되는데, 5로 접근할수록 불쾌감이 증가한다. 냄새의 농도는 분석하고자 하는 공기시료를 냄새가 전혀 없는 깨끗한 공기와 희석시키면서 냄새가 나기 시작하는 순간의 공기 희석배율을 곱하여 구하게 된다.
마지막으로 냄새의 특징은 분석하려는 냄새가 가진 특성을 분석하는 것으로 "시큼한 냄새", "달걀썩는 냄새", "분료 냄새" 등 냄새의 특성을 분석하는 것이다. 관능법은 위의 세 가지의 분석 데이터를 이용하여 냄새 성분을 분석하는 것으로 시간 소모와 많이 예산이 소요된다는 단점 외에, 공기시료 중 특정성분을 분석 할 수 없다는 문제가 있다.
따라서 사람을 대신하여 분석하는 시간과 정밀도를 높이고자 기계적으로 냄새를 측정하고자 하는 노력이 많이 진행돼 왔다. 대표적인 방법으로 electronic nose 와 gas chromatography법이 있다. Electronic nose는 공기중의 특정 성분에 반응하는 가스센서를 이용하여 특정 성분을 분석하는 기술로서, 여러개의 가스 센서를 복합적으로 이용하여 각각의 성분을 분석한 후 artificial neural network을 이용하여 복잡한 냄새 성분의 패턴을 분석하는 방법이다. 하지만 이 기술의 경우 가스센서의 개발이 우선이 되어야 하며, 아직까지 공기중에 있는 미량의 성분을 사람의 코를 대신할 만큼 감도가 높은 센서가 개발되어 있지 않아서, 실용화되기에는 시기상조인 듯하다.
Gas chromatograph (GC)를 이용하여 냄새를 분석하는 방법은 공기중의 냄새성분을 공기 시료 샘플링용 시료백 (air sampling bag)이나, 튜브 (thermal desorption tube) 등에 포집하여 분석하는 것으로 공기시료 중에 어떠한 성분이 들어 있는지를 분석하는 방법이다. 이 방법의 경우 A라는 냄새의 경우 어떤 성분들로 구성되어 있는지를 알아내는 데는 매우 유용하다. 인체에 유해한 물질을 이용하는 사업장이나 기타 공공장소에서 유해한 성분이 공기중에 있는지는 판정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 어떤 냄새의 경우 기계로 검출되지 않는 농도로 존재하지만 사람은 느낄 수 있는 경우가 있다. 이러한 경우 GC 단독 분석 데이터로는 정확한 냄새의 원인을 판정하기가 어렵다고 할 수 있다. 또한 한가지 성분만으로는 냄새를 유발하지 않으나, 함께 섞였을 때 냄새를 발생하게 되는 경우 또한 이 방법으로는 판정이 어렵다.
위의 관능법과 기기분석의 한계를 극복하려고 두 방법을 동시에 채택하는 방법이 개발되어 몇몇 연구기관에서 사용되고 있다. GC-Olfactometry 라는 방법인데, GC로 냄새성분을 분석하고 olfactometry로 냄새의 강도 및 특성을 분석하는 기술이다. 이 방법은 기기분석법의 장점인 냄새 성분분석과 관능법의 장점이 냄새 강도 측정 및 냄새 특성분석 모두 가능하다. 하지만 이 방법의 경우도 사람이 직접 냄새를 판정하는 역할을 하여야 하므로 시간과 경제적 소모가 크며, 전문적인 지식이 요구되는 방법이다.
악취에 의한 인체 영향은 주로 감각적인 것으로 불쾌감, 혐오감 등이며, 농도가 높을 경우 눈이나 호흡기계 점막의 자극, 혈압이나 맥박의 변화 등이 있을 수 있다.
냄새가 가장 심각한 문제가 되는 곳은 가축 농장으로써, 탈취 (Deodor)에 관한 대부분의 이론과 연구는 미국이나 유럽국가에서 농업분야에서 animal waste management 과정에서 발생된 냄새를 줄이기 위한 노력에서 시작되었다. 가장 이상적으로 악취를 제어하는 방법으로는 발생원에서 방지를 하는 것이다. 그러나 일단 생성된 냄새를 제거하기 위하여는 공기를 처리하여 냄새를 제거하여야 한다. 일반적으로 냄새를 제거하기위해 화학성분이나 미생물성분을 (chemical or biological additives) 추가하는 방법이 많이 연구되어 있는데, 대표적으로 다음의 방법이 있다.
1. Ventilation (환기)
가장 저렴하고 효과적인 방법으로써, 자연 환기를 시킴으로써 공기중의 냄새성분을 제거하는 방법이다. 자연환기의 경우 실내 내부 사이즈 및 냄새 강도에 따라 환기 횟수와 일회 환기 시간을 적절히 조절하여야 하며, 겨울철 등 계절적인 영향이나 외부 환경에 많은 영향 받는 것이 단점이다.
2. Masking agent
향수나 방향제처럼 더 강한 냄새를 가하여 기존의 냄새를 못 느끼게 하는 방법이다. 이 방법의 경우 실제로 냄새 강도를 더 강하게 하는 역할을 하며, 대부분의 경우 두 냄새가 다 존재하게 된다. 이 경우 시간이 경과 하면서 처음의 냄새는 지속적으로 남아 있고 masking agent는 모두 휘발되어 탈취 성능이 급격히 떨어지는 현상이나 또는 냄새 원인 물질과 masking agent 사이에 synergetic effect로 냄새가 더 심해 지는 문제가 발생될 수 있다.
3. Counteractants
물리적으로 냄새성분을 감싸는 역할을 하는 어떤 성분을 냄새나는 곳에 가하여 줌으로써 냄새를 줄여 주는 방법으로, 악취를 약하고 좋은 냄새로 대체하여 주는 방법으로써, neutralization이라고 한다. 이 경우 물리적인 결합이 어느 정도인지에 따라 탈취효과가 결정되며, 주 작용이 물리적인 작용이므로 지속성이 떨어지는 단점이 있으며, 원인 물질을 영구적으로 제거 시켜주는 방법은 아니다.
4. Filtration (필터)
공기중의 냄새나는 가스 성분을 활성탄과 같은 흡착제 표면에 흡착시키는 방법이다. 흡착제 표면이 포화되면 더 이상 냄새를 제거할 수 없게 된다. 이러한 경우 필터를 재생시켜서 사용하여야 하며, 재생이 불가능한 경우 필터를 교체해 주어야 한다.
5. Biological compounds
미생물이나 효소성분을 이용하여 냄새성분이 형성되는 것을 막는 방법으로써, 이 방법은 냄새나는 성분을 미연에 방지하는 방법으로, 이미 형성된 냄새를 제거하는 방법은 아니다.
6. Oxidant (산화제)
산화제를 이용하여 냄새성분을 산화시켜서 냄새를 줄이는 방법으로써, 이 방법은 냄새를 유발시키는 성분이 빠르게 산화 될 경우에만 효과적이다. 여기에는 sodium hypochlorite (락스성분)과 hydrogen peroxide (과산화수소) 등이 있으나 과다하게 사용되었을 때 동물, 사람, 섬유 등에 문제를 일으킬 수 있다. 오존의 경우도 이 방법에 속하게 되는데, 오존은 공기중의 냄새성분을 산화시켜 제거하는 역할을 한다. 그러나 오존 또한 인체에 유해하지 않은 적정 농도에서 사용되어야 하므로 주의를 기울여 사용되어야 한다.
가장 효과적인 탈취를 위해서는 냄새의 원인을 제거하는 것이나, 일단 발생된 냄새를 제거하기 위해서는 냄새성분을 정확하게 분석하고 제거하려고 하는 장소의 특성에 맞는 탈취 방법을 택하여야 한다. 가령 주거시설에서의 조리시 발생되는 냄새를 제거하기 위해서는 환기용 팬을 이용하여 발생원에서 발생되는 냄새를 제거하거나, 이미 다른 공간으로 확산된 냄새는 자연환기를 시켜서 제거하거나 계절적요인이나 기타 자연 환기가 불가능한 경우 공기청정기를 이용하여 냄새성분을 제거시키는 방법이 있다. 현재 시판되고 있는 공기 청정기의 경우 제조사와 모델별로 활성탄 필터, 광촉매 필터, 혹은 기타 흡착 필터를 채용하고 있으며, 필터 타입별로 냄새성분 제거 효과는 조금씩 다르다.
냉장고 내부에서 발생되는 냄새의 경우 냄새 성분을 흡착 시키는 물질(활성탄, 숯, 커피 등)을 냉장고 내부에 설치하여 냄새를 제거하는 방법이 있다. 냄새성분이 냉장고 내부 표면에 부착되어 있는 경우 냄새성분을 산화 시켜 주는 역할을 하는 염소계 표백제를 이용하여 제거하기도 한다.
병원이나 호텔 등 일정기간동안 사용 후 실내의 공기 및 외벽 가구등에 부착되어 있는 경우 오존 등 강력한 탈취 수단을 이용하는 방법이 있다. 사람이 없는 상태에서 일정시간 동안 오존 방생장치를 작동 시킨 후 자연 환기나 공기 청정기를 이용하여 실내 오존 냄새를 제거시켜주면 효과적으로 냄새를 제거할 수 있다.
요즘 가장 유행하고 있는 신조어 중 하나인 well being 문화와 함께, 냄새 또한 건강한 삶과 쾌적한 생활을 저해하는 요인으로 지적되고 있다. 이에 반해 우리나라의 냄새에 대한 연구실정은 매우 열악하다고 볼 수 있다. 냄새와 탈취에 대한 국민적 관심의 증가와 함께, 냄새에 대한 연구도 함께 발전하길 기대한다.
<양혜순 hyesoon.yang@samsung.com>
약력
1987.3∼1992.2: 경희대 화학과 학사
1992.3∼1994.2: 경희대 화학과 분석화학 석사
1995.1∼1998.7: 미시건 주립대학교 환경공학과 석사
1998.8∼2002.5: 미시건 주립대학교 환경공학과 박사
2002.7∼현재: 삼성전자 가전연구소 책임연구원
<전경원기자 kwjun@etnews.co.kr>