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FTIR microscope 를 이용한 환경시료내 미세플라스틱 분석


미세플라스틱이란 “5mm 크기 이하의 고체플라스틱”으로, 일상 생활에서 널리 사용하는 플라스틱과 합성섬유를 주요 발생원으로 하고 있다. 최근 환경분야에서 가장 큰 이슈는 미세플라스틱에 의한 해양 및 담수 등 각종 수자원의 오염으로, 해양수의 오염뿐만 아니라, 수돗물 및 생수 등 음용수에서도 검출되었다는 연구가 보고되고 있다. 다만, 미세플라스틱에 의한 환경오염문제는 근래에 주목받기 시작하였기에, 오염실태를 확인하기 위한 시험 검사법이 활발히 연구되고 있다.


푸리에변환 적외선 분광분석법(FT-IR spectroscopy)은 중적외선 영역의 빛을 이용하여 시료내분자진동 모드를 관찰, 분석함으로서 측정시료의 성질을 분석하는 방법이다. FTIR은 화학분석의 기본 분석법으로 유기물, 폴리머, 플라스틱 등의 정성, 정량분석 용도로 널리 활용되어 왔다. 특히 FT-IR microscopy는 이물 및 불량분석 용도로 여러 산업분야에서 활발히 사용되고 있기에, 미스플라스틱을 확인하고 분석하기 위한 장비로서 각광받고 있다.

Bruker는 가볍고 휴대성이 뛰어난 작은 FT-IR system으로부터 분해능 및 확장성 등 성능이 뛰어난 고분해능 시스템까지 생산하고 있다. BRUKER의 LUMOS는 직관적이고 편리한 사용자 인터페이스를 지원하고 있다. 또한, “마법사” 기능을 도입하여, 측정절차의 표준화 및 측정 S/W의 편의성을 증대시켜, FTIR에 대한 비전문가라 하더라도 쉽고 정확한 실험을 할 수 있도록 하였다.


Hyperion Series는 다양한 배율의 대물렌즈, 편광측정 등 다양한 조건하에서 시료의 투과, 반사율 및 ATR 등을 지원하고 있다. FPA (Focal Plain Array) 검출기를 이용한 FT-IR Imaging을 이용하여 분석이 가능하다. 특히 HYPERION 3000은 FPA를 장착한 최상위 FT-IR microscope로서 단 한번의 분석으로 대면적을 측정 가능하며, 한번에 4,000개 이상의 스펙트럼을 얻을 수 있다.

미세플라스틱 시료분석은 GC, IR과 Raman 분광법이 적용 가능하며, 이중 IR 분광현미경이 주요 분석법으로 주목받고 있다. 해당 분석법은 플라스틱을 포함한 해양수 및 담수 등 측정시료를 여과지에 거른 후, 여과지에 남아있는 잔여 이물을 확인 후에 분광현미경으로 측정하고 있으며, 이 방법을 이용하면 미세플라스틱의 종류 및 개수 등을 확인할 수 있다. 이때 플라스틱만을 여과지에 거르기 위하여, 비중분리, 산/염기 처리와 같은 다양한 전처리법이 사용되기도 한다.

그림2는 강물내의 미세플라스틱을 확인하기 위하여 전처리를 마친 시료의 사진으로서 여과지에 섬유형태의 시료가 있음을 확인할 수 있다. 해당 시료는 IR 분광현미경을 이용한 측정 및 라이브러리검색을 통해 PET 재질의 폴리에스테르 섬유임을 확인하였다.


FPA 검출기를 지닌 HYPERION 3000을 이용하면 필터의 전면적을 빠른 시간안에 전수 조사할 수 있다. 그림4는 25mm 직경을 전수 조사한 결과로서, 이중 2mm X 2mm 영역의 분석 결과를 보여주고 있다. 측정된 데이터는 라이브러리와 비교하여 플라스틱의 종류를 자동 판별하게 되어있으며, 판별 결과는 색상을 통해 Chemical image의 형태로 시각화할 수 있다.


FT-IR 뿐만 아니라 라만분광법을 이용한 분석도 가능하며, 라만현미경인 SENTERRA II를 이용할 경우, 수 ㎛ 크기의 작은 플라스틱까지도 분석가능하다.


Summary
적외선 분광현미경은 미세플라스틱 분석을 위한 표준 방법으로 확립되어 있다. 보편적으로 적용가능하고, 모든 고분자 종류의 확실한 식별을 가능하게 한다. IR 맵핑 또는 FPA를 이용한 이미징 분석법을 이용하여 완전 자동화된 방식으로 수천개의 미세플라스틱을 확인할 수 있다. 라만 분석법은 FTIR을 보완할 수 있는 추가적인 분석법으로 FTIR에서 확인 불가능한 작은 입자들까지도 측정할 수 있다.


참고 문헌
1. Bruker Optics Application Note Application Note AN M144, Analysis of Microplastics using FTIR and Raman-Microscopy
2. 식약처, “화장품 안전기준 등에 관한 규정” 일부개정안 (제 2017-3호)
3. “바다의 숨통을 조이는 미세 플라스틱” (그린피스, 2016-07-06)
4. 환경부 보도자료, 수돗물 중 미세플라스틱 함유실태 조사결과 발표 (2017-11-24)
5.
http://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1004499963


자료제공 : 브루커코리아㈜
발표자 : 노영섭 박사(
Youngsup.Roh@bruker.com)
제조사 : Bruker Optik GmbH
원산지 : 독일
모델명 : LUMOS. Hyperion 2000/3000

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