음식물 섞인 슬러리서 분석용 환경오염물질 검출…"여과 절차없이 한번에 해결"

모래나 음식 쓰레기가 섞인 슬러리(슬러지)에서 환경오염물질을 여과 과정없이 한 번에 검출하는 기술이 개발됐다. 한국화학연구원은 김주현 화학소재연구본부 선임연구원 연구팀과 유재범 충남대학교 응용화학공학과 교수 연구팀이 고형물 섞인 시료에서도 별도 전처리 없이 오염물질을 바로 추출·분석할 수 있는 미세유체 기반 분석 장치를 개발했다고 8일 밝혔다. 환경 오염물질 분석은 보통 시료를 거른뒤 분리하고, 농축하는 복잡한 전처리 과정을 거친다. 특히 물에 모래, 토양, 음식물 찌꺼기 같은 고형물이 섞여 있으면 분석 정확도가 떨어진다. 고형물을 걸러내다보면, 정작 검출해야 할 미량의 오염물질도 함께 사라진다. 이에 대한 대안으로 시료 속에서 목표 물질만 골라 농축하는 '전처리' 방법으로 액체-액체 추출법(LLE)이 널리 사용됐다. 그러나 이 방법은 처리 과정에 많은 용매가 필요하고 자동화가 어렵다. 이를 개선하기 위해 '액체-액체 미세추출(LLME)' 이 개발됐으나, 이 마저도 시료 내 고형물 제거를 위한 여과 과정이 반드시 거쳐야 한다. 특히 토양 오염수, 하천 퇴적물, 식품 슬러리 등에는 적용하기 쉽지 않았다. 김주현 선임연구원은 "기존에는 고형물 제거 → 추출 → 분석이라는 다단계 구조로 추출하기 때문에 시간·비용 증가와 분석 신뢰성 저하가 불가피했다"며 "이로 인해 시간을 다투는 환경이나 식수 오염 여부, 의약품 잔류물 분석 등을 수행하는데 어려움이 많았다"고 말했다. 연구팀은 이 같은 문제를 미세유체 장치를 개발해 해결했다. 이 장치는 오염물질을 담는 소량의 추출 액적을 미세 칩 내부에 가둔 뒤 다시 회수할 수 있는 구조를 갖추고 있다. 흐르는 물 옆에 작은 스펀지를 붙여 물속 색소만 스며들게 한 뒤 스펀지를 떼어내 분석하는 방식과 유사하다. 시료는 계속 흐르나, 추출용 액적은 제자리에 머물면서 오염물질만 빠르게 흡수한다. 고형물은 채널을 따라 흘러가기 때문에 막힘이나 간섭이 발생하지 않는다. 실증도 이루어졌다. 최근 유럽에서 환경 물질로 규제를 시작한 과불화화합물(PFAS)과 항경련제 성분인 카바마제핀(CBZ)을 검출하는 데 성공했다. 특히 모래가 섞인 슬러리 시료에서도 여과 과정 없이 한 번에 이들 물질을 추출했다. PFAS는 5분 이내에도 분석 신호가 검출됐다. 슬러리 시료에서 추출한 카바마제핀은 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 분석을 통해 확인했다. 김주현 선임은 "이 기술이 복잡한 전처리 과정을 하나로 줄여, 분석 자동화와 소형화에 적합한 플랫폼 기술"이라며 "환경 오염 모니터링, 식품 잔류농약 검사, 의약·바이오 시료 분석 등 다양한 산업 분야로 확장될 수 있을 것"으로 내다봤다. 연구 결과는 센서 분야 국제학술지 'ACS 센서스'(IF 9.1, JCR 분석화학 분야 상위 3.2%)에 표지 논문으로 게재됐다. 김주현 선임연구원과 유재범 교수가 교신저자, 최성욱 화학연 학생연구원이 1저자로 참여했다.