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[KRISS 스탠다드 클라스] 제6화 첨단유기분석팀/세상의 모든 원소를 분석하다!

우리가 살아가는 세상의 수많은 물질은 탄소의 포함 여부에 따라 유기물과 무기물로 구분됩니다. 원자번호 6번인 탄소를 중심으로 결합된 유기물은 살아있는 생명체에서 파생된 화합물을 통칭하며, 우리 일상의 식품, 소재, 혈액 등 광범위한 영역에 존재합니다. 이러한 유기물을 정확하게 분석하는 것은 건강과 안전을 지키는 과학적 토대가 됩니다. 특히 식품 속 영양성분이나 제품 속 유해 성분을 정밀하게 파악하기 위해서는 고도의 분석 기술과 신뢰할 수 있는 측정 기준이 필수적으로 요구됩니다. 측정 표준의 핵심인 측정 소급성은 국내외 측정 결과가 일정한 기준에 따라 일치하도록 보장하는 체계입니다. 마치 자의 길이를 더 정확한 기준과 비교하여 교정하듯, 화학 측정에서도 국제단위계와 연결된 최상위 표준을 확립하는 것이 중요합니다. 이를 위해 화학 분석에서는 물질의 순도를 결정하는 과정이 신뢰성 확보의 첫 단추가 됩니다. 시약에 포함된 미세한 불순물이나 잔류 용매까지 고려하여 순도를 정확히 측정함으로써, 전 세계 어디서나 인정받을 수 있는 측정의 기준점인 인증표준물질(CRM)이 탄생하게 됩니다. 현대 생활에서 빼놓을 수 없는 플라스틱 소재 역시 정밀한 유기 분석의 대상입니다. 플라스틱을 유연하게 만드는 가소제 중 프탈레이트 가소제는 내분비계 장애를 일으키는 환경호르몬으로 알려져 있어 엄격한 규제가 필요합니다. 정확한 측정이 수반되지 않은 규제는 실효성을 거두기 어렵기 때문에, 플라스틱 내 유해 물질을 정확히 분석할 수 있는 인증표준물질(CRM)의 보급은 매우 중요합니다. 이를 통해 기업과 검사 기관은 분석 결과의 신뢰성을 높이고 국민이 안심하고 제품을 사용할 수 있는 환경을 조성하게 됩니다. 우리가 섭취하는 식품의 안전성을 확보하는 일은 국민 건강과 직결됩니다. 육류에 잔류하는 항생제는 사람에게 내성균을 옮길 위험이 있어 시장 유통 전 철저한 검증이 필요하며, 이를 위해 다양한 항생제 성분을 동시에 분석할 수 있는 기술이 연구되고 있습니다. 또한 영유아의 주식인 조제분유에 대한 인증표준물질(CRM) 개발은 해외 의존도를 낮추고 국내 분석 역량을 강화하는 계기가 되었습니다. 이처럼 식품 속 영양과 유해 요소를 관리하는 표준 기술은 일상의 식탁을 더욱 안전하게 만드는 파수꾼 역할을 수행합니다. 앞으로의 유기 분석 기술은 국민의 생명과 직결된 의약품 분야로 그 영역을 더욱 넓혀갈 전망입니다. 제약 과정에서 의도치 않게 발생하는 미세한 불순물은 인체에 치명적일 수 있으므로, 제약 회사의 측정 정확도를 높이는 것이 시급한 과제입니다. 고난도의 인공 합성 성분까지 정밀하게 측정할 수 있는 의약품 인증표준물질(CRM)이 개발된다면, 불순물 포함 의약품의 유통을 원천적으로 차단할 수 있습니다. 국민의 삶에 가장 맞닿아 있는 영역부터 측정 표준을 확립해 나가는 노력은 우리 사회의 안전망을 더욱 견고하게 구축할 것입니다.

한국표준과학연구원스탠다드 클라스

화학
생명과학
공학·기술

[2019 화학창의 콘텐츠 공모전 수상작] 모두의, 모두에 의한, 모두를 위한 '화학'

최근 가습기 살균제나 미세 플라스틱 문제로 인해 화학에 대한 부정적인 인식이 확산되기도 했지만, 사실 우리 삶의 모든 영역은 화학과 밀접하게 연결되어 있습니다. 우리가 매일 사용하는 스마트폰의 OLED 디스플레이 역시 유기화학의 산물입니다. 유기화학은 과거에 생명체로부터 유래한 물질만을 다루는 학문이었으나, 실험실에서 탄소 화합물을 합성할 수 있게 되면서 그 범위가 크게 확장되었습니다. 현재는 TV와 모니터의 발광 소재뿐만 아니라 화장품, 신약 개발, 태양전지 등 현대 문명을 지탱하는 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 수행하며 우리의 삶을 더욱 풍요롭게 만들고 있습니다. 유기화합물 외의 모든 화합물을 다루는 무기화학은 금속과 같은 원소들을 연구하며 산업 전반에 걸쳐 막대한 영향력을 미칩니다. 전이금속 등을 활용해 촉매, 안료, 계면활성제 등을 만들어내는 무기화학은 제조 산업의 근간이 됩니다. 한편, 물질의 특성을 미시적이고 거시적인 관점에서 탐구하는 물리화학은 우리 주변의 일상적인 현상 속에도 살아 숨 쉬고 있습니다. 예를 들어 김장을 할 때 배추의 수분이 소금물 농도 차이에 의해 빠져나가는 과정은 물리화학적 원리로 설명이 가능합니다. 이처럼 화학은 단순한 학문을 넘어 우리 주변 실생활의 원리를 규명하는 중요한 기초 과학입니다. 마지막으로 물질의 구성 성분과 그 양을 정밀하게 측정하는 분석화학은 현대 사회의 안전과 환경을 지키는 파수꾼 역할을 합니다. 성분의 종류를 확인하는 정성 분석과 그 양을 측정하는 정량 분석으로 나뉘며, 핵자기 공명법(NMR)이나 분광법과 같은 고도의 장비를 활용합니다. 특히 최근 사회적 문제로 대두된 미세먼지 성분 분석이나 토양 오염 조사 등 환경 보호를 위한 연구에서도 분석화학의 중요성은 나날이 커지고 있습니다. 이처럼 화학의 다양한 세부 분야들은 각기 다른 방식으로 우리 사회를 지탱하고 있으며, 앞으로도 인류의 더 나은 미래를 위해 끊임없이 발전하고 공헌할 것입니다.

한국화학연구원

화학

[본격 화학 다큐멘터리] 1부 '1억 4천만 물질의 세계'(KBS)

우주와 자연, 그리고 인간을 구성하는 근본적인 실체는 바로 물질입니다. 물질은 공간의 일부를 차지하고 질량을 가지며 다양한 자연 현상을 일으키는 존재로 정의됩니다. 이러한 물질의 최소 단위인 원자들이 결합하여 고유한 특성을 지닌 분자가 되고, 이것들이 모여 우리가 매일 마주하는 세상을 이룹니다. 고대 그리스의 4원소설부터 중세 연금술의 실험적 시도를 거쳐 현대 과학에 이르기까지, 인류는 만물의 근원을 탐구하며 물질의 신비를 밝혀왔습니다. 오늘날의 화학은 단순히 물질을 관찰하는 것을 넘어 그 변화를 분석하고 새로운 가치를 창조하는 핵심 과학으로 자리 잡았습니다. 물질의 세계를 체계적으로 이해하는 데 가장 중요한 도구는 원소 주기율표입니다. 150여 년 전 러시아의 과학자 멘델레예프에 의해 초석이 다져진 주기율표는 현재 발견된 118개의 원소를 일정한 규칙에 따라 정리하고 있습니다. 멘델레예프는 당시 발견되지 않았던 원소들의 자리를 비워두고 그 성질까지 예측하는 놀라운 통찰력을 보여주었으며, 이는 훗날 실제 발견을 통해 증명되었습니다. 주기율표는 원소의 성질을 이해하고 화학적 반응을 예측하는 과학의 나침반 역할을 하며, 인류가 우주와 생명, 그리고 문명을 구성하는 원천적인 힘을 파악할 수 있도록 돕는 위대한 유산입니다. 주기율표의 첫 번째 원소인 수소는 우주에서 가장 흔하면서도 미래 에너지의 핵심으로 주목받고 있습니다. 양성자와 전자를 하나씩 가진 세상에서 가장 작고 가벼운 물질인 수소는 산소와 반응할 때 막대한 에너지를 생성하며, 부산물로 오직 깨끗한 물만을 배출하는 친환경적인 특성을 가집니다. 최근 도심을 달리는 수소 전기 버스는 이러한 수소의 가능성을 현실로 보여주는 대표적인 사례입니다. 화석 연료를 대체할 지속 가능한 에너지원으로서 수소는 소음이 적고 유해 물질을 배출하지 않아, 인류를 더욱 쾌적하고 깨끗한 미래로 안내하는 중요한 이동 수단의 동력이 되고 있습니다. 원자 번호 3번 리튬은 금속 중 가장 가벼우면서도 반응성이 커 현대 전자 문명의 심장인 리튬 이온 전지의 핵심 재료가 되었습니다. 스마트폰부터 전기차까지 널리 쓰이는 리튬 이온 전지는 가볍고 에너지 효율이 높아 에너지 저장 분야의 혁명을 일으켰습니다. 최근에는 폭발 위험을 줄이기 위해 액체 전해질을 고체로 대체하는 전고체 전지 연구가 활발히 진행되며 안정성을 한층 높이고 있습니다. 이러한 기술적 진화는 전지를 자유롭게 구부리거나 접어도 성능을 유지하게 함으로써 웨어러블 기기 시대를 앞당기고 있으며, 화석 연료에 의존하지 않는 지속 가능한 사회를 향한 발걸음을 재촉합니다. 화학은 인류의 생명 연장과 건강 증진에도 결정적인 기여를 해왔습니다. 과거에는 천연물에서 약 성분을 추출하는 수준에 머물렀으나, 현대 화학은 유효 성분을 분리하고 대량 생산하는 길을 열었습니다. 특히 인류 최초의 항생제인 페니실린은 질병과 인간의 역사를 바꾼 기적의 약으로 평가받습니다. 푸른 곰팡이에서 발견된 이 물질은 세균의 세포벽을 파괴하여 감염병으로부터 수많은 생명을 구했으며, 인류의 평균 기대 수명을 비약적으로 늘리는 계기가 되었습니다. 지금도 화학자들은 정교한 화합물 구조 설계를 통해 바이러스와 싸울 새로운 치료제를 개발하며 인류의 내일을 지키고 있습니다. 디지털 문명의 핵심인 반도체는 도체와 부도체의 성질을 조절할 수 있는 신비로운 물질의 결정체입니다. 그 기반이 되는 규소는 모래에서 흔히 발견되는 친환경 물질로, 정교한 불순물 주입 공정을 거쳐 전기가 흐르는 반도체로 거듭납니다. 반도체 제조의 꽃이라 불리는 포토리소그래피 공정은 빛에 민감한 화학 물질인 포토레지스트를 이용해 웨이퍼 위에 미세한 회로를 그려 넣는 고도의 화학 기술입니다. 반도체 하나를 만드는 데 40개 이상의 원소가 유기적으로 작용하며, 이러한 물질들의 조화로운 상호작용은 오늘날 우리가 누리는 정보통신 기술의 눈부신 발전을 가능케 한 원동력이 되었습니다. 탄소는 생명체의 뼈대를 구성하며 우주에서 네 번째로 풍부한 독보적인 원소입니다. 네 개의 결합 손을 가진 탄소는 다른 원소들과 자유롭게 결합하여 수천만 가지의 화합물을 만들어낼 수 있는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 특히 탄소와 수소가 결합한 탄화수소 화합물인 석유는 현대 문명을 지탱하는 거대한 에너지원이자 원료입니다. 석유는 나프타 분해 공정을 통해 플라스틱, 나일론 등 일상 속 거의 모든 물건을 만드는 기반이 됩니다. 이처럼 탄소에 기반한 석유 화학 문명은 인류가 풍요롭고 편리한 삶을 누릴 수 있도록 돕는 가장 강력하고 기본적인 물질적 토대가 되고 있습니다.

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