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휘발성유기화합물(VOCs) 관련 정보와 TVOCs 기준 (ppb, ppm, ug/m3, mg/m3) 일반 정보와 자료

요즘에는 초미세먼지 못지 않게 휘발성유기화합물(VOCs)에 대한 관심이 높아지고 있다. 공기질 측정기도 이를 측정할 수 있게 나오는 제품들이 늘어나고 있는 추세이다. 그래서 이런 저런 정보들을 정리해 보았다. (개인적인 만족을 위해...)

▶ VOCs 구분
VVOCs (Very Volatile Organic Compounds, 고휘발성유기화합물)
: 비등점(boiling point, 끓는점)이 50 ~ 100 ℃ 미만으로 일반적으로 상온에서 가스(기체) 상태.

VOCs (Volatile Organic Compounds, 휘발성유기화합물)
: 비등점이 50 ~ 100 ℃에서 240 ~ 260 ℃ 사이로 가스뿐만 아니라 액체와 고체로도 존재 가능.

SVOCs (Semi-Volatile Organic Compounds, 준휘발성유기화합물)
: 비등점이 240 ~ 260 ℃에서 380 ~ 400 ℃로 보통 반고체 및 고체 상태로 존재. (이 보다 높으면 그냥 고체...)

TVOCs (Total Volatile Organic Compounds)
: 비등점이 50 ~ 250 ℃ 범위에 있는 (V)VOCs의 총합.

다만 일반적으로 VOCs라고 언급하면 VVOCs도 일부 포함되는 것으로 보인다. 포름알데히드(formaldehyde, HCHO)는 끓는점이 -21 ℃라서 상온에서는 기체상태인데 보통 VOCs라고 하면 포름알데히드도 포함된다. 아니면 VOCs에 탄화수소류(hydrocarbon)가 대부분 해당하니 포름알데히드도 그냥 포함한 건가...

일상 생활에서는 보통 VOCs만 들어볼 수 있으니 VVOCs와 SVOCs는 그냥 그런 게 있었다~ 정도로 알아두면 될 것 같다.

추가로, VOCs는 비등점과도 관련이 있다보니 실내온도에 따라 농도가 달라질 수 있다. 즉, 온도가 높아지면 VOCs가 더 많이 방출될 수 있다. 물도 추우면 증발이 잘 안 되고 공중습도가 떨어지지만 온도가 높으면 쉽게 증발해서 습도도 잘 올라간다. 약간 그런 느낌이랄까. 따라서 새집증후군을 조금이라도 예방하기 위해 높은 실내온도(및 습도)를 유지시켜 좀 더 빨리 VOCs를 배출시키려 노력하기도 한다. (문제는 새집이 있어야...)


▶ 많이 볼 수 있는 단위
mg/m3 : milligrams per cubic meter (세제곱미터 당 밀리그램)
질량 농도. 세제곱미터 안에 몇 mg이 있는가.

ug/m3 : milligram per cubic meter (세제곱미터(입방미터) 당 마이크로그램)
질량 농도. 세제곱미터 안에 몇 ug이 있는가.

ppm : parts per million (백만 분의 1, 백만분율, 1/106)
입자의 농도. 즉, 백만 개의 입자 중 측정대상의 입자가 몇 개 존재하는가.
1 ppm 은 1,000,000개 입자 중 1개 입자가 존재한다는 뜻으로 농도는 1/106 = 0.0001 %

ppb : parts per billion (10억 분의 1, 10억분율, 1/109)
입자의 농도. 즉, 10억 개의 입자 중 측정대상의 입자가 몇 개 존재하는가.
1 ppb 은 1,000,000,000개 입자 중 1개 입자가 존재한다는 뜻으로 농도는 1/10 9 = 0.0000001 %

참고로, 로또 1등에 당첨될 확률은 1/8,145,060. 대략 800만분의 1. (ppb 말고 로또를 사자...)


<단위간 환산이 필요한 경우 >
1 mg = 1,000 ug
1 ppm = 1,000 ppb

1 ug = 1/1,000 mg
1 ppb = 1/1,000 ppm

mg/m3 = ppm x  분자량/24.45
ug/m3 = ppb x 분자량/24.45

ppm = mg/m3 x 24.45/분자량
ppb = ug/m3 x 24.45/분자량 

* 0 ℃ 1기압 : 22.4 로 나누거나 곱합
* 25 ℃ 1기압 : 24.45로 나누거나 곱함


▶ VOCs 종류
VOCs에 해당하는 물질은 수천가지이고, 실내환경에서는 900여 가지가 확인된다고 한다(Fujiwara, 2014). 국내에서는 대기환경보전법 제2조 제10호에 따라 관리대상 휘발성유기화합물을 37가지로 고시하고 있다. (이에 대해서는 이전에 포스팅 한 것이 있어 다시 나열하기는 좀 그러니 이곳을 참고). 참고로 캐나다에서는 25종류를 고시하고 있다.


▶ TVOCs 기준
VOCs에 해당하는 물질은 위해성에 따라 기준치가 각각 다르다. 그렇다고 수십 수백가지의 화합물의 농도를 개별적으로 측정하는 것은 비실용적이다(이미 집이 아니고 실험실). 그렇다보니 TVOC의 개념으로 각각의 휘발성유기화합물 종류를 구별하지 않고 통합해 측정함으로써 실용성 있게 대처해 보자는 취지이다(Fujiwara, 2014).

문제는 VOCs에 해당하는 물질의 기준 농도가 제각각인데 TVOC로 기준을 세울 수 있느냐이다. 동일한 수치여도 구성 성분에 따라 위해성이 다를 것이기 때문에... 하지만 이를 궁금해하는 과학자들이 많은지 다양한 연구를 통해 어느 정도 일반화 되었다고 한다.

 (1) ppb (또는 ppm)
<캐나다 보건부(Health Canada) 자료를 변형해 만든 기준 (표 출처 : Fujiwara, 2014)>

위의 표는 이소부틸렌(isobutylene)을 기반으로 만든 기준이라서 조금 감안해 봐야할 것 같긴 하다. 참고로 이 문헌에 따르면 400 ppb ≒ 1,000 ug/m3, 2,000 ppb ≒ 5,000 ug/m3 정도 된다고 한다. 내용을 보면 120 ppb 이내가 가장 이상적이며, 1,200 ppb (3,000 ug/m3)가 넘지 않는 것이 좋다(Fujiwara, 2014).

참고로 앞서 설명한 환산식으로 계산해 보면,
1,000 ug/m3 = 1000 x 22.4 / 56.106 = 399.2 ppb (약 400 ppb)임을 알 수 있다. (0 ℃ 1기압)
(이소부틸렌 분자량 = 56.106 g/mol)


<Sensirion MOX gas sensor에서 잡은 기준 (출처 : Quinnell, 2017)

여기에는 시간적 개념도 보인다. TVOCs 농도가 2,000 ppb를 초과하는 경우 1시간 이상 있지 않기를 권한다. 좋은 공기질을 유지하고자 한다면 200 ppb 이내가 좋고, 600 ppb는 넘지 않도록 권장한다.


<어웨어 민트의 기준>

어웨어 민트에서는 333 ppb 이내로 유지하기를 권한다. 그 다음 한도는 1,000 ppb.


<휴마아이 HI-150 기준. 휴마아이 홈페이지>

휴마아이 홈페이지에서의 VOC 기준수치는 ppm과 mg/m3를 같이 적어놨는데, 앞서 설명한 바에 따르면 이 두 수치는 동일하지 않다... 해당 페이지 하단으로 스크롤 해 보면,
회사 홈페이지에서 보면 ppm 단위 수치를 보여준다고 별도로 적혀 있고, 측정범위도 ppm으로 나와 있는 것으로 봐서 질량이 아닌 입자(ppm)를 측정한 것으로 보인다. 0.660 ppm 이하, 0.220 ppm 이하 즉, 660 ppb를 넘지 않도록 하고 220 ppb 이하로 생각하자.


(2) ug/m3 (또는 mg/m3)
<TVOC 가이드라인. (출처: Waverton Analytics, 2016 (as cited in Corbey, 2016))>

이 자료의 단위는 질량이다. 나라마다 기준의 차이는 있지만 이왕이면 500 ug/m3 을 넘지 않는 것이 좋고 300 ug/m3 이하가 좋다. 참고로 세로로 있는 녹색, 노란색, 빨간색 선은 ug/m3 이고, 맨아래 TVOC 단위는 mg/m3이니 헷깔리지 말자.


<실내공기질 관리법 시행규칙, 실내공기질 권고기준(제4조 관련)  [시행일 : 2019. 7. 1.]>

우리나라 법을 살펴본다. 의료기관, 어린이집, 산후조리원, 노인요양시설의 경우 400 ug/m3 이하로 유지할 것을 권고하고 있다. 참고로 1,000 ug/m3 가 실내주차장이다. 1,000 ug/m3가 어느정도 느낌인지 왠지 감이 온다...


(3) 정리
정리하면서 든 생각은 몸에 좋고 나쁘고를 수치화 한다는 것이 쉬운 일이 아닌 것 같다. 사람에 따라 사회 및 생활환경에 따라 다르기도 하고, 99는 좋고 100은 나쁘다고 할 수도 없기 때문에.

요점을 먼저 얘기하면, 낮으면 낮을 수록 좋지만 현실적으로 어려운 경우도 있을 수 있다.

위의 자료를 휘 둘러보면 사람에 따라 기준을 조금씩 달리 볼 수 있어 보인다. 일단 내 개인적인 생각을 기반으로 한 기준으로는,

ppb 라면, 600 ppb 를 넘지 않되, 400 ppb 이하가 되도록 노력하자...
ug/m3 라면, 500 ug/m3 을 넘지 않되, 300 ug/m3 아래로 유지하면 좋아 보인다.
(오래된 집은 쉽고, 새로 지은 집은 어렵다...)

결국 따지고보면 TVOCs는 ppb이든 ug/m3이든 대충 300~400 아래로 유지한다고 생각하면 무리가 없어 보인다.


▶ 집에서 쓸 공기질 측정기는 포름알데히드? 아니면 TVOCs?
포름알데히드 측정기와 TVOCs 측정기 중에서 고민하는 사람들이 많다. 나 역시도 그랬었고. 사실 집에서 좋은 공기질을 유지하려면 결국 환기(VOCs, CO2 등)와 초미세먼지(PM2.5)를 조절하는 것이 관건인데, 초미세먼지는 공기청정기가 잡아준다고 생각하면 결국 환기 타임을 잡는 것이 주목적이 될 것으로 보인다. (물론 요즘에는 VOCs를 잡아 준다는 공기청정기도 있는 것 같던데 얼마나 쓸만한 것인지는 실제 접해보지 못해서 잘 모르겠다.)

일단, 실내환경에서 VOCs 중 포름알데히드가 차지하는 비중이 높기 때문에(Chang et al., 2017), 가정에서는 포름알데히드만 측정해도 문제 없을 것 같다.

보통 포름알데히드만 측정하는 기기는 타겟이 정해져 있어서 질량(mg, ug)으로 측정하는 경우가 많아 보이고, TVOCs와 같이 다양한 휘발성유기화합물을 측정하는 경우에는 입자(ppm, ppb)로 측정하는 경우가 많아 보인다. 따라서 이는 본인이 추구하는 방향에 맞게 살펴보면 될 것 같다.

생각해보면, 온도와 습도에 있어서 포름알데히드가 TVOCs에 비해 상관관계가 높으니(Chang et al., 2017) 춥고 건조한 겨울에는 TVOCs를 측정하고, 덥고 습한 여름에는 포름알데히드를 측정하는 게 이상적일지 모르겠다(아, 어차피 겨울이라 해도 실내 온도는 생활을 위해 크게 차이나지 않게 유지되는 경우가 많으려나). 물론 그렇게까지 측정해서 실내공기질을 유지하는 것이 얼마나 유의미할지는 모르겠지만.

결국 무엇을 측정하든 기준치 아래로만 유지하면 될 것 같다.

따라서... 예쁜 걸로 사자.


<참고자료>
 Fujiwara, D. 2014. Indoor air quality assessment. Safetech Environmental Limited.
 Health Canada. 2007. Indoor Air Quality in Office Buildings: A Technical Guide.
 Chang, T., Ren, D., Shen, Z., Huang, Y. Sun, J., Cao, J., Zhou J, Liu, H, Xu, H, Zheng, C, Pan, H., and He, C. 2017. Indoor Air Pollution Levels in Decorated Residences and Public Places over Xi’an, China. Taiwan Association for Aerosol Research.
 Corbey, S. 2016. HEALTHY BUILDINGS - THE ROLE OF PRODUCTS. ASBP Briefing Paper
 Waverton Analytics. 2016. Survey reports: VOCs and hidden mould, Waverton Analytics Limited, Cheshire.