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중금속의 종류 및 특성

생나기헌 2012. 8. 27. 15:29

■중금속의정의 종류 및 성질..

중금속 重金屬 (heavy metal)
생체에 유해하므로 미량일지라도 주의해야 한다. 비소·안티몬·납·수은·카드뮴·크롬·주석·아연·바륨·비스무트·니켈·코발트·망간·바나듐·셀렌 등이 있는데, 음식물·음료수·공기 등에 대해서는 대부분 함량 기준이 마련되어 있다. 노동위생상으로도 특히 주의가 필요하며, 공해병의 원인이 되는 경우도 있다. 메틸수은화합물이 미나마타병[水正病]을 일으킨다는 것이 분명해져서 공장에서 배출이 엄격히 금지되고 있다.

1.Cd(카드뮴: Cadmiun)
가. 카드뮴의 특성카드뮴의 특성 효과는 일부 일본에서 발견되 었던 이타이이 타이 병 때문에 큰 관심 을 끌었다. 병명은 요통 형태의 고통이 진행되면서 약해진 뼈의 다수가 골절되어 뼈의 손상이 심각하게 진행된 환자들에게서 나타나는 심한 통증으로부터 유래되었다. 이 병으로 인한 사망원인은 심장파열 때문이다.
◆ 용도 ; 금속카드뮴은 내식성이 강해 통신기계들의 정밀기기의 도금, 선박이나 클리닝기계 들의 방청제로서 많이 이용된다. 또한 Cu, Ag, Bi 그밖의 금속과 합금으로 이용 되며, 회전축합금, 땜납,은납 등에 사용되고 있다.
나. 건강에 미치는 영향
◆ 대사, 배출 ; 카드뮴은 음식물 섭취로 체내 흡수되거나 호흡을 통해 폐로 쉽게 흡수된다. 흡수된 카드뮴은 혈으로 들어가 인체 각 장기에서 농축되며, 특히 간장과 신장에 많이 축적된다. 카드뮴 대부분은 저분자량의 단백질과 결합하며, 이 금속단백질이 카드뮴의 수 송, 흡수에 관계하고 있다고 생각된다. 카드뮴의 체외배출 속도는 보통 상당히 느리며, 주로 뇨를 통해 배출된다.
◆ 급성독성 ; 사람에 대한 카드뮴의 급성경구 치사량은 획인되어 있지 않다. 카드뮴에 의한 신장장해 증상은 뇨단백, 당뇨 뇨아미노산 등이다. 음용수처럼 저농 도 수준에서는 장해가 생겼다는 보고는 없다. 카드뮴 10mg/l을 음료수의 형태로 단기간 폭로시킨 경우 소화관에서의 철 흡수가 일부 억제된 것이 확인되었다. 사람에게 경구투여에 의한 중독량은 15mg으로 오 심, 구토 등의 증상이 나타난다.

2. 수은(Mercury : Hg)
가. 개요
◆ 수은의 분포 ; 수은은 천연으로 널리 분포하고 있으며, 주로 Hgs와 액상의 금속 수은의 형태로 산출된다. 수은은 자연수에 함유된 것은 매우 드물지만, 수은광이 있는 지역의 지 하수, 광천수에서 검출되는 경우가 있다.
◆ 수은의 용도 ; 미나마타병의 발생을 계기로 사용 규제 등이 가해져, 전기기기, 계기, 무기약품 등에서만 사용할 수 있게 되었다
◆ 수은의 분류 ; - 무기수은 ; 금속수은, 제1수은, 제2수은등이다- 유기수은 ; 수은에 유기탄소가 직접 결합한 것의 총칭으로 유기탄소의 종류에 따라 알킬수은, 아릴수은, 알콕시알킬수은 등이 있다.- 무기수은의 메틸화 ; 메탄생성균에 의하여 메탄발생이 Hg2+ 첨가에 의해 저해되 고, 메틸수은과 디메틸수은이 생성된다.생물계에 널리 분포하는 메틸코발라민이 있다. 호기성 세균이나 곰팡이에서도 메틸수은 생성반응이 확인되고 있다.
나. 건강에 대한 영향
◆ 대사 및 배출- 수은흡수 ; 식품에서의 무기수은화합물 흡수는 섭취량의 7∼8%이다. 메틸수은은 위장에서 완전하게 흡수된다. 물에서의 무기수은 화합물의 흡수는 15%이하이다. 메틸수은은 거의 완전하게 흡수된다.- 대사 ; 무기수은화합물은 신장에서 신속하게 축적된다. 흡수된 메틸수은은 즉시 혈액에 나타나며, 사람에서는 혈액에있는 수은의 80∼90%가 적혈구와 결합한다. 메틸수은의 탈메틸화로 무기수은으로 되는 반응은 서서히 일어나지만 유의성 있는 차이가 나타난다. 무기수은에 비하여 메틸수은이 독성이 큰 것은 지질의 용해도 차이 때문으로 무기수은에 비하여 쉽게 세포막을 통과할 수 있다.- 배출 ; 수은염은 신장, 간장, 간점액, 땀샘, 타액선 등 또는 모유를 통하여 배출된다.
◆ 독성
○ 메틸수은 - 급성독성 : 체네량 1,000mg이 치사량이며, 체내량 100mg은 중독량이다. 매일섭취량 0.1mg정도에서는 발증이 없다. - 만성독성 : 지각장애, 운동실조, 보행장애, 시야협소, 언어장애, 난청
○ 금속수은 - 급성독성 : 경구 섭취하여도 체내에 흡수되지 않아 독성은 매우 약하다. 보통은 그대 로 대변으로 배설된다. 금속수은은 휘발성이 높아 수은 증기의 흡입으로 성인의 경우 10mg/m3 공기중 수은농도에서 1∼ 2일 이내에 치경염증, 구 내염, 구토, 복통, 설사, 신경장해등의 급성 내지 아급성 자해가 나타난다. - 만성독성 : 흥분, 기질의 변화, 손가락의 떨림이 나타난다.
○ 수은염 - 급성독성: 수은염의 사람에 대한 경구치사량은 1 ∼ 4g이다. 염화제2수은 1.5g을 섭취하면, 5분 후 구토증을 일으키고, 이어서 짧은 시간에 의식을 잃을 정도로 심한 복통이 있다.

3. 세레늄(Selenium : Se)
가. 개요세레늄은 1817년 Berzelius에 의해 발견된 유황관 동족인 비 금속원소이다. 천연의 유황광상이나 황화물은 상당량의 세레늄을 함유한다. 지각 중의 Se함유량은 0.1ppm이다.
◆ 용도 ; 전기화학적 특성에 따라 광전지. 정류기, 건식복사기감광기체 등을 필두로 하여 열선흡수판유리의 착색제, 납유리의 착색제, 적색안료의 원료의 이외에도 합금 고 무공업이나 유기합성화학의 산화제, 촉매등 각종 공업부문에서 널리 이용되고 있다.
◆ 건강에 대한 영향 ; 세레늄의 독성은 19세기 전반 미국의 Great Plains지방등에서 세레늄을 고농도로 함 유한 목초를 먹는 가축에서 발생하였던 급성독성으로서의 Blind staggers 만성독성 으로서의 알칼리병으로 알려져있다. - 인체에대한 영향 ; 만성독성은 발육억제, 식욕부진 , 털이 일어섬, 자발운동 감소와 함께, 간장의 기 능장해를 일으키며, 간경변증이나 빈혈증상을 나타낸다. 또한 세레늄화합물은 발 암성, 돌연변이원성 및 염색체이상유발성을 나타낸다. 사람에대한 세레늄의 독성은 정련이나 사용공장에서 세레늄이 피부에 접촉하여 홍반 또는 수포를 동반한 화상, 피부염을 일으키는 외에 눈에는 안검부종, 결막염 등의 장해를 일으킨다. 고농도 흡입폭로에 의해기침, 흉부통, 호흡곤란, 욕지기,신 경과민, 피로 , 위장장해(설사, 복통)등의 급성중독증상을 나타낸다. 공장주변에 사는 주민에서는 흙색의 얼굴, 손톱의 파열, 고도의 빈혈, 저혈압 등의 증상을 나 타내는 중독환자가 발생한 사례도 보고되어 있다.
- 급성독성 ; 화합물 중 세레늄화수소는 상온에서 기체로서, 특히 독성이강하다. 이 가스는 공 기 중 농도 1ppm에서 눈, 목, 코를 작극하여 흡입하면 오심, 현기증, 권태감을 초래한다.
- 만성독성 ; 환경 중 세레늄 농도가 높은 지역에서 세레늄섭취량 200mg/kg인 그룹의 조사에 서는 세레늄에서 유래된 것으로 확인할 수 없는 위장장해, 피부의 황달양변색, 우치등이 보였다. 반대로 필요량 이상의 세레늄을 섭취하면 발암을 억제한다는 보고도 있다.
- 대사 ; 세레늄은 사람 및 기타 동물에서는 필수 원소이다. 흡수된 세레늄은 폭넓게 각 기관에 분포하며, 특히 간장과 신장에 고농도로 된다. 세레늄 결핍 사료를 계속투 여하면 랫트난 돼지에서 간장의 괴사, 간장장해가 발생하며, 반대로 세레늄을 사 료에 보급하면 이들 장애를 회복하는 것이 알려져 있다.

4. 비소(Arsenic : As)
가. 개요
◆ 비소함유 ; 원소로서의 비소는 불용성이며, 독성도 약하지만, 비소화합물은 매우 유독하다. 많은 비소화합물은 수용성이기 때문에 비소에 의한 수질오염을 일으킨다. 비소는 자연계에 널리 분포하며, 보통 많은 식품에 미량의 비소가 함유되어 있으 며, 곡류, 야채, 육류는 0.01∼1.0μg/g, 해조류에서는 10∼60μg/g로 비교적 많이 함유되어 있다.나. 건강에 대한영향비소는 무미, 무취, 무색의 아비산 형태로 예로부터 독약으로 살인에 사용되었지만, 간장, 근육, 피부, 모발, 손톱, 골등에 장기간에 걸쳐 잔류한다.
◆ 비소의 독성 ; ① 비소는 현재 3가와 5가가 확인되어 있지만, 무기화합물의 경우 3가 쪽이 상당 히 독성이 강하다. ② 유기화합물 중 메틸화합물은 5가 화합물보다 독성이 약하다. ③ 비소는 축적성이 있어 만성 독성을 일으킨다.
◆ 급성독성 ; 70∼ 200mg을 섭취하면 콜레라 같은 구토, 설사 탈력감, 근육경련, 연하곤란, 심 실성부정맥, 피부의 짓무름등의 현상이 나타나며, 혼수후 사망한다.
◆ 만성독성 ; 3 ∼ 6mg/l의 양을 장기간 섭취하여도 일어나며, 일반적으로는 목, 코, 눈등의 점막염증에 이어, 근육약화 , 식욕감퇴가 일어난다. 또한 피부의 흑색색소침착, 각 화, 탐모도 나타난다.

5. 크롬(Chromium :Cr6+)
가. 개요
◆ 크롬의 용도; 스테인레스 강, 니크롬선 등의 합금재료로 사용되는 것외에 내화제로서 사용되며, 6가 크롬은 크롬도금, 전지, 크롬젤라틴막으로서 사진인쇄, 안료에 이용되며, 강한 산화력을 이용하여 염료제조의 산화제,안전성냥, 합성용 촉매, 피혁, 공업약품 등 에 이용되고 있다.
◆ 크롬 독성 ; 독성이 강한 6가 크롬은 물에 녹으면 중크롬산, 크롬산 등을 생성한다. 그러나 일 반적으로크롬의 용해성은 낮아 자연수에서는 거의 검출되지 않는다.
◆ 6가 크롬 ; 강력한 산화력 때문에 산화제로서 도금, 염료, 피혁, 직물의 매염제등 다양한 공 업분야에서 이용도괴 있으며 이들공장폐수에 다량 함유되어 있다. 6가 크롬은 하천 등에 방류되면 환원되어 3가 크롬으로된다.
나. 건강에대한 영향인체조직내에 광범위하게 분포하고 있지만, 성인에서는 폐장에 가장 많으며, 대동맥, 고환, 신장, 췌장, 심장, 간장순이다. 크롬은 미량필수원소로서 당질 및 지질대사, 단백질 합성에 관여하는 한편 단백질분 해효소의 한 성분이다.
◆ 급성독성 ; 6가 크롬의 부착이나 분진 흡입으로 인한 피부, 기관, 폐 등에 염증과 궤양을 일으키 는 것으로 오래전부터 알려져 있지만, 경구적으로는 6가 크롬염으 fekfid 섭취하면, 구토, 설사, 복통, 뇨량감소, 간장해, 경련, 혼수 등을 일으켜 사망한다.
◆ 만성독성 ; 경구적으로는 간염을 일으키는 것이 알려져 있다. 6가 크롬 분진을 장기간 흡입하면 피부, 호흡기, 간장등에 여러 가지 장해가 알어난다. 또한 폐암이나 비중격천공의 발 생으로도 유명하며, 발암성도 흡입에 의한 것이 많다.

6. 시안(Cyanide : CN-)
가. 개요시안은 자연수에는 거의 존재하지 않는다. 시안화합물을 함유한 배출수 등의 혼입에 의하여 물에서 발견할 수 있다.
◆ 시안화합물 ① 물속에서 시안이온을 쉽게 유리하는 것(KCN, NaCN등의 HCN의 금속염) : 급성독성은 매우 강하고, 심한 중독증상을 일으키며 치사율도 높아 위혐하다.② 금속착제를 형성하는 것(폐리시안화카륨, 페로시안화 칼륨등의 시안착염) : 비교적 해리하기 쉬운 아연이나 카드뮴 등의 착염이 있는 반며, 동, 코발트, 철 등의 착제는 매우 안정되어 있으므로 독성도 매우약하다.
◆ 용도 ; 금속정련, 은이나 동도금 등의 금속표면처리, 코크스제조공장 특히 사진, 금속제품 가공, 금이나 은의 야금, 감귤류과수의 해충구제, 니티릴의 제조, 시아노착염의 제 조등에 이용된다.
나. 건강에대한 영향
◆ 대사 ; KCN이나NaCN이 경구적으로 체내에 들어간 때에는 위산에 의해 HCN을 유리하 고, 이것이 체내에서 흡수되어 주로cytochrome oxidase구성성분의 철과 결합하여 안전한 참염제를 형성하여 시아노헤모글로빈이 되고 헤모글로빈의 효소운반기능을 저해하며, 그 결과생체내에 산소를 공급할 수 없게 되어 질식상태가 된다. 중독증상으로는 현기증, 두통, 의식상실, 경련 등이 있으며 고농도의 경우에는 호 흡중추마비에 의한 호흡정지를 일으켜 사망하게 된다.
◆ 급성독성 ; HCN에서는 사람에 대하여 50∼60mg, KCN에서는 150∼300mg이 치사량이며 페 로시안화칼륨 등의 착염의 착염은 독성이 약해 KCN의 1000분의 1 정도라 한다.
◆ 만성독성 ; 사람이 시안화수소, 시안화 카륨, 시안화나트륨을 장기간에 걸쳐 경구폭로-갑상선, 신경장해. 이 신경장해의 특징은 시력저하, 청력장애 및 척수성의 운동장애 저하가 나타난다.

7. 구리(Copper : Cu)
가. 개요금속으로 구리는 건조한 순수한 공기 중에서는 상온에서 안정되나 CO2나 SO2 또는 염분이 함유되 습한 공기 중에는 염기성염을 생성하여 밝은 녹색으로 표면이 덮어 진다.
나. 건강에 대한 영향Cu는 대표적인 필수미량원소이며, 대부분은 음식이나 물을 통해 경구적으로 섭취된 다. 그러므로 섭취된 량은 음식물의 내용, 토지, 농약의 사용, 가공 저장 등에 의한 오염, 또는 급수시설이나 식기, 기구로 사용된 동등에 의존하고 있다.
◆ 급성독성 ; ① 표유류에 대한 구리의 독성은 낮은 편이다. ② 반대로 조류, 곰팡이 종자식품에 대한 독성은 높다. ③ 위장장해를 일으킬만한 구리량은 1∼ 2g/일인 것으로 알려져 있다.
◆ 만성독성 ; 구리는 생체내에 축적성이 낮아 만성중독의 위험성은 적다
◆ 대사 ;① 일반적으로 성인의 1일 섭취량은 2∼5mg이며, 대부분은 식품을 통해 섭취된 다. ② 경구적으로 섭취되는 동의 대부분(98%)은 분변으로 배설된다.

8. 아연(Zine : Zn)
가. 개요인체내에서 아연의 결핍은 왜소증, 피의 응고 속돠와 상처의 회복 속도감소 등의 문 제를 일으킨다. 아연은 원자번호 30, 원자량 65.39인 비교적 가벼운 금속으로 융점이 낮으며, 가공성 이 좋아 합금으로 널리 사용하고 있다. 또한 알칼리에 쉽게 부식된다. 아연은 지각중 에 70ppm 정도 함유되어 있어 24번째로 많은 원소이다.
나. 건강에 대한 영향
◆ 급성독성 ; 설사, 복통, 경련등 위장의 자극시키는 한계농도는 50mg/l이다. 성인의 치사량은 염화제1아연으로 1∼ 10g이다.
◆ 만성독성 ; 필요이상의 아연의 장기간 섭취하여도 나쁜영향을 나타내지 않는다.
◆ 대사 ; 아연은 인간에게 필수적인 원소이다. 해산물, 동물성 식품, 콩류, 곡물등에 많이 함유. 인체내 아연 중 약 20%는 피부에 있으므로, 큰 화상을 입었을 때에는 아연결핍증 을 일으키는 것으로 알려져 있다.



■오염 사례

폐광산주변 농작물 중금속 오염 [한겨례 2000/04/27]

국내 폐광산 10개 중 9개에서 주변 토양과 하천수, 지하수가 비소, 카드뮴, 납 등 중금속 기준치를 초과했으며, 주변 논밭에서 생산된 현미와 채소류 등에서는 인체에 치명적인 카드뮴이 기준치 이상으로 검출된 것으로 드러났다.
26일 환경부에 따르면 삼성엔지니어링기술연구소와 한양대 시스템응용공학부 등 8개 연구기관이 지난해 6월30일부터 올해 1월20일까지 경북 울진의 금장광산 등 전국 10개 폐광산의 555개 지점을 조사한 결과 198개 지점에서 비소, 카드뮴, 납 등 중금속이 토양오염 우려기준을 초과한 것으로 밝혀졌다.
조사결과 토현광산의 경우 주변 논에서 생산된 벼에서 식약청 식품공전의
잔류허용기준치(0.2㎎/㎏)를 초과한 0.3㎎/㎏의 카드뮴이 검출됐다. 또 콩, 고추에서도 카드뮴 성분이 검출되었으며 특히 콩에서는 아연이 중금속기준(10㎎/㎏)을 초과한 19.93㎎/㎏을 기록했다. 옥방광산에서는 고추에서 납이 14.15㎎/㎏, 콩에서 아연이 21.08㎎/㎏ 검출됐다.
옥계광산에서는 고추에서 1㎏ 당 구리성분 16.80㎎, 아연성분 12.4㎎이 검출되었고, 콩은 아연이 13.85㎎이 나와 역시 식품약전의 중금속기준을 초과했다.
카드뮴과 수은은 인체에 축적될 경우 각각 이따이이따이병과 미나마타병을 일으키고 납은 중추신경계와 심장, 간기능에 손상을 준다. 특히 토현광산의 경우 지하수에서 인체에 치명적인 중금속인 납(0.123ppm)과 비소(0.090ppm)가 먹는물 수질기준(0.05ppm 이하)을 초과했고, 먹는물에 있어서는 안될 수은(0.034ppm)이 검출됐다.
99년 말 현재 전국에는 906개의 폐광산이 있으며 이 가운데 158개는 환경오염 우려가 높은 것으로 파악됐다. 정상영 기자

마산시 하수처리장 방류수 해역 중금속오염 [한겨례 1998/06/09]
경남 마산시 하수처리장 방류수가 마산만 해저의 중금속오염을 심화시키고 있는 것으로 나타났다.
경남대 환경보호학과 권영택, 이찬원 교수는 9일 '하수종말처리장 처리수의 해양방류와 퇴적물의 중금속 오염'이라는 논문에서 마산시 덕동 하수종말처리장의 중금속처리시설 미비로 처리수가 방류되는 마산시 구산면 옥계리 해역의 중금속 부하량이 미국 환경보호청의 기준을 크게 웃돌고 있다고 밝혔다.
두 교수는 하수처리장의 연평균 처리량 6천3백만t 기준으로 94년부터 96년까지 측정된 방류수 평균 중금속 농도를 감안할 때 방류 해역의 누적된 중금속 양은 연간아연 8천4백65㎏, 니켈 1천6백36㎏, 구리 1천6백36㎏, 납 1천2백50㎏ 등으로 추정된다고 주장했다.
이같은 중금속 누적으로 해역 표층 퇴적물의 아연 함량을 측정한 결과 3백5ppm을 나타냈는데 이는 미국 환경보호청의 '극심한 오염판정 기준' 2백ppm을 훨씬 웃도는 수치로 해양생물에 미치는 영향이 심각할 것으로 지적됐다.
교수들은 “현재 침전에 의존하는 하수처리 방식으로는 중금속 오염을 막을 수없다”며 “2차 하수처리시설의 신설과 생태계 파괴에 대한 특별한 대책이 필요하다”고 말했다.