■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	CSI 과학수사대 ˚ 독극물 감식 ˚ 납검출			실험 원리	납 검출-앙금생성반응
실험 시간	40분	실험 분야	화학	실험 방법	4인 1조, 조별실험
세트구성물	헤모글로빈, 대조군(붉은 물감, 붉은 잉크), 접착펠트지, 염기성 루미놀 용액, 묽은 과산화수소수, 에탄올 거름종이, 채혈침, 과학수사대 도안, 알코올 솜
교사준비물	가위, 증류수(정수기 물로 대체 가능), 핀셋			학생준비물	필기도구
실험 결과	학생 1인당 과학수사대 카드와 명예요원증을 각각 1개씩 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 수업 전에 아래의 [필수활동]을 반드시 수행한 후, 수업에 들어갑니다. TIP 2. 루미놀 시약을 만들 때 세게 흔들지 않도록 합니다. 세게 흔들면 과산화수소수가 물과 산소로 분해되어 실험결과가 뚜렷하게 나오지 않을 수 있습니다. TIP 3. 완성된 루미놀 시약은 용기 윗 부분에 구멍을 뚫어 4 ℃ 냉장 보관합니다. TIP 4. 사용하고 남은 루미놀 시약은 폐액통에 버립니다.

1. 다음 문장의 빈 칸에 들어갈 알맞은 단어들을 각각 넣으세요.

납 중독 [ lead poisoning ]

중금속인 납이 들어 있는 물질에 장기간 노출됨으로써 신체에 납이 축적되어 유해한 결과가 나타나는 질환

관련 신체기관 : 조혈 기관, 신장, 신경, 생식 기관

관련 질병 : 용혈성 빈혈

관련 증상 : 식욕 부진, 체중 감소, 복통, 변비, 쇠약감, 어지럼증

인간은 주위 환경에서 여러 가지 중독성 물질에 노출되며 현대 의학은 이러한 중독을 예방하고 치료하기 위해 노력하고 있다. 중금속 중독증은 심각한 임상 증상을 유발하며 치료에도 어려움이 많고 치료 후에도 정신장애를 비롯한 장기간의 후유증을 남길 수 있다.

환경 오염 물질 중 대표적인 중금속으로 잘 알려진 납은 비록 적은 농도일지라도 환경에 존재하고 있으며 산업이 발달됨에 따라 점차 그 오염 정도가 심각해지고 있는 상황이다. 특히, 납은 다른 중금속에 비해 생물학적 반감기(농도가 반으로 줄어드는 데까지 걸리는 기간)가 길기 때문에 납에 중독되지 않도록 더욱 주의 해야 한다.

역학 조사에 따르면 1960년대 미국에서 약 5만여명의 어린이가 납 중독으로 사망하였으며 주된 원인은 납을 사용한 건물의 페인트 조각을 먹었기 때문으로 보고되었다. 우리나라에서는 납을 취급하는 공장에서 일하는 노동자 중 건강 이상자의 비율이 일반인에 비해 현저히 높았다. 한 연구에 따르면, 1990년 납 중독자는 117명으로 보고된 바 있어 실제로는 그보다 훨씬 많은 사람들이 납에 중독되어 있었을 것으로 예상한다.

납은 주로 미세 분진에 흡착되기 때문에 사람의 호흡기로 직접 노출되며 그 외에 오염된 물을 마시거나 음식을 먹으면서 소화기를 통해 흡수될 수도 있다. 이렇게 몸 속으로 들어온 납은 대부분이 뼈 속에 축적되었다가 아주 서서히 혈액으로 녹아 나오게 되는데 뼈를 포함한 신체 조직에 납이 축적되는 것을 방치하게 되면, 조혈기관의 기능 장애로 빈혈, 신장기능 및 생식기능 장애 등의 심각한 중독 증상이 발생할 수 있다. 또한, 뇌에 축적되면 사지마비, 실명, 정신장애, 기억력 손상 등의 심각한 뇌질환을 일으키고 그 중 25%는 목숨을 잃을 수 있다.

납 중독은 치료보다는 중독에 대한 예방이 무엇보다 중요하며, 납 중독의 원인과 중독 증상을 알아 초기에 발견하고 대처하도록 해야 한다.

납은 식품, 음료뿐만 아니라 오염된 대기, 납이 함유된 토양, 환경 개선이 되어 있지 않은 산업 시설에서 나오는 분진, 자동차 매연, 납이 함유된 페인트, 납으로 오염된 위스키 등을 통해 노출될 수 있다. 납의 체내 흡수는 소화기를 통한 섭취와 호흡기를 통한 흡입으로 이루어진다. 납을 원료로 사용하는 작업장을 살펴보면, 크리스탈 유리 제조 공정, 자동차 수리 작업장, 납 광산, 납땜 작업장, 도자기 작업장 등 납을 원료로 사용하는 공장 등이 있다. 이러한 공장에서 증기나 미세한 먼지를 지속적으로 들이마시면 납 중독의 위험이 현저하게 높아진다.

곡류, 과일, 야채류 등은 토양에서 납을 흡수하거나 공기 중의 납에 노출되면서 오염될 수 있다. 육류는 식물 및 채소에 비해 납의 오염도가 더욱 높은 편이며 생선의 납 농도가 높은 것으로 알려져 있다. 또한, 납으로 만들어진 수도관을 타고 나오는 수돗물을 마시거나 오염된 물로 만들어진 음료수를 지속적으로 마시면 납에 노출될 수 있다. 대기 중의 납 농도는 계절, 지역에 따라 상당한 차이가 있으며 한 지역에서도 교통량, 날씨, 온도 등에 따라 그 정도가 달라진다. 일반적으로 도시 근교에서 납 농도가 높으며 폐쇄된 주차장이나 교통량이 많은 도로는 매연이 많아 납 농도가 매우 높다.

토양은 납에 직접적으로 노출되어 있으며 물속으로의 납 노출은 자연적으로 납을 포함하고 있는 토양과 암석, 산업시설 및 자동차에서 오염된 물질이 송수관 등을 통해 배출되면서 이루어진다. 납이 페인트 원료로 사용되었다면 페인트가 벗겨지거나 조각나서 주변을 오염시킬 수 있다. 또한, 납을 함유한 유약을 사용한 도제 용기, 폐기된 건전지, 납 페인트로 칠해진 어린이용 완구와 가구, 그림도구, 의약품, 사격장의 분진을 통해서도 납에 노출될 수 있다.

증상 : 몸 속의 납 농도, 노출된 기간에 따라 납 중독의 증상이 다르게 나타난다. 체내의 납 농도는 10mcg/dl 이하가 정상이지만, 납 농도가 정상보다 조금 높다고 해서 반드시 납중독의 증상이 생기는 것은 아니다.

납 중독의 증상은 납이 인체에 축적됨에 따라 나타나는 것이므로 대부분이 만성적이며 낮은 농도의 납에 오랜 시간 동안 노출된다면 증상이 생기기까지 수개월에서 수년이 걸릴 수 있다. 소화기와 관련된 증상으로는 복부 불편감, 복부 통증, 변비 등이 있으며 이는 가장 흔한 형태의 납 중독이다. 납을 사용하는 공장 노동자에게서 많이 보이고 초기 중독 증상으로 볼 수 있다. 높은 농도의 납에 노출되었을 때, 식욕부진, 현기증, 구토, 체중 감소 등 뇌 관련 증상이 나타나는데 주로 어린이에게서 관찰할 수 있다.

혼수, 경련 등이 따르며 심해지면 사망에 이를 수 있다. 어린이에게 뇌 중독 증상이 나타나면, 회복은 되더라도 영구적인 지능 저하가 있을 수 있다. 또한, 근육의 쇠약이나 마비 증상이 생길 수 있으며 그 외에 관절통, 권태감, 불면증, 어지러움 등이 나타날 수 있다.

진단 : 일반적으로 납중독으로 인한 증상이 납에 노출되는 즉시 나타나지 않기 때문에 중독의 진단이 쉽지 않다. 납 중독이 의심되면 의사는 먼저 신체 검사를 하고 증상, 병력 청취, 환경을 통한 납 노출 여부, 식단에 대한 정보를 파악한다. 어린이라면 학습장애, 행동장애에 대해 묻기도 한다. 이후 체내의 납 농도를 측정하여 진단한다.

초기에는 납 중독의 증상이 없는 경우가 많기 때문에 납중독의 위험이 있는 어린이가 증상이 없더라도 납중독이 의심되면 6~12개월 이내에 혈액 검사를 하는 것이 조기 진단에 효과적이다.

검사 : 혈액, 머리카락, 소변, 타액에서 납 농도를 검사하여 진단한다.

어린이를 대상으로 선별검사를 한다면, 한 두 방울의 피를 뽑아 그 피를 여과지에 묻혀 납 농도를 검사해서 납중독을 조기 진단할 수 있다.

치료 : 납 중독의 치료는 신체 축적된 납 농도, 납의 신체로 유입된 경로에 따라 달라진다. 혈액 내 납 농도가 10~40㎍/㎗이라면 일정한 기간이 지난 후 혈중 납 농도를 측정하여 점차 증가하는지, 감소하는지 확인하고 치료에 들어간다. 혈중 납 농도가 지속적으로 증가하는 추세라면 원인을 발견하는데 주의를 기울여야 한다. 혈중 납 농도가 40㎍/㎗ 이상이면 약물 치료를 통해 농도가 정상치로 떨어지도록 한다. 이 때 사용하는 약제로는 칼슘 디소듐 에데테이트, 발, 디-페니실라민 등이 있다.

심각한 납 중독은 전신 경련이나 뇌 손상을 유발할 수 있으며 이럴 때에는 만니톨, 스테로이드제 등으로 치료한다. 또한, 뇌압이 비정상적으로 상승하면 두개국부 절제술 등의 수술을 할 수 있다. 많은 양의 납을 먹어 생긴 급성 납 중독은 위 세척을 하거나 설사를 유발하여 위 속의 납을 제거하는 응급 치료를 하기도 한다.

경과/합병증 : 납중독은 하루아침에 발병하는 병은 아니며 혈액에 오랜 시간 동안 축적돼야 증상이 나타나거나 심각한 수준에 이르러서야 병증을 보일 수도 있다. 최근에는 납중독 때문에 사망을 하는 일은 거의 없으나 어린 아이들에게 있어 심한 납중독은 학습 능력 등에 영향을 줄 수 있으며 영구적인 지능 저하를 유발할 수 있다.

예방방법 : 직업성 노출을 예방하기 위해서는 작업장 환경과 작업장의 근로자 관리에 신경을 써야 한다. 작업장 환경과 관련해서는 가능하면 작업장에서 사용하는 납은 인체에 해가 없는 다른 금속으로 대체하여 사용하고 오염 물질을 배출시키기 위한 배기 장치를 설치한다. 또한, 정기적으로 작업장의 납 농도를 측정하여 납의 농도가 허용되는 범위를 넘지 않도록 관리한다. 작업자 근로자들은 납 중독을 조기에 발견하기 위해 정기적으로 건강진단을 받도록 한다. 건강검진에서 이상이 발견된 근로자는 근로지를 변경하고 적절한 치료를 빠른 시일 내에 받아야 한다.

식사 전에는 반드시 손을 씻고 작업장소에서는 음식물의 섭취를 금지한다. 작업 후 퇴근 전에 목욕을 하고 옷을 갈아입고 귀가하도록 한다. 납을 취급하는 공장에서는 방진마스크를 착용하고 작업복이나 보호의를 입고 작업을 하도록 한다. 가정에서는 정기적으로 집의 바닥 등을 청소하고 페인트칠이 된 부분이 있다면 아이들이 그 부분을 빨거나 페인트 가루를 먹지 않도록 주의 한다.

페인트칠 부위를 혼자 제거하거나 덧칠하지 말고 훈련 받은 전문가를 통해 제거하는 게 안전하다. 또한, 아이들의 손, 장난감 및 고무젖꼭지를 비눗물로 자주 씻도록 한다. 납으로 된 수도관을 통해 나온 수돗물을 사용할 때 주의하며 특히, 뜨거운 수돗물은 식수로 사용하지 않는다. 칼슘과 철분이 풍부한 음식을 많이 먹고 사용하고 난 건전지와 형광등을 분리 수거하여 토양이나 하천을 오염시키지 않도록 한다.

생활 가이드 : 납 노출을 예방하기 위해서는 납을 취급하는 작업장에서 일한다면 작업장에서 납 노출이 되지 않도록 예방 수칙을 잘 지키도록 한다. 또한, 납은 작업장뿐만이 아니라 토양 및 대기에도 존재하며 생활용품에도 포함되어 있으므로 납이 들어있을 수 있는 가정용품을 알아두고 어린아이가 빨거나 먹지 않도록 해야 한다. 납 중독이 의심된다면 신속히 체내의 납 농도를 검사하여 납 중독을 조기에 발견하고 더 이상 노출되지 않도록 한다.

식이요법 : 철분과 칼슘은 납이 몸에 흡수되는 것을 예방하는 효과가 있다. 철분이 많이 함유된 육류, 생선, 계란, 콩 등의 음식과 우유, 요구르트, 치즈, 아이스크림 등 칼슘이 풍부한 음식을 섭취한다. 비타민 D는 칼슘의 흡수를 도우며 비타민 C는 항산화 작용이 있으므로 이들을 섭취하는 것도 납 중독에 도움이 될 수 있다. 납 중독이 의심된다면 납으로 된 수도관을 통해 나온 수돗물은 마시지 말고 일반적으로 납 농도가 높은 생선류를 과하게 먹지 않도록 한다.

[네이버 지식백과] 납 중독 [lead poisoning] (서울대학교병원 의학정보, 서울대학교병원)

로마시대에 사용된 꼭지가 달린 납                              수도관 로마시대 목욕탕의 납 배관

앙금 [deposit]

두 종류의 수용액을 섞었을 때, 수용액 속의 이온들이 반응하여 만들어지는 물에 녹지 않는 화합물이다. 앙금생성반응을 이용하면 용액 속에 어떤 이온이 들어있는지 파악할 수 있다.

염화나트륨(NaCl)은 물에 잘 녹아 나트륨이온(Na+)와 염화이온(Cl-)의 두 가지 이온을 만든다. 질산은(AgNO3)도 마찬가지로 물에 녹아 은이온(Ag+), 질산이온(NO3-)의 이온 상태로 존재한다. 염화나트륨 수용액과 질산은 수용액을 섞으면, 밑으로 가라앉는 흰색 물질이 생긴다. 이렇게 두 수용액을 섞었을 때 생기는 침전물을 앙금찌꺼기라고 한다.

염화나트륨 수용액과 질산은 수용액을 섞으면, 전체 용액 속에는 Na+, Cl-, Ag+, NO3-의 네 가지 이온이 존재한다. 이때 이온 상태인 Cl-와 Ag+가 서로 결합하여 염화은(AgCl)을 만든다. 염화은은 물에 대한 용해도가 매우 낮아 거의 녹지 않기 때문에 흰색 앙금을 만들며 밑으로 가라앉게 된다. 이 밖에도 황이온(S2-)과 아연이온(Zn2+)이 만나면 흰색의 황화아연(ZnS) 앙금을 만들며, 납이온(Pb2+)과 아이오딘화이온(I-)이 만나면 노란색의 아이오딘화납(PbI2)를 만든다.

앙금을 만드는 반응은 여러 종류가 있으며, 이러한 앙금생성반응을 이용하여 용액 속에 들어 있는 이온의 종류를 확인할 수 있다. 예를 들어, 용액 속에 Cl-이 들어 있는지, I-이 들어 있는지를 알아내려면, 질산은 용액과 섞어 주면 된다. 만약 Cl-가 들어 있다면 질산은 용액의 Ag+와 반응하여 흰색의 염화은을 만들 것이고, I-가 들어 있다면 노란색의 아이오딘화은(AgI)를 만들 것이다. 이때 앙금의 색깔을 관찰하면 용액 속에 들어 있던 이온이 무엇인지 알 수 있다.

[출처] 앙금 [deposit ] | 네이버 백과사전

앙금생성반응 [-生成反應]

염과 용액 또는 용액과 용액을 섞었을 때 침전물이 생기는 반응이다. 앙금은 특정한 이온끼리 만났을 때 생성되기 때문에 염의 종류를 확인하거나 용액 속에 들어 있는 이온의 종류를 확인할 때 쓰인다.

예를 들어, 앙금생성반응을 이용하여 할로젠 이온을 확인할 수 있다. 할로젠 이온이 녹아 있는 용액에 질산은(AgNO3) 용액을 가하면 다음과 같은 이온반응이 일어난다.

[할로젠원소의 앙금생성반응]

또 다른 예로는 아이오딘화납 앙금생성반응이 있다.

위의 반응식에 따르면 질산납 1분자와 아이오딘화칼륨 2분자가 만나서 1분자의 아이오딘화납이 만들어진다. 즉, 같은 몰농도인 질산납수용액과 아이오딘화칼륨 수용액의 반응 부피비는 1:2이다. 같은 %농도인 두 수용액을 반응시킬 경우에는 질산납과 아이오딘화칼륨 의 분자량의 비가 331:166으로 약 2:1이므로 반응 부피비는 1:1이다. 이외에 앙금을 생성하는 이온은 다음과 같다.[출처] 앙금생성반응 [-生成反應 ] | 네이버 백과사전