포스젠
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1. 개요
포스젠은 화학식 COCl₂를 갖는 무색 기체로, 평면 분자 구조를 가지며, 독특한 냄새를 가지고 있다. 산업적으로는 일산화 탄소와 염소 기체의 반응을 통해 생산되며, 폴리카보네이트, 폴리우레탄 등 합성 수지의 원료로 사용된다. 제1차 세계 대전 중 화학 무기로 사용되었으며, 현재는 화학 무기 금지 조약에 따라 규제받는 물질이다. 포스젠은 물과 반응하여 염화수소와 이산화 탄소를 생성하며, 흡입 시 폐부종을 유발하여 치명적일 수 있다.
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| 포스젠 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
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| IUPAC 명칭 | 카보닐 다이클로라이드 |
| 다른 이름 | 탄산 다이클로라이드 탄소 다이클로라이드 옥사이드 탄소 옥시클로라이드 카보닐 클로라이드 CG 클로로폼일 클로라이드 콜롱지트 다이클로로폼알데하이드 다이클로로메탄알 다이클로로메타논 |
| 화학식 | COCl2 |
| 몰 질량 | 98.92 g/mol |
| 외관 | 무색 기체 |
| 냄새 | 썩은 건초 또는 풀과 같은 질식시키는 냄새 |
| 밀도 | 4.248 g/L (15 °C, 기체) 1.432 g/cm³ (0 °C, 액체) |
| 용해도 | 불용성, 반응함 |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 벤젠, 톨루엔, 아세트산에 용해됨, 알코올과 산에서 분해됨 |
| 녹는점 | -118 °C |
| 끓는점 | 8.3 °C |
| 증기압 | 1.6 atm (20°C) |
| 자기 감수율 | -48·10⁻⁶ cm³/mol |
| 분자 모양 | 삼각 평면 |
| 쌍극자 모멘트 | 1.17 D |
| 위험성 | |
| GHS 그림 문자 | |
| 신호어 | 위험 |
| H 문구 | H330 H314 |
| P 문구 | P260 P280 P303+361+353+315 P304+340+315 P305+351+338+315 P403 P405 |
| NFPA 704 | 보건: 4 화재: 0 반응성: 1 |
| 인화점 | 불연성 |
| TLV | 0.1 ppm (1 ppm = 4 mg/m³) |
| PEL | TWA 0.1 ppm (0.4 mg/m³) |
| IDLH | 2 ppm (1 ppm = 4 mg/m³) |
| REL | TWA 0.1 ppm (0.4 mg/m³) C 0.2 ppm (0.8 mg/m³) [15분] |
| LC50 | 500 ppm (인간, 1분) 340 ppm (쥐, 30분) 438 ppm (생쥐, 30분) 243 ppm (토끼, 30분) 316 ppm (기니피그, 30분) 1022 ppm (개, 20분) 145 ppm (원숭이, 1분) 1 ppm은 4 mg/m³임 |
| LCLo | 3 ppm (인간, 2.83시간) 30 ppm (인간, 17분) 50 ppm (포유류, 5분) 88 ppm (인간, 30분) 46 ppm (고양이, 15분) 50 ppm (인간, 5분) 2.7 ppm (포유류, 30분) 1 ppm은 4 mg/m³임 |
| 관련 화합물 | |
| 관련 화합물 | 티오포스젠 폼알데하이드 탄산 요소 일산화 탄소 클로로폼산 포스젠 옥심 |
2. 구조 및 기본 특성
포스젠은 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론에 의해 예측된 평면 분자이다. C=O 거리는 1.18 옹스트롬이며, C−Cl 거리는 1.74 옹스트롬이고, Cl−C−Cl 각도는 111.8°이다.[10] 20℃에서는 기체이며, 끓는점은 8℃이다. 순수한 포스젠은 독특한 푸른 풀 냄새가 나지만,[48] 저순도 물질이나 희석된 물질은 목재나 짚의 부패 냄새가 난다. 물이 있으면 가수분해를 받아 이산화 탄소와 염화 수소를 생성한다.
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2. 1. 분자 구조
원자가 껍질 전자쌍 반발 이론에 따라 예측된 평면 분자이다. C=O 결합 길이는 1.18 옹스트롬이며, C-Cl 결합 길이는 1.74 옹스트롬이고, Cl-C-Cl 결합 각도는 111.8°이다.[10] 포스젠은 탄소 옥소할로겐화물이며, 형식적으로 탄산에서 파생된 가장 간단한 아실 클로라이드 중 하나로 간주될 수 있다.2. 2. 화학적 성질
원자가 껍질 전자쌍 반발 이론에 의해 예측된 평면 분자이다. C=O 거리는 1.18 옹스트롬이며, C−Cl 거리는 1.74 옹스트롬이고, Cl−C−Cl 각도는 111.8°이다.[10] 탄소 옥소할로겐화물이며, 형식적으로 탄산에서 파생된 가장 간단한 아실 클로라이드 중 하나로 간주될 수 있다.20℃에서는 기체이다. 끓는점은 8℃이며, 순수한 포스젠은 독특한 푸른 풀 냄새가 나지만[48], 독가스로 사용되는 것과 같은 저순도 물질이나 희석된 물질은 목재나 짚의 부패 냄새가 난다고 한다.
물이 있으면 가수분해를 받아 이산화 탄소와 염화 수소를 생성한다.
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3. 제조 및 생산
산업적으로 포스젠은 정제된 일산화 탄소와 염소 기체를 다공성 활성탄 층을 통과시켜 생산하며, 활성탄은 촉매 역할을 한다.[9] 이 반응은 발열 반응이며, 200 °C 이상에서는 포스젠이 일산화 탄소와 염소로 분해된다.[9]
포스젠은 비교적 간단하게 생산할 수 있지만, 화학 무기 금지 조약에 따라 스케줄 3 물질로 지정되어 있어 대량 화물 운송은 위험하다. 대신 "요청 시" 공정 방식으로, 같은 공장 내에서 생산 및 소비하여 생산 및 소비 속도를 동일하게 유지하고 시스템 내 포스젠 양을 낮게 유지하여 사고 발생 시 위험을 줄인다. 일부 배치 생산도 이루어지지만, 저장되는 포스젠 양을 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다.[11]
3. 1. 산업적 합성법
정제된 일산화 탄소와 염소 기체를 활성탄 촉매에 통과시켜 생성한다.[60] 반응식은 다음과 같다.:CO + Cl₂ → COCl₂ (Δ''H''rxn = −107.6 kJ/mol)
이 반응은 발열 반응이므로 반응기를 냉각해야 한다. 반응 온도는 보통 50-150 °C 사이에서 유지된다. 200 °C 이상에서는 포스젠이 다시 일산화 탄소와 염소로 분해될 수 있다.[60] 1989년 기준 포스젠의 세계 생산량은 대략 2740000ton에 달한다.[60]
3. 2. 우발적 생성
단순한 유기염소 화합물은 자외선(UV) 조사에 노출되면 산소의 존재하에서 서서히 포스젠으로 변환된다.[12] 사염화 탄소는 공기 중에서 열에 노출되면 포스젠을 생성할 수 있다. 이는 사염화 탄소가 효과적인 소화제였고 한때 소화기에 널리 사용되었기 때문에 문제였다.[15] 밀폐된 공간에서 화재를 진압하는 데 사용하다 사망한 사례가 보고되었다.[16] 사염화 탄소는 포스겐을 생성하고 자체적인 독성을 지니고 있어 더 이상 이 목적으로 사용되지 않는다.[15] 포스젠은 또한 클로로포름의 대사산물로 생성되며, 이는 시토크롬 P-450의 작용을 통해 발생할 가능성이 높다.[17]4. 용도
포스젠은 1812년에 처음 합성되었으며, 일산화 탄소와 염소를 다공성 탄소 촉매를 사용하여 합성한다.[48] 폴리카보네이트, 폴리우레탄 등 합성 수지의 원료로 사용된다.
유기 합성 분야에서 포스젠은 알코올과 반응하여 탄산 에스터를, 아민과 반응하여 요소 또는 이소시아네이트를, 카르복실산과 반응하여 산 염화물을 생성하는 등 다양한 용도로 사용된다. 하지만 맹독성 기체인 포스젠은 실험실에서 다루기 어렵기 때문에, 최근에는 트리포스젠이 대체 시약으로 사용된다. 트리포스젠은 안정적인 고체이지만, 트리에틸아민이나 활성탄의 작용으로 분해되어 in situ에서 3당량의 포스젠을 발생시킨다.
프레온이 가열될 때에도 포스젠이 발생하므로, 난방 기구를 사용하는 겨울철에는 중독 사고에 유의해야 한다. 실내 공기에 염소를 포함한 유기성 가스가 있거나, 염소와 유기성 가스가 존재하는 경우 방전식 공기 청정기를 사용하면 중독 사고가 발생할 수 있다.
포스젠은 독성이 강하여 화학 무기(독가스, 질식제)로 지정되어 있으며,[49][50] 제1차 세계 대전에서 대량으로 사용되었다.[51] 구 일본군은 "아오제"라고 칭했다.[52] 현재 일본에서는 화학 무기 금지 및 특정 물질 규제 등에 관한 법률에 따라 제2종 지정 물질·독성 물질로 규제받는다.
4. 1. 산업적 이용
포스젠은 다이올과 반응하여 카보네이트를 생성하는데, 이는 선형 또는 고리형일 수 있다.[9] 예를 들어 비스페놀 A와 포스젠을 반응시키면 폴리카보네이트가 만들어진다.[9] 디아민과 포스젠을 반응시키면 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)와 같은 디이소시아네이트가 생성된다. 이 반응에서는 수율을 높이고 불필요한 반응을 줄이기 위해 과량의 포스젠을 사용한다. 남은 포스젠은 최종 제품에서 분리되어 다시 공정에 사용되며, 활성탄 촉매를 이용해 물과 반응시켜 제거한다. 디이소시아네이트는 폴리우레탄 생산에 사용된다.포스젠의 90% 이상은 이러한 폴리카보네이트 및 폴리우레탄 생산 공정에 사용된다. 주요 생산 시설은 미국(텍사스 및 루이지애나), 독일, 상하이, 일본 및 대한민국에 위치해 있으며, 주요 생산 기업으로는 다우 케미컬(Dow Chemical), 코베스트로(Covestro), BASF가 있다. 포스젠은 살충제 전구체(예: 메틸 이소시아네이트(MIC))로 사용되는 모노이소시아네이트를 만드는 데에도 사용된다.
포스젠은 카르복실산에서 아실 클로라이드를 만드는 데에도 사용되지만, 보통은 염화티오닐이 대신 사용된다. 포스젠은 화학 공업에서 중요한 화합물로, 폴리카보네이트와 폴리우레탄 같은 합성 수지를 만드는 데 사용된다.
4. 2. 유기 합성 반응
포스젠은 유기 기질과의 반응, 즉 포스겐화를 통해 다양한 유기 화합물을 합성하는데 사용된다.[9]- 아민 → 이소시아네이트: 포스젠은 아민과 반응하여 이소시아네이트를 생성한다. 이 반응은 포스젠의 친전자성을 이용한 것으로, "CO2+" 신톤을 도입하는 것과 같다.[19] 이 반응은 피리딘과 같은 염기의 존재 하에 실험실 규모로 수행된다.
- 클로로포름산염 생성: 포스젠은 클로로포름산염 (예: 벤질 클로로포름산염)을 생성하는 데 사용된다. 이러한 합성은 해당 탄산 에스터의 형성을 방지하기 위해 포스겐을 과량으로 사용한다.
- 아미노산 N-카르복시무수물 생성: 아미노산과 반응하여 아미노산 N-카르복시무수물을 생성한다.
- 기타 반응:
- 다이올의 포스겐화는 선형 또는 고리형 카보네이트를 생성한다.[9]
- 비스페놀 A와 포스겐의 반응으로 폴리카보네이트를 형성하는 것이 그 예시이다.[9]
- 디아민의 포스겐화는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)와 같은 디이소시아네이트를 생성하며, 이는 폴리우레탄의 전구체이다.
포스젠은 맹독성 기체이기 때문에 실험실 수준에서 사용하기 어렵다. 따라서 디포스젠(액체), 트리포스젠(결정성 고체)과 같은 대체 시약이 개발되어 사용된다.[21] 트리포스젠은 트리에틸아민이나 활성탄의 작용으로 분해되어 in situ에서 3당량의 포스겐을 발생시켜 포스겐에 비해 취급이 용이하다.
5. 반응
포스젠은 물과 반응하여 염화 수소와 이산화 탄소를 방출하며, 암모니아와 접촉하면 요소로 변환된다. 삼불화 질소 및 삼브롬화 알루미늄과의 할로겐 교환 반응으로 각각 플루오르화 카보닐과 브롬화 카보닐이 생성된다.[9]
5. 1. 가수 분해
포스젠은 물과 반응하여 염화 수소와 이산화 탄소를 방출한다.[9]: 물이 있으면 가수 분해를 받아 이산화 탄소와 염화 수소를 생성한다.[48]
5. 2. 암모니아와의 반응
포스젠은 암모니아와 반응하여 요소로 변환된다. 반응식은 다음과 같다.[9]:
5. 3. 할로겐 교환 반응
삼불화 질소 및 삼브롬화 알루미늄과의 할로겐 교환 반응으로 각각 카보닐 플루오라이드(Carbonyl fluoride|영어)과 카보닐 브로마이드(Carbonyl bromide|영어)이 생성된다.[9]6. 역사
포스젠은 1812년 콘월 출신의 영국 화학자 존 데이비가 일산화 탄소와 염소 기체를 섞은 혼합물을 햇빛에 노출시켜 합성하면서 만들어졌다. 존 데이비는 빛을 사용하여 반응을 촉진한다는 의미를 담아, 그리스어 φῶς|phosgrc(빛)와 γεννάω|gennaōgrc(낳다)를 따서 "포스젠"으로 이름지었다.[18] 19세기에 들어서면서 포스젠은 특히 염료 제조 분야를 중심으로 화학 산업에서 점차 중요한 위치를 차지하게 되었다.
화학 공업 분야에서 중요한 화합물로, 일산화 탄소와 염소를 다공성 탄소 촉매를 사용하여 합성한다. 폴리카보네이트, 폴리우레탄 등 합성 수지의 원료로 사용된다. 유기 합성 분야에서는 알코올과 반응하여 탄산 에스터를, 아민과 반응하여 요소 또는 이소시아네이트를, 카르복실산과 반응하여 산 염화물을 생성하는 등 다양한 용도로 쓰인다. 하지만 맹독성 기체인 포스젠은 실험실에서 사용하기 어려워, 최근에는 비스(트리클로로메틸) 탄산염(통칭 트리포스겐)이 대체 시약으로 사용되고 있다.
프레온이 가열될 때도 포스젠이 발생하므로, 겨울철 난방 기구를 사용할 때 중독 사고가 발생하기 쉽다.
포스젠은 독성이 강하여 화학 무기(독가스·질식제)로 지정되어 있다.[49][50] 제1차 세계 대전에서 대량으로 사용되었으며,[51] 구 일본군은 "아오제"라고 칭했다.[52] 현재 일본에서는 화학 무기 금지 및 특정 물질 규제 등에 관한 법률에 따라 제2종 지정 물질·독성 물질로 규제받고 있다.
6. 1. 초기 역사
포스젠은 1812년 콘월 출신의 영국 화학자 존 데이비 (1790–1868)가 일산화 탄소와 염소 기체를 섞은 혼합물을 햇빛에 노출시켜 합성하면서 만들어졌다.[18] 존 데이비는 빛을 사용하여 반응을 촉진한다는 의미를 담아, 그리스어 φῶς|phosgrc(빛)와 γεννάω|gennaōgrc(낳다)를 따서 "포스젠"으로 이름지었다.[18] 19세기에 들어서면서 포스젠은 특히 염료 제조 분야를 중심으로 화학 산업에서 점차 중요한 위치를 차지하게 되었다.6. 2. 화학 무기로서의 사용
제1차 세계 대전 당시 독일과 영국을 포함한 여러 국가에서 화학 무기로 포스젠을 사용하였다.[51] 프랑스에 의해 처음으로 화학 무기로 사용되었으며,[24] 염소와 혼합하여 사용되기도 하였다.[25][26] 염소는 더 밀도가 높은 포스젠을 확산시키는 데 도움을 주었다. 포스젠은 염소보다 강력했지만, 일부 증상은 24시간 이상 나타나지 않았다.
중일 전쟁 동안 일본 제국 육군이 중화민국에 대해 제한적으로 사용하였다.[30] 포스겐과 같은 가스 무기는 일본 제국 육군의 731 부대에 의해 생산되었다. 제1차 세계 대전 이후, 여러 국가에서 포스젠을 비축하였다.[27][28][29]
화학 무기 금지 기구의 화학 무기 금지 협약의 일정 3 물질 목록에 등재되어 있다. 연간 30톤 이상을 생산하는 모든 생산 시설은 OPCW에 신고해야 한다.[22] 다른 많은 화학 무기, 예를 들어 사린과 비교했을 때 포스겐은 독성이 덜하지만, 타분, 즉 1세대 신경 작용제와 같은 더 기술적으로 진보된 화학 무기에 비해 제조 요건이 간단하기 때문에 여전히 실행 가능한 화학전 제제로 간주된다.[23] 구 일본군은 "아오제"라고 칭했다.[52]
7. 안전성 및 독성
포스젠은 냄새를 알아차리기 어렵고 증상이 천천히 나타날 수 있어서 은밀한 독극물이다.[31] 저농도에서는 갓 벤 풀이나 푸른 옥수수 냄새처럼 쾌적한 냄새가 날 수 있지만,[32] 썩은 바나나 껍질처럼 달콤한 냄새로 묘사되기도 한다. 포스젠의 냄새 감지 역치는 0.4 ppm으로, 노출 기준 (시간 가중 평균)의 4배이다.
높은 독성은 폐 허파꽈리(기체 교환 부위)의 단백질에 있는 , 및 그룹에 포스젠이 작용하여 각각 에스터, 아미드 및 티오에스터 작용기를 형성하기 때문에 발생한다. 이로 인해 혈액-공기 장벽이 파괴되어 결국 폐부종이 발생한다. 허파꽈리 손상의 정도는 주로 흡입된 공기 중의 포스젠 농도에 달려 있지 않으며, 투여량(흡입된 포스젠의 양)이 중요한 요인이다.[33] 투여량은 "농도" × "노출 시간"으로 대략 계산할 수 있다.[33][34]
따라서 우발적인 포스젠 누출 위험이 있는 작업장의 사람들은 보통 코와 입 가까이에 지표 배지를 착용한다.[35] 이러한 배지는 대략적인 흡입량을 나타내며, 모니터링된 투여량이 안전 한계를 초과하면 즉시 치료를 받을 수 있다.[35]
낮거나 중간 정도의 포스젠을 흡입한 경우에는 노출된 사람을 모니터링하고 예방적 치료를 받게 한 후 몇 시간 후에 퇴원시킨다. 더 많은 양의 포스젠을 흡입한 경우 (150 ppm × 분 이상) 폐부종이 종종 발생하며, 이는 방사선 촬영으로 감지할 수 있으며, 산소 포화도의 감소를 통해 알 수 있다. 이러한 고농도의 흡입은 노출 후 몇 시간에서 2~3일 이내에 사망을 초래할 수 있다.
포스젠 흡입과 관련된 위험은 사린이나 타분과 같은 현대 화학 무기에 비해 독성이 낮다는 점 보다는, 전형적인 영향에 기반을 둔다. 즉, 피해자는 부종이 나타날 때까지 몇 시간 동안 증상이 나타나지 않을 수 있으며, 이때는 의료 치료로 돕기에는 너무 늦을 수 있다.[36] 포스젠의 산업 취급으로 인한 우발적인 누출로 인한 거의 모든 사망이 이러한 방식으로 발생했다. 반면에, 적시에 치료된 폐부종은 노출 후 며칠 또는 몇 주가 지나면 주요 후유증 없이 중장기적으로 치유되는 경향이 있다.[37][38] 그럼에도 불구하고, 치료받지 않은 만성적인 저농도 포스젠 노출이 폐 기능에 미치는 유해한 건강 영향을 무시해서는 안 된다.
산업 또는 실험실 환경에서 포스젠이 우발적으로 누출되는 경우, 암모니아 가스로 완화할 수 있다. 액체 유출 (예: 디포스젠 또는 포스젠 용액)의 경우 흡수제와 탄산나트륨을 사용할 수 있다.[39]
7. 1. 독성
포스젠은 냄새를 알아차리기 어렵고 증상이 천천히 나타날 수 있어 은밀한 독극물로 간주된다.[31] 저농도에서는 갓 벤 풀이나 푸른 옥수수 냄새와 비슷한 쾌적한 냄새가 날 수 있지만,[32] 고농도에서는 불쾌한 냄새가 난다. 냄새 감지 역치는 0.4 ppm으로, 노출 기준 (시간 가중 평균)의 4배이다.포스젠이 피부에 닿으면 몇 분에서 1~2시간 사이에 물집, 고름이 생기며, 포스젠과 세포 속의 물이 반응하여 몸속에서 염산이 만들어진다. 피부가 타거나 녹아내리며 치료 방법은 화상 치료법과 동일하다. 하지만 화상과는 달리 사망률이 매우 높아 조기 치료를 받은 사람 외에는 거의 대부분이 죽었다.
흡입 시에는 포스젠이 폐 속으로 들어가 염산과 물을 만들어낸다. 흡입자는 호흡곤란이 일어나며 몇 시간 후에 사망한다.[59] 흡입한 사람들 대부분이 증상이 심각한 폐부종에 걸려 죽었으며 폐가 녹아내리거나 찢어져서 죽은 경우도 있었다.[61] 고농도의 포스젠을 흡입하면 조기에 눈, 코, 기도 등의 점막에서 가수 분해에 의해 생성된 염산에 의해 자극 증상이 발생한다. 무증상 잠복기를 거쳐 폐부종을 일으키며,[48] 잠복기는 수 시간에서, 경우에 따라서는 24시간 이상 지속되는 경우도 있다.[48]
폐부종이 진행되어 잠복기가 지나면 기침, 숨가쁨, 호흡 곤란, 흉부 압박감, 흉통 등의 자각 증상이 나타난다. 폐부종에 의해 폐포 모세 혈관으로의 산소 운반이 저해되어 저산소증을 일으킨다. 또한 체액이 폐포로 유출됨으로써 혈액 농축을 일으켜 심부전으로 진행된다. 저농도의 포스젠에 장기 노출된 경우에는 폐에 장애를 주어 섬유증, 기능 장애를 일으킬 수 있다. 또한, 며칠이 경과한 후 감염증에 의한 폐렴을 일으키는 경우가 있다.
포스젠에 의한 예방으론 방독면이 있으며, 만약 포스젠을 마셨을 때, 특별한 해독제가 없기 때문에 신선한 공기를 불어넣어 주면서 안정을 시켜야 한다. 탄산 수소 나트륨은 포스젠의 액체 유출을 중화하는데 사용되며, 암모니아로 완화된다.[62]
낮거나 중간 정도의 포스젠을 흡입한 경우에는 노출된 사람을 모니터링하고 예방적 치료를 받게 한 후 몇 시간 후에 퇴원시킨다. 더 많은 양의 포스젠을 흡입한 경우 (150 ppm × 분 이상) 폐부종이 종종 발생하며, 이는 방사선 촬영으로 감지할 수 있으며, 산소 포화도의 감소를 통해 알 수 있다. 이러한 고농도의 흡입은 노출 후 몇 시간에서 2~3일 이내에 사망을 초래할 수 있다.
포스젠 흡입과 관련된 위험은 독성 자체보다는 (이는 사린이나 타분과 같은 현대 화학 무기에 비해 훨씬 낮다) 전형적인 영향에 기반을 둔다. 즉, 피해자는 부종이 나타날 때까지 몇 시간 동안 증상이 나타나지 않을 수 있으며, 이때는 의료 치료로 돕기에는 너무 늦을 수 있다.[36] 포스젠의 산업 취급으로 인한 우발적인 누출로 인한 거의 모든 사망이 이러한 방식으로 발생했다. 반면에, 적시에 치료된 폐부종은 노출 후 며칠 또는 몇 주가 지나면 주요 후유증 없이 중장기적으로 치유되는 경향이 있다.[37][38] 그럼에도 불구하고, 치료받지 않은 만성적인 저농도 포스젠 노출이 폐 기능에 미치는 유해한 건강 영향을 무시해서는 안 된다.
산업 또는 실험실 환경에서 포스젠이 우발적으로 누출되는 경우, 암모니아 가스로 완화할 수 있다. 액체 유출 (예: 디포스젠 또는 포스젠 용액)의 경우 흡수제와 탄산나트륨을 사용할 수 있다.[39]
노출 농도에 따른 증상은 다음과 같다.
| 노출 농도 | 증상 |
|---|---|
| 3 ppm | 즉시 증상이 나타나지는 않지만, 일반적으로 24시간 이내에 지연성 증상이 나타난다. 상기도 자극, 눈 자극 |
| 25 ppm | 30분 이상 노출 시 치명적 |
| 50 ppm | 즉시 치료하지 않으면, 단시간 노출에도 치명적 |
7. 2. 건강에 미치는 영향
포스젠이 건강에 미치는 영향은 다음과 같다.- 피부 접촉: 피부에 닿으면 몇 분에서 1~2시간 사이에 물집, 고름이 생기며, 세포 속 물과 반응하여 염산이 만들어진다. 피부가 타거나 녹아내리며, 치료 방법은 화상 치료법과 동일하다. 하지만 화상과는 달리 사망률이 매우 높아 조기 치료를 받지 않으면 대부분 사망한다.[59]
- 흡입: 흡입 시 포스젠이 폐 속으로 들어가 염산과 물을 만든다. 흡입자는 호흡 곤란을 겪으며 몇 시간 후에 사망할 수 있다.[59] 흡입한 사람들 대부분은 증상이 심각한 폐부종으로 사망했으며, 폐가 녹아내리거나 찢어져서 사망한 경우도 있었다.[61] 포스젠의 높은 독성은 폐 허파꽈리의 단백질에 작용하여 혈액-공기 장벽을 파괴하고, 결국 폐부종을 유발하기 때문이다. 허파꽈리 손상 정도는 흡입된 포스젠 농도보다는 투여량(흡입된 포스젠의 양)에 따라 결정된다.[33] 투여량은 "농도 × 노출 시간"으로 계산할 수 있다.[33][34]
- 잠복기: 포스젠은 냄새를 알아차리기 어렵고 증상이 천천히 나타날 수 있어 은밀한 독극물이다.[31] 무증상 잠복기는 수 시간에서, 경우에 따라 24시간 이상 지속될 수 있다.[48] 잠복기가 지나면 기침, 숨가쁨, 호흡 곤란, 흉부 압박감, 흉통 등의 증상이 나타나며, 폐부종으로 인해 폐포 모세 혈관으로의 산소 운반이 저해되어 저산소증을 일으킨다. 또한 체액이 폐포로 유출되어 혈액 농축을 일으켜 심부전으로 진행될 수 있다.
- 장기 노출: 저농도의 포스젠에 장기간 노출될 경우 폐 섬유증, 기능 장애를 일으킬 수 있다. 또한, 며칠 후 감염증에 의한 폐렴을 일으키는 경우도 있다.
- 치사량:
| 구분 | 농도 (mg/m3) |
|---|---|
| 사람 점막 자극 | 4 이상 |
| 흡입 시 사람 반수 치사량 | 3,200 |
| 흡입 시 사람 반수 불능량 | 1,600 |
- 노출 농도에 따른 증상:
| 농도 (ppm) | 증상 |
|---|---|
| 3 | 즉시 증상은 없으나, 24시간 이내 지연성 증상 발생, 상기도 및 눈 자극 |
| 25 | 30분 이상 노출 시 치명적 |
| 50 | 즉시 치료하지 않으면 단시간 노출에도 치명적 |
7. 3. 예방 및 응급 처치
포스젠이 피부에 닿으면 몇 분에서 1~2시간 사이에 물집, 고름이 생기며, 포스젠과 세포 속의 물이 반응하여 몸속에서 염산이 만들어진다. 피부가 타거나 녹아내리며 치료 방법은 화상 치료법과 동일하다. 하지만 화상과는 달리 사망률이 매우 높아 조기 치료를 받은 사람 외에는 거의 대부분이 죽었다고 한다.흡입 시에는 포스젠이 폐 속으로 들어가 염산과 물을 만들어낸다. 흡입자는 호흡 곤란이 일어나며 몇 시간 후에 사망한다.[59] 흡입한 사람들 대부분이 증상이 심각한 폐부종에 걸려 죽었으며 폐가 녹아내리거나 찢어져서 죽은 경우도 있었다.[61] 포스젠 예방은 방독면으로 할 수 있으며, 만약 포스젠을 마셨을 때, 특별한 해독제가 없기 때문에 신선한 공기를 불어넣어 주면서 안정을 시켜야 한다.
탄산 수소 나트륨은 포스젠의 액체 유출을 중화하는 데 사용된다. 그러면 암모니아로 완화된다.[62]
저농도에서는 포스젠이 갓 벤 풀이나 푸른 옥수수 냄새처럼 쾌적한 냄새가 날 수 있지만,[32] 썩은 바나나 껍질처럼 달콤한 냄새로 묘사되기도 한다. 포스젠의 냄새 감지 역치는 0.4 ppm으로, 노출 기준(시간 가중 평균)의 4배이다.
낮거나 중간 정도의 포스젠을 흡입한 경우에는 노출된 사람을 모니터링하고 예방적 치료를 받게 한 후 몇 시간 후에 퇴원시킨다. 더 많은 양의 포스젠을 흡입한 경우(150 ppm × 분 이상) 폐부종이 종종 발생하며, 이는 방사선 촬영으로 감지할 수 있으며, 산소 포화도의 감소를 통해 알 수 있다. 이러한 고농도의 흡입은 노출 후 몇 시간에서 2~3일 이내에 사망을 초래할 수 있다.
포스젠 흡입과 관련된 위험은 독성 자체보다는 전형적인 영향에 기반을 둔다. 즉, 피해자는 부종이 나타날 때까지 몇 시간 동안 증상이 나타나지 않을 수 있으며, 이때는 의료 치료로 돕기에는 너무 늦을 수 있다.[36]
적시에 치료된 폐부종은 노출 후 며칠 또는 몇 주가 지나면 주요 후유증 없이 중장기적으로 치유되는 경향이 있다.[37][38] 그럼에도 불구하고, 치료받지 않은 만성적인 저농도 포스젠 노출이 폐 기능에 미치는 유해한 건강 영향을 무시해서는 안 된다.
산업 또는 실험실 환경에서 포스젠이 우발적으로 누출되는 경우, 암모니아 가스로 완화할 수 있다. 액체 유출의 경우 흡수제와 탄산나트륨을 사용할 수 있다.[39] 고농도의 포스젠을 흡입하면 조기에 눈, 코, 기도 등의 점막에서 가수 분해에 의해 생성된 염산에 의해 자극 증상이 발생한다.
무증상 잠복기를 거쳐 폐부종을 일으킨다.[48] 잠복기는 수 시간에서, 경우에 따라서는 24시간 이상 지속되는 경우도 있다.[48]
폐부종이 진행되어 잠복기가 지나면 기침, 숨가쁨, 호흡 곤란, 흉부 압박감, 흉통 등의 자각 증상이 나타난다. 폐부종에 의해 폐포 모세 혈관으로의 산소 운반이 저해되어 저산소증을 일으킨다. 또한 체액이 폐포로 유출됨으로써 혈액 농축을 일으켜 심부전으로 진행된다.
저농도의 포스젠에 장기 노출된 경우에는 폐에 장애를 주어 섬유증, 기능 장애를 일으킬 수 있다. 또한, 며칠이 경과한 후 감염증에 의한 폐렴을 일으키는 경우가 있다.
- 사람의 점막을 자극: 4mg/m3 이상
- 흡입 사람 반수 치사량: 3200mg/m3
- 흡입 사람 반수 불능량: 1600mg/m3
- 노출 농도에 따른 증상
| 노출 농도 | 증상 |
|---|---|
| 3 ppm | 즉시 증상이 나타나지는 않지만, 일반적으로 24시간 이내에 지연성 증상이 나타난다. / 상기도 자극, 눈 자극 |
| 25 ppm | 30분 이상 노출 시 치명적 |
| 50 ppm | 즉시 치료하지 않으면, 단시간 노출에도 치명적 |
해독제는 존재하지 않는다. 치료는 주로 폐수종에 대한 대처를 하게 된다. 눈의 각막이 손상될 위험이 있는 경우에는 세척을 실시한다. 폐렴 등의 감염증에 대한 예방 조치를 취한다. 방호 조치로서는, 흡입을 하지 않도록 방독면을 사용한다.[48]
제1차 세계 대전에서 독가스로 사용되었을 때, 확산되어 저농도가 된 포스젠에 장시간 노출된 병사가 20~80시간 후에 갑자기 증세가 악화되어 사망하는 사례가 다수 있었다. 이 때문에, 노출된 경우에는 저농도라도 3일 정도의 경과 관찰을 할 필요가 있다.
8. 규제
포스젠은 화학 무기 금지 협약의 일정 3 물질 목록에 등재되어 있으며, 연간 30톤 이상 생산하는 모든 시설은 OPCW에 신고해야 한다.[22] 사린 등 다른 많은 화학 무기보다 독성은 덜하지만, 타분과 같은 1세대 신경 작용제에 비해 제조가 간단하여 여전히 사용 가능한 화학전 제제로 간주된다.[23]
대한민국에서는 화학무기 금지 및 특정물질 규제 등에 관한 법률에 따라 포스젠이 제2종 지정 물질 및 독성 물질로 규제된다.[49][50]
8. 1. 국제 규제
화학 무기 금지 협약의 일정 3 물질 목록에 등재되어 있다. 연간 30톤 이상을 생산하는 모든 시설은 OPCW에 신고해야 한다.[22] 사린과 같은 다른 많은 화학 무기에 비해 독성이 덜하지만, 타분과 같은 1세대 신경 작용제에 비해 제조가 간단하여 여전히 사용 가능한 화학전 제제로 간주된다.[23]8. 2. 대한민국 규제
대한민국에서는 화학무기 금지 및 특정물질 규제 등에 관한 법률에 따라 포스젠이 제2종 지정 물질 및 독성 물질로 규제된다.[49][50]9. 사고 사례
포스젠 관련 주요 사고는 다음과 같다.
| 발생일 | 발생 장소 및 내용 |
|---|---|
| 1928년 5월 | 독일 함부르크에서 포스겐 11톤 누출, 300명 중독, 10명 사망.[40] |
| 2010년 1월 | 미국 웨스트버지니아 듀폰 시설에서 포스겐 가스 누출, 직원 1명 사망.[41] |
| 2016년 5월 | 대한민국 BASF 공장 포스겐 누출, 하청업체 직원 사망.[43] |
| 2023년 오하이오 열차 탈선 사고 | 미국 오하이오주 이스트 팔레스타인에서 화물 열차 탈선, 포스겐 및 염화수소 방출, 오하이오 강 오염.[44] |
9. 1. 주요 사고
- 1928년 5월 함부르크에서 11톤의 포스겐이 누출되는 사고가 발생했다.[40] 이 사고로 300명이 중독되었고, 그중 10명이 사망했다.[40]
- 2010년 1월에는 웨스트버지니아에 있는 듀폰 시설에서 포스겐 가스가 누출되어 직원 1명이 사망하는 사고가 발생했다.[41] 미국 화학 안전 위원회는 이 사고에 대한 영상을 공개했다.[42]
- 2016년 5월, 대한민국 BASF 공장에서 포스겐 누출 사고가 발생하여 하청업체 직원이 사망했다.[43]
- 2023년 오하이오 열차 탈선 사고: 비닐 클로라이드를 운반하던 화물 열차가 오하이오주 이스트 팔레스타인에서 탈선, 화재가 발생하여 포스겐과 염화수소가 대기 중으로 방출되고 오하이오 강이 오염되었다.[44]
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