[알기쉬운 과학속으로]아주 작은 물질의 질량 측정하기


우리는 주변 일상에서 많은 물질의 질량을 측정한다. 예를 들어본다면, 아기의 건강상태를 확인하기 위하여 병원에서는 아기의 몸무게 (혹은 질량)를 측정한다.

뚱뚱하지 않은 몸매가 미의 기준중 하나인 현대의 사회에서 체중계를 이용하여 아침, 저녁으로 자신의 질량을 측정하는 사람들이 많이 있다. 식료품점에서 과일이나 야채를 살 경우에 우리는 무게를 측정하여 그에 해당하는 값을 지불한다. 이렇듯 질량을 측정하는 일은 우리 생활과 밀접한 연관성이 있다.

그런데 위에서 제시한 예들은 눈으로 볼 수 있고 또 만질 수 있는 물질들의 질량을 재는 것이다. 그렇다면 눈에도 보이지 않는, 아주 작은 물질들의 질량을 측정하는 것은 어떨까? 우리의 생활과 어떤 관련성이 있을까?

우리는 병이 나면 약을 먹는다. 약국에서 사는 약은 눈으로 볼 수 있고 만질 수 있을 만한 크기의 물질이다. 그러나 약에서 병을 치료 하는 성분들은 눈에 보이지 않는 작은 분자로 이루어져 있다.

즉 우리의 병을 치료하는 약을 만들려면 작은 물질들의 성질을 측정하여야 한다. 약이 제대로 만들어 졌는지 혹시 다른 불순물질이 섞여 있지 않은지를 알려면 약을 구성하는 물질들의 질량을 측정하여 확인할 수 있다.

다른 예로, 지구상의 생명체들이 생존하는데 중요한 물질인 단백질들의 이해를 들 수 있다. 생명체들은 많은 단백질로 이루어져 있어 이들의 기능과 구조을 이해하는 것은 매우 중요하다.

암등 질병의 원인을 찾아내고 치료법을 개발하는데 단백질들의 기능과 성질을 연구하는 것이 필수적이다. 이러한 연구를 수행함에 있어서 단백질등 생물질의 질량을 측정하는 것은 중요한 역할을 하고 있다.

이렇듯 아주 작은 물질들의 질량을 재는 것은 우리 일상 생활에서 큰 역할을 하고 있다. 이러한 중요성을 말해주는 예로, 단백질 등 생체물질의 질량을 측정하는 방법을 개발한 두명의 과학자에게 2002년 노벨화학상이 수여되었다는 사실을 들 수 있다.

약이나 단백질의 생체물질들은 작은 질량값을 가진다고 했는데, 얼마나 작은 것일까? 대략적으로 단백질의 질량을 측정하는 단위는 1g 을 1023 으로 나눈 값이다. 비유를 하자면 대략 고기 한근(200g)을 사서 그것을 1조(109)번 나누고, 1조번으로 나눈 조각을 다시 1조번 나눈 정도의 적은 값이다.

그렇다면 이렇듯 작은 질량값을 어떻게 측정할까? 이러한 물질들을 체중계를 이용하여 질량을 잴 수는 없을 것이다. 식료품점에서 고기를 살 때 이용하는 저울로도 측정할 수 없다. 작은 물질들의 질량을 측정하기 위하여 우리는 위에서 언급된 체중계나 저울보다 훨씬 크고 복잡한 장비가 필요하다.

그렇다면 왜 이렇게 많은, 다양한 장비가 필요한 것일까? 그 이유는 다음의 비유를 통하여 알 수 있다. 어떤 사람이 1억원이 넘는 고가 자동차를 구입하였다. 이 자동차는 그 사람이 고속도로를 다니거나 장거리 운전을 할 때 편안함을 제공함으로써 그 역할을 할 것이다.

그런데 그 사람이 이사를 가게 되어서 집안의 가구를 운반해야 한다면 어떨까? 비싼 차를 샀으니 이사도 할 수 있어야 한다고 말할 수 있을까? 물론 아닐 것이다. 가구를 운반하려면 다른 형태의 차, 즉 트럭이 필요할 것이다.

마찬가지로 질량분석기들은 각 장비들마다 장점과 단점을 가지고 있다. 다양한 장비를 보유하고 운영함으로써 각 장비들의 장점을 조합하여 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있다.

한국기초과학지원연구원에서 운영하는 장비들은 가격이 수억에서 수십억에 달하는 고가에 달하는 다수의 질량분석기를 보유하고 운영있으며 전문적인 운영 경험과 지식이 필요하다.

이렇듯 질량분석은 혹은 질량을 측정하는 일은 우리의 생활과 밀접한 관련을 맺고 있다. 독자들 중에서 작은 물질들의 질량을 질량분석기로 측정하는 일이 궁금하신 분들은 한국기초과학지원연구원에서 운영중인 “일일 과학자” 프로그램을 통하여 직접 경험하실 수 있다.

/김성환 박사(한국기초과학지원연구원 질량분석연구부)








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