Figure 2는 카펫과 층간소음매트 기질에 휘발유와 경유를 도포한 후 연소면적(30%, 50%, 100%)에 따른 잔류 유류 성분의 GC-MS 검출량 변화를 나타낸 결과이다. 카펫 기질의 경우, 연소면적이 증가할수록 시편 내 잔류 휘발유 성분이 큰 폭으로 감소하였으나, 100% 전체면적에서 연소된 시편(Figure 2(a3))에서도 여전히 GC-MS 크로마토그램 내 식별 가능한 휘발유 피크 패턴들이 검출되었다. 휘발유 또는 경유가 도포 및 연소된 카펫 시편의 주요 성분을 분석해보면, 휘발유 시편은 toluene, ethylbenzene, p-xylene, mesitylene, indane, 1,2,4-trimethyl-benzene, ocatne, decane 등이 관찰되었으며, 경유 시편은 주로 알케인계 탄화수소인 octane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane, ocatdecane 등의 성분이 검출되었다. 해당 결과는 ASTM 1618(1)에서 제시하는 유류별 대표성분 데이터와도 대부분 일치한다. 경유를 도포한 카펫 시편에서도 동일하게 100% 전체면적에서 연소 후에도 다량의 경유 성분이 검출되었으며(Figure 2(b3)), 특히 경유의 경우 연소면적이 증가함에도 휘발유보다 잔류 유류성분의 신호 세기가 높게 유지되었다. 이는 휘발유와 경유의 분자량 조성에 의한 휘발성 차이로, 상대적으로 휘발유 성분은 연소⋅가열 중 쉽게 기화⋅소실되지만 경유 성분은 높은 끓는점으로 인해 잔류량이 높아, 자유연소 후에도 경유 고유의 탄화수소 패턴인 n-알케인계 피크가 명확하게 확인되었다. ASTM E1618(1) 표준 내 분류에 따라, 본 연구 결과에서도 카펫 기질 시편의 GC-MS 크로마토그램 상에 휘발유 특유의 저비점 방향족 화합물들이 넓은 범위에 걸쳐 나타났으며, 경유의 경우 연소 후에도 C10 이상의 고분자 탄화수소 피크군이 높게 검출되는 것을 확인하였다.

층간소음매트 기질의 경우(Figures 2(c1)～2(c3), 2(d1)～2(d3)), 연소가 진행됨에 따라 잔류 유류 성분의 검출량이 급격히 감소하는 경향을 보였다. 100% 전체면적에서 연소된 층간소음매트 시편에서는 휘발유와 경유 성분 모두 카펫 대비 현저히 낮은 신호 세기를 보였다. 이러한 차이는 기질의 미세구조 및 물리적 특성 차이에서 비롯된다. 카펫은 다층 직물 구조로 유류가 섬유 내부까지 흡수⋅함침되어 잔존하기 쉬우나(3), 층간소음매트는 일반적으로 폴리머 발포체 등 다공성 재질로서 표면장력이 낮은 유류가 기공을 통해 쉽게 증발⋅확산되고 연소 시 기질 자체의 급격한 연소로 인해 유류가 빠르게 소모된다. 또한 층간소음매트의 연소온도가 높아짐에 따라 기질의 용융과 열분해가 복합적으로 진행되어 해당 유류 성분이 기질에 머무르지 못하고 방출되는 효과도 발생한 것으로 판단된다. 실제 선행 연구에서도 합성수지 폼 패드 기질은 연소 과정에서 자체 연소가 격렬하게 진행되어 인화성 액체의 잔류율을 낮추는 것으로 보고되었다(4). 다만, 기질이 강하게 연소된 후에도 층간소음매트 시편에서 일부 소량의 특징적인 유류 성분 피크가 확인된 것은 일부 고비점 탄화수소 성분들이 기질 잔류 탄화물 등에 흡착되어 남았기 때문으로 해석된다. 따라서, 층간소음매트처럼 연소특성이 강한 기질에서는 휘발성이 큰 저분자 유류 성분이 급격히 감소하여 검출이 어려울 수 있으므로, 잔류하는 고분자량 탄화수소 계열 중심의 분석 및 해석이 요구된다. 본 결과는 이는 Figures 3, 4의 소화시험 결과에서도 동일한 경향을 보였다.

Figure 3은 100% 전체면적에서 연소된 시편 카펫, 층간소음매트 시편에 대해 4가지 소화방법인 수계 소화(물), 분말식 소화(ABC 분말), 에어로졸 소화(침윤식), 비수계 고체소화(팽창질석)별 잔류 휘발유 성분의 GC-MS 크로마토그램 변화를 보여준다. 실험 결과 모든 소화 조건에서 휘발유의 주요 성분 피크들이 여전히 검출되어, 화재 중 과도한 소화약제 사용이나 소화수에 노출된 경우에도 GC-MS를 통한 유류의 검출 및 식별이 가능함을 확인하였다. 다만 소화약제 종류에 따라 잔류 유류성분의 신호 세기에는 차이가 나타났는데, 이는 소화 기작과 물리적 작용의 차이에서 기인한 것으로 추정된다(8). 수계 소화의 경우 물이 연소물을 급속 냉각시키고 일부 유류를 씻어내므로 잔류 유류의 양이 다소 감소할 수 있으며, 분말 소화약제(ABC 분말)는 인산염계 분말이 화염에서 용융되며 연소 표면을 코팅함(13)에 따라 표면 내 유류의 추가 기화를 막는 역할을 할 수 있으며, 연소 후에도 잔류 유류 성분이 존재할 수 있다. 에어로졸 소화의 경우, 소화제가 냉각과 질식의 성질을 갖는 비산화성 물질로 유류잔류물의 화학적 변화를 일으킬 가능성 적을 것으로 생각되며, 팽창질석을 활용한 비수계 소화는 인산염계 분말과 같이 미세한 질석 입자가 화염에 투사되어 연소 표면에 달라붙는 얇은 막을 형성하고. 열을 흡수하여 연료를 냉각시키는 과정에서 외부 화학반응에 대한 연소를 차단하므로 유류성분이 잔류 가능할 수 있을 것으로 생각된다. Table 1은 Figure 3 휘발유 시료의 연소⋅소화 후 잔류 성분을 평가하기 위하여 GC-MS 분석에서 선택적 지표 이온(m/z 91, 105)에 대한 EIC를 생성하고, 각 시료의 피크 면적을 산출하였다. 기준 시료(소화 전; Figure 2)의 EIC 면적을 1.0으로 설정한 후, 모든 시료의 면적값을 기준 대비 상대비율로 정규화한 결과이다. 해당 정규화된 면적비는 연소 및 소화 과정에서 유류 성분의 감소하는지를 비교하기 위한 지표로 활용하였다. Table 1 내 Figure 2(a3) 시료와 비교하여 소화약제가 처리된 시료의 휘발유 잔류 성분의 상대비는 상당히 감소함을 알 수 있다. 실제 Figure 3 결과를 보면 모든 소화 시편에서 휘발유의 대표 성분 피크들(toluene, xylene, alkylbenzene)이 확인되었으며, 다만 기질에 따라 검출 양상의 차이는 존재하였다. 카펫 기질 시편은 층간소음매트에 비해 전반적인 신호 세기가 높고, C7-C10 범위의 저분자량 성분의 비율이 상대적으로 크게 나타났다. 이는 앞서 언급한 기질 구조 차이로 인해, 동일한 소화조건에서도 카펫이 더 많은 유류 잔류물을 유지함으로써 휘발성이 큰 성분까지 일부 보존된 결과로 판단된다(8). 반대로 층간소음매트 시편에서는 검출된 휘발유 성분들이 주로 C12 이상의 고분자량 탄화수소의 구성 비율이 높고(Figures 3(b1)～3(b4)), 저분자량 휘발성 성분들의 피크는 신호는 작게 나타났다. 또한 Table 1에서 카펫과 층간소음매트 시료간 EIC 면적 상대비를 계산해보면, m/z = 91 및 Table 1(a1)을 최댓값을 설정할 경우, b1 = 0.038, b2 = 0.040, b3 = 0.034, b4 = 0.039 수준으로 나타나서 카펫 대비 층간소음매트에서의 휘발유 성분 소실이 크게 작용함을 알 수 있다. 결국 소화약제의 사용에도 불구하고 기질 특성이 잔류 성분의 분포에 미치는 영향이 더 크게 나타났으며, 이는 Figure 4의 경유 실험에서도 유사하게 관찰되었다.

Figure 4는 Figure 3과 동일 조건에서 경유를 도포한 시편들에 대한 소화약제별 GC-MS 분석 결과이다. Table 2는 Table 1과 같은 방법으로 Figure 4 경유 시료에 대한 m/z 57, 71에 대한 EIC 피크 면적을 계산한 결과이다. 모든 시편에서 경유 역시 충분한 신호로 검출되어 소화방법에 관계없이 경유성분 식별이 가능함을 보였다. 또한 휘발유에 비해 경유 크로마토그램의 전반적인 피크 패턴인 n-알케인 계열의 피크가 소화 후에도 비교적 온전하게 유지되었다. 실제 Table 2에서는 Table 1과 달리 카펫에서 시험된 시료들의 경유 성분이 잘 보존되는 것을 알 수 있다(Tables 2(a2), 2(a4)와 같이 일부 값이 소화전 시료인 Figure 2(b3)보다 높게 나타난 것은 시료 제작 시 당일 습도 등에 따른 연소가 적게 진행된 영향으로 해석된다). 이는 앞서 언급한 경유 조성의 낮은 휘발성에 기인하며, 다양한 소화약제 사용으로 인한 세부적인 영향보다 화학적 끓는점 차이가 잔류 패턴을 지배함을 증명한다. 다만 세부적으로 살펴보면, 일부 경유 성분 중에서도 상대적으로 경질 성분은 연소 및 소화 과정에서 상당량 소실되어 그 피크 높이가 감소하는 경향을 보였다. 그러나 반면 C14 이상의 중고비점 성분들은 여전히 실험 후에도 높은 n-알케인계 피크를 확인할 수 있다. 이러한 결과는 소화약제에 의한 유기적 간섭보다도 연료 자체의 증발 특성이 잔류 성분 결정에 우세하게 작용함을 나타내며, 이는 실제 화재 현장에서 소화 후에도 중질 유류의 식별이 비교적 용이함을 보여준다. 다만, 전반적으로 카펫 대비 층간소음매트에서 경유 연소 시료(Figure 2(d3)) 대비 소화 시편(Tables 2(b1)～2(b4)) 내 경유 성분의 잔존량이 작게 나타났으며, 이를 해석하기 위한 후속연구가 필요할 것으로 보인다.

Figure 5는 시료 채취의 지연이 유류증거물의 잔류 성분에 미치는 영향을 보기 위해, 연소 전과 연소 후 시편을 각각 4일간 대기 노출한 경우에 대한 GC-MS 분석 결과를 보여준다. 또한 Table 3은 Figure 5의 시료에 대한 EIC 면적 계산 결과로, 각각 Figures 5(a1) 및 5(b1) 면적을 1.0으로 설정한 후, 모든 시료의 면적값을 기준 대비 상대비율로 정규화한 결과이다. 실험결과, 전반적으로 연소를 거치지 않고 상온에서 4일간 자연적으로 휘발된 시편 대비, 연소를 거친 후 4일간 외부에 노출된 시편에서 휘발유 및 경유 성분의 신호 강도가 상당히 감소함을 알 수 있다. 모든 시편에서 4일간의 기화를 통한 toluene, ethylbenzene 등의 저분자량 방향족 성분의 감소가 두드러지게 나타났으나, GC-MS 크로마토그램 상에서 유류의 특징적 패턴은 식별 가능하였다. 또한 경유의 중질 탄화수소는 높은 분자량에 의하여 잔류성이 상대적으로 높게 나타남을 확인할 수 있었다(10). 다만, 세부적으로 살펴볼 때, 층간소음매트에 휘발유를 도포하고 4일간 유지한 Table 3(c1) 시료와 같은 기질에 휘발유를 도포⋅연소 후 4일간 유지한 시편인 Table 3(c2)간 EIC 면적비율이 비슷하게 나타나는 것은 휘발유 방향족 성분의 대기 중 높은 휘발성 성질을 보여주는 것으로써, 4일간 대기 노출이 대부분의 저비점 휘발성 방향족 성분을 소실시킨 것으로 생각된다. 동일 조건의 카펫(Tables 3(a1), 3(a2))의 경우, 내부 미세구조가 휘발유 성분의 휘발을 방해함에 따라 EIC 면적 잔존 비율에 대한 다른 양상을 보인 것으로 판단된다. 경유의 경우, Table 3(d1)에서는 고비점 휘발성분의 유지가 높은 EIC 면적비율값을 나타냈고, 이후 연소가 진행된 시료(Table 3(d2))에서 상당한 경유 성분의 감소가 진행된 것으로 여겨진다.

Figure 6은 화재 시 내부 발생 복사열에 의한 발화⋅연소된 지점 내 유류성분의 잔류 유효성을 알아보기 위하여 각 시편별 외부 온도조건에 따른 시편 내 잔류 유류성분의 변화 양상에 대한 실험결과이다. 각 시편은 카펫, 층간소음매트 기질에 각각 휘발유, 경유로 100% 연소시킨 시편을 각각 100 ℃, 250 ℃ 온도 조건에 5 min간 노출 한 후, 시편 내 잔류된 유류성분을 분석하였다. 해당 실험은 시편의 연소과정 외, 외부 복사열에 의한 시편 내 유류물질의 추가 증발 효과를 확인하기 위함이다. 해당 온도조건은 플래시오버 전⋅후기의 복사⋅대류에 의한 바닥 표면층의 가열온도를 모사하여 100 ℃, 250 ℃로 설정하였다. Table 4 및 Table 5는 Figure 6의 시료별 대한 EIC 면적비율을 계산한 값으로, 각각 외부온도 노출 전 시료인 Figures 2(a3), 2(b3), 2(c3), 2(d3)을 최댓값(1.0)의 기준으로 설정하였다. 100 ℃ 노출 시(Figures 6(a1), 6(a2), 6(b1), 6(b2)) 휘발유와 경유 모든 성분의 피크 면적 상당히 감소하였으며, 특히 휘발유 성분의 감소가 경유보다 높게 나타났다. 이는 상대적으로 저비점인 휘발유 성분들이 100 ℃ 수준의 온도에서도 빠르게 기화됨을 보여준다. 또한 같은 조건에서 층간소음매트 기질 시편의 잔류량이 카펫보다 훨씬 적었는데, 이는 앞서 기술한 바와 같이 기질 내 미세구조 차이로 인한 기화 속도가 다르기 때문이다. 실제 Table 4에서 Table 4(a1)값을 기준으로 나머지 시료의 m/z의 상대비율을 계산해보면, m/z = 91의 경우, c1 = 0.705, b1 = 0.631, d1 = 0.851, m/z = 105의 경우, c1 = 0.641, b1 = 0.567, d1 = 0.576으로 나타난다. 다만 Table 4(d1)의 부분적 값 상승은 250 ℃ 온도 노출에 따른 층간소음매트의 열분해로 일부 방향족 성분의 생성 영향으로 생각된다. 한편 복사열 온도를 250 ℃로 높인 경우(Figures 6(c1), 6(c2), 6(d1), 6(d2)), 거의 모든 휘발유 성분 피크가 소실되고 경유 성분들 역시 대부분 기화하여 잔류 유류의 검출이 어려웠다. 다만 250 ℃ 노출 후에도 카펫 기질의 경유 시편에서는 일부 중질 탄화수소 피크가 소량 검출되었다. 이는 경유의 고분자량 성분들이 250 ℃에서도 완전 기화하지 않고 기질의 탄화물 등에 일부 흡착되어 잔류할 수 있음을 보여준다. 이는 Willis 등(10)의 저온⋅고온 조건에서의 동일 비율로 풍화된 휘발유의 잔류 조성을 비교한 연구의 결과와도 연결된다. 따라서 플래시오버 등 극한의 고온 환경에 노출될 경우 휘발유와 같은 경질 인화성 액체는 잔류 검출이 어려울 수 있으나, 경유와 같은 중질 유류는 온도 조건에 따라 일부 성분이 증거로 남을 가능성이 있다는 것을 시사한다.