GC/MS를 이용한 수질시료 중 2, 4-D와 2, 4, 5-T의 분석에 관한 연구 Determination of 2, 4-D and 2, 4, 5-T in River Water and Drinking Water by Gas Chromatograph/Mass Spectrometer원문보기
Chlorophenoxy acid류는 제초제로 폭넓게 사용되고 있는 농약 중의 하나이다. 특히 2, 4-D와 2, 4, 5-T는 내분비계 장애 물질 중의 하나로 알려져 있다. 본 연구에서는 이 두 가지 물질을 산성하에서 액체-액체 추출법으로 추출한 후 유도체화하여 GC/MS로 분석하였다. 추출용매로 methylene chloride와 diethyl ether를 사용하여 추출율을 비교한 결과 ether를 사용한 경우 2, 4-D는 약 98% 2, 4, 5-T는 약 82%의 좋은 회수율을 보였다. 또한 산성기를 유도체화하기 위하여 $CH_3$I/Acetone -K$_2$CO$_3$와 황산/메탄올로 각각 methylation실험을 행하였고, 산성조건에서 triflouroethanol (TFAA/TEE)과 반응시켜 각각의 검출검도를 비교하였다. 그 결과 TPAA/TEE를 사용하여 반응시킨 결과감도가 좋은 것으로 나타났다.
Chlorophenoxy acid류는 제초제로 폭넓게 사용되고 있는 농약 중의 하나이다. 특히 2, 4-D와 2, 4, 5-T는 내분비계 장애 물질 중의 하나로 알려져 있다. 본 연구에서는 이 두 가지 물질을 산성하에서 액체-액체 추출법으로 추출한 후 유도체화하여 GC/MS로 분석하였다. 추출용매로 methylene chloride와 diethyl ether를 사용하여 추출율을 비교한 결과 ether를 사용한 경우 2, 4-D는 약 98% 2, 4, 5-T는 약 82%의 좋은 회수율을 보였다. 또한 산성기를 유도체화하기 위하여 $CH_3$I/Acetone -K$_2$CO$_3$와 황산/메탄올로 각각 methylation실험을 행하였고, 산성조건에서 triflouroethanol (TFAA/TEE)과 반응시켜 각각의 검출검도를 비교하였다. 그 결과 TPAA/TEE를 사용하여 반응시킨 결과감도가 좋은 것으로 나타났다.
Chlorophenoxy acids are one of the most useful classes of chlorinated herbicides. Specially 2, 4-D and 2, 4, 5-T were known to endocrine distruptors. In this study, these pesticides in water samples were extracted by liquid-liquid extration at acidic conditions and then derivatization of acidic grou...
Chlorophenoxy acids are one of the most useful classes of chlorinated herbicides. Specially 2, 4-D and 2, 4, 5-T were known to endocrine distruptors. In this study, these pesticides in water samples were extracted by liquid-liquid extration at acidic conditions and then derivatization of acidic group was carried out various esterifications using by CH$_3$I/Acetone -K$_2$CO$_3$, H$_2$SO$_4$/MeOH or TFAA/TFE. That result, Sensitivities of TFE derivatized 2, 4-D and 2, 4, 5-T are prior to the others. The recoveries of 2, 4-D and 2, 4, 5-T were 98% and 82% respectively using diethyl ether as an extracting solvent.
Chlorophenoxy acids are one of the most useful classes of chlorinated herbicides. Specially 2, 4-D and 2, 4, 5-T were known to endocrine distruptors. In this study, these pesticides in water samples were extracted by liquid-liquid extration at acidic conditions and then derivatization of acidic group was carried out various esterifications using by CH$_3$I/Acetone -K$_2$CO$_3$, H$_2$SO$_4$/MeOH or TFAA/TFE. That result, Sensitivities of TFE derivatized 2, 4-D and 2, 4, 5-T are prior to the others. The recoveries of 2, 4-D and 2, 4, 5-T were 98% and 82% respectively using diethyl ether as an extracting solvent.
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제안 방법
336이온이 .basepeak로 나타났으며 염소가 3개 포함되어있으므로 336 : 338 = 1 : 1의 비율로 나타났으며, [M- COOCH2CF31+토막이온인 m/z 209이온도 선택 이온으로 정하였다.
반응시켰다. 가열판에서 꺼내어 건조시킨 후 ethylacetate 100(xl5- 녹여 GC/MSD로 분석하였다. 산성조건하에서의 methylation을 위하여 10%의 황산/메탄올 용액을 사용하여 반응 온도와 시간은 동일하게 실험 하였고, THfluoroethylatione 100 p.
5- T는 약 82%의 좋은 회수율을 보였다. 또한 산성 기 를 유도체 화하기 위하여 CH3I/Acetone - K2CO3 와 황산/메탄올로 각각 methylation실험을행하였고, 산성조건에서 triflouroethanol (TFAA/ TFE)과 반응시켜 각각의 검출검도를 비교하였다. 그 결과 TFAA/TFE를 사용하여 반응시킨 결과 감도가 좋은 것으로 나타났다.
추출된 유기 층을 질소로 건조시키고 TFAA (trifluoroacetic anhydride) 100 와 TFE (triflu - oroethanol) 50(X1 를 각각 넣고 80℃에서 1시간 동안 반응시킨다. 반응이 끝나면 상온에서 식힌 후 진공회전 증발기를 이용하여 건조시키고 남은 잔사에 phenan- threne-dl0(10ng/pl)을 함유한 100 μl의 ethyl ace- tate를 넣어 GC/MSD로 분석하여 추출율을 비교하였다.
특히 HPLC (high -perfonnance liquid chromato' graphy)9, ' GC/ECD (electron-capture detec- tor))을 이용한 방법 등이 있다. 본 실험에서는 수질 중에 함되어 있는 2, 4-D와 2, 4, 5-T를 효율적으로 분석하기 위하여 액체-액체추출법으로 전처리한 후 GC/MSD를 이용하여 분석하였으며, 유도체화방법을 여러 가지로 사용하여 그 감도를 비교하였다. 특히 일반적으로 사용되고 있는 황산/ 메탄올을 사용한 methylation과 TFAA/rFE를 이용하여 유도체화 시켰을 때의 감도를 비교하였다.
5- T는 내분비계 장애 물질 중의 하나로 알려져 있다. 본 연구에서는 이 두 가지 물질을 산성 하에서 액체-액체 추출법으로 추출한 후 유도 체화하여 GC/MS로 분석하였다. 추출용매로 methylene chloride와 diethyl ether를 사용하여 추출율을 비 교한 결과 ether를 사용한 경우 2, 4-D는 약 98% 2, 4.
선택하였다. 선택된 이온과 각 물질의 머무른 시간에 따른 이온 선택 분석 법 (selected ion monitoring mode)을 작성하고 macro를 사용하여 2, 4-D와 2, 4, 5-T의 분석 조건을 확립하였다.
수질시료중의 2, 4-D 및 2, 4, 5-T를 GC/MSD로 분석하기 위하여 유도체화 조건을 조사하고 정수장에서 채취한 정수 및 원수 시료와 하천수를 분석한 결과는 다음과 같다.
실제 시료로 정수, 원수 및 하천수에 대하여 diethyl ether를 사용하여 추출하고 TFAA/TFE를사용하여 유도체화 반응을 시킨 후 GC/MSD로 사용하여 SIMmode로 분석하였다.
증류수 200ml< 취하여 농도가 1~l, 000ng/l가되도록 표준 혼합용액을 가하고 내부표준 물질 (2, 4- dichlorophenylacetic acid 10 ng/μl 용액 20(11) 을 넣은 훅 전처리하여 GC/MS로 측정하여 그 결과로 검출한계를 구하고 검량 곡선을 구하였다.
본 실험에서는 수질 중에 함되어 있는 2, 4-D와 2, 4, 5-T를 효율적으로 분석하기 위하여 액체-액체추출법으로 전처리한 후 GC/MSD를 이용하여 분석하였으며, 유도체화방법을 여러 가지로 사용하여 그 감도를 비교하였다. 특히 일반적으로 사용되고 있는 황산/ 메탄올을 사용한 methylation과 TFAA/rFE를 이용하여 유도체화 시켰을 때의 감도를 비교하였다. 2, 4-D와 2, 4, 5-T와 내부 표준 물질로 사용한 2, 4-dicbloro-phenylacetic acid의 구조를 Fig.
표준 혼합용액 을 mass range 50 ~ 600 amu로 Table 1에 나타낸 oven temperature program 에 따라서 각 물질의 질량 스펙트럼을 확인하여 특성 이온을 선택하였다. 선택된 이온과 각 물질의 머무른 시간에 따른 이온 선택 분석 법 (selected ion monitoring mode)을 작성하고 macro를 사용하여 2, 4-D와 2, 4, 5-T의 분석 조건을 확립하였다.
대상 데이터
두 가지 물질 모두 분자이온이검출되었으며, 2, 4-D-TFE의 경우에는 분자 이온인 m/z 302에서 염소이온이 한 개 떨어진 [M- Cl]+ 토막이온이 나타났고, base peak는 [M~ CH2COOCH2CF3]+인 m/z 161 이온이며, 이때 염소가 2개 포함된 경우의 동위원소 효과에 의해 161 : 163:165 = 9:6:1의 비율로 나타났다. 그 이외에 [M-COOCH2CF3]+ 토막이온인 m/z 175도 선택 이온으로 정하였다.
증류수는 Milli-Q 및 Milli-RO sys- tem울 통과한 3차 증류수를 사용하였다. 무수황산나트과 수산화나트륨은 Baker사의 특급시약을구입하여 사용하였다.
본 연구에서 사용된 GC/MSD는 Hewlett-Packard 사의 HP5890 series II plus GC와' 5972 series mass selective detector# direct inlet으로 연결하여 사용하였다 또한 시료는 HP7673 autoinjector 및 controller!- 사용하여 주입하였다.
표준 용액은 2 mg을 lOmlMeOH에 녹여 1, 000ppm stock solution을 만들었다. 실험에 사용된 methylene chloride와 diethyl ether 그리고 meth- anole Merck사의 잔류농약 분석용을 구입하여사용하였다. 증류수는 Milli-Q 및 Milli-RO sys- tem울 통과한 3차 증류수를 사용하였다.
실험에서 사용된 2, 4-D, 2, 4, 5-T와 내부 표준물질로 쓰인 2, 4 -dichlorophenylacetic acid는 Ald- rich사에서 구입하여 표준 용액을 만들어 사용하였다. 표준 용액은 2 mg을 lOmlMeOH에 녹여 1, 000ppm stock solution을 만들었다.
실험에 사용된 methylene chloride와 diethyl ether 그리고 meth- anole Merck사의 잔류농약 분석용을 구입하여사용하였다. 증류수는 Milli-Q 및 Milli-RO sys- tem울 통과한 3차 증류수를 사용하였다. 무수황산나트과 수산화나트륨은 Baker사의 특급시약을구입하여 사용하였다.
성능/효과
1. 염기성 및 산성 조건에서의 methanolysis과 trifluoroethanolysis에 의한 반응을 비교한 결과 염기성 조건에서는 반응이 진행되지 않았으며, 산성 조건에서의 methanolysis 에 비해 trifluoroethanol - ysis의 반응성 이 더 높은 것으로 나타났다.
Table 4와 같다. 2, 4-D와 2, 4, 5-T 모두 0이 0.98과 0.99의 높은 직선성을 얻을 수 있었으며 정량한계는 각각 5.0ng/l로 나타났다.
2. GC/MS-f- 이용하여 trifluoroethanolysis한 2, 4-D와 2, 4, 5-T의 질량 스펙트럼을 비교한 결과두 물질 모두 분자이온이 검출되었으며 염소이온의 동위원소 효과에 의해 분자구조의 확인이 용이하였다.
그리 고음용수 중 WHO 가이드 라인은 2, 4-D가 30ppb 그리고 2, 4, 5-T가 9ppb로 규제되어 있으며, chlo-rophenoxy acid 류는 현재 [ARC에서 2B군으로 분류되어 있다.3)그 중 2, 4~D는 1970년대 초반부터 1980년대 중반까지 캐나다에서 음용수를 분석한 결과 총 805개의 시료 중 52개의 시료에서 최고 2g/1 로 검출된 바 있다.4)
3. Diethylether와 dichloromethane을 이용하여 수질 시료 중의 추출 회수율을 조사한 결과 diethyl ether를 사용한 경우의 추출율이 98.4%와 82.1% 로 높게 나타났다.
4. 시료 200ml에서의 검량선을 작성하고 검출한계를 조사한 결과 각각 1.0ng/l로 나타났으며 각각의 정량 한계는 5ng/l 로 나타났다.
5. 전국 정수장에서 채취한 정수 및 원수 시료 43개를 분석한 결과 두 물질 모두 검출되지 않았으며, 하천수 시료 43개의 분석 결과 2, 4-D는 3 개 시료에서 7~33ng/l의 농도로 검출되었고, 2, 4, 5-는 2개 시료에서 6~ 29ng/l의 농도로 검출되. 었다.
CHWAcetone을 사용한 basic methylation 과 황산과 메탄올을 사용한 acidic methylation의 반응성을 비교한 결과 basic methylation는 반응이 일어나지 않았으며 , acidic methylation 경우 카르복실기에 반응이 진행됨을 확인할 수 있었다. 염기성 조건에서의 반응은 methyl기와 carboxyl기의 수소 원자의 치환반응으로서 본 연구에서는 보다 더 강한 조건이 필요한 것으로 사료된다.
Methylene chloride와 diethyl ether-g- 사용하여 각각 추출 한 결과 diethyl ethei를 이용한 추출회수율이 98.4%와 82.1%로 나타났다. 반면에 methylene chloride를 이용한 추출회수율에서는 각각 41.
Rat을 사용한 동물 실험결과 2, 4-D의 LD50 값이 각각 420에서 840㎎/㎏, 5)2, 4, 5-T가 300mg/ kg6)정도이다. 또한 경구 투여한 후 체내 분포를 검사한 결과 투여 후 3시간 후에 혈중 최고 농도를 나타냈으며, 신장과 간장, 비장, 폐 등 신체 장기 내에 골고루 분포함을 보였다.
또한 산성 기 를 유도체 화하기 위하여 CH3I/Acetone - K2CO3 와 황산/메탄올로 각각 methylation실험을행하였고, 산성조건에서 triflouroethanol (TFAA/ TFE)과 반응시켜 각각의 검출검도를 비교하였다. 그 결과 TFAA/TFE를 사용하여 반응시킨 결과 감도가 좋은 것으로 나타났다.
또한 반응 후의 mass spectra 롤 Fig 3에 나타내었다. 두 가지 물질 모두 분자이온이검출되었으며, 2, 4-D-TFE의 경우에는 분자 이온인 m/z 302에서 염소이온이 한 개 떨어진 [M- Cl]+ 토막이온이 나타났고, base peak는 [M~ CH2COOCH2CF3]+인 m/z 161 이온이며, 이때 염소가 2개 포함된 경우의 동위원소 효과에 의해 161 : 163:165 = 9:6:1의 비율로 나타났다. 그 이외에 [M-COOCH2CF3]+ 토막이온인 m/z 175도 선택 이온으로 정하였다.
또한 경구 투여한 후 체내 분포를 검사한 결과 투여 후 3시간 후에 혈중 최고 농도를 나타냈으며, 신장과 간장, 비장, 폐 등 신체 장기 내에 골고루 분포함을 보였다.7), 이러한 chloro- phenoxy acid 류의 분석 법 이 여러가지 알려져 있다.
산성 조건에서 반응이 진행된 황산/Methanol과 TFAA/TFE 에 의한 생성물들의 GC/MSD 감도를 비교한 결과 TFE-에 의한 ester 화합물들의 감도가 뛰어난 것으로 나타났다. 이는 trifluoroethyl 기가 질량분석기에서 훨씬 분자개열이 잘 일어나고 또한 개열이 진행된 상태의 양이온이 안정함에 따라 감도가 높은 것을 알 수 있다.
정수 및 원수 43종과 하천수 43종을 실험한 결과 정수 및 원수에서는 모든 시료에서 검출한계 이하로 나타났으며, 하천수에서는 시료 중 3개에서 2, 4-D가 최저 7ng/l에서 최고 33ng/l로 검출되었고, 2, 4, 5-T는 2개의 시료에서 각각 6ng/l와 29ng/l로 검출되었다. Table 5에 각각의 값을 나타내었다.
본 연구에서는 이 두 가지 물질을 산성 하에서 액체-액체 추출법으로 추출한 후 유도 체화하여 GC/MS로 분석하였다. 추출용매로 methylene chloride와 diethyl ether를 사용하여 추출율을 비 교한 결과 ether를 사용한 경우 2, 4-D는 약 98% 2, 4.5- T는 약 82%의 좋은 회수율을 보였다. 또한 산성 기 를 유도체 화하기 위하여 CH3I/Acetone - K2CO3 와 황산/메탄올로 각각 methylation실험을행하였고, 산성조건에서 triflouroethanol (TFAA/ TFE)과 반응시켜 각각의 검출검도를 비교하였다.
후속연구
염기성 조건에서의 반응은 methyl기와 carboxyl기의 수소 원자의 치환반응으로서 본 연구에서는 보다 더 강한 조건이 필요한 것으로 사료된다. 반면에 산성 조건에서는 acid의 hydroxy 기에 수소원자가배위되어 쉽게 떨어질 수 있으며 여기에 반응에 사용된 알코올 기가 치환되는 반응으로서 mild 한 조건에서도 쉽게 반응이 진행되는 것을 알 수 있다.
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