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문제 정의
- 그 이유는 인체 내 각종 조직의 수집이 쉽지 않았고, 극미량 원소의 분석기술이 근래에 들어 발전하기 시작했기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 그 동안에 중성자 방사화분석법에 의해 수행한 한국인의 표준식품과 식품 원재료의 무기질 연구7, 8 와 인체 모발 내 미량원소 분포 연구9에서 나아가 인체 내부조직 내의 기능성원소의 분포를 조사하고자 하였다. 인체 조직은 질병이 없는 돌연사에 의한 20~60대 사망자 중 각 세대별로 1명씩 총 5명의 6개 조직 (늑 골, 폐, 간, 근육, 신장, 갑상선), 총 30개의 시료를 IAEA 권고사항10에 따라 수집하여 동결건조의 과정을 거쳐 수분을 제거하여 수분함량을 구하였으며, 각 시료를 중성자 방사화분석법을 이용하여 5종의 다량원소 와 12종의 미량원소 등 총 17종의 기능성원소를 정량 하고자 하였다
제안 방법
- 8x 1013 n/cm2 • sec 였으며 동일한 조사위치를 유지하기 위해 표준시료와 실제시료 모두 용기 바닥에서 동시 조사하였다. 시료조사 후에는 일정의 냉각시간을 거쳐 감"마분광분석 시스템인 HP Ge Detector와 MCA (Multichannel Analyzer; Gamma Vision, EG&G ORTEC)을 이용하여 계측하였으며, 방사능 생성식에 따라 자체 제작한 계산용 프로그램인 Labview graphical code를 이용하여관련 핵자료 및 정해진 분석조건을 입력시켜 함량계산 을 자동적으로 수행하였다
- 한국원자력연구소의 연구용 원자로인 HANARO의 공압이송장치 (Pneumatic Transfer System, PTS)를 이용하여 시료를 조사하였으며, 방사성 핵종의 반감기와 핵 적 특성에 따라서 조사, 냉각, 계측시간을 조절하였다. Table 4와 같이 본 실험의 분석 조건은 단수명 핵종과 장수명 핵종에 대해 각각 시료량은 10 mg과 300 mg으 로 2분과 3시간씩 조사시켰으며, 시료의 반감기와 원자 핵 반응을 고려하여 설정한 냉각시간 후에 각각 2번씩 의 계측을 통해 분석하였다. 열중성자 속밀도는 2.
- 각 인체조직에 묻어있는 혈액 등 오염물질을 제거 하기 위해 증류수를 이용하여 반복 세척하였으며, 특 별히 뼈조직 내에는 지방함량이 많기 때문에 동결건조 과정 전에 클로로포름과 메탄올을 2 : 1의 비율로 섞 고, 시료와 앞의 섞은 용매를 1 : 3의 비율로 1일 이상 방치하여 위에 층이 나눠진 지방성분을 제거하였다. 세척 후 준비된 시료는 순수한 수분성분 제거를 위해 냉동기에서 -80 ℃로 24시간 동안 냉동시킨 후에 동결건조기에서 -80 ℃로 5일간 건조시켰다.
- 나머지 5가지 조직의 평균 수분함량은 70~75%로 비교적 일정하였다. 건조 된 시료는 고순도 티타늄 날이 달린 믹서와 막자사발 을 이용하여 분말상태로 만들고, 100 mesh짜리 체를 이용하여 균일한 입자의 시료로 만들었다. 특히 갑상 선은 건조 후 한 시료당 전체 무게가 8 g 이내로 작 기 때문에 반복 실험 및 보관을 위해서 각별한 주의 를 필요로 한다.
- 실제시료의 최적 분석조건을 설정하기 위하여 3종의 생체관련 인증표준물질 (NIST SRM)을 같은 조건으로 분석하였고, 상대오차, 검출한계, 측정불확도 및 측정 값의 수용기준인 Z 값을 제시하여 분석법의 객관성 확보와 신뢰성을 확인하고자 하였다
- Table 4와 같이 본 실험의 분석 조건은 단수명 핵종과 장수명 핵종에 대해 각각 시료량은 10 mg과 300 mg으 로 2분과 3시간씩 조사시켰으며, 시료의 반감기와 원자 핵 반응을 고려하여 설정한 냉각시간 후에 각각 2번씩 의 계측을 통해 분석하였다. 열중성자 속밀도는 2.8x 1013 n/cm2 • sec 였으며 동일한 조사위치를 유지하기 위해 표준시료와 실제시료 모두 용기 바닥에서 동시 조사하였다. 시료조사 후에는 일정의 냉각시간을 거쳐 감"마분광분석 시스템인 HP Ge Detector와 MCA (Multichannel Analyzer; Gamma Vision, EG&G ORTEC)을 이용하여 계측하였으며, 방사능 생성식에 따라 자체 제작한 계산용 프로그램인 Labview graphical code를 이용하여관련 핵자료 및 정해진 분석조건을 입력시켜 함량계산 을 자동적으로 수행하였다
- 따라서 본 연구에서는 그 동안에 중성자 방사화분석법에 의해 수행한 한국인의 표준식품과 식품 원재료의 무기질 연구7, 8 와 인체 모발 내 미량원소 분포 연구9에서 나아가 인체 내부조직 내의 기능성원소의 분포를 조사하고자 하였다. 인체 조직은 질병이 없는 돌연사에 의한 20~60대 사망자 중 각 세대별로 1명씩 총 5명의 6개 조직 (늑 골, 폐, 간, 근육, 신장, 갑상선), 총 30개의 시료를 IAEA 권고사항10에 따라 수집하여 동결건조의 과정을 거쳐 수분을 제거하여 수분함량을 구하였으며, 각 시료를 중성자 방사화분석법을 이용하여 5종의 다량원소 와 12종의 미량원소 등 총 17종의 기능성원소를 정량 하고자 하였다
- 확인할 수 있었다. 중성자 방사화분석법에서 측정불확도11는 계측통계 (Ust)와 반복측정 (Uob)에 의해 생길 수 있는 A형 불확도와 시료칭량 (Ubw), 시료조사 (Unf), 검출효율 (Uef), 표준물질 (Urm), 핵적상수 (Upa) 및 보정에서 생길 수 있는 B 형 불확도를 모두 고려한합성불확도 (combined uncertainty, Uc) 의 산정이 가능하며 다음의 간단한 수식의 설정에 의해 평가하였다
- 마련하였다. 특히 비파괴 분석법인 중성자 방사화 분석의 활용도를 높이기 위해 시료전처리 및 최적의 분석조건을 확립하였고, 표준물질의 분석을 통한 데이터의 신뢰성을 확인하였다. 본 연구방법은 향후 다양한 생체시료분석에 이용할 수 있으며, 식품의 미량원소 분포연구를 통한 인체보건 및 영양에 미치는 기능성 미량원소의 상관성 연구에 적극적으로 활용되기 위해서는 정확한 데이터의 통계적 처리와 표본의 수를 증가시킬 필요가 있다.
- 한국원자력연구소의 연구용 원자로인 HANARO의 공압이송장치 (Pneumatic Transfer System, PTS)를 이용하여 시료를 조사하였으며, 방사성 핵종의 반감기와 핵 적 특성에 따라서 조사, 냉각, 계측시간을 조절하였다. Table 4와 같이 본 실험의 분석 조건은 단수명 핵종과 장수명 핵종에 대해 각각 시료량은 10 mg과 300 mg으 로 2분과 3시간씩 조사시켰으며, 시료의 반감기와 원자 핵 반응을 고려하여 설정한 냉각시간 후에 각각 2번씩 의 계측을 통해 분석하였다.
대상 데이터
- 인체조직시료에 대한 중성자 방사화분석법의 신뢰성 확인 및 비교검증을 위해 실제시료와 가장 유사한 조성의 표준물질인 미국 NIST의 비교표준물질 (SRM 1486, Bone Meal; SRM 1566b, Oyster Tissue; SRM 8414, Bovine Muscle) 등을 건조기에서 4시간 이상 건조시킨 후, 분석조건에 따라 10-300 mg을 화학저울 (Mettler, readability 1 μg)로 칭량하여 미리 아세톤과 증류수로 반복 세척한 조사용 폴리에틸렌 용기에 넣고캡슐 윗 부분을 가열 밀봉하여 준비하였다.
- 특별한 질병이 없는 48시간 이내의 돌연사에 의한 20-60대 사망자 중 각 연령별로 1명씩 총 5명의 늑골, 간, 폐, 근육, 신장, 갑상선 등 6개 인체조직에 대해 IAEA 의 생체시료 수집절차10에 따라 각 조직 외부의 혈액 및 오염물질을 제거한 후 Table I과 같이 수집하였다. 외적으로 인체조직에 대한 세대별 특징은 발견되지 않았지만, 수집된 폐를 살펴보면 순수한 홍 적색을 띄는 시료도 있고 부분적으로 검은색을 띄는 시료도 발견되었는데 그것은 흡연에 의한 영향이 가장 크기 때문이다.
데이터처리
- 표준물질의 분석 결과로부터 선택된 실험절차의 상대오차를 확인하였다. 측정값과 인증값의 평균과 표준편차로부터 아래의 Z-score11 계산법에 의해 표준시료에 대한 측정값의 수용기준을 정하는데 이용한다.
이론/모형
- 확인하였다. 측정값과 인증값의 평균과 표준편차로부터 아래의 Z-score11 계산법에 의해 표준시료에 대한 측정값의 수용기준을 정하는데 이용한다. Z-score 는 측정값과 보증값과의 편차의 절대값을 측정값의 표준편차와 보증값의 표준편차와의 제곱근으로 나누어 선형변환하여 점수화 함으로서 측정값의 수용기준에 대해 채택, 재검토, 기각의 의미로 쉽게 파악할 수 있도록 수식화한 계산법으로 표준점수분석이라고도 한다.
성능/효과
- A형 불확도인 계측통계와 반복측정에 의한 표준불 확도는 각각 5%와 0.3% 이내였고, B형 불확도인 표준 물질, 검출효율, 시료칭량, 시료조사, 핵적상수 등에 의한 표준불확도는 각각 2.0%, 2.0%, 0.01%, 0.85%, 2.5% 이내로서, 이것들을 모두 고려한 합성불확도는 보증값에 대한 오차가 크거나, 감마선 피크 면적이 작 아서 정밀도가 높지 않은 일부 원소를 제외하고는 10% 이내로 평가됨으로서 분석시 발생할 수 있는 모든 불확도 요인의 합을 수량화하여 제시하였다
- 본 연구에 이용된 중성자 방사화분석법은 수십 mg 이하의 적은 시료량으로도 μg/g 이하의 수준까지 분석이 가능하며, 동시 다원소 분석법으로 인체 조직 내 20여종의 원소 분석이 가능하며, 비파괴적인 방법으로 전처리시의 오차를 최소화 할 수 있으며, 분석시에 O (62.8%), C (19.4%), H(9.3%), N(5.1%), S (0.25%) 등의 인체 주성분에 의한 간섭현상이 없기 때문에 인체조직 을 비롯한 각종 생체 시료 내의 원소분포 연구에 가장 적합한 방법중의 하나라고 할 수 있다.
- 분석결과로부터 측정값의 상대오차와 상대표준 편차는 대부분의 원소에서 ±10% 이내였으며, 측정값의 수용기준인 Z값도 모두 2 이내로서 정해진 분석조건에서 생체시료에 대한 중성화 방사화분석법의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 중성자 방사화분석법에서 측정불확도11는 계측통계 (Ust)와 반복측정 (Uob)에 의해 생길 수 있는 A형 불확도와 시료칭량 (Ubw), 시료조사 (Unf), 검출효율 (Uef), 표준물질 (Urm), 핵적상수 (Upa) 및 보정에서 생길 수 있는 B 형 불확도를 모두 고려한합성불확도 (combined uncertainty, Uc) 의 산정이 가능하며 다음의 간단한 수식의 설정에 의해 평가하였다
- 01 μg/g 이상 고르게 분포하였다. 뼈의 주 구성물질로 알려진 Ca과 Sre 늑골에 최대 90% 이상 축적되었는데, Ca의 함량이 높을수록 Sr의 함량도 높게 나타났으며 30대에서 가장 높은 수치를 보였다. 주요 기능성원소 중 Mge 6개 조직 중 뼈에서 40% 이상 존재하였으며 30-40대에 가장 높게 나타났다.
- 이러한 경향은 토양과 식품 뿐 아니라 인체 내에서도 지속적으로주요 미량원소의 농도가 점차 낮아지는 것으로 볼 수 있다. 인체 갑상선의 결과를 소와 비교하면 인체 내에서는 Cl, K, Na 의 농도가 수천 배 이상 높고, Fe, Mg, Zn, Se, Mn 등은 낮은 농도로 분포하였고, 생물의 종에 따른 유전적, 식이 습관별로 차이가 크게 나타난 것으로 추정된다.
- 표준시료 분석에서 정해진 실험조건에 따라 국내 성인 20 - 60대의 늑골, 간, 폐, 근육, 신장, 갑상선 등 6개 인체 조직에 대해 중성자 방사화분석법으로 분석한 결과 Ca, Mg, Mn, I, Sr, Cl 등의 단수명 핵종 원 소와 Na, K, As, Br 등의 중수명 핵종 원소, 그리고 Co, Cr, Cs, Fe, Rb, Se, Zn 등의 장수명 핵종 원소 등 총 18종의 주요 미량원소를 정량하였으며, Table 7에 분석결과를 나타냈다. 또한 Fig.
후속연구
- 외적으로 인체조직에 대한 세대별 특징은 발견되지 않았지만, 수집된 폐를 살펴보면 순수한 홍 적색을 띄는 시료도 있고 부분적으로 검은색을 띄는 시료도 발견되었는데 그것은 흡연에 의한 영향이 가장 크기 때문이다. Table 2는 표준인 연구에 참여한 한국을 비롯한 아시아 국가들의 성인에 대한 6개 조직 각각의 평균 무게를 나타내고 있으며, 차후에 각 조직의 수집 및 분석결과 산정을 위한 각 국의 비교 데이터로 활용될 것이다.
- 특히 비파괴 분석법인 중성자 방사화 분석의 활용도를 높이기 위해 시료전처리 및 최적의 분석조건을 확립하였고, 표준물질의 분석을 통한 데이터의 신뢰성을 확인하였다. 본 연구방법은 향후 다양한 생체시료분석에 이용할 수 있으며, 식품의 미량원소 분포연구를 통한 인체보건 및 영양에 미치는 기능성 미량원소의 상관성 연구에 적극적으로 활용되기 위해서는 정확한 데이터의 통계적 처리와 표본의 수를 증가시킬 필요가 있다.
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