선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 토양중의 PBDEs를 추출하는 방법으로 속실렛 장치를 사용하고 방해물질을 편리하고 정량적으로 제거하기위해 플로리실과 실리카겔 고체상 추출법을 도입하였으며, GC/MS의 선택이온검출법을 이용한 동위원소 희석법을 정량방법으로 선택하여 보다 정확하고 정밀한 검출법을 통한 분석법을 소개하고자 한다.
가설 설정
- 2. Mass spectra of 8 PBDE congeners a) 4-BDE b) 4,4'-BDE ; c) 2,4,4'-BDE ; d) 2,2',4,4'-BDE ; e) 2,2',4,4',5-BDE ; f) 2,2',4,4',5,6'-BDE ; g) 2,2',4,4',5,5'-BDE ; h) 2,2',3,4,4',5',6-BDE.
제안 방법
- 각각의 PBDEs 표준물질을 n-헥산으로 적당한 농도로 희석 혼합하여 보관혼합표준용액을 제조하였으며, 이 보관용액을 희석하여 5단계 이상 (2~200 ng/mL)의 검량표준액을 조제하였다.
- 고체상 추출법에 사용한 플로리실과 실리카젤 흡착제에서 PBDEs의 상호작용 및 용출패턴을 확인하게 위해 1mL PBDEs 혼합표준액 (20 ng/mL)을 각 카트리지에 부하하고 n-헥산용매로 용출시켜 1mL씩 분취액을 모아 검량선 작성시 사용한 GC/MS-SIM의 방법에 따라 분석하였다 (Fig. 3).
- 단계별로 설정한 분석법의 타당성 검증을 위해 PBDEs에 오염되지 않은 토양 시료 5 g에 100 uL 8종 PBDEs 혼합표준용액 (50 ng/mL)와 13C12가 표지된 100μL 4종 PBDEs 혼합표준용액 (100 ng/mL)을 첨가하고 앞서 설정한 추출과 정제방법대로 전처리하여 얻어진 SIM 크로마토그램을 Fig. 4에 실었다.
- 내부표준물법이나 외부표준물법은 매질의 종류나 추출과 정제 효율에 따른 회수율의 편차에 영향을 받게 되는 반면 동위원소 희석법은 비슷한 구조를 가진 surrogate화합물을 사용함으로써 이런 문제점을 최소화하고 보다 정확한 정량을 할 수 있다. 본 연구에서는 4,4'-13C12-DiBDE 는 mono-와di-BDE, 2,2',4,4'-13C12-tetraBDE는 tri-와 tetra-BDE, 2,2',4,4',5-13C12-pentaBDE는 penta-BDE 를 그리고 2,2',4,4',5,5'-13C12-hexaBDE는 hexa-와 hepta-BDE에 대한 상대 봉우리 면적을 사용하여 동위원소 희석법을 적용하였다. 이들의 정량범위는 환경시료에서 검출되고 있는 정도의 미량을 검출할 수 있는 2~200 ng/mL로 하였고, 이때 각 이성체의 검량 직선성은 0.
- 본 연구에서는 극미량의 정량분석을 수행하기 위해 각 PBDEs 이성체의 질량스펙트럼에서 얻은 대표적인 두 이온을 선택하여 각 이온 당 50 msec 동안 검출하는 선택이온검출법을 사용하였다. 이때 PBDEs의 확인 기준은 S/N비가 3보다 크고 설정한 m/z에 대한 머무름 시간의 ±1초 이내에 봉우리가 존재하며 [M]+ 또는[M-2Br]+의 이온클러스터에서 두 이온의 이론적 상대세기 비와 비교하여 15%이내인 것으로 하였다.
- 이론적으로 가능한 PBDEs의 이성체는 209개가 존재하지만 이들을 분석할 수 있는 순수한 표준물질의 종류는 제한되어 있어서 지금까지의 대부분의 PBDEs의 정량이나 정성 분석은 Bromkal 70-5DE (BK70)와 같은 공업용제품을 사용하여 주성분인 BDE 47, BDE 99와 BDE100을 중심으로 분석하였다.26 최근에는 약 40종 이상의 PBDEs 표준용액의 구입이 가능하며, 몇몇 종류는 13C12가 치환된 PBDEs를 상업적으로 구입이 가능하여 보다 정확한 정량을 위하여 동위원소 희석법을 적용할 수 있게 되었다.
- 26 최근에는 약 40종 이상의 PBDEs 표준용액의 구입이 가능하며, 몇몇 종류는 13C12가 치환된 PBDEs를 상업적으로 구입이 가능하여 보다 정확한 정량을 위하여 동위원소 희석법을 적용할 수 있게 되었다. 이에 따라 본 연구에서도 브롬화 정도에 따라 환경 매질중에서 가장 빈번하게 검출되고 있는 이성체 중 8종의 PBDEs를 선정하였으며, 동위원소 희석정량방법을 적용하기 위해 이에 대응하는 4종의 13C12-BDE를 사용하여 실험하였다.
- 무수황산 나트륨은 700 ℃에서 24시간 가열하여 수분과 잔류 유기물을 제거하였으며, 방냉한 다음 사용하기 전까지 데시게이터에서 보관하였다. 추출물 정제에 사용한 플로리실과 실리카겔 SPE는 Waters (Milford, Massachusetts, Ireland)사의 제품 중 1 g 흡착제를 사용하였고, n-헥산 10 mL로 활성화 시킨 후 추출물을 정제 하였다.
- 짧은 시간내에 추출효과를 높이기 위해 용매가속 추출법 (accelerated solvent extraction, ASE),13,14 초임계 유체추출법 (supercritical fluid extraction, SFE)15 이나 초음파 추출법 (ultrasonic extraction)16,17을 사용하기도 하지만 분석조건이 확립되지 않는 매질에서의 분석은 속실렛 추출법이 일반적이다. 추출에 의한 방해물질을 정제하는 방법으로는 매질의 성상이나 제거하려는 방해물질의 종류에 따라 플로리실 (florisil),18,19 실리카 겔 (silica gel)19,20 이나 알루미나 (alumina)21와 같은 극성 컬럼을 많이 사용하고, 생체시료인 경우에는 과량의 지질성분을 제거하기 위해 황산처리18 또는 겔 크로마토그래피 (GPC)22,23정제 단계를 추가로 수행한다.
대상 데이터
- 자세한 각 동족체의 종류는 Table 1에 나타내었다. 또한 회수율 내부표준물질로 사용된 phenanthrene-d10과 탈수용 무수황산나트륨은 Aldrich (Milwaukee, WI, USA)에서 구입하였다. 무수황산 나트륨은 700 ℃에서 24시간 가열하여 수분과 잔류 유기물을 제거하였으며, 방냉한 다음 사용하기 전까지 데시게이터에서 보관하였다.
- 모든 유기용매는 J. T. Baker (Phillipsburg, NJ, USA)사의 잔류농약 분석등급을 사용하였고, 분석 대상 표준물질은 문헌을 통해 환경중에 가장 널리 오염되어 있는 mono 부터 hepta PBDEs 동족체중 8종을 선택하였으며, 동위원소 희석법을 적용하기 위해 첨가하는 내부표준물질은 4종의 13C12-PBDEs를 Cambridge Isotope Laboratories, Inc. (Andover, MA, USA)과 Wellington Laboratories Inc. (Guelph, Ontario, Canada)로 부터 구입하여 사용하였다. 자세한 각 동족체의 종류는 Table 1에 나타내었다.
- 본 실험에 사용한 모든 유리기구는 세제, 메탄올, 아세톤 그리고 n-헥산의 순서로 용매로 세척하고 150 ℃오븐에서 10시간 이상 건조 시킨 후 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 분석기기는 Agilent 6890 기체크로마토그래프와 Agilent 5973 사중극자형 질량분석기 (Palo Alto, CA, USA)가 직접 연결되어 있는 장비를 사용하였다. 컬럼은 비극성인 DB-5MS 용융 실리카 모세관 컬럼 (5% phenylmethylsilicone, 30 m×0.
- 6 속실렛 장치에서 톨루엔 용매로 추출한 토양 추출액은 다양한 방해물이 과량으로 함유되어 있으므로 PBDEs만 선별적으로 정제하는 과정이 중요하다. 비교적 비극성 화합물인 PBDEs를 토양매질에서 효과적으로 정제하기위해 극성 흡착제인 플로리실과 실리카젤을 사용하였다. 보편적으로 많이 사용된 컬럼 충진방법은 흡착제의 보관상태 및 충진과정에 의해 상당한 실험편차를 가져오게 되므로 충진물이 활성상태를 주기적으로 확인해야 하는 단점이 있다.
- 본 연구에서 사용한 분석기기는 Agilent 6890 기체크로마토그래프와 Agilent 5973 사중극자형 질량분석기 (Palo Alto, CA, USA)가 직접 연결되어 있는 장비를 사용하였다. 컬럼은 비극성인 DB-5MS 용융 실리카 모세관 컬럼 (5% phenylmethylsilicone, 30 m×0.25 mm, 0.25μm film thickness)을 사용했으며, 오븐온도는 초기온도 100 ℃에서 3분간 등온한 다음 분당 10 ℃의 승온속도로 300 ℃까지 올린 후 10분동안 머무르게 하였다. 이때 시료 주입방식은 비분할법 (splitless, 1분 후 퍼지)으로 1 μL 시료 주입하였으며, 주입구 온도는 280 ℃, 인터페이스온도는 300 ℃ 로 설정하였고, 사용한 운반 기체는 고순도 헬륨으로 유속은 1 mL/min이었다.
이론/모형
- PBDEs의 검출에 사용한 질량분석기는 전자 충격법 (electron impact, EI)을 사용하여 70 eV로 이온화하였고, 이온원과 사중극자의 온도는 각각 230 ℃와 150 ℃를 유지하였다. 또한 정량분석을 위해서 검출방법은 선택이온검출 (selected ion monitoring, SIM)법을 택했으며 정량 및 확인이온으로 선택된 이온들을 Table 1에 나타내 었다.
- PBDEs의 검출에 사용한 질량분석기는 전자 충격법 (electron impact, EI)을 사용하여 70 eV로 이온화하였고, 이온원과 사중극자의 온도는 각각 230 ℃와 150 ℃를 유지하였다. 또한 정량분석을 위해서 검출방법은 선택이온검출 (selected ion monitoring, SIM)법을 택했으며 정량 및 확인이온으로 선택된 이온들을 Table 1에 나타내 었다.
성능/효과
- Fig. 4에서 보듯이 플로리실 SPE 방법으로 정제하였을 때 방해물질의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났으며, 또한 이들의 spiked 농도를 동위원소 희석법에 의한 계산을 통하여 회수율을 측정하였다 (Table 3)고 브롬화 BDE에 대한 추출효율은 우수한 반면, 저 브롬화인 4-BDE와 4,4-BDE의 추출율이 감소 되는 것을 볼 수 있다. 이는 고 브롬화에 비해 더 큰 극성도를 가진 저 브롬화가 톨루엔 용매를 사용한 속실렛에서의 낮은 추출효율과 정제용 흡착제에 대한 더 강한 흡착력에 기인하여 낮은 추출율을 나타내었다.
- 토양 매질에서의 다양한 폴리브롬화 디페닐에테르류를 속슬렛 추출법과 플로리실 혹은 실리카 고체상 추출법을 사용하여 효과적으로 방해물을 정제할 수 있었으며, 또한 전처리 과정에서 완전히 제거 되지 않고 존재할 수 있는 방해물질은 GC/MS-SIM 검출기를 사용하여 분석하고자 하는 PBDEs만을 정확히 검출해 낼 수 있었다. 특히, 동위원소 희석법을 이용한 정량법을 적용하여 추출과 정제과정에서 분석물의 손실 가능성을 보완하여 보다 정확한 정량값을 얻을 수 있었으며, 이러한 방법은 토양뿐 아니라 생체시료 및 저질에도 적용이 가능할 것이다.
- PBDEs는 구조상 두 벤젠고리에 산소의 존재로 PCBs나 PBBs 보다 더 극성이며 브롬의 치환정도에 따라 각 이성체가 다양한 극성을 나타내어 PBBs에서는 모든 동족체가 거의 비슷한 시간에 용출되는28 반면, PBDEs는 보다 다양한 머무름 시간을 가지고 용출되었다. 특히, 플로리실보다 조금 더 비극성인 실리카 흡착제가 전체적인 용출속도도 느리고 제일 먼저 용출되는 hepta-BDE와 마지막에 용출되는 mono-PBDE의 분리가 더 잘 되는 경향을 보였다. 즉, 짧은 시간에 PBDEs를 효과적으로 분리 및 정제하는데 플로리실이 더 효과적이었지만, 복잡한 매질에서 다양한 극성의 방해물을 제거하고자 하는 경우 실리카 정제의 적용도 가능하다.
- 이는 고 브롬화에 비해 더 큰 극성도를 가진 저 브롬화가 톨루엔 용매를 사용한 속실렛에서의 낮은 추출효율과 정제용 흡착제에 대한 더 강한 흡착력에 기인하여 낮은 추출율을 나타내었다. 하지만 동위원소 희석법에 의한 정량법을 적용함으로써 저 브롬화물에 대한 낮은 추출율을 보완할 수 있고, 과소 평가될 수 있는 정량값을더 정확하게 계산할 수 있었다. 본 실험에서는 4종의 내부표준물질인 13C12-PBDEs만을 사용하였지만, 검출하고자 하는 모든 PBDEs에 대한 13C12 표지된 surrogate 표준 물질을 사용이 가능하다면 각 PBDEs의 정량시 보다 정확한 검출값을 얻을 수 있을 것이다.
후속연구
- 하지만 동위원소 희석법에 의한 정량법을 적용함으로써 저 브롬화물에 대한 낮은 추출율을 보완할 수 있고, 과소 평가될 수 있는 정량값을더 정확하게 계산할 수 있었다. 본 실험에서는 4종의 내부표준물질인 13C12-PBDEs만을 사용하였지만, 검출하고자 하는 모든 PBDEs에 대한 13C12 표지된 surrogate 표준 물질을 사용이 가능하다면 각 PBDEs의 정량시 보다 정확한 검출값을 얻을 수 있을 것이다.
- 토양 매질에서의 다양한 폴리브롬화 디페닐에테르류를 속슬렛 추출법과 플로리실 혹은 실리카 고체상 추출법을 사용하여 효과적으로 방해물을 정제할 수 있었으며, 또한 전처리 과정에서 완전히 제거 되지 않고 존재할 수 있는 방해물질은 GC/MS-SIM 검출기를 사용하여 분석하고자 하는 PBDEs만을 정확히 검출해 낼 수 있었다. 특히, 동위원소 희석법을 이용한 정량법을 적용하여 추출과 정제과정에서 분석물의 손실 가능성을 보완하여 보다 정확한 정량값을 얻을 수 있었으며, 이러한 방법은 토양뿐 아니라 생체시료 및 저질에도 적용이 가능할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.