[논문]전자스핀공명에 의한 담배연기 중 자유라디칼 측정

이정민; 이존태; 박진원; 황건중

전자스핀공명에 의한 담배연기 중 자유라디칼 측정
Determination of Free Radicals in Mainstream Cigarette Smoke by Electron Spin Resonance 원문보기

한국연초학회지 = Journal of the Korean society of tobacco science, v.29 no.2, 2007년, pp.146 - 151

이정민 (KT&G 중앙연구원) , 이존태 (KT&G 중앙연구원) , 박진원 (KT&G 중앙연구원) , 황건중 (KT&G 중앙연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Gas phase and particulate phase radicals in mainstream cigarette smoke were determined Electron Spin Resonance(ESR) spectroscopy. The free radicals in particulate phase have been investigated by benzene extract of Cambridge Filter Pad containing the smoke condensate. Spin trapping method in conjunction with ESR was used to investigate free radicals in the gas phase of cigarette smoke. Several analytical experiments were conducted in order to determine the optimal conditions for maximum signal intensities and reproducibility of results. All the tests were optimized and normalized using the University of Kentucky 2R4F reference cigarette. The optimal conditions were 0.6 mL for analysis volume of ESR, $4{\sim}5\;mL$ for collection volume of spin-adducts, and PBN for quantification of free radicals in gas phase. The radical levels of Kentucky 2R4F cigarettes were found $2.18{\times}10^{14}\;spins/cig.$ and $2.10{\times}10^{15}\;spins/cig.$ in gas phase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 담배 연기 중 가스상 및 입자상에 존재하는 자유라디칼을 포획하여 측정하는 방법을 최적화하고자 하였다. 즉, 안정한 입자상 자유라디칼은 CFP(Cambridge Filter Pad)에 포집한 후 벤젠으로 추출하여 ESR로 분석하고, 수명이 짧은 가스상 자유라디칼은 a-phenyl-N-tert- butylnitrone(PBN)과 5, 5-dimethyl- 1-pyrroline-N- oxide(DMPO)를 이용하여 여러 가지 spin-trapping 조건하에서 ESR로 분석한 후 최적 조건을 설정하고자 하였다.
그 결과 용매 추출한 시료의 경우에는 담배 개비수 (1〜20개비)에 따라 라디칼 수치가 비례적으로 증가한 반면, CFP를 바로 분석한 라디칼 수치는 낮은 직선성을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 용매추출법을 입자상 자유라디칼의 최적 분석 방법으로 선택하였다.
본 연구는 spin-trapping 기술이 접목된 ESR 분석법을 이용하여 담배 주류연 중 자유라디칼의 정량분석을 수행함에 있어 재현성 있는 정확한 결과를 도출하기 위해 여러 가지 인자를 최적화하고자 하였다. ESR 기기의 최적 분석량은 0.

제안 방법

가스상 라디칼을 측정하기 위해서는 세 개의 임핀저 용액을 혼합하고 Ar gas로 3분간 purging 한 후 ESR 석영관에 0.6 mL를 분취하여 넣고 흡연 후 15분에 ESR 분석하였다. 입자상 라디칼을 측정하기 위해서는 CFP를 벤젠 15 mL로 10분간 진탕 추출하고 ESR 석영관에 0.
가스상 라디칼의 ESR 조건은 modulation width 0.1 mT, amplitude 140, sweep time 2 min, time constant 0.1 sec로 설정하였고, 입자상 라디칼의 ESR 조건은 modulation width 0.6 mT, amplitude 160, sweep time 1 min, time constant 0.03 sec로설정하여 사용하였다.
1에 나타낸 바와 같이 spin-trap 종류에 따라 spin-adduct 형태가 달라진다. 담배연기 중 가스상 자유라디칼을 정량 및 정성 분석할 때 재현성 및 정확성에 영향을 미칠 수 있는 spin trap 선택, ESR 분석량, 자유라디칼 포집량, 시간에 따른 라디칼 소멸 변화 등의 여러 가지 인자들을 조사하였다.
담배연기의 입자상 자유라디칼은 10개비의 담배를 자동흡연장치Borgwaldt KC RM20H, Germany) 로 ISO 흡연조건(흡연부피 : 35 mL, 흡연주기 : 60 초, 흡연시간 : 2 초)하어서 흡연하여 44 mm CFP에 포집하여 분석하였다. 가스상 자유라디칼은 동일 조건하에 3개의 임핀저에 각각 5 mL 씩 spin trap 용액(0.
있다. 두 방법 중 입자상 자유라디칼 분석에 적절한 방법을 설정하기 위하여 CFP를 벤젠으로 10분 동안 진탕하여 추출한 것과 추출하지 않은 CFP를 ESR로 분석하였다. Fig 5는 입자상 라디칼의 ESR 스펙트럼을 나타내었고, Fig.
이와 같은 결과로부터 가스상 자유라디칼을 분석하기 위해서는 spin trap 종류에 따른 시간 설정이 중요한 요인 중의 하나로서 작용하는 것으로 판단되었다. 따라서 본 실험에서는 흡연을 시작한 후 15분이 되는시간에 가스상 자유라디칼을 측정하는 방법을 최적 조건으로 설정하였다.
6 mL 이상의 분석량에서는 비슷한 수치를 나타내었다. 따라서 시료 0.6 mL를 ESR cavity의 active part에 채워 분석하는 것을 최적 ESR 분석량으로 설정하였다.
4 GHz, field modulation은 10() kHz이었다. 모든 측정은 실온에서 수행하였으며 spin 함량은 ESR 스펙트럼을 double integratior하여 라디칼 수가 알려져 있는 표준물질인 TEMPO와 비교하여 계산하였다.
6 mL를 분취하여 넣고 흡연 후 15분에 ESR 분석하였다. 입자상 라디칼을 측정하기 위해서는 CFP를 벤젠 15 mL로 10분간 진탕 추출하고 ESR 석영관에 0.6 mL를 분취하여 넣고 ESR 분석하였다.
01 M PBN/벤젠)을 첨가하고 10°C ice/water bath에 넣고 CFP를 통과한 자유라디칼을 포집하였다. 주류연 포집 전과 후에 CFP 홀더를 분리하여 무게를 측정하여 TPM 무게를 측정하였다.
방법을 최적화하고자 하였다. 즉, 안정한 입자상 자유라디칼은 CFP(Cambridge Filter Pad)에 포집한 후 벤젠으로 추출하여 ESR로 분석하고, 수명이 짧은 가스상 자유라디칼은 a-phenyl-N-tert- butylnitrone(PBN)과 5, 5-dimethyl- 1-pyrroline-N- oxide(DMPO)를 이용하여 여러 가지 spin-trapping 조건하에서 ESR로 분석한 후 최적 조건을 설정하고자 하였다.

대상 데이터

ESR 기기는 JES-FA200(Jeol, Japan)를 사용하였고, ESR의 microwave frequency는 9.4 GHz, field modulation은 10() kHz이었다. 모든 측정은 실온에서 수행하였으며 spin 함량은 ESR 스펙트럼을 double integratior하여 라디칼 수가 알려져 있는 표준물질인 TEMPO와 비교하여 계산하였다.
Spin trap 물질은 a-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN)과 5, 5-dimethyl-l-pyrroline-N-oxide(DMPO), 그리고 spin 표준물질은 2, 2, 6, 6-tetramethyl-l- piperidinyloxy(TEMPO)를 Sigma사에서 구입하여사용하였다. 담배 시료로는 Ky2R4F 표준담배를 미국 Kentucky 대학의 Kentucky Tobacco Research & Development Center에서 구입하여 사용하였다.
Spin trap 용액으로는 PBN과 DMPO를 선택하였는데, PBN은 carbon-centered 라디칼을 포획하고, DMPO는 oxygen-centered 라디칼을 포획하는데 사용하였다. 포획된 자유라디칼의 ESR 스펙트럼은 Fig.
담배 시료로는 Ky2R4F 표준담배를 미국 Kentucky 대학의 Kentucky Tobacco Research & Development Center에서 구입하여 사용하였다. 모든 유기용매는 특급시약을 사용하였다.

성능/효과

생성된 spin-adduct의 함량 및 특성에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나인 최적 spin-trapping 포집량은 4~5 mL 이었다. Spin trap은 PBN과 DMPO 두 가지 종류에 대하여 검토하였는데, DMPO spin trap에서 더 높은 함량의 라디칼을 나타내었지만 소멸이 급격히 발생하므로 정량분석에는 PBN을 사용하는 것이 더 효과적이었다. 입자상 자유라디칼은 CFP를 벤젠으로 추출하여 분석하는 것이 최적방법이었으며, 시간에 따른 입자상 자유라디칼의 안정성을 실험한 결과 4°C 에서 24시간 동안 안정하였다.
6은 용매 추출에 의한 입자상 자유라디칼과 용매 추출 없이 CFP를 직접 분석한 결과를 비교하여 나타내었다. 그 결과 용매 추출한 시료의 경우에는 담배 개비수 (1〜20개비)에 따라 라디칼 수치가 비례적으로 증가한 반면, CFP를 바로 분석한 라디칼 수치는 낮은 직선성을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 용매추출법을 입자상 자유라디칼의 최적 분석 방법으로 선택하였다.
3에 나타내었다. 담배연기가 통과하는 spin-trap 용액 (0.01 M PBN/벤젠)의 부피변화에 따른 실험 결과, Fig. 3(b)에 나타낸 바와 같이 spin-trap 용액의 부피가 증가할수록 라디칼 수치가 증가하는 경향을 보였으며, 4~5 mL의 포집부피가 적정한 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과는 많은 포집량을 사용할 경우 담배 개피수 당 자유라디칼의 함량을 더 정확하게 측정할 수 있으나 과량을 사용할 경우 ESR 시그널이 약해지게 된다.
이와 같은 결과는 많은 포집량을 사용할 경우 담배 개피수 당 자유라디칼의 함량을 더 정확하게 측정할 수 있으나 과량을 사용할 경우 ESR 시그널이 약해지게 된다. 따라서 라디칼을 포획하기 위해서는 적정량의 spin trap 용액을 사용하는 것이 효과적임을 확인할 수 있었다.
, 1983; Church and Pryor, 1985)에 의하면 오랜 시간 안정한 자유라디칼이 입자상에 존재한다고 보고하였다. 따라서 본 실험에서도 이와 같은 결과를 확인하기 위하여 담배 흡연 후 CFP를 4°C에서 24시간 동안 저장 한 후 ESR 분석한 값과 흡연 종료 후 분석한 값을 비교해 본 결과, 입자상 자유라디칼 수치가 유사한 것으로 나타남으로써 입자상 자유라디칼의 저장 안정성을 확인할 수 있었다.
4에 나타낸 바와 같이 PBN-adduct와 DMPO-adduct를 비교할 경우, oxygen-centered 라디칼과 DMPO가 반응하여 생성된 DMPO-adduct는 시간이 경과함에 따라 급격히 감소한 반면 carbon-centered 라디칼과 PBN이반응하여 생성된 PBN-adduct는 DMPO-adduct 보다는 완만한 소멸 경향을 나타내었다. 이와 같은 결과로부터 가스상 자유라디칼을 분석하기 위해서는 spin trap 종류에 따른 시간 설정이 중요한 요인 중의 하나로서 작용하는 것으로 판단되었다. 따라서 본 실험에서는 흡연을 시작한 후 15분이 되는시간에 가스상 자유라디칼을 측정하는 방법을 최적 조건으로 설정하였다.
이와 같은 최적조건으로 표준담배 Ky2R4F를 분석한 결과, 가스상 자유라디칼 수치는 PBN-adduct 2.10X1015 spins/cigX DMPO-adduct 2.25xl015 spins./cig.
Spin trap은 PBN과 DMPO 두 가지 종류에 대하여 검토하였는데, DMPO spin trap에서 더 높은 함량의 라디칼을 나타내었지만 소멸이 급격히 발생하므로 정량분석에는 PBN을 사용하는 것이 더 효과적이었다. 입자상 자유라디칼은 CFP를 벤젠으로 추출하여 분석하는 것이 최적방법이었으며, 시간에 따른 입자상 자유라디칼의 안정성을 실험한 결과 4°C 에서 24시간 동안 안정하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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