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문제 정의
- 따라서 본 실험에서는 GC-MS/MS를 이용한 37종 농약의 동시다성분 분석법이 가능한 MRM(multiple reaction monitoring) 조건을 제시하고 이에 따른 validation(recovery, repeatability, LOD, LOQ)을 실시하여 정성 및 정량이 동시에 가능한 분석조건을 규명하고 이를 이용하여 국내 유통 중인 농산물에 대한 잔류농약 실태조사 및 위해도 평가를 하고자 한다.
제안 방법
- )를 사용하였다. 37종의 농약 성분을 분리하기 위해 GC 상에서 온도 프로그램을 달리하여 되도록이면 농약성분의 피이크가 겹치지 않도록 하였으며(Table 2), MS/MS의 경우 개별 농약성분에 precursor ions를 먼저 결정하고 이에 대한 transition ions는 감도가 높은 ion(m/z) 2～3개를 정성 ion으로 선택하였다(Table 3). Mass spectrometer의 이온화 방법은 EI mode를 택하였고, source
- 37종의 농약의 분리와 정성 및 정량을 위하여 먼저 scan mode로 각 화합물의 대표적인 이온을 선택하였고 MRM mode를 사용하여 각 화합물의 precursor ions와 quantification ions를 구했으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 이러한 분석조건을 이용하여 정립된 MRM의 validation을 수행 하였다.
- 1의 전처리 과정을 거쳐 농약성분의 회수율을 구하였다. Real sample인 콩과 레몬에 직접 농약 표준 혼합용액을 각각 0.035～0.35 mg/ kg, 0.28～2.1 mg/kg로 별도 제조 후 spiking 하여 동일한 전처리 과정을 거쳐 회수율을 구하였다(Table 5). 회수율에 사용된 콩과 레몬에서는 농약 성분이 검출되지 않았다.
- 또한, 농약성분별 혼합 표준용액을 서로 다른 농도인 2 group으로 제조 후 농약 농도별 경향을 구하고자 intra-day repeatability로 5회 반복 분석 후 표준편차를 구하였으며, 대부분의 농약성분이 20% 이하로 좋은 결과를 보였다(Table 4). 검출한계 및 정량한계를 결정하기 위해서 농약 표준품 혼합용액을 실제 검체인 콩과 레몬에 직접 첨가하여 전처리 과정을 거친 후 각 성분별 LOD 및 LOQ를 Table 5에 요약하였으며 LOQ는 일반적으로 noise level의 10배에 해당되는 값으로 결정하였다. 이러한 요인들(linearity, LOD, LOQ, repeatability, recovery)은 위에서 제시된 전처리 분석법 및 MRM을 근거로 적용하였다.
- 국내 대도시에서의 유통 농산물 26종, 총 1,023건을 대상으로 GC-MS/MS를 이용하여 확립한 동시다성분 분석 가능 농약 37종에 대해 잔류농약 모니터링을 실시하였으며 농산물 분류별 검출 결과는 Table 6에 나타내었다. 또한 검체수거 지역별 그리고 농산물별 농약 검출현황과 검출빈도는 Table 7, 8에 설명하였다.
- 또한 분석법을 근거로 국내유통 중인 농산물의 잔류실태를 파악하기 위해 모니터링을 실시 하였으며 검출된 농약성분에 한해서는 섭취하는 농약에 대한 위해도를 평가하였다. 국내의 대형시장에 유통되는 농산물 약 1,000여건을 수거하여 확립된 분석법으로 잔류농약 모니터링을 실시하였다. 그 결과 23개의 농산물에서 잔류농약이 검출되었는데 주로 엽채류에서 잔류농약이 검출되었고 금귤류에서 주로 검출된 과실류는 2.
- 모니터링에서 농산물의 잔류농약 수준이 국가에서 선정한 기준 이상으로 검출된 경우 부적합 판정을 내거나 검출된 농약의 수준이 허용한계 이내라도 정확한 정량을 위해 매트릭스의 영향을 고려하는 것이 필수적이며 위해도 평가에서 기초적 자료로써 중요한 부분이기도 하다. 따라서 실제 검체인 콩과 레몬을 대상으로 Fig. 1의 전처리 과정을 거쳐 농약성분의 회수율을 구하였다. Real sample인 콩과 레몬에 직접 농약 표준 혼합용액을 각각 0.
- 99 이상의 좋은 직선성을 나타내었다. 또한 분석법을 근거로 국내유통 중인 농산물의 잔류실태를 파악하기 위해 모니터링을 실시 하였으며 검출된 농약성분에 한해서는 섭취하는 농약에 대한 위해도를 평가하였다. 국내의 대형시장에 유통되는 농산물 약 1,000여건을 수거하여 확립된 분석법으로 잔류농약 모니터링을 실시하였다.
- 전국 14개 지역(부산, 대구, 경남, 경북, 전남, 전북, 제주, 서울, 인천, 경기북부, 경기남부, 충북, 충남, 강원)으로 광역시 및 주요도시를 대상으로 분류하여 대형마트와 재래시장에서 유통 중인 농산물 26종을 4월～9월에 걸쳐 1～2 kg씩 3～4회 구입하여 1,000여건의 시료에서 계절별 농약 성분에 대한 잔류 실태를 조사하였다. 모든 농산물은 농산물별 1회전처리하여 분석하였으며 기준치 초과 농산물의 농약 성분에 한해서는 3회 반복 검사하여 평균값으로 하였다. 조사 대상 농산물은 곡류 2종, 서류 1종, 콩류 2종, 견과종실류 1종, 과실류 3종, 채소류 16종, 버섯류 1종으로 총 26종의 농산물을 선정하였다.
- 이러한 식품 중 농약잔류량 섭취에 대한 안전성에 대한 평가에는 개별 농약의 사람에 대한 만성독성에 근거한 1일 섭취허용량(acceptable daily intake, ADI)이 그 평가의 기준이 된다(9,10). 위에서 제시한 분석법을 이용하여 수거된 농산물에 대한 농약잔류실태조사 결과 검출된 농산물에 대한 농약 성분 8종의 농약에 대하여 각각의 농약의 1일 섭취허용량을 이용하여 자체적으로 노출평가를 실시하였다. 즉, 모니터링 결과 검출량을 바탕으로 1일 추정섭취량(estimated daily intake, EDI)을 계산하여 ADI를 고려할 경우 몇 %에 해당하는 농약을 섭취하게 되는지 계산하였다.
- 이때 시료에 있는 수분을 제거하기 위해 강력 탈수제인 MgSO4 4 g 첨가 후 이온세기의 증가로 물층과 유기용매층을 효과적으로 분리하기 위해 NaCl 1 g을 가하여 1분간 격렬하게 흔든 뒤 원심분리(3,490 × g, 5 min) 하였다.
- 37종의 농약의 분리와 정성 및 정량을 위하여 먼저 scan mode로 각 화합물의 대표적인 이온을 선택하였고 MRM mode를 사용하여 각 화합물의 precursor ions와 quantification ions를 구했으며 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 이러한 분석조건을 이용하여 정립된 MRM의 validation을 수행 하였다. 모든 MRM 이온의 dwell time은 0.
- 본 연구는 물리․화학적인 특성이 서로 다른 37종의 농약 성분을 GC/MS/MS로 농약 성분별 MRM에 대한 동시다성분 분석법을 개발하였으며, 이 분석법에서 제시한 MRM을이용하여 농산물 중 잔류하고 있는 농약성분의 정성 및 정량이 동시에 가능하게 하였고, 이 분석법은 기존의 장비(GC, HPLC, GC/MS 등)를 이용한 검사법에 비해 1건 처리 시소요되는 분석시간이 짧으며(1건 분석 시 소요시간 30분 이내) 검사결과의 정확성에서 우수하였다. 잔류농약분석에 일반적으로 사용되는 GC-ECD 및 GC-NPD를 사용하지 않고 정성 및 정량이 동시에 가능한 GC-MS/MS를 사용하여 MRM mode를 이용한 농약성분의 동시 분석 및 분석법에 따른 validation을 실시하였다. 그 결과 real sample인 콩과 레몬의 경우 모든 농약에서 70% 이상의 회수율을 보였으며, correlation coefficient(r2)도 대부분의 농약에서 0.
- 위에서 제시한 분석법을 이용하여 수거된 농산물에 대한 농약잔류실태조사 결과 검출된 농산물에 대한 농약 성분 8종의 농약에 대하여 각각의 농약의 1일 섭취허용량을 이용하여 자체적으로 노출평가를 실시하였다. 즉, 모니터링 결과 검출량을 바탕으로 1일 추정섭취량(estimated daily intake, EDI)을 계산하여 ADI를 고려할 경우 몇 %에 해당하는 농약을 섭취하게 되는지 계산하였다. 국민 1일 평균 식품섭취량과 국민평균체중을 고려하여 계산한 결과는 Table 9와 같다(11).
대상 데이터
- α-BHC 등 37종의 농약 표준품은 Dr. Ehrenstorfer (Augsbug, Germany)에서 구입한 순도 89～99.5%를 사용 하였다.
- 농약의 추출 및 정제에는 잔류 농약용 acetone, acetonitrile, hexane 등은 Merck사(Germany)의 잔류농약용 시약을 사용하였는데 1차 추출에 사용한 유기용매는 다종농약 분석에서 불순물 대비 농약 추출비율에서 가장 수율이 높은 acetonitrile을 선택하였고(5,6), 정제과정에 필요한 solid phase extraction 물질은 농약의 손실은 최소화하면서 시료의 특성인 농산물의 여러 불순물을 효과 적으로 제거하는 것으로 알려진 약이온성 교환제인 PSA (primary secondary amine)를 Varian Inc.(Middelburg, Netherlands)에서 구입하였다.
- 5%를 사용 하였다. 37종의 농약 개별 표준품을 500～1,000 mg/kg의 농도로 acetone에 용해시켜 표준물질로 제조하였고, 개별 농약 성분에 대한 분리를 위한 표준용액 및 혼합 표준용액은 1～ 10 mg/kg 정도의 수준으로 아세톤으로 희석하여 표준용액으로 사용하였다. Stock solution은 -18℃에서 보관하여 사용하였다.
- GC-MS/MS 시스템(Varian Inc., Walnut Creek, CA, USA)은 8200 autosampler가 장착된 CP-3800 가스크로마 토그래피와 질량분석기로 구성된 triple quadrupole MS/ MS(1200 L)를 사용하였다. Injector는 split/splitless 온도 프로그램이 가능한 모델이며 분석에 사용한 column은 VF-5MS(30 m × 0.
- 전국 14개 지역(부산, 대구, 경남, 경북, 전남, 전북, 제주, 서울, 인천, 경기북부, 경기남부, 충북, 충남, 강원)으로 광역시 및 주요도시를 대상으로 분류하여 대형마트와 재래시장에서 유통 중인 농산물 26종을 4월～9월에 걸쳐 1～2 kg씩 3～4회 구입하여 1,000여건의 시료에서 계절별 농약 성분에 대한 잔류 실태를 조사하였다. 모든 농산물은 농산물별 1회전처리하여 분석하였으며 기준치 초과 농산물의 농약 성분에 한해서는 3회 반복 검사하여 평균값으로 하였다.
- 전국 14개 지역에서 수거한 농산물은 Fig. 1과 같은 방법으로 추출 및 정제를 하였다. 검체를 잘게 썰어 균질화한후 15 g를 취해 Falcon tube에 넣은 뒤 acetonitrile 15 mL를가하여 추출하였다.
- 모든 농산물은 농산물별 1회전처리하여 분석하였으며 기준치 초과 농산물의 농약 성분에 한해서는 3회 반복 검사하여 평균값으로 하였다. 조사 대상 농산물은 곡류 2종, 서류 1종, 콩류 2종, 견과종실류 1종, 과실류 3종, 채소류 16종, 버섯류 1종으로 총 26종의 농산물을 선정하였다. 구입 시료의 농산물 분류는 Table 1과같다.
이론/모형
- 검출한계 및 정량한계를 결정하기 위해서 농약 표준품 혼합용액을 실제 검체인 콩과 레몬에 직접 첨가하여 전처리 과정을 거친 후 각 성분별 LOD 및 LOQ를 Table 5에 요약하였으며 LOQ는 일반적으로 noise level의 10배에 해당되는 값으로 결정하였다. 이러한 요인들(linearity, LOD, LOQ, repeatability, recovery)은 위에서 제시된 전처리 분석법 및 MRM을 근거로 적용하였다. 그 결과 모든 대상 농약이 식품의약품안전청에서 규정한(8) 농산물의 잔류농약 허용 기준보다 훨씬 밑도는 수준으로 나타나 농산물 잔류하고 있는 극미량의 농약성분의 검출이 가능하리라 생각된다.
성능/효과
- 8종의 농약이 검출되었고 그 중 1종이 잔류허용기준을 초과하였지만 이상과 같은 노출평가를 실시한 결과 %ADI를고려할 경우 0.0000～0.3462%를 섭취하는 것으로 나타나 안전한 수준인 것으로 판단된다. Phentoate가 가장 많은 양을 섭취하는 것으로 나타났으나 0.
- 회수율에 사용된 콩과 레몬에서는 농약 성분이 검출되지 않았다. GC/MS/MS로 분석한 결과 회수율은 모든 농약 성분에 대해 76.8～101.8%(콩), 67.5～123.8%(레몬)로 좋은 결과를 보였다(Table 5).
- 3462%를 섭취하는 것으로 나타나 안전한 수준인 것으로 판단된다. Phentoate가 가장 많은 양을 섭취하는 것으로 나타났으나 0.3462% 정도로 그 수준이 매우 낮은 것으로 확인되었다.
- 검출된 농산물은 대부분 엽채류였으며 이 중 잔류허용기준을 초과한 농산물은 1종으로 “무잎”으로 diazinone이 1.67 ppm으로 기준치 초과하였다.
- 1%의 부적합율을 나타냈다. 검출된 농약과 그 검출량을 토대로 농약의 1일 섭취허용량(acceptable daily intake, ADI)을 바탕으로 음식을 통해 매일 섭취하는 농약이 사람에게 미치는 위해도를 평가한 결과 ADI 대비 0.0000～0.3462%의 현저히 낮은 수준으로 나타났다.
- 국내의 대형시장에 유통되는 농산물 약 1,000여건을 수거하여 확립된 분석법으로 잔류농약 모니터링을 실시하였다. 그 결과 23개의 농산물에서 잔류농약이 검출되었는데 주로 엽채류에서 잔류농약이 검출되었고 금귤류에서 주로 검출된 과실류는 2.2%의 검출율을 보였다. 이 중 MRL을 초과하는 수준의 농약이 검출된 것은 엽채류 중 하나인 무 잎에서 검출되어 0.
- 잔류농약분석에 일반적으로 사용되는 GC-ECD 및 GC-NPD를 사용하지 않고 정성 및 정량이 동시에 가능한 GC-MS/MS를 사용하여 MRM mode를 이용한 농약성분의 동시 분석 및 분석법에 따른 validation을 실시하였다. 그 결과 real sample인 콩과 레몬의 경우 모든 농약에서 70% 이상의 회수율을 보였으며, correlation coefficient(r2)도 대부분의 농약에서 0.99 이상의 좋은 직선성을 나타내었다. 또한 분석법을 근거로 국내유통 중인 농산물의 잔류실태를 파악하기 위해 모니터링을 실시 하였으며 검출된 농약성분에 한해서는 섭취하는 농약에 대한 위해도를 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서 검출된 8종의 농약은 모두 인체에 위해한 영향을 미치지 않는 수준인 것으로 평가되었다.
- 99 이상의 R2값을 얻음으로써 매우 높은 직선성을 보였다. 또한, 농약성분별 혼합 표준용액을 서로 다른 농도인 2 group으로 제조 후 농약 농도별 경향을 구하고자 intra-day repeatability로 5회 반복 분석 후 표준편차를 구하였으며, 대부분의 농약성분이 20% 이하로 좋은 결과를 보였다(Table 4). 검출한계 및 정량한계를 결정하기 위해서 농약 표준품 혼합용액을 실제 검체인 콩과 레몬에 직접 첨가하여 전처리 과정을 거친 후 각 성분별 LOD 및 LOQ를 Table 5에 요약하였으며 LOQ는 일반적으로 noise level의 10배에 해당되는 값으로 결정하였다.
- 본 연구는 물리․화학적인 특성이 서로 다른 37종의 농약 성분을 GC/MS/MS로 농약 성분별 MRM에 대한 동시다성분 분석법을 개발하였으며, 이 분석법에서 제시한 MRM을이용하여 농산물 중 잔류하고 있는 농약성분의 정성 및 정량이 동시에 가능하게 하였고, 이 분석법은 기존의 장비(GC, HPLC, GC/MS 등)를 이용한 검사법에 비해 1건 처리 시소요되는 분석시간이 짧으며(1건 분석 시 소요시간 30분 이내) 검사결과의 정확성에서 우수하였다. 잔류농약분석에 일반적으로 사용되는 GC-ECD 및 GC-NPD를 사용하지 않고 정성 및 정량이 동시에 가능한 GC-MS/MS를 사용하여 MRM mode를 이용한 농약성분의 동시 분석 및 분석법에 따른 validation을 실시하였다.
후속연구
- 이러한 요인들(linearity, LOD, LOQ, repeatability, recovery)은 위에서 제시된 전처리 분석법 및 MRM을 근거로 적용하였다. 그 결과 모든 대상 농약이 식품의약품안전청에서 규정한(8) 농산물의 잔류농약 허용 기준보다 훨씬 밑도는 수준으로 나타나 농산물 잔류하고 있는 극미량의 농약성분의 검출이 가능하리라 생각된다.
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