QuEChERS 전처리법과 HPLC-MS/MS 기기분석을 이용한 사과와 상추 중 240종 농약의 동시분석 Multiresidue Analysis of 240 Pesticides in Apple and Lettuce by QuEChERS Sample Preparation and HPLC-MS/MS Analysis원문보기
QuEChERS(quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) 전처리법과 HPLC-MS/MS의 기기분석조건을 확립하고 분석법을 검증하였다. 상추와 사과에 첨가농도 90, 45, 9 ng/g로 농약을 처리하고 상추의 경우 GCB를 첨가하고 사과의 경우 GCB를 첨가하지 않고 QuEChERS법으로 전처리 한 후 HPLC-MS/MS로 분석하여 matrix matched calibration을 이용하여 회수율을 조사한 결과, 첨가된 농약 240성분 중 회수율이 70~120%이고 RSD가 20% 이하인 농약은 사과의 경우 218성분(91%), 상추의 경우 207성분(86%)이었다. 또한 lowest calibrated level(LCL)은 192성분이 4.5 ng/g, 42성분이 9 ng/g, 3성분이 45 ng/g이었으며 3성분은 검출이 불가능하였다. 따라서 본 시험에서 사용된 QuEChERS 전치리법과 HPLCMS/MS 분석조건을 이용하여 국내 등록 농약에 대한 야채와 과일중의 잔류농약 분석이 가능할 것으로 판단되었다.
QuEChERS(quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) 전처리법과 HPLC-MS/MS의 기기분석조건을 확립하고 분석법을 검증하였다. 상추와 사과에 첨가농도 90, 45, 9 ng/g로 농약을 처리하고 상추의 경우 GCB를 첨가하고 사과의 경우 GCB를 첨가하지 않고 QuEChERS법으로 전처리 한 후 HPLC-MS/MS로 분석하여 matrix matched calibration을 이용하여 회수율을 조사한 결과, 첨가된 농약 240성분 중 회수율이 70~120%이고 RSD가 20% 이하인 농약은 사과의 경우 218성분(91%), 상추의 경우 207성분(86%)이었다. 또한 lowest calibrated level(LCL)은 192성분이 4.5 ng/g, 42성분이 9 ng/g, 3성분이 45 ng/g이었으며 3성분은 검출이 불가능하였다. 따라서 본 시험에서 사용된 QuEChERS 전치리법과 HPLCMS/MS 분석조건을 이용하여 국내 등록 농약에 대한 야채와 과일중의 잔류농약 분석이 가능할 것으로 판단되었다.
The study tested QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) sample preparation and HPLC-MS/ MS analysis for measurement of pesticide residues in fruit and vegetable. 240 kinds of pesticides spiked at three levels of 90, 45, 9 ng/g in lettuce and apple. For QuEChERS sample preparation,...
The study tested QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) sample preparation and HPLC-MS/ MS analysis for measurement of pesticide residues in fruit and vegetable. 240 kinds of pesticides spiked at three levels of 90, 45, 9 ng/g in lettuce and apple. For QuEChERS sample preparation, graphitized carbon black (GCB) was used for only lettuce in dispersive-SPE as absorbent. Matrix-matched standard calibration was used for quantitative analysis of HPLC-MS/MS. 218 pesticides (91%) in apple and 207 pesticides (86%) in lettuce showed recoveries in the range of 70~120% with $RSD{\leq}20%$. The lowest calibrated level (LCL) were 4.5 ng/g for 192 pesticides, 9 ng/g for 42 pesticides, 45 ng/g for 3 pesticides and 3 pesticides were not detected at all concentration levels. The results showed that the QuEChERS sample preparation and HPLC-MS/MS analysis can be applied to multi-residue analysis of pesticides in vegetables and fruits.
The study tested QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) sample preparation and HPLC-MS/ MS analysis for measurement of pesticide residues in fruit and vegetable. 240 kinds of pesticides spiked at three levels of 90, 45, 9 ng/g in lettuce and apple. For QuEChERS sample preparation, graphitized carbon black (GCB) was used for only lettuce in dispersive-SPE as absorbent. Matrix-matched standard calibration was used for quantitative analysis of HPLC-MS/MS. 218 pesticides (91%) in apple and 207 pesticides (86%) in lettuce showed recoveries in the range of 70~120% with $RSD{\leq}20%$. The lowest calibrated level (LCL) were 4.5 ng/g for 192 pesticides, 9 ng/g for 42 pesticides, 45 ng/g for 3 pesticides and 3 pesticides were not detected at all concentration levels. The results showed that the QuEChERS sample preparation and HPLC-MS/MS analysis can be applied to multi-residue analysis of pesticides in vegetables and fruits.
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제안 방법
3) 2 mL 유리 바이알에 상징액 500 µL를 담고 matrix matched calibration용 혼합표준용액(0.9, 0.45, 0.09 μg/mL 농도) 50 µL, 내부표준용액(1 μg/mL 농도) 50 µL, triphenylphosphate 용액(2 μg/mL 농도) 50 µL를 넣어 HPLC-MS/MS로 분석한다.
7) 2 mL 유리 바이알에 상징액 500 µL를 담고 triphenylphosphate 2 μg/mL 용액 50 µL, acetonitrile 100 µL를 넣어 HPLC-MS/MS로 분석한다.
1 소프트웨어를 사용하였다. HPLC-MS/MS분석은 농약의 성질에 따라 positive mode(Table 1)와 negative mode(Table 2)로 나누어서 분석을 실시하였다. 이동상은 positive mode에서는 precursor ion인 [M+H]+이온의 생성을 돕기 위해 0.
LC pump는 Agilent 1200 G1312B SL을 사용하였고 시료 주입은 Agient 1200 High Performance Autosampler SL을 써서 20 μL를 주입하였다. Positive mode의 경우 많은 농약을 분석하므로 MS/MS분석에서 각 이온쌍의 충분한 dwell time(최소 10 ms)을 확보하기 위하여 scheduled MRM모드를 이용하여 농약을 두 그룹으로 나누어 한 시료 당 두 번씩 분석을 수행하였다(Table 3). 분석시간은 positive mode의 경우 30분, negative mode의 경우 17분이었다.
내부표준물질은 atrazine D5, linuron D6, pirimicarb D6를 10 μg/mL 농도의 혼합용액으로 acetonitrile로 제조하여 시료에 첨가하였고 이를 acetonitrile로 10배 희석하여 1 μg/mL로 만들어 matrix matched calibration을 위한 용액 제조에 이용하였다.
상추와 사과를 가지고 QuEChERS법으로 전처리한 후 matrix matched calibration을 이용하여 HPLC-MS/MS로 분석한 결과를 Table 4에 나타내었다. 내부표준물질은 positive mode의 경우 RSD값이 낮았던 pirimicarb D6를 내부표준물질로 정하여 각 농약성분의 피크면적을 pirimicarb D6의 피크면적으로 나눈 면적비를 이용하여 회수율을 산출하였다. Negative mode의 경우 linuron D6의 사용이 가능하나 본 실험에서 사용한 0.
농약 첨가용 혼합표준용액은 9, 4.5, 0.9 μg/mL이 되도록 aetonitrile로 제조하였다.
따라서 본 실험에서는 사과의 경우 Lehotay 등(2010)이 사용한 QuEChERS법으로 전처리하고 상추의 경우 graphitized carbon black(GCB)을 첨가하여 전처리 한 후 HPLC-MS/MS 분석 조건을 확립하고 분석하여 국내 등록농약 240종에 대하여 분석법을 검증하였다.
QuEChERS 전처리법의 경우 비교적 작은 양의 시료를 짧은 시간동안 진탕추출하기 때문에 균질화된 시료의 확보가 중요하다. 따라서 상추의 경우 냉동 시킨 후 드라이아이스를 첨가하면서 분쇄기를 이용하여 균질화하였고 사과의 경우 상온에서 균질화한 후 회수율 시험에 이용하였다. 농약은 90, 45, 9 ng/g의 첨가농도가 되도록 농약 표준용액을 첨가하여 회수율 실험이 실시되었는데 확립된 시험법은 다음과 같다.
이 혼합표준용액을 0.05% formic acid함유 acetonitrile로 10배 희석하여 0.9, 0.45, 0.09 μg/mL의 농도가 되도록 각각 제조한 후 matrix matched calibration을 위한 용액 제조에 이용하였다.
HPLC-MS/MS분석은 농약의 성질에 따라 positive mode(Table 1)와 negative mode(Table 2)로 나누어서 분석을 실시하였다. 이동상은 positive mode에서는 precursor ion인 [M+H]+이온의 생성을 돕기 위해 0.1% formic acid를 첨가해 주었고 아울러 몇가지 농약에서 [M+NH4]+이온을 precursor ion으로 사용하였기 때문에(Table 3) ammonium formate를 첨가해주었으며 negative mode에서는 precursor ion인 [M-H]- 이온의 생성을 방해하지 않으면서 분석성분이 비극성 컬럼에 머물 수 있도록 0.01% formic acid를 첨가하였다. LC pump는 Agilent 1200 G1312B SL을 사용하였고 시료 주입은 Agient 1200 High Performance Autosampler SL을 써서 20 μL를 주입하였다.
5 ng/g, 42성분이 9 ng/g, 3성분이 45 ng/g이었다. 이상의 결과로 볼 때 본 시험에서 사용된 QuEChERS분석법을 이용할 경우 carbendazim, pymetrozine, tricyclazole, sulfonylurea계통의 농약등과 같은 다성분 동시분석이 불가능한 농약들(식약청, 2010)도 함께 분석이 가능한 장점이 있고 Shenck와 Hobbs(2004)의 실험에서 포장에서 농약이 살포된 시료를 분석한 결과 QuEChERS법과 캐나다와 미국 규제당국에 의해 이용되는 방법들인 Fillon법(Fillon 등, 2000)과 Luke법(Luke 등, 1975)의 결과가 비슷했다는 점을 볼 때 본 연구에서 확립된 분석법을 활용하여 농산물중 잔류농약의 분석이 가능하리라 판단되었다. 그러나 특수한 추출법을 써야하는 농약의 경우 추출 효율은 검증하지 않았기 때문에 그러한 농약들에 대한 추출효율은 더 검증되어야될 것으로 보인다.
후속연구
이상의 결과로 볼 때 본 시험에서 사용된 QuEChERS분석법을 이용할 경우 carbendazim, pymetrozine, tricyclazole, sulfonylurea계통의 농약등과 같은 다성분 동시분석이 불가능한 농약들(식약청, 2010)도 함께 분석이 가능한 장점이 있고 Shenck와 Hobbs(2004)의 실험에서 포장에서 농약이 살포된 시료를 분석한 결과 QuEChERS법과 캐나다와 미국 규제당국에 의해 이용되는 방법들인 Fillon법(Fillon 등, 2000)과 Luke법(Luke 등, 1975)의 결과가 비슷했다는 점을 볼 때 본 연구에서 확립된 분석법을 활용하여 농산물중 잔류농약의 분석이 가능하리라 판단되었다. 그러나 특수한 추출법을 써야하는 농약의 경우 추출 효율은 검증하지 않았기 때문에 그러한 농약들에 대한 추출효율은 더 검증되어야될 것으로 보인다.
5 mg의 GCB 처리시 85-90%의 chlorophyll을 제거하지만 GCB는 평면구조의 농약 또한 흡착하는 것으로 알려져 있으며 작물에 따라 회수율의 변이가 심하였다(Koesukwiwat, 2010). 본 실험에서 평면구조인 농약 중 cyprodinil, pyrimethanil, thiabendazole의 회수율은 사과보다 GCB를 첨가한 상추에서 다소 떨어졌지만 주등(2011)의 실험에서 사과에 GCB를 첨가해서 PTV-GC-TOF/MS로 실험한 결과의 회수율은 세 농약 모두 85%이상으로 좋았기 때문에 시료와 GCB에 의한 농약의 흡착간의 관계는 추후 더 실험되어져야될 것이다. Sulfonylurea 계통의 농약과 pymetrozine의 경우 산을 첨가하지 않은 acetonitrile로 분배한 실험에서 레몬과 오이의 회수율이 각각 44-69%, 59-71%로 낮았고(Anastassiades, 2003) citrate buffer를 첨가한 acetonitrile로 분배했을 때 60%미만으로 낮았지만(Lehotay등, 2010) 본 실험에서는 sulfonylurea 계통의 농약과 pymetrozine이 사과와 상추에서 모두 72%- 115%의 회수율을 보였다.
수율은 사과에서 propamorab 75%, 딸기에서 spinosad 89%로 회수율이 높았고(Anastassiades, 2004) 파프리카에 대하여 citrate buffer를 첨가한 acetonitrile로 분배시에 propamocarb, spinosad의 회수율이 90%이상이었으나(Lee, 2011) 본시험에서는 사과에서 40-58%, 상추에서 62-93%로써 다소 낮은 회수율을 보였다. 이는 propamocarb, spinosad, spinetoram 등은 염기성 농약으로써 본 실험에서 사용된 acetate buffer 첨가 acetonitrile분배 조건에서 위 약제들이 시료의 pH가 낮을수록 acetonitrile층으로 충분히 전이되지 못하는 것으로 추측되었으나 추후 다른 요인도 함께 더 확인할 필요가 있다. 상추시료 추출물 1 ml당 7.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
농식품의 유해물질을 정확하게 분석하는 기술이 중요시 인식되는 이유는 무엇인가?
최근 식품의 안전성에 대한 소비자의 관심이 높아짐에 따라 농식품 중 유해물질을 정확하게 분석하는 기술이 중요하게 인식되고 있다. 농식품에 존재할 수 있는 유해물질 중 농약은 농작물의 병해충 방제를 위해 인위적으로 살포되는 물질로써 농식품의 안정적인 공급을 위해 필요한 물질이다.
농약은 어떠한 물질인가?
최근 식품의 안전성에 대한 소비자의 관심이 높아짐에 따라 농식품 중 유해물질을 정확하게 분석하는 기술이 중요하게 인식되고 있다. 농식품에 존재할 수 있는 유해물질 중 농약은 농작물의 병해충 방제를 위해 인위적으로 살포되는 물질로써 농식품의 안정적인 공급을 위해 필요한 물질이다. 이렇게 살포된 농약은 등록되는 과정에서 인축 및 생태계에 대한 안전성을 검증하며 각 농약마다 인체에 무해한 수준인 잔류허용기준을 정하여 관리하고 있다(농촌진흥청, 2010).
잔류농약의 분석에 전처리 과정이 필요한 이유는 무엇인가?
농식품 중 잔류농약 분석은 다양한 매트릭스내에 존재하는 매우 극미량의 성분을 분석해야 하므로 농약성분 이외의 복잡한 불순물을 제거해야 하는 복잡한 전처리 과정이 필요하며(식품의약품안전평가원, 2009) 숙련된 분석자와 최적의 실험실 환경하에서 재현성있는 잔류농약 결과 값을 얻을 수 있다. 최근 미국 농업연구청(Agricultural Research Service)에서 개발된 QuEChERS(quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) 분석법은 국내외에서 많이 사용되고 있는 분석법의 근간이 된 PAM 303법(Mills 등, 1963), CDFA법(Lee 등, 1991), Luke법(Luke 등, 1975, Luke 등, 1981)등과는 다르게 용매층과 물층의 분리에 NaCl과 MgSO4를 함께 이용하여 극성의 불순물이 용매층으로 전이되는 것을 최소화하면서 단성분으로만 분석이 가능하던 극성의 농약들도(식품공전, 2011) 용매층에 잘 전이될 수 있도록 하였으며 정제를 위해 SPE나 오픈컬럼을 이용하지 않고 흡착제를 첨가해서 정제를 한다(Anastassiades 등, 2003).
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