[논문]해산물 시료에서 solid-phase extraction 및 HPLC-ICP/MS를 이용한 셀레늄 화학종의 정량분석

김은주; 주민규; 권효식; 박용남

doi:10.5806/ast.2013.26.5.307

해산물 시료에서 solid-phase extraction 및 HPLC-ICP/MS를 이용한 셀레늄 화학종의 정량분석
Quantitative analysis of selenium species in sea food using solid phase extraction and HPLC-ICP/MS 원문보기

분석과학 = Analytical science & technology, v.26 no.5, 2013년, pp.307 - 314

김은주 (한국교원대학교 화학교육과) , 주민규 (한국교원대학교 화학교육과) , 권효식 (충북대학교 화학교육학과) , 박용남 (한국교원대학교 화학교육과)

초록
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셀레늄은 다양한 화학종으로 존재하며 그 농도와 형태에 따라 활성도나 생물학적 이용도가 달라지므로 식품에 대한 셀레늄 화학종의 정확한 분리 및 정량이 필요하다. 본 연구에서는 역상 (RP; reversed phase) 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC; high performance liquid chromatography)와 유도결합 플라즈마 (ICP; inductively coupled plasma) 질량분석법 (MS; mass spectrometry)을 사용하여 해산물 시료 중 셀레늄 화학종을 분리 검출 한 뒤에 후 컬럼 동위원소희석법 (post column isotope dilution)으로 정확히 정량 하였다. 시료 중 $^{80}Se$의 간섭요인인 $^{79}Br$을 제거하기 위해 고체상 추출법을 사용하여 대부분의 $^{79}Br$을 제거하였고 남아있는 $^{79}Br$은 수학적 보정식을 이용하여 보정해주었다. CRM (certified reference material) DOLT-4를 사용하여 셀레늄의 총량을 분석한 결과는 인증치와 잘 일치하였지만 각 화학종에 대한 정보는 비교할 수 없었다. 한국인 식탁에 오르는 대표적인 해산물 시료인 갈치, 삼치, 오징어, 등을 분석한 결과, 주된 셀레늄 화학종은 SeCys (selenocysteine)와 SeMet (selenomethionine)이었으며 각각은 0-661.6 mg/kg and 137.3-462.7 mg/kg의 농도로 존재함 을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Selenium exists in various forms of chemical species. The activity and bioavailability is strongly dependent on its chemical form and concentration. Consequently the information on each selenium species and its concentration must be exactly determined for the food we take in. In this study, selenium species in seafood were separated and quantified by RP (reversed phase) HPLC (high performance liquid chromatography) coupled with ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) using post-column isotope dilution. $^{79}Br$, which interferes on $^{80}Se$, has mostly been removed by solid phase extraction and then mathematical correction has been applied for the more accurate correction. The experimental result for CRM (certified reference material) DOLT-4 agreed well with the certified value but each selenium species could not be compared. SeCys (selenocysteine) and SeMet (selenomethionine) were the major species detected in seafood such as belt fish, spanish mackerel, and squid that have been serving as Korean diet. The concentrations found in Korean sea food for SeCys and SeMet were in the range of 0-661.6 mg/kg and 137.3-462.7 mg/kg, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

의 최근 연구에서는 마늘, 돼지고기, 고등어 등의 시료 중에서 셀레늄 화학종을 추출 및 정량 하였다. 본 연구에서는 국내에서 식탁에 친숙하게 자주 오르는 대표적인 생선들을 중심으로 셀레늄의 여러 화학종들을 조사하고 그 농도를 정확히 분석하고자 하였다.

제안 방법

본 연구를 통하여 한국인의 식탁에 자주 오르는 해산물에 대한 셀레늄 화학종들의 종류와 농도를 정확하게 구할 수 있었다. 마이크로파 효소추출법을 이용 하여 효율적으로 추출한 뒤 RP HPLC-ICP/MS를 이용하여 해산물 시료에서 셀레늄 화학종을 분리하고 후 컬럼 동위원소 희석법을 적용하여 µg/kg 수준의 미량 셀레늄 화학종을 정량적으로 분석하였다. 대부분의 해산물 시료에서는 SeCys와 SeMet이 주로 검출되었다.
대부분의 Br은 제거 되는 것으로 보이며 현재 Br의 제거 효율은 약 95%이었다. 하지만 Br이 일부 남아 있을 수 있으며 남아 있는 Br이 [⁷⁹BrH]⁺를 생성하는 것에 대하여서는 수학적 보정을 통하여 수정하였다.

대상 데이터

용기 세척과 시료 제조에 사용한 질산은 동우화인켐에서 구입한 반도체급 시약을 사용하였다. 셀레늄 표준 용액은 NIST SRM 3179 (Se standard stock solution 10.11 ± 0.02 mg/g)를 2% HNO₃에 묽혀 사용하였다. 셀레늄 화학종 표준용액은 Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)에서 구입한 sodium selenite (Se IV, 99%)와 sodium selenate (Se VI, 99.
999%), DL-SeMet, L-SeCys, MeSeCys (95%)를 탈 이온수에 묽혀 사용하였다. 시료중 셀레늄을 추출하기 위해 사용한 효소는 protease XIV (from streptomyces griseus type)와 lipase (from porcine pancreas type II)는 Sigma-Aldrich에서 구입하여 사용하였다. 이온쌍 시약과 용매는 NFPA (nonafluoropentanoic acid, Fluka, Buchs, Switzerland)와 methanol (≥99.

이론/모형

셀레늄 화학종의 정확한 정량을 위해 시료 중 간섭이온들을 제거할 필요성이 있으므로 본 연구에서는 SPE cartridge (Bond elut-SAX, 500 mg, 3 mL, Agilent, Lake forest, USA)를 이용한 고체상 추출법으로 시료중 Br을 제거해주었다. 과정은 먼저 메탄올과 증류수를 각 2 mL 사용하여 씻어 준 뒤 시료를 2 mL loading 시키고 증류수 2 mL를 사용하여 추출해 내었다.
따라서 makeup gas로 Ar/O₂ 혼합 기체 (Ar 80%, O₂ 20%)를 사용하여 탄소를 산화시켰다. 시료 에 존재하는 셀레늄 화학종을 분리하기 위한 최적의 조건을 구하기 위하여 먼저 5 개의 셀레늄 화학종 표준시료를 선행연구²¹에 따라 분리하고 같은 조건으로 해산물 시료 중의 셀레늄 화학종을 분리하였다. 이 후, 각 화학종의 확인을 위해 시료에 셀레늄 화학종 표준시료를 첨가하여 재점검하였다.
시료에서 셀레늄화학종을 효율적으로 추출하기 위하여 마이크로파를 이용한 효소추출법을 사용하였다. 먼저 동결 건조시켜 분쇄한 시료를 Teflon 용기에 200 mg 넣고, protease XIV 20 mg, lipase 5 mg, 50 mM phosphate buffer (pH 7.

성능/효과

대부분의 해산물 시료에서는 SeCys와 SeMet이 주로 검출되었다. SPE를 사용하여 동중간섭을 하는 Br을 제거하였고 남은 Br에 의한 간섭은 수학적 보정을 사용하여 정확한 셀레늄 화학종의 양을 정량할 수 있었다. 실험에서 구한 값들은 생선시료들이 대개 mg/kg 수준이거나 그 이하이며 이 값들은 다른 문헌값들과 비슷한 수준이었다.
그 다음 화학종 연구로서 DOLT-4 표준시료를 본 실험방법에 따라 추출한 다음 조사해 보았다. Se 화학종의 정량적 연구는 각 화학종에 대한 인증값이 없으므로 직접 비교할 수 없었으며 본 연구결과에 의하면 SeCys와 SeMet이 각각 1.58 mg/kg과 1.68 mg/kg 존재함을 알아내었다. 이 둘을 더하면 3.
본 연구를 통하여 한국인의 식탁에 자주 오르는 해산물에 대한 셀레늄 화학종들의 종류와 농도를 정확하게 구할 수 있었다. 마이크로파 효소추출법을 이용 하여 효율적으로 추출한 뒤 RP HPLC-ICP/MS를 이용하여 해산물 시료에서 셀레늄 화학종을 분리하고 후 컬럼 동위원소 희석법을 적용하여 µg/kg 수준의 미량 셀레늄 화학종을 정량적으로 분석하였다.

후속연구

화학종 연구의 가장 큰 관건은 시료에서 화학종을 추출할 때에 화학종간의 전이가 일어나지 않아야 하며 모두 추출되어야 하는 것이다. 아직 동위원소로 표지된 표준물이 없으므로 이 부분에 대한 연구가 부족하며 앞으로 동위원소 표지물을 합성하여 더 실험하여야 추출에 대한 정확성을 입증할 수 있을 것으로 생각한다.
셀레늄의 화학종에 대한 연구는 그 범위가 매우 넓다. 예를 들어, 셀레늄은 인체에서 다양한 화학종으로 존재하며 그 형태와 농도에 따라 인체에 미치는 영향이 달라질 수 있으므로 더욱 다양한 환경, 식품, 생체 시료 등에서 셀레늄 화학종에 관한 계속적인 연구가 필요하며 수행되어야할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	셀레늄의 특징은?	셀레늄은 극미량 미네랄로서 단백질과 결합하여 여러 항산화효소들을 만들어 라디칼들을 제어하거나 인체의 면역체계에 작용하는 중요한 원소이다.1,2 현재까지 인체에는 셀레늄을 포함하는 효소 및 단백질이 25종류 이상3이 밝혀져 있으며, 이 들은 항산화 작용에 의한 면역력 증가, 항바이러스 작용, 항암 효과, 심장병 예방 등의 효과가 있는 중요한 역할을 한다.
	인체에 포함된 셀레늄은 몇 종류 이상인가?	셀레늄은 극미량 미네랄로서 단백질과 결합하여 여러 항산화효소들을 만들어 라디칼들을 제어하거나 인체의 면역체계에 작용하는 중요한 원소이다.1,2 현재까지 인체에는 셀레늄을 포함하는 효소 및 단백질이 25종류 이상3이 밝혀져 있으며, 이 들은 항산화 작용에 의한 면역력 증가, 항바이러스 작용, 항암 효과, 심장병 예방 등의 효과가 있는 중요한 역할을 한다. 4,5 셀레늄이 부족할 경우, 케샨병이나 심장병 또는 prostate 암의 유발 같은 질병이 나타나며6,7 인체의 건강유지에 필수 적이므로 “새로운 비타민”이라고 정의되고 있다.
	효소 및 단백질 내 들어있는 셀레늄이 부족할 경우 어떤 질병이 발생하는가?	1,2 현재까지 인체에는 셀레늄을 포함하는 효소 및 단백질이 25종류 이상3이 밝혀져 있으며, 이 들은 항산화 작용에 의한 면역력 증가, 항바이러스 작용, 항암 효과, 심장병 예방 등의 효과가 있는 중요한 역할을 한다. 4,5 셀레늄이 부족할 경우, 케샨병이나 심장병 또는 prostate 암의 유발 같은 질병이 나타나며6,7 인체의 건강유지에 필수 적이므로 “새로운 비타민”이라고 정의되고 있다. 동시에 셀레늄을 과잉으로 섭취하면 독성을 일으켜서 피부병과 같은 셀레늄증 (selenosis)을 가져오게 된다.

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저자의 다른 논문 :

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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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