물 시료 중에 잔류하는 β-차단제 3종(아테놀롤, 메토프롤롤, 프로프라놀롤)과 β-락탐계 항생제 6종(아목시실린, 페니실린G, 세파클러, 세파드록실, 세파렉신, 세프라딘)을 다른 두 종류의 카트리지를 사용하여 효과적인 분석방법을 정립하였다. 고분자 친수성-친유성 균형 카트리지(Hydrophile-lipophile balance, HLB)와 강한 양이온 교환 혼합 모드인 고분자 흡수 카트리지(Mixed mode cation exchange, MCX)를 사용하여 자동고체상 추출장치(Solid-phase extraction, SPE)로 전처리를 하였다. 충분한 크로마토그래피 분리를 위해 XDB-C18 (1.8 μm; 3.0 mm × 100 mm) 컬럼을 사용하였다. 정량을 위한 검정곡선의 상관계수(r²)가 0.995 이상으로 우수한 직선성을 나타내었다. 방법검출한계(Method detection limits, MDL)와 정량한계(Limit of quantitation, LOQ)는 각각 1.1~3.9 ng/L와 5~13 ng/L이었다. 이 분석방법으로 한강으로 유입되는 지천과 원수를 실태 조사 한 결과 N.D.~0.209 μg/L 농도로 검출되었다.
물 시료 중에 잔류하는 β-차단제 3종(아테놀롤, 메토프롤롤, 프로프라놀롤)과 β-락탐계 항생제 6종(아목시실린, 페니실린G, 세파클러, 세파드록실, 세파렉신, 세프라딘)을 다른 두 종류의 카트리지를 사용하여 효과적인 분석방법을 정립하였다. 고분자 친수성-친유성 균형 카트리지(Hydrophile-lipophile balance, HLB)와 강한 양이온 교환 혼합 모드인 고분자 흡수 카트리지(Mixed mode cation exchange, MCX)를 사용하여 자동고체상 추출장치(Solid-phase extraction, SPE)로 전처리를 하였다. 충분한 크로마토그래피 분리를 위해 XDB-C18 (1.8 μm; 3.0 mm × 100 mm) 컬럼을 사용하였다. 정량을 위한 검정곡선의 상관계수(r²)가 0.995 이상으로 우수한 직선성을 나타내었다. 방법검출한계(Method detection limits, MDL)와 정량한계(Limit of quantitation, LOQ)는 각각 1.1~3.9 ng/L와 5~13 ng/L이었다. 이 분석방법으로 한강으로 유입되는 지천과 원수를 실태 조사 한 결과 N.D.~0.209 μg/L 농도로 검출되었다.
An effective analytical method has been developed for the determination of β-blockers(atenolol, metoprolol and propranolol) and 6 β-lactams(amoxicillin, penicillin G, cefaclor, cefadroxil, cephalexin and cephradine) in water samples using two different cartridges. The samples were extrac...
An effective analytical method has been developed for the determination of β-blockers(atenolol, metoprolol and propranolol) and 6 β-lactams(amoxicillin, penicillin G, cefaclor, cefadroxil, cephalexin and cephradine) in water samples using two different cartridges. The samples were extracted by solid-phase extraction (SPE) with the usage of polymeric hydrophile-lipophile balance(HLB cartridges) and strong cation-exchange mixed-mode polymeric sorbent (MCX cartridges). A XDB-C18 column(1.8 μm; 3.0 mm × 100 mm) was used for the sufficient chromatographic resolution. The calibration curves showed good linearity with high correlation coefficients (>0.995). The method detection limits (MDL) and the limits of quantification(LOQ) were from 1.1 to 3.9 ng/L and from 5 to 13 ng/L, respectively. The method was applied for the determination of the target compounds in tributaries and raw water of the Han River and these were found at N.D. to 0.209 μg/L.
An effective analytical method has been developed for the determination of β-blockers(atenolol, metoprolol and propranolol) and 6 β-lactams(amoxicillin, penicillin G, cefaclor, cefadroxil, cephalexin and cephradine) in water samples using two different cartridges. The samples were extracted by solid-phase extraction (SPE) with the usage of polymeric hydrophile-lipophile balance(HLB cartridges) and strong cation-exchange mixed-mode polymeric sorbent (MCX cartridges). A XDB-C18 column(1.8 μm; 3.0 mm × 100 mm) was used for the sufficient chromatographic resolution. The calibration curves showed good linearity with high correlation coefficients (>0.995). The method detection limits (MDL) and the limits of quantification(LOQ) were from 1.1 to 3.9 ng/L and from 5 to 13 ng/L, respectively. The method was applied for the determination of the target compounds in tributaries and raw water of the Han River and these were found at N.D. to 0.209 μg/L.
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문제 정의
필요하다. 따라서 본 연구에서는 흔히 사용하는 β-차단제 3종과 β-락탐계 항생제 6종을 동시분석하기 위해 카트리지를 선택하여 비교함으로써 전처리를 개선하였다. 또한 고성능 액체 크로마토그래프(High performance liquid chromatography-Tandem mass Spectrometry, HPLC- MS/MS)로 최적의 분석조건을 설정하여 정도 관리를 하였으며, 개선된 분석법을 이용하여 한강으로 유입되는 지천과 원수의 실태조사를 실시하였다.
전처리를 하는 것이 주된 방법이었다. 본 연구에서는 신속한 분석을 위해 하나의 전처리 방법을 사용하여 효율성을 높였다. HLB 카트리지를 사용한 시료의 정밀도는 8~30% 이였으며, MCX 카트리지로 추출한 시료는 6~17%로 높은 정밀도를 나타내었다.
제안 방법
0.1% 폼산을 첨가한 정제수를 이동상 A로 사용하였고, 아세토나이트릴을 이동상 B로 하였다(Table 2). 일반적으로 폼산과 같은 휘발성 산은 LC-MS, LC- MS/MS 등의 분석에 이동상 첨가제로서 많이 사용하는데 이동상을 낮은 pH로 유지함으로써 컬럼 표면에 잔류하는 실라놀 그룹(silanol groups)의 이온화를 최소화하여 좋은 감도의 피크를 유지하기 위해서이다.
따라서 본 연구에서는 흔히 사용하는 β-차단제 3종과 β-락탐계 항생제 6종을 동시분석하기 위해 카트리지를 선택하여 비교함으로써 전처리를 개선하였다. 또한 고성능 액체 크로마토그래프(High performance liquid chromatography-Tandem mass Spectrometry, HPLC- MS/MS)로 최적의 분석조건을 설정하여 정도 관리를 하였으며, 개선된 분석법을 이용하여 한강으로 유입되는 지천과 원수의 실태조사를 실시하였다.
분석 대상 물질들의 정확도와 정밀도를 비교하기 위해 HLB 카트리지와 MCX 카트리지를 각각 사용하여 정도관리를 수행하였다. HLB 카트리지는 모든 화합물을 위한 친수성(hydrophilic)-친유성(lipophilic) 균형 흡착제의 역상 흡착제이며 MCX 카트리지는 혼합모드 양이온 교환(Cation-exchange) 및 염기성용 역상 흡착제이다.
분자량에 양성자 1개가 결합된 [M+H]+가 일반적인 이온화 형태이므로 ESI 양이온 모드에서 선구 이온과 생성이온, 그리고 정량이온을 선택하여 분석하였다. 정량이온과 정성이온을 얻기 위해서 양이온(+) 모드에서 full scan을 통해 질량 스펙트럼을 얻은 후, 기준이온(base ion)을 선구이온(precursor ion)으로 선택하였다.
정량이온과 정성이온을 얻기 위해서 양이온(+) 모드에서 full scan을 통해 질량 스펙트럼을 얻은 후, 기준이온(base ion)을 선구이온(precursor ion)으로 선택하였다. 선택된 선구이온에 최적의 충돌 에너지(collision energy)를 가함으로써 안정되고 감도가 높은 생성이온 (product ion)을 만들어서 정량 및 정성확인에 사용하였다(Table 3).
사용하였다. 시료 자동 주입기가 장착된 고성능 액체 크로마토그래프(Agilent 1200 Series, Germany)와 Triple quadrupole 질량 분석기(Thermo electron사, TSQ Quantum Ultra, USA)을 사용하여 시료를 분석하였다. 컬럼은 Agilent XDB-C18(1.
질소가스로 40 분간 카트리지를 충분히 건조시킨 후, 메탄올에 2% 수산화암모늄을 넣은 용액 3 mL, 2회로용리시켰다. 용리액은 질소증발기(Biotage사, TurboVap® LV, USA)를 이용하여 3 psi의 질소 공급 하에서 완전히 증발시킨 후 0.01% 아세트산이 들어있는 증류수 (pH 3.5) 500 μL로 용해하여 2 mL 갈색 바이알에 옮겨 HPLC-MS/MS로 분석하였다. 전처리 흐름도는 Fig.
5 N 염산, 증류수를 차례대로 3 mL 씩 통과시켜 컨디션한 후, 시료를 적재하고 질소를 이용하여 40 분간 건조 시켰다. 용출은 아세토나이트릴과 메탄올로 용리하였으며 카트리지를 건조한 후, 0.1% 폼산이 들어있는 증류수와 아세토나이트릴 (80:20)을 500 μL로 재용리 하였다.8, 11
정도관리 결과를 토대로 정밀도와 정확도가 높은 MCX 카트리지를 이용한 전처리방법으로 한강으로 유입되는 지천과 원수에 대하여 실태조사를 하였다 (Table 5).
분석하였다. 정량이온과 정성이온을 얻기 위해서 양이온(+) 모드에서 full scan을 통해 질량 스펙트럼을 얻은 후, 기준이온(base ion)을 선구이온(precursor ion)으로 선택하였다. 선택된 선구이온에 최적의 충돌 에너지(collision energy)를 가함으로써 안정되고 감도가 높은 생성이온 (product ion)을 만들어서 정량 및 정성확인에 사용하였다(Table 3).
채취하였다. 채취 시 깨끗이 세척된 4L 갈색 유리병(PTFE 코팅된 격막을 장착한 마개)을 사용하였으며, 시료는 냉장보관(4 oC)하여 가능한 즉시 분석하였다.
대상 데이터
Atenolol, propranolol, metoprolol, cefaclor, amoxicillin, penicillin-G의 표준물질로는 Sigma-Aldrich사(St Louis, MO, USA)의 고순도 시약을 사용하였다. Cefadroxil과 cefradinee Dr.
Cefadroxil과 cefradinee Dr. Ehrenstorfer GmbH사(Augsburg, Germany), cefalexinee USP사 (Rockville, MD, USA) 의 고순도 시약을 사용하였다. 대체표준물질로서 Cambridge Isotope Laboratories사(CIL, Tewksbury, MA, USA)의 13C로 치환된 amoxicillin-13C6과 Sigma-Aldrich 사(St Louis, MO, USA)의 atenolol-d7을 사용하였다.
Baker사(NJ, USA)의 HPLC 등급 시약을 사용하였고, 폼산은 Sigma- Aldrich사(St Louis, MO, USA), 아세트산은 DUKSAN 사(Gyeonggi-do, KOREA)의 시약을 사용하였다. Waters 사의 Oasis HLB(200 mg, 6mL)와 MCX(150mg, 6 mL) 카트리지를 사용하였다.
희석하여 사용하였다. 대체표준물질들은 아세토나이트릴로 용해, 희석하여 1000 μg/L의 농도로 사용하였다.
Ehrenstorfer GmbH사(Augsburg, Germany), cefalexinee USP사 (Rockville, MD, USA) 의 고순도 시약을 사용하였다. 대체표준물질로서 Cambridge Isotope Laboratories사(CIL, Tewksbury, MA, USA)의 13C로 치환된 amoxicillin-13C6과 Sigma-Aldrich 사(St Louis, MO, USA)의 atenolol-d7을 사용하였다. 메탄올, 아세토나이트릴 등의 용매는 J.
대체표준물질로서 Cambridge Isotope Laboratories사(CIL, Tewksbury, MA, USA)의 13C로 치환된 amoxicillin-13C6과 Sigma-Aldrich 사(St Louis, MO, USA)의 atenolol-d7을 사용하였다. 메탄올, 아세토나이트릴 등의 용매는 J.T. Baker사(NJ, USA)의 HPLC 등급 시약을 사용하였고, 폼산은 Sigma- Aldrich사(St Louis, MO, USA), 아세트산은 DUKSAN 사(Gyeonggi-do, KOREA)의 시약을 사용하였다. Waters 사의 Oasis HLB(200 mg, 6mL)와 MCX(150mg, 6 mL) 카트리지를 사용하였다.
본 연구의 실태조사에서는 총 9종의 분석물질 중한 강으로 유입되는 지천에서 metoprolol과 penicillin G를 제외한 7종의 물질이 검출되었다. Atenolol이 0.
본 연구의 전처리 및 분석 방법을 이용하여 β-차단제와 β-락탐계 항생제를 분석하기 위해 한강으로 유입되는 지천 두 곳(경안, 왕숙)과 원수 세 곳을 지정하여 채취하였다. 채취 시 깨끗이 세척된 4L 갈색 유리병(PTFE 코팅된 격막을 장착한 마개)을 사용하였으며, 시료는 냉장보관(4 oC)하여 가능한 즉시 분석하였다.
시료의 추출은 자동고체상 추출장치(Dionex Autotrace 280, Thermo Scientific, USA)를 사용하였으며, 농축 장치는 Biotage사(Turbo Vap LV, USA) 질소 증발 농축기를 사용하였다. 시료 자동 주입기가 장착된 고성능 액체 크로마토그래프(Agilent 1200 Series, Germany)와 Triple quadrupole 질량 분석기(Thermo electron사, TSQ Quantum Ultra, USA)을 사용하여 시료를 분석하였다.
시료 자동 주입기가 장착된 고성능 액체 크로마토그래프(Agilent 1200 Series, Germany)와 Triple quadrupole 질량 분석기(Thermo electron사, TSQ Quantum Ultra, USA)을 사용하여 시료를 분석하였다. 컬럼은 Agilent XDB-C18(1.8µm, 100×3.0 mm) 를 사용하였다.
성능/효과
MCX 카트리지는 복합중합체(poly-divinylbenzene-co-N-vinylpyrrolidone copolymer) 표면에 강한 양이온 교환기인 설폰산 그룹이 배치되어 산성 조건에서 물질들의 아민기에 양이온으로 전환(NH2RR’+)이 일어나고 MCX상에 있는 설파이트기(-SO3 −)와 강한 상호작용이 일어난다.13 염기성 용리액에 의해서 양이온 형태로 흡착되어 있던 분석물질이 중성형태로 바뀌면 서정 전기적 상호작용이 끊어지고 메탄올이 비극성 상호작용을 방해하여 분석물질이 용리되어 높은 회수율을 보였다. 대부분의 β-차단제는 산성조건에서의 반응이용이 하며 강한 양이온 교환상인 MCX 카트리지로 선택적으로 추출을 한다.
본 연구에서는 신속한 분석을 위해 하나의 전처리 방법을 사용하여 효율성을 높였다. HLB 카트리지를 사용한 시료의 정밀도는 8~30% 이였으며, MCX 카트리지로 추출한 시료는 6~17%로 높은 정밀도를 나타내었다.
대부분의 β-차단제는 산성조건에서의 반응이용이 하며 강한 양이온 교환상인 MCX 카트리지로 선택적으로 추출을 한다. 본 연구에서도 중성과 산성 화합물의 대부분은 MCX의 역상 작용기에 의해 물질의 손실 없이 용리단계를 거쳐 HLB 카트리지로 추출한 시료의 정밀도(Relative standard deviations, RSD) 8~30% 보다 MCX 카트리지로 추출한 시료는 6~17%의 높은 정밀도를 나타내었다(Table 4).
본 연구의 원수에서는 cefalexin 0.013~0.015 μg/L, cefradine 0.008~0.010 μg/L 그리고 atenolol 0.006~ 0.010 μg/L 3종이 정량한계 수준의 농도로 검출되었다. 외국에 비해 높은 검출 농도와 빈도는 아니지만 정수처리를 통해 제거되는 과정과 새롭게 문제가 될 수 있는 대사산물에 대하여 지속적인 모니터링과 그에 따른 관리가 필요하다.
후속연구
특히 도시 및 병원 폐수, 지표수 등 다양한 환경 시료를 대상으로 한 연구가 최근에 많아졌음을 감안했을 때 본 연구에서 확립된 최적의 추출 조건은 환경 시료 중에 존재하는 의약물질의 신속하고 정확한 동시분석을 가능하게 할 것으로 기대된다. 또한 이 방법은 본 연구의 분석대상 물질인 3종의 β-차단제와 6종의 β-락탐계 항생제 이외의 다른 의약물질에 대해서도 적용이 가능할 것으로 예상되며 환경시료 중 잔류하는 물질의 양을 조사하고 신속한 전처리 방법을 모색하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.
물질에 관한 연구가 많았다. 특히 도시 및 병원 폐수, 지표수 등 다양한 환경 시료를 대상으로 한 연구가 최근에 많아졌음을 감안했을 때 본 연구에서 확립된 최적의 추출 조건은 환경 시료 중에 존재하는 의약물질의 신속하고 정확한 동시분석을 가능하게 할 것으로 기대된다. 또한 이 방법은 본 연구의 분석대상 물질인 3종의 β-차단제와 6종의 β-락탐계 항생제 이외의 다른 의약물질에 대해서도 적용이 가능할 것으로 예상되며 환경시료 중 잔류하는 물질의 양을 조사하고 신속한 전처리 방법을 모색하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.
참고문헌 (19)
S. A. Snyder, P. Westerhoff, Y. Yoon and D. L. Sedlak, Environ. Eng. Sci., 20(5), 449-469 (2003).
H. Yamamoto, Y. Nakamura, Y. Nakamura, C. Kitani, T. Imari and J. Sekizawa, Environ. Sci., 14, 177-193 (2007).
Kimberly Mitchell, "The physiological and behavioural adjustments of the zebrafish Danio rerio exposed to the β-blocker propranolol", Ph. D. Dissertation, University of ottawa, Ottawa, Canada, 2013.
H. B. Lee, K. Sarafin and T. E. Peart, J. Chromatogr. A, 1148, 158-167 (2007).
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