LC-MS/MS를 이용한 농경지 토양 중 항생제 모니터링 Monitoring of Veterinary Antibiotics in Agricultural Soils using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry원문보기
농경지 토양에서 대상항생제 6종(amoxicillin, ampicillin, chlortetracycline, enrofloxacin, oxytetracycline, tetracycline을 아세트산 함유 아세토니트릴, Na2Cit.5H2O, Na3Cit.2H2O과 Na2-EDTA로 추출 후 C18으로 정제하여 LC-MS/MS로 분석하는 모니터링을 수행하였다. 그 중 2종의 항생제, chlortetracycline과 enrofloxacin이 국내 농경지 토양에서 검출되었다. 제안한 분석법은 토양 중 잔류 항생제 모니터링을 위한 빠르고 간편한 시험법이었고 다양한 활용이 가능할 것으로 보인다.
농경지 토양에서 대상항생제 6종(amoxicillin, ampicillin, chlortetracycline, enrofloxacin, oxytetracycline, tetracycline을 아세트산 함유 아세토니트릴, Na2Cit.5H2O, Na3Cit.2H2O과 Na2-EDTA로 추출 후 C18으로 정제하여 LC-MS/MS로 분석하는 모니터링을 수행하였다. 그 중 2종의 항생제, chlortetracycline과 enrofloxacin이 국내 농경지 토양에서 검출되었다. 제안한 분석법은 토양 중 잔류 항생제 모니터링을 위한 빠르고 간편한 시험법이었고 다양한 활용이 가능할 것으로 보인다.
BACKGROUND: The current study developed a monitoring method of 6 veterinary antibiotics (amoxicillin, ampicillin, enrofloxacin, tetracycline, chlortetracycline, oxytetracycline) in agricultural soils using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in positive electrospray ionization ...
BACKGROUND: The current study developed a monitoring method of 6 veterinary antibiotics (amoxicillin, ampicillin, enrofloxacin, tetracycline, chlortetracycline, oxytetracycline) in agricultural soils using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in positive electrospray ionization mode.METHODS AND RESULTS: Sample preparation was carried out using acidic acetonitrile and citrate salts followed by purification with dispersive solid phase extraction (d-SPE). Separation on Eclipse Plus C18 column was conducted in gradient of the mobile phase, 0.1% formic acid and 5 mM ammonium formate in methanol (A) and 0.1% formic acid and 5 mM ammonium formate in distilled water (B). The linearity of the matrix-matched calibrations expressed as the coefficient of determination was good with R2≥0.9900. The limit of quantifications (LOQs) ranged from 0.5 to 10 μg/kg for all analytes. Analysis of 51 agricultural soil samples taken in the Republic of Korea revealed concentrations less than 1.9 μg/kg for enrofloxacin, 75.5 μg/kg for chlortetracycline.CONCLUSION: The method was successfully applied to monitor 6 veterinary antibiotics from 51 field incurred agricultural soil samples in 17 provincial areas throughout the Republic of Korea. The developed method was simple, easy, and versatile and can be used for monitoring various veterinary antibiotics in soil.
BACKGROUND: The current study developed a monitoring method of 6 veterinary antibiotics (amoxicillin, ampicillin, enrofloxacin, tetracycline, chlortetracycline, oxytetracycline) in agricultural soils using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in positive electrospray ionization mode.METHODS AND RESULTS: Sample preparation was carried out using acidic acetonitrile and citrate salts followed by purification with dispersive solid phase extraction (d-SPE). Separation on Eclipse Plus C18 column was conducted in gradient of the mobile phase, 0.1% formic acid and 5 mM ammonium formate in methanol (A) and 0.1% formic acid and 5 mM ammonium formate in distilled water (B). The linearity of the matrix-matched calibrations expressed as the coefficient of determination was good with R2≥0.9900. The limit of quantifications (LOQs) ranged from 0.5 to 10 μg/kg for all analytes. Analysis of 51 agricultural soil samples taken in the Republic of Korea revealed concentrations less than 1.9 μg/kg for enrofloxacin, 75.5 μg/kg for chlortetracycline.CONCLUSION: The method was successfully applied to monitor 6 veterinary antibiotics from 51 field incurred agricultural soil samples in 17 provincial areas throughout the Republic of Korea. The developed method was simple, easy, and versatile and can be used for monitoring various veterinary antibiotics in soil.
그러나 토양 중 가축용 항생제 6종 tetracycline계 (chlortetracycline, oxytetracycline, tetracycline), penicillin계 (amoxicillin, ampicillin), fluoroquinolone (enrofloxacin) (Fig. 1)를 EN-QuEChERS 방법을 사용하여 LC-MS/MS로 정량한 분석법은 없으며 현재까지 전국적으로 농경지 토양에서의 모니터링 연구는 아직 발표된 결과가 없어 본 연구에서는 국내 농경지 토양 중 가축용 항생제 6종을 선정하여 모니터링을 실시하여 이에 대한 잔류수준을 평가하였다. 결과를 통해 토양에 잔류된 항생제의 실태를 파악함으로 항생제 오염을 줄이기 위한 관리방안 마련의 기초자료로 사용하고자 한다.
1)를 EN-QuEChERS 방법을 사용하여 LC-MS/MS로 정량한 분석법은 없으며 현재까지 전국적으로 농경지 토양에서의 모니터링 연구는 아직 발표된 결과가 없어 본 연구에서는 국내 농경지 토양 중 가축용 항생제 6종을 선정하여 모니터링을 실시하여 이에 대한 잔류수준을 평가하였다. 결과를 통해 토양에 잔류된 항생제의 실태를 파악함으로 항생제 오염을 줄이기 위한 관리방안 마련의 기초자료로 사용하고자 한다.
제안 방법
Amoxicillin과 ampicillin, chlortetracycline, enrofloxacin, oxytetracycline, tetracycline 총 6성분의 항생제는 Waters Alliance 2695 Separations Module의 LC와 Waters TQ detector API tandem quadrupole mass spectrometer (Waters, MA, USA)의 MS/MS를 사용하였다. 분석에 사용된 컬럼은 Eclipse C18(3.
분석법을 검증하기 위해 European Commission Decision 2002/657/EC을 참고하여 최저정량수준 (LCL), matrix effect (ME), 직선성, 검출한계 (LOD), 정량한계 (LOQ), 회수율을 통한 정확성(accuracy)과 정밀성(precision) 등을 조사하였다. 최저정량수준 (LCL)은 기기상 정량이 가능한 최저농도를 matrix-matched 표준용액으로 선택하였다.
회수율은 토양 무처리 시료에 각 항생제 표준용액을 첨가한 후 분석하여 실험하였다. 두 처리구(4×LOQ, 10×LOQ)로 수행하였으며 각각의 시료에 3반복으로 수행하여 그에 따른 평균과 상대표준편차(relative standard deviation, RSD)를 계산하여 분석법의 정확성과 정밀성을 평가하였다. 검출한계(LOD) 및 정량한계(LOQ)는 크로마토그램의 신호 대 잡음비(signal to noise (S/N) ratio)로 구하였다.
직선성을 확인하기 위해 각 항생제의 peak 면적으로 검량곡선(LOQ×1-LOQ×100)을 작성하였고 결정계수 (coefficient of determination, R2)으로 평가하였다. 회수율은 토양 무처리 시료에 각 항생제 표준용액을 첨가한 후 분석하여 실험하였다.
이론/모형
4% 이며 amoxicillin, chlortetracycline은 100% 이하로 이온억압(ion suppression)되었으며 나머지 항생제인 ampicillin, tetracycline, oxytetracycline, enrofloxacin은 100% 이상으로 이온상승(ion enhancement)되었다. 정량의 정확성을 높이기 위하여 고가의 동위원소 내부표준물질을 사용하거나 경제적인 방법으로 matrix-matched 검량곡선을 사용하여 정량하는데 본 연구에서는 후자의 방법을 이용하였다 (Salvia et al., 2012). 각 항생제의 직선성은 결정계수(R2)≥0.
성능/효과
Chlortetracycline, enrofloxacin 항생제가 검출된‘정읍’에서 토양 채취 시 악취가 심했던 걸로 보아 발효가 완전히 되지 않은 퇴비, 액비, 혹은 가축분을 살포한지 며칠 되지 않은 걸로 추측되어 잔류량이 다른 토양과 비교했을 때 높은걸로 추정되었다. Carlson과 Mabury(2003)은 토양 중에 chlortetracycline 1 ppm 수준으로 4주에서 4달 동안 보관한 결과 농도의 변화가 거의 없는 것으로 볼 때 분해가 미미함을 알 수 있었으며 반감기 역시 다른 화합물과 비교하였을 때 13-36일 까지 느리게 분해 된 것으로 확인하였다.
82% 이하이었다. 계열이 다른 항생제를 동시분석법으로 분석하였고 내부표준물질을 사용하지 않아 추출과정에서의 회수율 손실을 보정하지 못하여 각 화합물의 회수율은 낮았지만 정량적인 측면에서 감도가 좋다고 판단되어 (정량한계 및 검출한계 0.15-3, 0.5-10 μg/kg) 모니터링을 위한 간편한 동시분석법으로 제시할 수 있었다. 농경지 토양에서 대상항생제를 분석하기에 충분히 높은 감도라고 판단되었다.
5-10 μg/kg) 모니터링을 위한 간편한 동시분석법으로 제시할 수 있었다. 농경지 토양에서 대상항생제를 분석하기에 충분히 높은 감도라고 판단되었다.
European Commission Decision 2002/657/EC 기준에 의해 matrix-matched 표준용액과 검출된 실제시료를 비교하였을 때 peak 머무름 시간과 정량, 정성이온이 일치하면 검출되었다고 판단하여 정량하였다. 총 6개의 항생제 중 chlortetracycline과 enrofloxacin 등 2개의 항생제가 검출되었다. chlortetracycline의 잔류량과 검출빈도는 각각 65.
9900으로 만족할 만한 직선성을 나타내었다. 회수율을 통한 정확성, 정밀성 검증은 무처리 토양시료에 4×LOQ, 10×LOQ 수준으로 항생제를 처리하여 32.1-66.7% 범위를 보였으며 상대표준편차는 5.82% 이하이었다. 계열이 다른 항생제를 동시분석법으로 분석하였고 내부표준물질을 사용하지 않아 추출과정에서의 회수율 손실을 보정하지 못하여 각 화합물의 회수율은 낮았지만 정량적인 측면에서 감도가 좋다고 판단되어 (정량한계 및 검출한계 0.
참고문헌 (20)
Ahmed, M. B., Rajapaksha, A. U., Lim, J. E., Vu, N. T., Kim, I. S., Kang, H. M., Lee, S. S., & Ok, Y. S. (2015). Distribution and accumulative pattern of tetracyclines and sulfonamides in edible vegetables of cucumber, tomato, and lettuce. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(2), 398–405.
Arikan, O. A., Mulbry, W., & Rice, C. (2009). Management of antibiotic residues from agricultural sources: use of composting to reduce chlortetracycline residues in beef manure from treated animals. Journal of Hazardous Materials, 164(2), 483–489.
Bourdat-Deschamps, M., Leang, S., Bernet, N., Daudin, J., & Nélieu, S. (2014). Multi-residue analysis of pharmaceuticals in aqueous environmental samples by online solid-phase extraction-ultra-high-performance liquid chromatography-tandem amss spectrometry: Optimisation and matrix effects reduction by quick, easy, cheap, effective, rugged and safe extraction. Journal of Chromatography A, 1349, 11-23.
Broekaert, N., Daeseleire, E., Delezie, E., Vandecasteele, B., De Beer, T., & Van Poucke, C. (2012). Can the use of coccidiostats in poultry breeding lead to residues in vegetables? An experimental study. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60(50), 12411–12418.
Broekaert, N., VanPeteghem, C., Daeseleire, E., Sticker, D., & VanPoucke, C. (2011). Development and validation of an UPLC-MS/MS method for the determination of ionophoric and synthetic coccidiostats in vegetables. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 401(10), 3335–3344.
Carlson, J. C., & Mabury, S. A. (2006). Dissipation kinetics and mobility of chlortetracycline, tylosin, and monensin in an agricultural soil in Northumberland County, Ontario, Canada. Environmental toxicology and chemistry, 25(1), 1-10.
Choi, K. H., Kim, Y. H., Park, J. I., Park, C. K., Kim, M. Y., & Kim, H. S. (2008). Seasonal variations of several pharmaceutical residues in surface water and sewage treatment plants of Han River, Korea. Science of The Total Environmet, 405(1), 120–128.
Ho, Y. B., Zakaria, M. P., Laif, P. A., & Saari, N. (2012). Simultaneous determination of veterinary antibiotics and hormone in broiler manure, soil manure composty by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1262, 160-168.
Hu, X. G., Yi, L., Zhou, Q. X., & Xu, L. (2008). Determination of thirteen antibiotics residues in manure by solid phase extraction and high performance liquid chromatography. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 36(9), 1162-1166.
Kim, K. R., Owens, G., Ok, Y. S., Park, W. K., Lee, D. B., & Kwon, S. I. (2012). Decline in extractable antibiotics in manure-based composts during composting. Waste Management, 32(1), 110–116.
Kwon, S. I., Owens, G., Ok, Y. S., Lee, D. B., Jeon, W. T., Kim, J. G., & Kim, K. R. (2011). Applicability of the Charm II system for monitoring antibiotic residues in manure-based composts. Waste Management, 31(1), 39–44.
Lee, H. Y., Lim, J. E., Kim, S. C., Kim, K. R., Lee, S. S., & Kwon, O. K. (2010). Environmental monitoring of selected veterinary antibiotics in soils, sediments and water adjacent to a poultry manure composting facility in Gangwon province, Korea. Journal Korean Society of Environmental Engineers, 32(3), 278–286.
Lee, S. W., Choi, J. H., Cho, S. K., Yu, H. A., Abd El-Aty, A. M., & Shim, J. H. (2011). Development of a new QuEChERS method based on dry ice for the determination of 168 pesticides in paprika using tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1218(28), 4366–4377.
Lim, J. E., Kim, S. C., Lee, H. Y., Kwon, O. K., Yang, J. E., & Ok, Y. S. (2009). Occurrence and distribution of selected veterinary antibiotics in soils, sediments and water adjacent to a cattle manure composting facility in Korea. Journal Korean Society of Environmental Engineers, 31(10), 845–854.
Lim, J. E., Rajapaksha, A. U., Jeong, S. H., Kim, S. C., Kim, K. H., Lee, S. S., & Ok, Y. S. (2014). Monitoring of selected veterinary antibiotics in animal carcass disposal site and adjacent agricultural soil. Journal of Applied Biological Chemistry, 57(3), 189-196.
Ok, Y. S., Kim, S. C., Kim, K. R., Lee, S. S., Moon, D. H., & Lim, K. J. (2011). Monitoring of selected veterinary antibiotics in environmental compartments near a composting facility in Gangwon Province, Korea. Environmental Monitoring and Assessment, 174(1), 693–701.
Salvia, M. V., Vulliet, E., Wiest, L., Baudot, R., & Cren-Olivé, C. (2012). Development of a multi-residue method using acetonitrile-based extraction followed by liquid chromatography-tandem mass spectrometry for the analysis of steroids and veterinary and human drugs at trace levels in soil. Journal of Chromatography A, 1245, 122–133.
Seo, Y. H., Choi, J. K., Kim, S. K., Min, H. K., & Jung, Y. S. (2007). Priortizing environmental risks of veterinary antibiotics based on the use and the potential to reach environment, Korean Journal Soil Science and Fertilizer, 40(1), 43-50..
Son, H. J., Jung, J. M., Hwang, Y. D., Roh, J. S., & Yu, J. P. (2008). Effects of activated carbon types and service life on adsorption of tetracycline antibiotic compounds in GAC process. Journal Korean Society of Environmental Engineers, 30(9), 925-932.
Xu, M., Qian, M., Zhang, H., Ma, J., Wang, J., & Wu, H. (2015). Simultaneous determination of florfenicol with its metabolite based on modified quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe sample pretreatment and evaluation of their degradation behavior in agricultural soils. Journal of Separation Science, 38(2), 211-217.
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