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문제 정의
- 그러나 현재 식품용 기구 및 용기·포장 공전19)에 BPA,phenol, p-tert-butylphenol과 BADGE, BFDGE 및 그 가수분해산물과 염화물 등의 분석법이 달라 에폭시 수지에서 용출될 수 있는 9개의 BPA 관련물질들을 동시에 분석할 수 있는 방법은 없어 계속해서 개선의 여지가 있어왔다. 따라서 본 연구에서는 실험과정의 효율성을 높이고자 HPLC/FLD를 사용하여 총 9종의 BPA와 그 관련물질들을 동시 분석하는 방법을 확립하여 검량선 및 회수율을 검토하고, 식품유사용매로의 이행량을 조사하였다. 또한 금속 캔은 저장성이 우수하여 식품을 장기간 보관하는 특징이 있어 보관기간에 따른 이행량 변화도 함께 확인하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 실험과정의 효율성을 높이고자 HPLC/FLD를 사용하여 총 9종의 BPA와 그 관련물질들을 동시 분석하는 방법을 확립하여 검량선 및 회수율을 검토하고, 식품유사용매로의 이행량을 조사하였다. 또한 금속 캔은 저장성이 우수하여 식품을 장기간 보관하는 특징이 있어 보관기간에 따른 이행량 변화도 함께 확인하고자 하였다.
제안 방법
- BFDGE, BFDGE·2H2O 및BFDGE·2HCl은 크로마토그램에서 각각 3개의 피크로 분리되어 나타나며, 특히 BFDGE·2HCl과 BFDGE는 일부 피크가 서로 겹치지만 머무름 시간에 차이가 있어 정성이 가능하고, 필요시 정량을 위해 각각의 개별 표준물질을 측정하였다.
- EURACHEM21)과 GUM22)에 근거하여 BPA를 비롯하여 9개의 비스페놀 관련물질들에 대한 측정불확도 모델 관계식을 설정하고, 각각의 불확도 요인들로부터 불확도를 추정하였다. 분석법에 대한 측정불확도를 산출하기 위하여불확도 인자를 검토한 후, 요인별 표준불확도 및 자유도 계산을 통해 합성불확도를 구하였다.
- 검출한계 및 정량한계를 측정하기 위해 검출한계로 추정되는 농도의 표준물질을 바탕 시료에 소량 첨가한 5개의 시료를 분석한 후 측정결과에 대한 표준편차(σ)와 검량선에서의 기울기(S)를 사용하여 검출한계와 정량한계를(3 × σ)/S 및 (10 × σ)/S의 수준에서 결정하였다.
- 식품용 캔은 저장성이 우수하여 내용물을 장기간 보관할 수 있는 특징이 있다. 따라서 식품유사용매를 채운 후 온도조건을 다르게 하여 BPA 등 9개의 BPA 관련물질들의 이행량을 90일 동안 측정하였다. 유통되는 식품용 캔의 경우 보관 상태는 냉장, 실온 및 온장고 보관으로 나눌 수 있어 온도조건은 4°C, 25°C 및 60°C로 설정하였고, 보관기간은 최대 90일로 10일 간격으로 총 10회 분석하였다.
- 또한 금속 캔은 저장성이 우수하여 식품을 장기간 보관하는 특징이 있어 식품유사용매를 채운 후 온도조건을 다르게 하여 90일간 보관하며 이행량의 변화를 측정하였다. 실험에 사용된 금속 캔은 음료용 캔, 식품용 캔 및 주류용 캔을 대상으로 하여 식품유사용매로 물, 4% 초산, nheptane 및 20% 에탄올을 사용하였다.
- 물,4% 초산 및 50% 에탄올의 경우 액체를 넣었을 때 넘쳐흐르는 면으로부터 시료 면을 따라 5 mm 아래까지 액을 채워 시계접시로 덮은 후 60°C와 95°C에서 각각 30분간 방치한 액을 시험용액으로 하였고, n-heptane의 경우 25°C를 유지하면서 1시간 방치한 액을 시험용액으로 하였다.
- 에 근거하여 BPA를 비롯하여 9개의 비스페놀 관련물질들에 대한 측정불확도 모델 관계식을 설정하고, 각각의 불확도 요인들로부터 불확도를 추정하였다. 분석법에 대한 측정불확도를 산출하기 위하여불확도 인자를 검토한 후, 요인별 표준불확도 및 자유도 계산을 통해 합성불확도를 구하였다. 불확도 요인은 크게 시료전처리, 표준용액제조, 회수율 및 검량선으로 나누어 각각의 상대불확도와 자유도를 구하였다.
- 분석법에 대한 측정불확도를 산출하기 위하여불확도 인자를 검토한 후, 요인별 표준불확도 및 자유도 계산을 통해 합성불확도를 구하였다. 불확도 요인은 크게 시료전처리, 표준용액제조, 회수율 및 검량선으로 나누어 각각의 상대불확도와 자유도를 구하였다. 합성표준불확도는 불확도 전파의 법칙에 따라 여러개의 다른 입력량으로부터 구해진 표준불확도를 합성하였으며, 유효자유도는 합성표준불확도의 유효자유도를 Welch-Satterthwaite식으로 구한 후 포함인자(k)를 산출하였다.
- 유통되는 식품용 캔의 경우 보관 상태는 냉장, 실온 및 온장고 보관으로 나눌 수 있어 온도조건은 4°C, 25°C 및 60°C로 설정하였고, 보관기간은 최대 90일로 10일 간격으로 총 10회 분석하였다.
- 유통되는 금속 캔의 경우 보관 상태는 냉장, 실온 및 온장고 보관으로 나눌 수 있어 온도조건은 물과 4% 초산의 경우 4°C, 25°C 및 60°C로 하였고, 장기용출 실험 시 용출용매의 증발량을 감안하여 20% 에탄올과 n-heptane의 경우 4°C와 25°C로 하였다. 측정 기간은 10일 간격으로 하여 총 10회 측정 하였다.
- 불확도 요인은 크게 시료전처리, 표준용액제조, 회수율 및 검량선으로 나누어 각각의 상대불확도와 자유도를 구하였다. 합성표준불확도는 불확도 전파의 법칙에 따라 여러개의 다른 입력량으로부터 구해진 표준불확도를 합성하였으며, 유효자유도는 합성표준불확도의 유효자유도를 Welch-Satterthwaite식으로 구한 후 포함인자(k)를 산출하였다. 확장불확도는 산출된합성표준불확도에 약 95% 신뢰수준에 해당하는 포함인자를 곱하여 산출하였다.
- 합성표준불확도는 불확도 전파의 법칙에 따라 여러개의 다른 입력량으로부터 구해진 표준불확도를 합성하였으며, 유효자유도는 합성표준불확도의 유효자유도를 Welch-Satterthwaite식으로 구한 후 포함인자(k)를 산출하였다. 확장불확도는 산출된합성표준불확도에 약 95% 신뢰수준에 해당하는 포함인자를 곱하여 산출하였다. 산출된 확장불확도는 Table 4에 나타내었으며, 확장불확도는 측정값의 약 4.
- 회수율 시험을 위해 식품유사용매 중 물을 금속 캔 시료에 채워 농도가 각각 20, 400, 1,000 μg/L가 되도록 표준용액을 첨가한 후 60°C에서 30분간 방치한 후 측정하였다.
대상 데이터
- 23종류의 식품용 금속 캔 총 161건에 대해 BPA를 비롯하여 9개의 비스페놀 관련 물질들을 측정하였다. 60°C에서 30분간 용출한 결과 물, 4% 초산, 50% 에탄올 및 25°C에서 1시간 용출한 결과 n-heptane에서 9종의 BPA 관련 물질들은 모두 불검출이었다.
- 분석대상 시료는 식품이 담기기 이전의 사용되지 않은 새 제품을 구하기 위하여 국내 8개 제조업체로부터 공캔을 협조 받았다. 에폭시수지로 코팅되어 있는 음료용, 주류용, 식품용 등 총 23종류 161개의 공캔을 실험에 사용하였다.
- 분석에 사용된 기기는 Shiseido (Tokyo, Japan)사의 액체크로마토그래피/형광검출기 Nanospace 3213 SI-2 모델을 사용하였다. 형광검출기 조건은 여기파장 275 nm, 형광파장 300 nm로 설정하였고, 자세한 분석조건은 Table 1에 요약하였다.
- 또한 금속 캔은 저장성이 우수하여 식품을 장기간 보관하는 특징이 있어 식품유사용매를 채운 후 온도조건을 다르게 하여 90일간 보관하며 이행량의 변화를 측정하였다. 실험에 사용된 금속 캔은 음료용 캔, 식품용 캔 및 주류용 캔을 대상으로 하여 식품유사용매로 물, 4% 초산, nheptane 및 20% 에탄올을 사용하였다. 각 종류별 캔은 동일한 시료 여러 개를 사용하여 온도 및 보관기간별로 실험에 사용하였다.
- 분석대상 시료는 식품이 담기기 이전의 사용되지 않은 새 제품을 구하기 위하여 국내 8개 제조업체로부터 공캔을 협조 받았다. 에폭시수지로 코팅되어 있는 음료용, 주류용, 식품용 등 총 23종류 161개의 공캔을 실험에 사용하였다. 음료용 캔은 주스, 다류, 커피, 탄산음료용 캔으로 6가지 종류였으며, 에폭시 수지 코팅 두께는 약 4.
- 용출시험용액의 제조는 현행 식품용 기구 및 용기·포장 공전19)에 따라 식품유사용매로 물, 4% 초산, nheptane을 사용하였고, 주류의 경우 주류의 함량에 따라 20% 또는 50% 에탄올을 선택하게 되어 있으나 본 연구에서는 더 가혹한 조건인 50% 에탄올을 선택하였다.
- 용출용매로는 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)의 acetic acid (ACS reagent, 99.7%)와 Merck (Darmstadt, Germany)의 ethanol (gradient grade for liquid chromatography 99.9%) 및 n-heptane (gradient grade for liquid chromatography 99.3%)를 사용하였고, 증류수는Mili-Q ultrapure water purification system (Milipore Co.,MA, USA)에 의해 18.2 MΩ 수준으로 정제된 증류수를 사용하였다.
- 표준품은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)의 bisphenol A (BPA), phenol, 4-tert-butylphenol, bispheol A digrlycidyl ether (BADGE), bisphenol A bis(2,3-dihydroxypropyl) ether(BADGE·2H2O), bisphenol A bis(3-chloro-2-hydroxypropyl)ether (BADGE·2HCl), bisphenol F diglycidyl ether (BFDGE),bisphenol F bis(2,3-dihydroxypropyl) ether (BFDGE·2H2O) 및 bisphenol F bis(3-chloro-2-hydroxypropyl) ether (BFDGE·2HCl)를 사용하였으며, 용매로는 Merck (Darmstadt, Germany)의 methanol (gradient grade for liquid chromatography,99.9%)를 사용하였다.
- 분석에 사용된 기기는 Shiseido (Tokyo, Japan)사의 액체크로마토그래피/형광검출기 Nanospace 3213 SI-2 모델을 사용하였다. 형광검출기 조건은 여기파장 275 nm, 형광파장 300 nm로 설정하였고, 자세한 분석조건은 Table 1에 요약하였다.
이론/모형
- 회수율 및 재현성은 국제적으로 통용되는 AOAC 시험법 검증 가이드라인20)을 참고하여 유효성을 검증하였다. 회수율 시험을 위해 식품유사용매 중 물을 금속 캔 시료에 채워 농도가 각각 20, 400, 1,000 μg/L가 되도록 표준용액을 첨가한 후 60°C에서 30분간 방치한 후 측정하였다.
성능/효과
- 50% 에탄올을 사용한 경우 주류용 및 식품용 캔 등 5개의 시료에서 BPA가 7.84~10.77 μg/L 범위에서 검출되었고,검출평균은 8.60 μg/L이었다.
- 60°C에서 30분간 용출한 결과 물, 4% 초산, 50% 에탄올 및 25°C에서 1시간 용출한 결과 n-heptane에서 9종의 BPA 관련 물질들은 모두 불검출이었다.
- 9개의 BPA 관련물질들의 검출한계는 0.19~6.90 μg/L, 정량한계는 0.59~20.90 μg/L 수준(Table 2)이었으며, Cabado 등4)의 BADGE와 BFDGE의 HPLC/FLD 정량한계 값이 각각 3.4 및 2.4 μg/L로 보고된 결과와 유사한 수준이었다.
- BADGE·2H2O는 보관기간이 70일부터 평균 0.77 μg/L 수준으로 검출되어 90일까지 1.25 μg/L로 약하게 증가하는 경향을 나타내었으나, 검출수준은 BADGE·2H2O의 정량한계 값인 0.97 μg/L 수준이었다.
- BADGE도 보관기간이 50일부터 평균 1.07 μg/L 수준으로 검출되어 90일까지 1.67 μg/L로 증가하는 경향을 보였으나, BPA와 BADGE·2H2O의 검출량은 정량한계 수준이었다.
- Phenol은 주류용 및 식품용 캔 등 4개의 시료에서 0.76~2.35 μg/L 범위에서 검출되었고, 검출평균은 1.53 μg/L로 정량한계 이하의 수준으로 검출되었다(Table 5).
- 그러나 캔의 손상 전·후의 BPA 이행량에 차이는 없었으며,보관온도 및 기간, 가온여부는 BPA 이행에 큰 영향을 미치지 않는다고 결론 내렸다.
- 물을 식품유사용매로 사용했을 때 BPA는 보관기간이 20일부터 평균 2.30 μg/L 수준으로 검출되어 50일에 6.86 μg/L까지 증가하였고, 이후 90일까지 7.48μg/L로 검출되며 약하게 증가하는 경향을 보였으나, 검출 수준은 BPA의 정량한계 값인 6.77 μg/L 수준으로 매우 낮았다.
- 8% 수준으로 나타났다. 불확도 인자의 상대기여도가 최종 실험값에 미치는 영향은 시료의 전처리가 8~19%로 가장 작게 나타났고, 회수율이 1~23%, 표준용액의 조제 12~46% 였고,검량선에서 28~58%로 가장 크게 나타났다.
- 식품유사용매로 4% 초산을 사용한 경우 BPA는 보관기간이 50일부터 평균 7.24 μg/L 수준으로 검출되었고, 90일까지 8.72 μg/L로 증가하는 경향을 보였다.
- 31%로 나타났다. 일내(intra-day) 정밀도는 하루 동안 3번 반복하여 얻은 회수율의 표준편차를 평균치로 나눈 상대표준편차(RSD%)로 0.65~1.95%의 분포를 보였고, 일간(inter-day) 정밀도는 3일간 반복하여 얻은 회수율의 표준편차를 평균치로 나눈 상대표준편차(RSD%)로 0.65~5.00%로 나타났다(Table 3). 회수율 및 재현성 결과는 BFDGE·2H2O 저농도 회수율 결과를 제외하면 AOAC시험법 검증 가이드라인에서 제시하고 있는 분석물의 농도가 10 μg/kg일 때 회수율 70~125%, 일내 상대표준편차 15%에 부합하는 결과임을 확인 할 수 있었다.
- 회수율 시험을 위해 식품유사용매 중 물을 금속 캔 시료에 채워 농도가 각각 20, 400, 1,000 μg/L가 되도록 표준용액을 첨가한 후 60°C에서 30분간 방치한 후 측정하였다. 첨가한 농도 대비 측정된 농도를 계산하여 회수율을 구하였으며 81.88~126.31%로 나타났다. 일내(intra-day) 정밀도는 하루 동안 3번 반복하여 얻은 회수율의 표준편차를 평균치로 나눈 상대표준편차(RSD%)로 0.
- 표준용액의 검량선은 20~1,000 μg/L의 농도 범위에서 작성하였으며, 검량선의 상관계수값 (R2)은 각각 0.995 이상으로 확인되었다(Table 2).
- 회수율 및 재현성 결과는 BFDGE·2H2O 저농도 회수율 결과를 제외하면 AOAC시험법 검증 가이드라인에서 제시하고 있는 분석물의 농도가 10 μg/kg일 때 회수율 70~125%, 일내 상대표준편차 15%에 부합하는 결과임을 확인 할 수 있었다.
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