[논문]흑연로 원자 흡광 광도법과 유도 결합 플라즈마 질량 분석법을 이용한 혈중 납 농도 비교

강민경; 권정연; 김병권; 임현주; 서정욱; 김유미; 홍영습

doi:10.5668/jehs.2019.45.3.258

흑연로 원자 흡광 광도법과 유도 결합 플라즈마 질량 분석법을 이용한 혈중 납 농도 비교
Comparison of Blood Lead Concentration Using Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry (GF-AAs) and Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry (ICP-MS) 원문보기

韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, v.45 no.3, 2019년, pp.258 - 266

강민경 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터) , 권정연 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터) , 김병권 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터) , 임현주 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터) , 서정욱 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터) , 김유미 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터) , 홍영습 (동아대학교 중금속 노출 환경보건센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: In this study, blood lead was analyzed using graphite furnace atomic absorption spectrometry (GF-AAs) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). We tried to examine the difference and consistency of the analytical values and the applicability of the analytical method. Methods: We selected 57 people who agreed to participate in this study. After confirming the linearity of the calibration standard curves in GF-AAs and ICP-MS, the concentrations of lead in quality control material and samples were measured, and the degree of agreement was compared. Results: The detection limit of the ICP-MS was lower than that of GF-AAs. The coefficient of variation of reference materials was shown to be stable in the ICP-MS and GF-AAs. When the correspondence between the two equipments was verified by bias of the analysis values, a concordance was shown, and approximately 98% of the ideal reference lines were present within ${\pm}40%$ of the deflection. Conclusion: GF-AAs showed high sensitivity to single heavy metal analysis, but it took much time and showed higher detection limit than ICP-MS. Therefore, it would be considered necessary to switch to ICP-MS analysis method, considering that the level of lead exposure is gradually decreasing.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. GF-AAs, ICP-MS equipment conditions
표 Table 2. Temperature program of GF-AAs
표 Table 3. Limits of Detection µg/dL
표 Table 4. Quality control standard material in each equipment (µg/dL)
표 Table 5. Level of Pb in blood of 57 subjects
그림 Fig. 1. Comparison between the GF-AAs and the ICP-MS measurements
그림 Fig. 2. Bias plot displaying the difference of the two methods in percentage
그림 Fig. 3. Bland-Altman plot-limits of agreement
그림 Fig. 4. Distribution pattern of the differences between methods for each sample

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 중금속 분석에 활용되는 방법인 GFAAs와 ICP-MS를 사용하여 혈중 납을 분석하여 분석 값의 차이점과 일치성을 확인하고 이를 통한 각분석방법의 활용성을 검토해 보고자 한다.
본 연구에서는 두 장비를 이용하여 같은 시료를 분석하고, 두 장비간의 일치성을 파악하고자 하였다. ICP-MS의 검출한계는 0.

제안 방법

GF-AAs와 ICP-MS 모두 표준물질(certified reference material)을 이용하여 실험방법을 검증하였고, 이때 표준물질로 Seronorm Level I (SERO, Norway)와 ClinChek Level I (RECIPE Chemicals, Germany)을 사용하여 두 장비의 정확도를 평가하였다.
시료는 냉동고에 보관하고 분석에 사용할 때는 상온에 꺼내어 roller mixer를 이용하여 30분~1시간 이상 충분히 rolling을 시켜주고 사용하고, 시료 20개마다 표준물질,검량선 일정 농도를 사용하여 기준 값의 ±10% 이내에 들어가는지를 확인하여 검정곡선을 확인, 분석하였다.
0 µg/dL의 농도를 제조하였다. 희석 액에 농도별로 제조한 표준용액을 희석 액에 섞고, Base Blood를 섞어 검정곡선을 작성하고(혈액첨가법), 시료는 희석 액에 탈이온수와 함께 섞어 분석한다(10배 희석).
검정표준용액의 농도는 미지시료의 농도가 포함되게 범위를 설정하였다. 희석 액에 표준용액을 원하는 농도에 맞게 섞고, Base Blood를 섞어 검정곡선을 작성하고(혈액첨가법), 시료는 희석 액에 탈이 온수와 함께 섞어 분석한다(10배 희석).

대상 데이터

GF-AAs을 이용한 혈중 납 분석에 사용한 희석 액은 0.2% 인산수소이암모늄(99.99%, Sigma Aldrich, USA)과 0.2% Triton X-100 (Sigma Aldrich, USA)을 사용하였다. ICP-MS를 이용한 혈중 납 분석에 사용한 희석 액은 2% 1-butanol (99.
혈액 중 납을 분석하기 위해서 사용한 장비는 GFAAs (900Z, Perkin Elmer, USA)와, ICP-MS (7700series, Agilent Technologies, USA)를 사용하였다. GF-AAs의 표준용액 제조에 사용되는 표준시약은 Pb 1000 mg/L (Perkin Elmer, USA)을 이용하였고, ICP-MS의 표준용액 제조에 사용되는 표준시약은 10 mg/L Multi-element calibration standard material (Agilent Technologies, USA)를 이용하였다.
ICP-MS는 10 mg/L Multi-element calibration standard material (Agilent Technologies, USA)을 사용하여 0.005~2 µg/dL 사이의 7개 검정표준용액을 제조하였다.
2% Triton X-100 (Sigma Aldrich, USA)을 사용하였다. ICP-MS를 이용한 혈중 납 분석에 사용한 희석 액은 2% 1-butanol (99.7%, Sigma Aldrich, USA), 0.05% EDTA (99.995%, Sigma Aldrich, USA), 0.05% Triton X-100 (Sigma Aldrich, USA), 1% NH₄OH (28-30%, Sigma Aldrich, USA)를 사용하였다.
본 연구는 환경보건캠프에 참여한 인구집단 중 동의하여 조사 시점에 급만성 질환을 앓고 있지 않은 일반인 성인 57명을 대상으로 하였다. 대상자들은 남성 15명, 여성 42명, 평균 연령은 남성 54.3세, 여성 52.7세이다. 혈액 채취는 항응고제(EDTA)가 들어있는 혈액채취용기를 사용하여 대상자의 혈액을 채취하였다.
본 연구는 환경보건캠프에 참여한 인구집단 중 동의하여 조사 시점에 급만성 질환을 앓고 있지 않은 일반인 성인 57명을 대상으로 하였다. 대상자들은 남성 15명, 여성 42명, 평균 연령은 남성 54.
7세이다. 혈액 채취는 항응고제(EDTA)가 들어있는 혈액채취용기를 사용하여 대상자의 혈액을 채취하였다. 채취 후 혈액의 응고를 막기 위해 혈액을 흔들어 준 뒤 roller mixer에 혈액을 rolling시켰다.

데이터처리

4, SAS Institute, Cary, NC)를 이용하였다. 두 가지 다른 분석 방법으로 분석된 혈중 납의 농도의 분포를 확인하기 위하여 중심위치 및 산포도를 제시하였고, 이들 중심위치에 대한 Paired t-test, Wilcoxon signed rank test를 실시하였다. 두 방법 간 일치성의 평가로 일치도 상관계수(concordance correlation coefficient)를 산출 하였고, bias plot과 Bland-Altman plot으로 일치성 정도를 제시하였다.
두 가지 다른 분석 방법으로 분석된 혈중 납의 농도의 분포를 확인하기 위하여 중심위치 및 산포도를 제시하였고, 이들 중심위치에 대한 Paired t-test, Wilcoxon signed rank test를 실시하였다. 두 방법 간 일치성의 평가로 일치도 상관계수(concordance correlation coefficient)를 산출 하였고, bias plot과 Bland-Altman plot으로 일치성 정도를 제시하였다. 모든 검정은 유의수준 5%하에서 실시하였다.
14를 곱하여 나타내고. 방법검 출한계(Method detection limit)는 검정곡선 중 최저농도를 7회 분석하여 표준편차를 구하고 3.14를 곱하여 계산하였다.
통계 분석은 SAS (Version 9.4, SAS Institute, Cary, NC)를 이용하였다. 두 가지 다른 분석 방법으로 분석된 혈중 납의 농도의 분포를 확인하기 위하여 중심위치 및 산포도를 제시하였고, 이들 중심위치에 대한 Paired t-test, Wilcoxon signed rank test를 실시하였다.

성능/효과

대기, 수질, 음식물, 환경에 방출되어진 납은 영구적으로 존재할 수 있고, 인체에 흡수된 납은 장기간 인체에 존재하면서 선천성 기형, 발달장애, 고혈압, 신장장애, 혈액장애, 청력 손실 등의 문제를 야기할 수 있다.^1,2)이러한 납의 인체 노출상태를 평가할 수 있는 방법 중에서 생물학적 노출평가는 우선적으로 고려해볼 수 있는 방법이며, 신뢰할 수 있는 생물학적 노출평가를 위해서는 분석방법의 확립이 선결되어야 한다.³⁾
5) 본 연구에서 측정된 값의 산술평균 값(GF-AAs:1.48±0.50 µg/dL, ICP-MS: 1.36±0.41 µg/dL), 기하평균(GF-AAs: 1.40(1.27-1.53 µg/dL), ICP-MS: 1.30(1.20-1.41 µg/dL), 중간 값(GF-AAs: 1.40(0.60-2.52µg/dL), ICP-MS: 1.31(0.67-2.24 µg/dL), 백분위들을 비교하면, GF-AAs의 값이 ICP-MS의 값보다 높게 나온 것으로 알 수 있었다.
1 µg/dL로 ICP-MS의 검출한계보다 GF-AAs의 검출한계가 낮음을 확인하였다.⁵⁾ 표준물질을 이용하여 두 장비의 값을 비교하여 보았을 때, 회수율(recovery)은 비슷한 수준이지만, 변이계수(CV)는 ICP-MS가 낮은 양상을 보였다. 국립 환경과학원(2008) 보고서에서도 본 연구와 같은 표준물질은 sero1을 사용하여 GF-AAs와 희석법-ICPMS, 마이크로웨이브 분해-ICP-MS의 분석방법간의 축정 값을 비교하고, 회수율로 정확도를 비교하였을때, 모두 정확도 허용범위인 80~120%를 만족하였고, 그 중 희석법-ICP-MS의 분석법이 정확도 및 정밀도에서 가장 우수하다는 것을 보았고,³⁾본 연구와 비교하여 보았을 때 sero1의 인증 값과 범위를 현재와 고려하여 보아도 큰 차이가 없었다.
GF-AAs 인증 값: 2.1±0.4 µg/dL, 측정 값: 2.32±0.04 µg/dL, 희석법-ICP-MS 인증 값: 2.76±0.14 µg/dL, 측정 값:2.86±0.0644 µg/dL, 희석법-ICP-MS의 경우 혈중 납표준물질의 정확도는 (103.7%) 국립환경과학원(2008) 보고서에서도 두 장비간의 결과 값을 분산분석과 상관성을 분석한 혈중 납의 결과는 p=0.97>0.05, R=0.99로 두 분석 장비간의 유의한 차이가 없음을 확인하였고, 측정값 간에도 유의한 상관관계를 보이는 것을 확인하였다.
GF-AAs와 ICP-MS 두 장비 모두 검정곡선을 작성하였을 때 상관계수(R²)가 실험실의 기준인 0.999 이상으로 좋은 직선성을 나타냈다.
⁵⁾ 표준물질을 이용하여 두 장비의 값을 비교하여 보았을 때, 회수율(recovery)은 비슷한 수준이지만, 변이계수(CV)는 ICP-MS가 낮은 양상을 보였다. 국립 환경과학원(2008) 보고서에서도 본 연구와 같은 표준물질은 sero1을 사용하여 GF-AAs와 희석법-ICPMS, 마이크로웨이브 분해-ICP-MS의 분석방법간의 축정 값을 비교하고, 회수율로 정확도를 비교하였을때, 모두 정확도 허용범위인 80~120%를 만족하였고, 그 중 희석법-ICP-MS의 분석법이 정확도 및 정밀도에서 가장 우수하다는 것을 보았고,³⁾본 연구와 비교하여 보았을 때 sero1의 인증 값과 범위를 현재와 고려하여 보아도 큰 차이가 없었다. GF-AAs 인증 값: 2.
1에 제시하였다. 기울기는 0.7884로 낮은 농도에서는 ICP-MS 값이 GF-AAs 값보다 높게 나타났으나, 농도가 높아짐에 따라 ICP-MS 값이 GF-AAs 값보다 낮게 도출됨을 확인할 수 있다. Table 5에서 P25부터 ICP-MS 값이 GF-AAs 값보다 낮게 도출되었다.
그래프를 보면 ICP-MS의 분석 값이 GF-AAs의 분석 값보다 낮게 나타나는 것을 볼 수 있다. 본 연구에서는 ICP-MS는 낮은 농도에서GF-AAs보다 높게 나타났지만, 높은 농도에서 ICP-MS가 GF-AAs보다 낮게 나타난다는 것을 알 수 있다. 하지만 전체적으로 GF-AAs의 값이 높게 나왔으며, 현재 사용하고 있는 조건이 저 농도에 집중되어있으므로 ICP-MS와 GF-AAs의 차이는 미미한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 두 장비의 분석 값 차이의 평균은 –0.12 µg/dL이며 이에 대한 95% 신뢰구간은 –0.43-0.19 µg/dL로 총 자료 중 해당 구간 내 포함되는 분석 값은 약 98%에 해당하였다.
분석 값의 편향으로 일치성을 확인하였을 때, 분석 값의 약 98%가 이상적인 참조선(y=0)에서 편향 ±40%내에 존재하였다.
910으로 나타났다. 이상적인 참조 선으로부터 벗어난 점들이 일부 존재하는 것을 확인하였다.
일치한계를 이용한 두 장비간의 분석 값의 산점도편향의 비율을 비교하면, 분석 값이 신뢰구간 안에 있는 것으로 보아 두 장비간의 일치정도가 높은 것을 알 수 있다. 피어슨 상관계수와 일치성 상관계수는 각각 0.
ICP-MS를 기준으로 했을 때, 대부분의 분석 값이 이상적인 참조선 (y=0)을 기준으로 편향 ±40% 내에 거의 존재하였다. 전체적으로 ICP-MS의 농도보다 GF-AAs의 농도가 높게 나오는 것으로 확인되었다.
또한, GF-AAs와 ICP-MS에서 혈중 납 분석에 사용한 표준물질에 대한 회수율과 변동계수는 Table 4에 나타냈다. 표준물질 sero1의 회수율 (recovery)은 각각 105.899, 101.262%로 회수율을 나타내며, GF-AAs에서 혈중 납 분석에 사용한 표준 물질 clinchek 1의 회수율(recovery)은 97.806%이고 ICP-MS에서 혈중 납 분석에 사용한 표준물질 clinchek 1의 회수율(recovery)은 96.301%로 회수율을 나타냈다. 변동계수(coefficient of variation)는 10% 미만으로 나오는 것을 확인하였다.
일치한계를 이용한 두 장비간의 분석 값의 산점도편향의 비율을 비교하면, 분석 값이 신뢰구간 안에 있는 것으로 보아 두 장비간의 일치정도가 높은 것을 알 수 있다. 피어슨 상관계수와 일치성 상관계수는 각각 0.958과 0.910으로 높은 상관관계를 보였다. 그러나 Fig.
혈중 납 농도에 대한 두 가지 분석법의 비교분석에서 GF-AAs와 ICP-MS 방법의 높은 상관성과 일치성이 있는 것을 확인하였다. 그러나 우리나라 국민들의 납 노출수준이 점차 낮아지고 있는 점과 세계적인 추세 등을 고려해 볼 때 ICP-MS의 분석 방법으로의 전환을 검토해 볼 시점으로 생각한다.

후속연구

그러나 Trzcinka-Ochocka (2016)의 연구와 같이 ICP-MS에 의한 측정이 낮은 검출한계와 신속한 분석, 다중원소 동시정량 등의 장점에 의해서 ICP-MS에 의한 분석으로 전환되는 것이 세계적이 추세로^{3-9,19-22,25-30)}파악되고 있다. 향후에도 두 분석 방법의 장단점을 고려한 분석법에 대한 더욱 많은 연구가 필요하지만, 국제적인 중금속 생물학적 모니터링 방법의 변화에 발맞추어 국내의 중금속 생물학적 모니터링의 ICP-MS의 전환을 고려해 볼 수도 있다고 생각한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	납이란?	납(Lead,Pb)은 환경 중에 널리 분포하며 인체에 유해성이 높은 물질로써 국가적으로 노출 관리가 필요한 물질 중의 하나이다. 대기, 수질, 음식물, 환경에 방출되어진 납은 영구적으로 존재할 수 있고, 인체에 흡수된 납은 장기간 인체에 존재하면서 선천성 기형, 발달장애, 고혈압, 신장장애, 혈액장애, 청력 손실 등의 문제를 야기할 수 있다.1,2)
	흑연로 원자 흡광 광도법을 이용한 분석방법은 어떤 장단점이 있는가?	흑연로 원자 흡광 광도법(GF-AAs)을 이용한 분석 방법은 특정 원소에 대해 높은 민감도와 선택성을 가지고 있어 오래전부터 보편화된 분석법으로 활용되어왔지만, 높은 검출한계와 특정 원소만을 분석할 수 있는 단점에 대한 문제점을 가지고 있다. 이에 비하여 유도 결합 플라즈마 질량분석법(ICP-MS)은 다중의 원소 분석이 가능하고, 낮은 검출한계와 높은 선택성 으로 극미량의 원소를 분석이 가능한 장점에 의해서 국제적으로 사용이 증가하고 있는 추세이다.
	매질의 간섭을 보완하기 위하여 어떠한 방법이 활용되고 있는가?	매질간섭의 단점을 보완하기 위해서 산을 이용하여 매질내의 유기 물질을 제거하여 간섭을 최소화하는 방법등 보완적인 방법이 개발 활용되고 있다.5) 본 연구에서는 두 장비를 이용하여 같은 시료를 분석하고, 두 장비간의 일치성을 파악하고자 하였다.

저자의 다른 논문 :

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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