LC-MS/MS를 이용하여 네오니코티노이드계 농약을 분석하는 방법을 연구하였다. 농산물 중 네오니코티노이드계 농약은 acetonitrile로 추출한 후 NH2 SPE cartridge을 이용하여 전처리를 수행하였으며, 용출액은 0.1% formic acid를 함유한 메탄올/디클로로메탄 혼합액(5/95, v/v)를 사용하였다. 4종의 네오니코티노이드계 농약(imidacloprid, clothianidin, acetamiprid, thiacloprid)의 최소 검출한계 및 정량한계는 경우 각각 0.0001-0.0005 mg/kg 및 0.001 mg/kg 이었다. 농산물에 각각 0.2 mg/kg 및 0.02 mg/kg 농도의 네오니코티노이드계 농약 4종을 첨가하여 분석 시 회수율은 각각 90.7-100.9%, 94.4-99.8% 범위였다. 본 시험법은 신속하고 정밀한 분석법으로 농약 허용물질목록제도(Positive List System (PLS))제도 적용에 필요한 충분한 검출감도를 나타내어 유통농산물에 대한 네오니코티노이드계 농약 분석에 적합한 것으로 조사되었다.
LC-MS/MS를 이용하여 네오니코티노이드계 농약을 분석하는 방법을 연구하였다. 농산물 중 네오니코티노이드계 농약은 acetonitrile로 추출한 후 NH2 SPE cartridge을 이용하여 전처리를 수행하였으며, 용출액은 0.1% formic acid를 함유한 메탄올/디클로로메탄 혼합액(5/95, v/v)를 사용하였다. 4종의 네오니코티노이드계 농약(imidacloprid, clothianidin, acetamiprid, thiacloprid)의 최소 검출한계 및 정량한계는 경우 각각 0.0001-0.0005 mg/kg 및 0.001 mg/kg 이었다. 농산물에 각각 0.2 mg/kg 및 0.02 mg/kg 농도의 네오니코티노이드계 농약 4종을 첨가하여 분석 시 회수율은 각각 90.7-100.9%, 94.4-99.8% 범위였다. 본 시험법은 신속하고 정밀한 분석법으로 농약 허용물질목록제도(Positive List System (PLS))제도 적용에 필요한 충분한 검출감도를 나타내어 유통농산물에 대한 네오니코티노이드계 농약 분석에 적합한 것으로 조사되었다.
A method using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was developed for neonicotinoid pesticide analysis in agricultural products. Four compounds (imidacloprid, clothianidin, acetamiprid, thiacloprid) were extracted with acetonitrile from agricultural products and cleaned up by NH...
A method using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was developed for neonicotinoid pesticide analysis in agricultural products. Four compounds (imidacloprid, clothianidin, acetamiprid, thiacloprid) were extracted with acetonitrile from agricultural products and cleaned up by NH2 solid-phase extraction procedure, and eluted with 0.1% formic acid in methanol/dichloromethane (5/95, v/v). The limit of detection and quantification were 0.0001-0.0005 mg/kg and 0.001 mg/kg, respectively. The mean recoveries of neonicotinoid pesticide from agricultural products were in the range of 90.7-100.9% and 94.4-99.8%, as spiked at 0.2 mg/kg and 0.02 mg/kg, respectively. This validation satisfied the national criteria for pesticide analytical methods. In summary, The present method is fast, precise and sensitive enough for the Positive List System (PLS), and we conclude that the method is also suitable for neonicotinoid pesticide determination in a wide range of agricultural products.
A method using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was developed for neonicotinoid pesticide analysis in agricultural products. Four compounds (imidacloprid, clothianidin, acetamiprid, thiacloprid) were extracted with acetonitrile from agricultural products and cleaned up by NH2 solid-phase extraction procedure, and eluted with 0.1% formic acid in methanol/dichloromethane (5/95, v/v). The limit of detection and quantification were 0.0001-0.0005 mg/kg and 0.001 mg/kg, respectively. The mean recoveries of neonicotinoid pesticide from agricultural products were in the range of 90.7-100.9% and 94.4-99.8%, as spiked at 0.2 mg/kg and 0.02 mg/kg, respectively. This validation satisfied the national criteria for pesticide analytical methods. In summary, The present method is fast, precise and sensitive enough for the Positive List System (PLS), and we conclude that the method is also suitable for neonicotinoid pesticide determination in a wide range of agricultural products.
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문제 정의
과거에는 주로 액액 추출 등 기계적 추출법을 이용하여 전처리에 많은 시간과 노력이 요구되었으나 현재는 SPE cartridge 등을 이용한 고상추출법을 주로 사용하여 신속하고 편리한 전처리가 가능하게 되었고 분석장비에서도 단순히 정량만 가능한 Gas chromatography (GC) 또는 liquid chromatrography (LC)에서 µg/kg 단위까지 정밀한 정성 및 정량이 가능한 Gas chromatography-mass spectromety (GCMS/MS) 또는 LC-MS/MS 등에 의한 분석이 가능하게 되고 있다12,15). 이에 본 연구에서는 최근 많이 활용되고 있는 LC-MS/MS를 이용하여 농산물중 잔류하는 네오니코티노이드계 농약을 분석하는 방법을 제시하여 안전먹거리 확보를 위한 기초자료로 활용코자 한다.
제안 방법
네오니코티노이드계 농약은 acetonitrile 로 추출 후 NH2 SPE cartridge를 이용하여 정제(clean-up) 하였으며, 용출용액으로는 0.1% formic acid를 함유한 메탄올/디클로로메탄 혼합액(5/95, v/v)을 사용하여 Fig. 1과 같이 분석하였다.
또한 네오니코티노이드계 농약 표준용액을 0.0008-0.5 mg/L의 농도로 희석한 후 Table 1에 제시된 기기조건 하에 분석하여 검량선의 직선성 을 확인하였다.
본 연구에서 제시한 LC-MS/MS를 이용한 시험법과 식품공전 시험법14)으로 분석한 농산물중 네노니코티노이드계 살충제의 회수율 및 정량한계 등을 비교하였다.
본 연구에서는 시험방법 검증을 위해 호박 등 농산물 3종의 시료에 4종의 네오니코티노이드계 농약 표준액을 0.2 mg/kg과 0.02 mg/kg 두 가지 농도가 되도록 각각 첨가한 후 Fig. 1 및 Table 1에 제시된 전처리 방법과 기기조건으로 3회 반복 분석 후 회수율, 정밀성, 검출한계 및 정량한계를 측정하였다. 측정된 회수율 및 상대표준편차는 식품공전 잔류농약 분석법 실무해설서13) 에서 분석법검증에 요구되는 회수율 70-120% 및 분석오차 즉 변이계수 또는 상대표준편차 20% 이하를 검증 기준으로 적용하였다.
본 연구에서는 호박을 대상으로 4종의 네오니코티노이드계 농약을 0.2 mg/kg 농도로 첨가하여 시험한 결과와 식품공전 시험법에 의한 의한 회수율 및 정량한계 등을 비교하여 보았다. 그 결과 LC-MS/MS를 이용한 본 시험법이 기존 식품공전의 다성분분석법(multi-residue method)14)이나 다종농약 다성분분석법(multi class pesticide multiresidue method)14)에 비해 매우 우수한 것으로 조사되었다(Table 4, Fig.
분석시 정성 및 정량분석을 동시에 진행하기 위해 질량분석기를 통과한 precursor ion으로 부터 생성되는 product ion 2개를 선정 하였으며, 이들 이온 중 강도가 높은 이온을 정량분석 이온으로 설정하고, 다른 이온을 정성분석 이온으로 설정하여 multiple reaction monitoring(MRM)을 통한 positive mode로 분석을 실시하였다(Table 2).
정량분석을 위해 호박 등 3종의 농산물 시료에 4종의 네오니코티노이드계 농약 표준액를 각각 0.2 mg/kg, 0.02 mg/kg 2가지 농도로 첨가한 후 Fig. 1 및 Table 1에 제시된 전처리 방법과 기기조건으로 3회 반복 분석 후 회수율과 정밀성을 측정하였다. 그 결과(Table 3) 모든 시료에서 적정 회수율 범위 70-120%, 와 분석오차 즉 상대표준편차(RSD) 20%이하13) 를 만족시키는 결과를 나타내었으며 우수한 정밀도를 보이는 것으로 조사되었다.
대상 데이터
Baker (Phillipsburg, NJ, USA)사의 HPLC grade 제품을 사용 하였으며, methanol과 dichloromethane은 KANTO CHEMICAL (Tokyo, Japan)에서 구입한 잔류농약용을 사용하였다. sodium chloride 와 formic acid 는 JUNSEI (Tokyo, Japan)사의 시약특급을 사용하였으며, ammonium formate (97%) 는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)사 제품을 구입하여 사용하였다.
네오니코티노이드계 농약 분석에 사용되는 표준품(imidacloprid (99.5%), clothianidin (100.1%), acetamiprid (99.1%), thiacloprid (99.1%))은 methanol을 이용하여 100 mg/kg의 농도로 제조한 표준원액을 보성과학(Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다.
1% formic acid 와 5 mM ammonium formate in methanol/water (5/5, v/v) 으로 희석하여 표준용액으로 사용하였다. 분석에 사용되는 acetonitrile은 J.T. Baker (Phillipsburg, NJ, USA)사의 HPLC grade 제품을 사용 하였으며, methanol과 dichloromethane은 KANTO CHEMICAL (Tokyo, Japan)에서 구입한 잔류농약용을 사용하였다. sodium chloride 와 formic acid 는 JUNSEI (Tokyo, Japan)사의 시약특급을 사용하였으며, ammonium formate (97%) 는 Sigma-Aldrich(St.
추출시료의 원심분리에는 Thermo Scientific (Am-Kalkberg, Germany)사의 ST16 centrifuge 를 사용하였다. 시험에 사용된 초자기구, 마이크로 피펫 및 전자저울은 모두 교정 받은 제품을 사용 하였으며, 분석에 사용된 LC-MS/MS는 Agilent(Banden-Wrttemberg, Germany)사의 6495 Triple Quad LCMS/MS 제품을 사용하였다.
시험에 사용한 농산물(호박, 파프리카, 엇갈이배추)은 대형 유통점(강서농수산물도매시장내 수협마트)에서 구매 후 예비시험을 거쳐 네오니코티노이드계 농약이 잔류하지 않은 것으로 확인된 시료를 시험에 사용하였다.
전처리에 사용된 NH2 SPE(solid-phase extraction)cartridge (1000 mg/6 mL)는 Phenomenex (Torrance, CA, USA)사의 제품을 사용하였으며, 시료의 분쇄와 균질화를 위해 Robot coupe와 Omni macro homogenizer (Omni, Kennesaw, GA, USA)를 사용하였다. 추출시료의 원심분리에는 Thermo Scientific (Am-Kalkberg, Germany)사의 ST16 centrifuge 를 사용하였다.
표준원액은 –20℃ 이하에서 냉동 보관하고 사용 시 0.1% formic acid 와 5 mM ammonium formate in methanol/water (5/5, v/v) 으로 희석하여 표준용액으로 사용하였다.
이론/모형
1 및 Table 1에 제시된 전처리 방법과 기기조건으로 3회 반복 분석 후 회수율, 정밀성, 검출한계 및 정량한계를 측정하였다. 측정된 회수율 및 상대표준편차는 식품공전 잔류농약 분석법 실무해설서13) 에서 분석법검증에 요구되는 회수율 70-120% 및 분석오차 즉 변이계수 또는 상대표준편차 20% 이하를 검증 기준으로 적용하였다.
성능/효과
2 mg/kg 농도로 첨가하여 시험한 결과와 식품공전 시험법에 의한 의한 회수율 및 정량한계 등을 비교하여 보았다. 그 결과 LC-MS/MS를 이용한 본 시험법이 기존 식품공전의 다성분분석법(multi-residue method)14)이나 다종농약 다성분분석법(multi class pesticide multiresidue method)14)에 비해 매우 우수한 것으로 조사되었다(Table 4, Fig. 4).
1 및 Table 1에 제시된 전처리 방법과 기기조건으로 3회 반복 분석 후 회수율과 정밀성을 측정하였다. 그 결과(Table 3) 모든 시료에서 적정 회수율 범위 70-120%, 와 분석오차 즉 상대표준편차(RSD) 20%이하13) 를 만족시키는 결과를 나타내었으며 우수한 정밀도를 보이는 것으로 조사되었다.
따라서 본 시험에서는 용출용액의 극성도를 증가시킨(polarity index=3.20) 0.1% formic acid를 함유한 메탄올/디클로로메탄 혼합액(5/95, v/v)를 NH2 SPE cartridge 의 용출용액으로 사용하여 네오니코티노이드계 살충제 회수율을 높일 수 있었다. 특히 1% 메탄올 함유 디클로로메탄 용출액에서는 전혀 용출되지 않는 클로티아니딘의 경우 100% 회수율을 나타내는 것으로 조사되었다.
1% formic acid와 5 mM 포름산 암모늄을 함유한 메탄올/물 혼합용매 (5/5, v/v)를 사용하여 5배로 희석함으로서 상쇄 시킬 수 있었다. 또한 일반 high-performance liquid chromatography-UV (HPLC-UV)에 비해 감도가 10-1000배이상 높은15) LC-MS/MS를 사용하여 정량함으로서 분석결과에 대한 신뢰도를 대폭 향상 시킬 수 있었다.
이상 LC-MS/MS에 의한 네오니코티노이드계 농약 시험법은 기존의 시험법에 비해 우수한 회수율과 검출감도 그리고 4시간 이내의 신속한 분석이 가능하여 유통 농산물이나 도매시장 출하농산물에 대한 부적합 농산물의 신속한 수거 및 폐기가 가능하고 또한 허용물질목록관리제도(PLS) 적용이 가능한 정밀한 시험법이라고 생각된다.
총 4종의 네오니코티노이드계 농약 표준용액을 0.0008,0.004, 0.02, 0.1, 0.5 mg/L의 농도로 희석하여 LC-MS/MS로 분석후 검량선의 직선성을 확인한 결과 상관계수가0.9994-0.9980로 양호한 직선상을 나타내는 것으로 조사되었다(Fig. 3).
호박 등 3종의 농산물에 대해 니코티노이드계 농약 4종을 첨가하여 분석 후 조사된 분석기기의 검출한계(S/N=3과 Fragment ion 간 Response ratio = ±20-30% 이내)는0.0001-0.0005 ng 이었으며 정량한계(S/N=10과 Fragmention 간 Response ratio=±20-30% 이내)는 0.001 ng으로 조사 되었는데, 이를 식품공전 잔류농약 분석법 실무 해설서13)에 제시된 분석법의 검출 및 정량한계 계산법에 따라 계산한 검출한계 및 정량한계는 각각 0.0001~0.0005 mg/kg, 0.001 mg/kg 으로 조사되어 우수한 검출 감도를 나타내었다(Table 3, Fig. 2) 이러한 결과는 국내의 식품 중 잔류농약 분석법 검출한계로 규정하고 있는 0.05 mg/kg 이하를 만족하면서 동시에 잔류허용기준의 1/2~1/10 까지 검출하도록 하는 규정13)을 충족시키는 것이었다.
회수율의 경우 첨가농도가 0.2 mg/kg 경우 90.7-100.9%이었으며, 첨가농도가 0.02 mg/kg의 경우에는 94.4-99.8%로 첨가농도에 따른 차이가 없었으며 정밀도의 경우에서도 0.3-6.0% 의 범위로 모두 우수한 결과를 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
네오니코티노이드는 어떤 것과 유사하고 어떤 살충제인가?
현재까지 세계적으로 다양한 종류의 농약이 개발되고 판매되고 있는데 그 중 해충방제에 활용되고 있는 네오니코티노이드(neonicotinoid)계 살충제는 니코틴과 유사한 신경활성 살충제의 부류로서 1991년 Bayer사에 의해 최초로 계발된 이후 현재까지 그 사용량이 급속히 확산되어 가고있는 침투이행성 살충제이다1,2). 네오니코티노이드 계 살충제는 곤충의 중추신경계에 nicotinic acetylcholine receptor(nAChR)에 대한 선택적 길항제로 작용하여 신경전달을 저해함으로서 해충을 치사시키는 농약으로 농산물에 잔류가능성이 높은 것으로 알려져 있으며3-9) 저독성 농약이기 때문에 90년대 이후 전 세계적으로 널리 사용되고 있으나 꿀벌 생태계에 영향을 미친다는 의혹이 계속되고 있는 실정이다10).
LC-MS/MS를 이용하여 네오니코티노이드계 농약을 분석하는 방법을 간단하게 설명하시오.
LC-MS/MS를 이용하여 네오니코티노이드계 농약을 분석하는 방법을 연구하였다. 농산물 중 네오니코티노이드계 농약은 acetonitrile로 추출한 후 NH2 SPE cartridge을 이용하여 전처리를 수행하였으며, 용출액은 0.1% formicacid를 함유한 메탄올/디클로로메탄 혼합액(5/95, v/v)를 사용하였다. 4종의 네오니코티노이드계 농약(imidacloprid, clothianidin, acetamiprid, thiacloprid)의 최소 검출한계 및 정량한계는 경우 각각 0.0001-0.0005 mg/kg 및 0.001 mg/kg 이었다. 농산물에 각각 0.2 mg/kg 및 0.02 mg/kg농도의 네오니코티노이드계 농약 4종을 첨가하여 분석 시 회수율은 각각 90.7-100.9%, 94.4-99.8% 범위였다. 본 시험법은 신속하고 정밀한 분석법으로 농약 허용물질목록제도(Positive List System (PLS))제도 적용에 필요한 충분한 검출감도를 나타내어 유통농산물에 대한 네오니코티노이드계 농약 분석에 적합한 것으로 조사되었다.
본 연구에서 LC-MS/MS를 이용하여 무엇을 분석하는 방법을 제시하였는가?
과거에는 주로 액액 추출 등 기계적 추출법을 이용하여 전처리에 많은 시간과 노력이 요구되었으나 현재는 SPE cartridge 등을 이용한 고상추출법을 주로 사용하여 신속하고 편리한 전처리가 가능하게 되었고 분석장비에서도 단순히 정량만 가능한 Gas chromatography (GC) 또는 liquid chromatrography (LC)에서 µg/kg 단위까지 정밀한 정성 및 정량이 가능한 Gas chromatography-mass spectromety (GCMS/MS) 또는 LC-MS/MS 등에 의한 분석이 가능하게 되고 있다12,15). 이에 본 연구에서는 최근 많이 활용되고 있는 LC-MS/MS를 이용하여 농산물중 잔류하는 네오니코티노이드계 농약을 분석하는 방법을 제시하여 안전먹거리 확보를 위한 기초자료로 활용코자 한다.
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