[논문]LC-MS/MS를 이용한 해수 및 수산용수 중 플루오로퀴놀론계 항생제 동시 분석법 정립

이미경; 이인석; 최민규; 이성규; 이원찬

doi:10.5657/kfas.2023.0428

LC-MS/MS를 이용한 해수 및 수산용수 중 플루오로퀴놀론계 항생제 동시 분석법 정립
Simultaneous Analysis of Prohibited Antibiotics (Fluoroquinolones) in Seawater and Effluents Released by Aquaculture Using LC-MS/MS 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.56 no.4, 2023년, pp.428 - 437

이미경 (국립수산과학원 기후환경연구부 해양환경연구과) , 이인석 (국립수산과학원 서해수산연구소) , 최민규 (국립수산과학원 기후환경연구부 해양환경연구과) , 이성규 (국립수산과학원 기후환경연구부 해양환경연구과) , 이원찬 (국립수산과학원 기후환경연구부 해양환경연구과)

Abstract ▼ AI-Helper

A simultaneous analytical method was developed and validated for the analysis of prohibited fluoroquinolone (FQ) antibiotics including norfloxacin, ofloxacin, and pefloxacin, released by aquaculture in seawater and effluents. The samples were filtered, and extracts were obtained using a solid phase extraction cartridge with methanol (MeOH). The extracts were concentrated, and analyzed using ultra-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Two different columns and four different mobile phases were compared to achieve optimal separation and sensitivity for target compounds. Typical validation parameters including linearity, recovery of surrogate standard, instrument detection limit (IDL), limit of quantification (LOQ), and method detection limit (MDL) were evaluated. The linearity of calibration curves was over 0.999. Recoveries of surrogate ranged from 87.6% to 113%. The LOQ of target compounds was approximately 3-8 times lower than those reported in previous studies. The IDL and MDL were 0.06-0.57 and 0.06-0.37 ng/L, respectively. Seven effluent samples collected from an aquaculture located in Jeju were analyzed; however, not all target compounds were detected in the samples, suggesting that the banned antibiotics were not used. Overall, this established method was able to simultaneously analyze the three FQ antibiotics, and may be useful for monitoring prohibited antibiotics in the fishery industry.

주제어

표/그림 (8)

표 Table 1. Molecular structure and physical properties of 3 fluoroquinolone antibiotics
그림 Fig. 1. Flowchart of the optimized analytical method for simultaneous analysis for 3 fluoroquinolone antibiotics in fisheries water. EDTA, Ethylene-diamine-tetraacetic acid; NSTD, Native standard; ISTD, Internal standard; SPE, Solid phase extraction; PP, Polypropylene; RSTD, Recovery standard; LC-MS/MS, Liquid chromatography-tandem mass spectrometer
표 Table 2. Instrumental conditions used for fluoroquinolone antibiotics analyses by UPLC-MS/MS
표 Table 3. Mass spectrometer parameters for determination of 3 fluoroquinolone antibiotics
그림 Fig. 2. Peak intensity and of 3 target compounds for 4 instrumental conditions, using the XDB-C18 column and ODS-3 column, respectively [(a), (e) Instrumental condition 1; (b), (f) Instrumental condition 2; (c), (g) Instrumental condition 3; (d), (h) Instrumental condition 4 described in Table 2]. NOFX, Norfloxacin; OFX, Ofloxacin; PEFX, Pefloxacin.
그림 Fig. 3. Calibration curves with norfloxacin (a), ofloxacin (b), pefloxacin (C) concentrations ranging 0–100 ng/mL.
표 Table 4. Accuracy, precision and limit of quantitation (LOQ) of 3 target compounds in this study and other references
표 Table 5. IDL and MDL of 3 target compounds and recoveries of surrogate standards

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

개정된 식품의 기준 및 규격에 의해 2020년 4월부터 시행되어 식품에 잔류하면 안되는 금지 의약품으로 지정된 NOFX, OFX 및 PEFX의 3종 FQs 항생제에 대하여 기존 분석법을 개선하여 최적의 분석법을 정립하였다. 확립된 분석법은 UPLC-MS/MS 기반으로 XDB-C18 컬럼을 장착하여, 우수한 감도와 분리 결과를 나타내는 이동상과 구배를 선정하였다. 본 분석법은 이전 연구 결과와 비교했을 때, 유사하거나 더 우수한 수준의 분석법 유효성 결과들을 보였다.

대상 데이터

전처리 과정에서 사용된 암모니아수는 MeOH에, 포름산 암모늄과 포름산 희석에는 초순수를 각각 사용하였다. 고상추출(solid phase extraction, SPE) 과정에서 사용된 카트리지인 Oasis HLB (200 mg, 6 cc)는 Waters (Milford, MA, USA) 제품을 구입하였다. 시료 여과에 사용한 유리섬유여과지(GF/F, 47 mm circle, 0.
아세토니트릴(acetonitrile, ACN)과 메탄올(methanol, MeOH)을 포함한 모든 유기용매 및 초순수는 J.T.Baker (Phillipsburg, NJ, USA)의 제품을 사용하였고, 암모니아수(ammonia solution)는 Merck (Darmstadt, Germany)에서 구입하여 사용하였다. 포름산 암모늄(ammonium formate) 및 포름산(formic acid) 등의 분석용 시약은 Wako Pure Chemical Industries (Tokyo, Japan)의 제품을 사용하였다.

성능/효과

본 연구에서 정립된 분석법 절차(Fig. 1)에 따라 실제 수산용수 시료에 대한 3종 FQs 항생제 잔류량을 파악하기 위해 제주 연안의 7곳(제주, 조천, 성산, 표선, 서귀포, 대정, 한림) 육상 어류 양식장 방류수를 대상으로 분석을 수행한 결과, 모든 시료에서 3종 FQs 항생제는 검출되지 않았다. FQs 항생제는 2020년도부터 국내에서 사용이 금지된 의약품으로 어류 양식장의 수산용수에서 검출되지 않은 결과를 나타낸 것으로 판단된다.
Condition 1과 2에서 모두 분리는 잘 이루어지나, Condition 2는 1에 비해 분석시간은 단축된 반면, 물질의 감도 측면에서 NOFX는 –20%, OFX와 PEFX는 5% 미만으로 나타나 상대적으로 매우 낮은 수준이었다
개정된 식품의 기준 및 규격에 의해 2020년 4월부터 시행되어 식품에 잔류하면 안되는 금지 의약품으로 지정된 NOFX, OFX 및 PEFX의 3종 FQs 항생제에 대하여 기존 분석법을 개선하여 최적의 분석법을 정립하였다. 확립된 분석법은 UPLC-MS/MS 기반으로 XDB-C18 컬럼을 장착하여, 우수한 감도와 분리 결과를 나타내는 이동상과 구배를 선정하였다.
동일한 분석 조건 하에 UPLC 컬럼을 ODS-3로 변경한 결과, Condition 1–4 모두피크의 갈라짐 현상을 보였다
먼저 XDB-C18 컬럼을 이용하여 분석한 결과, 대상물질의 감도와 분리능은 Condition 1에서 가장 우수한 결과를 나타내었다. Condition 1과 2에서 모두 분리는 잘 이루어지나, Condition 2는 1에 비해 분석시간은 단축된 반면, 물질의 감도 측면에서 NOFX는 –20%, OFX와 PEFX는 5% 미만으로 나타나 상대적으로 매우 낮은 수준이었다.
본 분석법은 이전 연구 결과와 비교했을 때, 유사하거나 더 우수한 수준의 분석법 유효성 결과들을 보였다. 실제 수산용수를 대상으로 한 분석결과에서는 양식장 방류수 중 대상 금지 의약품인 3종의 FQs가 검출되지는 않았다. 그러나 지속적으로 유입과 방류를 하는 육상 양식장의 특성을 고려해 특정 시간대의 조사가 아닌 24시간 연속 샘플링과 방법이 향후 고려되는 등 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단되었다.

후속연구

실제 수산용수를 대상으로 한 분석결과에서는 양식장 방류수 중 대상 금지 의약품인 3종의 FQs가 검출되지는 않았다. 그러나 지속적으로 유입과 방류를 하는 육상 양식장의 특성을 고려해 특정 시간대의 조사가 아닌 24시간 연속 샘플링과 방법이 향후 고려되는 등 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단되었다. 이를 통해 지속 가능한 수산 양식과 안전한 수산물을 섭취할 수 있는 환경 마련을 위해 본 연구가 활용되기를 바란다.
그러나 FQs 항생제를 포함한 동물용의약품이나 다양한 수산용 약제를 사용하는 시간이 각 양식장 별로 상이하고, 대상물질의 환경 중 반감기가 다른 잔류성유기오염물질(persistent organic pollutants )과 비교했을 때 상대적으로 짧기 때문에 본 연구에서 채취한 수산용수에서 검출이 되지 않았을 가능성도 배제할 수 없다. 대부분의 육상 어류양식장에서는 사용하고 있는 수산용수를 지속적으로 주변 환경으로 방류하고 있으며, 이들 물질의 생태학적 독성 영향을 고려한다면 FQs 항생제를 포함한 다양한 의약품류의 주기적인 모니터링이나 정책적 감시는 지속적으로 수행될 필요가 있을 것으로 판단된다.
그러나 지속적으로 유입과 방류를 하는 육상 양식장의 특성을 고려해 특정 시간대의 조사가 아닌 24시간 연속 샘플링과 방법이 향후 고려되는 등 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단되었다. 이를 통해 지속 가능한 수산 양식과 안전한 수산물을 섭취할 수 있는 환경 마련을 위해 본 연구가 활용되기를 바란다.

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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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