CJJWBBCWMMJD.hwp

Transcription

1

2

3

4

5

6

7 GC/MS- 사고대비물질 분석 Ⅰ. 이론 Ⅱ. 1. 실험 분석 조건 분석장비 - GC/MS (Agilent 689/5973) Column - DB-5, 3m,.25mm,.25μm - Column flow : 1 ml/min MS 조건 - mass range : 2~3 amu - solvent delay time : 1min - source temp. : 분석 Method Method 1 ( 물질 1~7) 승온율 온도 시간 비고 5 2 min 5 /min 25 min 1 /min 3 2 min Total 49 min - 용매 : 디클로로메탄 실 습 보 고 서 3

8 Method 2 ( 물질 8~2) 승온율 온도 시간 비고 35 2 min 1 /min 25 min Total 41.5 min - 용매 : 톨루엔 3. 표준용액 제조방법 질량을 측정하여 표준용액 제조 - 1mL 메스플라스크에 일정양의 표준물질 용액을 주입하고 질량 측정 (1-4 g 까지 측정이 가능한 저울 사용) 제조된 표준용액을 단계별로 희석 (2 배) Ⅲ. 결과 4 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

9 GC 및 GC/MSD - 석유제품 분석휘발유 (, 경유, 등유 ) Ⅰ. 1. 이론 석유 석유(Petroleum or oil) 는 천연적으로 산출되는 액체 탄화수소의 혼합물로 서 동 식물유와 구별하여 광유라고 부르기도 한다. 석유를 천연적으로 산출 된 것을 원유(Crude Oil) 라 하고, 원유를 정제공정을 거쳐서 이용목적에 맞 게 생산되어 나온 것을 석유제품(Petroleum Products) 이라 한다. 2. 석유의 특성 석유는 다른 물질에 비해 인화점이 낮기 때문에 연소되기 쉽다. 석유제품 의 종류에 따라 연소방식이 다르며 인화점도 휘발유(43 이상), 등유(3 6 ), 경유(5 9 ), 중유(6 15 ), 윤활유(13 35 ), 아스팔트(2 3 ) 등 다양하다. 석유는 물보다 가벼워서 물위에서도 인화되며 석유증기 는 공기보다 무겁기 때문에 배수관을 통하여 멀리까지 가는 수가 있어 주의 가 필요하다. 3. 석유의 화학적 성질 석유를 구성하는 탄화수소는 다음과 같다. 탄화수소 (Hydrocarbon) 파라핀계 탄화수소 (Paraffinic Hydrocarbon 올레핀계 탄화수소 (Olefinic Hydrocarbon 나프텐계 탄화수소 (Naphthenic Hydrocarbon 아로마틱계 탄화수소 (Aromatic Hydrocarbon 노말파라핀 (normal-paraffin) 이소파라핀 (iso-paraffin) 단환 (monocyclic) 다환 (polyclic) 실 습 보 고 서 5

10 4. 석유에 함유된 불순물 황화합물 : 원유중의 황 함량은.1 7wt% 정도이며, 함량은 원유의 산지, 유정의 깊이, 지층 생성연대에 따라 다르며 비등점의 증가에 따 라 머캡탄(mercaptan), 설파이드(sulphide), 싸이오펜(thiophen), 벤조 디오펜(benzothiophene) 의 황화합물로 존재한다. 질소화합물 : 질소함량은.1.9wt% 정도이며, 비등점 4 이상의 유분에 발견된다. 비등점의 증가에 따라 피리딘(pyridine), 퀴놀린 (quionoline), 피롤(pyrrole), 카바졸(carbazole) 로 존재한다. 질소화합물 은 인체에 대한 큰 독성은 지니고 있지 않으나, 석유제품의 품질을 떨 어뜨리고 대기오염의 주요인으로 매우 유해한 NOx 의 발생원이 된다. 산소화합물 : 산소의 양은 2wt% 로 중질유분과 아스팔트 속에 많 이 포함되어 있다. 산소화합물은 나프텐산, 지방산, 페놀산 등이 있다. 금속염류 : 원유에는 여러 가지 금속염류가 소량 함유되어 있으며, 이 중에서도 바나듐, 니켈이 가장 많고 그다음 구리 및 철이다. 소량으로 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 아연, 바륨, 알루미늄, 코발트, 티탄, 주속이 존재한다. 5. 석유제품유의 생산공정 원유의 주성분인 탄화수소는 증류에 의해 분리시킬 수가 있다. 들은 각기 끓는점이 다른 특성을 이용하여 원유에서 휘발유 유분, 탄화수소 경유 유 분, 등유 유분 등 주요 성분을 분리한다. 이런 여러 유분중에 포함되어 있는 불순물을 제거하고, 또 촉매를 첨가하여 탄화수소에 반응을 일으켜 성질이 다른 탄화수소를 만들어 내는 분해 및 개질 과정을 거쳐 양질의 석유제품을 생산한다. 6 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

11 그림 1. 석유제품 생산공정 석유정제 공정은 정유사의 시설에 따라 차이가 있지만 주로 다음 네가지 로 분류된다 탄화수소의 끓는점 차이에 따라 분리하는 증류공정 화학적인 방법에 의하여 각 유분 중 분자의 구조를 변화시키는 처리를 하여 제품의 품질을 향상시키는 정제공정 각종 유분들에 포함된 황, 질소, 금속화합물 등 불순물을 제거하는 공 정( 수소를 사용한다 하여 수소처리공정) 4 규격에 맞는 제품을 생산하기 위한 각종 유분의 블렌딩 공정 실 습 보 고 서 7

12 5.1 휘발유 휘발유는 석유제품 중 약8 9% 의 생산비중을 차지하고 있으며, 비점범위 는 3 2 정도로서 휘발성이 있는 액체상태의 석유유분을 말한다. 휘발유 의 물리적 성질은 일반적으로 상온 상압에서 증발하기 쉽고, 인화성이 매우 높으며 공기와 적당히 혼합되면 폭발성 혼합가스가 되어 위험하다. 일반적으 로 자동차용, 항공용, 공업용 등 세가지로 분류된다. 자동차 휘발유에는 옥탄 가 향상을 위해 유독성 중금속인 납 대신에 MTBE(Methyl Tertiary Butyl Ether) 등 첨가제를 사용한 것을 무연휘발유라하며, MTBE는 상온에서 무색 투명한 액체이다. 표 1. 휘발유의 성상 구 분 자동차용 휘발유 항공 휘발유 공업용 휘발유 외 관 액체( 착색) 액체 무색액체 비 중 비점범위( ) 인화점( ) -4이하 -4이하 -4 이하+4 용 도 자동차용 연료 항공기용 연료 세척용, 고무공업용 5.2 등유 등유는 휘발유에 이어 유출되는 유분으로 그 비점범위는 16~ 3 정도 이며, 가정용, 동력용, 용제 등으로도 사용된다. 성상은 각 용도에 따라 다르 며, 주로 보일러등유와 실내등유로 분류를 하며, 보일러등유는 등유유분과 경유유분을 적절하게 혼합하여 가정용 난방보일러, 상업용 보일러, 중소산업 용 보일러, 농업용 난방 및 건조기 등에 주로 사용을 하고 있다. 실내등유는 주로 가정에서 사용하는 팬히터, 스토브, 온풍기 등 가정 난방용 연료로서 실내에서 사용이 적합하도록 유황함량이 매우 낮고 색상이 맑다. 8 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

13 표 2. 등유의 품질기준 등 급 1호 2호 항 목 ( 보일러 등유) ( 실내 등유) 인화점( ) 4 이상 38 이상 유동점( ) -15.이하 - 증류성상(9% 유출온도, ) 285 이상~325 이하 265 이하 1% 잔유중 잔류탄소분 ( 무게%).15 이하 - 회분( 무게%).2 이하 - 황분( 무게%).1 이하.1 이하 동점도(4, mm2/s) 1.4 이상~3. 이하 - 연점(mm) - 21 이상 동판부식(5, 3h) 1 이하 색( 세이볼트색도) 빨간색( 육안식별) +21 이상 식별제 첨가량( mg/l) 1 이상 5.3 경유 경유는 등유 다음으로 증유되는 유종이고, 일반적으로 선박용 경유는 소 형기관의 연료유와 중대형기관의 보조기관의 연료유로 주로 사용한다. 경유 는 황분 함량에 따라 자동차용( 황분 농도 3ppm 이하) 과 선박용( 황분 농도 1% 이하) 으로 분류한다. 표 3. 경유의 품질기준 항 목 등 급 자동차용 선박용 인화점( ). 이하( 겨울용:-17.5 이하). 이하( 겨울용:-12.5 이하) 유동점( ) 4 이상 동점도(4, mm2/s) 1.9 이상~5.5 이하 1.5 이상~6. 이하 증류성상(9% 유출온도, ) 36 이하 1% 잔유중 잔류탄소분 ( 무게%).15 이하.2 이하 물과 침전물( 부피%).2 이하 황분( mg/ kg) 1이하 1. 이하( 무게%) 회분( 무게%).2 이하.1 이하 세탄값( 세탄지수) 52 이상 4 이상 동판부식(1, 3h) 1 이하 필터막힘점( ) - 16이하 - 윤활성 a 6 (HFRR 마모흔경, μm) 4 이하 - 밀도a 15 ( kg/ m3) 815 이상~835 이하 - 다고리방향족 함량( 무게%) 5 이하 - 방향족화합물 함량( 무게%) 3 이하 - 지방산메틸에스테르 함량( 무게%) 5 이하 - 실 습 보 고 서 9

14 Ⅱ. 실험 FID(Flame Ionization Detector) 표 4. GC-FID 기기의 분석조건 구 분 분석조건 비 고 Column HP-5 (length 3m, ID.25mm, film thickness.25 μm) Temperature : 25 Injection : 1ul Injection Mode : Split Carrier Gas : N2 Flow Control Mode : Pressure Column Flow : 1. ml/min Split Ratio : 1:1 Gas saver 2ml/min, 2.min GC Column Oven Temperature Program Rate Temp. Hold Time min 1 5 /min 1 5min 2 15 /min 15 min 3 15 /min 22 1min FID Temperature : 25 1 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

15 GC-MS(Gas Chromatography/Mass Spectrometry) 표 5. GC-MS 기기의 분석조건 구 분 분석조건 비 고 GC Column : DB-5ms (length 3m, ID.25mm, film thickness.3 μm) Colum Oven Temperature : 25 Injection Temperature : 25 Injection Mode : Split Split ratio 1:1 Carrier Gas : He Pressure : 6.79psi Total Flow : 14ml/min Column Flow : 1 ml/min Flow Control Mode : Pressure Total Program Time : min GC Program : Colum Oven Temperature Rate( /min) Final Temp.( ) Hold Time(min) min 5 /min 1 5min 1 /min 15 min 15 /min 22 1min MS MS program : Scan mode Scan parameter : 45~ 5 amu 시료채취 및 시료제조 현황 석유제품( 휘발유, 경유, 등의) 의 시료채취는 인천광역시 서구 일대의 주유 소(SK, S-oil, 현대오일뱅크, GS 칼텍스) 에서 구매하여 분석에 사용하였다. 실 습 보 고 서 11

16 표 6. 시료현황 그림 2. 석유제품( 휘발유, 경유, 등유) 시료 번호 구분 채취장소 비고 1 휘발유 GS-칼텍스 2 휘발유 SK에너지 3 휘발유 현대오일뱅크 4 휘발유 S-oil 5 휘발유 GS-칼텍스 인천 서구 경서동 6 경유 GS-칼텍스 7 경유 SK에너지 8 경유 현대오일뱅크 9 경유 S-oil 1 경유 S-oil 인천 서구 심곡동 11 등유 GS-칼텍스 12 등유 SK에너지 13 등유 현대오일뱅크 12 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

17 Ⅲ. 1. 결과 휘발유 분석 결과 GC/MSD 분석 결과 SK 주유소 휘발유를 GC/MS로 분석한 결과 아래와 같은 크로마토그 램을 얻을 수 있었으며, toluene, xylene 등 휘발성 화합물들과 함께 표와 같은 물질들이 검출됨 제조회사별 성분을 분석한 결과 주요 피크에 대한 패턴은 유사한 것 으로 나타남 Abundance 1.1e+7 1.5e+7 1e Methoyx-2-methyl propane ,2,4-Trimethyl benzene Heptane ,3,3-Trimethyl 1.79 pentane Ethylbenzene ,3,5-Trimethyl benzene Ethyl-1,4-dimethyl benzene ,2,4,5-Tetramethyl benzene 9.46 Propyl benzene Time--> Toluene 6.29 p-xylene TIC: 1SKG.D ,2,3-Trimethyl benzene 그림 3. SK 휘발유 GC/MS 분석 결과 표 7. 휘발유 성분 분석 결과 피크 번호 R.T.(min) 물질명 면적 비율(%) cis-1,2-dimethyl cyclopropane 62,715, % methoxy-2-methyl propane 98,223, % methyl-cyclopentane 81,247, % benzene 64,898, % methyl hexane 75,887, % methyl hexane 72,39, % ,2,3,3-tetramethyl butane 216,995, % heptane 7,998,93 1.8% methyl cyclohexane 79,64,351 2.% ,3,4-trimethyl pentane 122,941, % 실 습 보 고 서 13

18 피크 번호 R.T.(min) 물질명 면적 비율(%) ,3,3-trimethyl pentane 153,93, % toluene 251,3, % methyl heptane 72,2, % ethylbenzene 137,82, % m-xylene 3,239, % p-xylene 16,713, % o-xylene 166,682, % propyl benzene 7,668, % ethyl-3-methyl benzene 276,748,64 7.2% ethyl-4-methyl benzene 139,69, % ,2,4-trimethyl benzene 181,838, % ethyl-2-methyl benzene 125,78, % ,2,3-trimethyl benzene 455,825, % trimethyl benzene 15,687, % indane 73,647, % methyl-3-propyl benzene 63,83, % methyl-4-propyl benzene 64,15, % methyl-2-(1-methylethyl) benzene 74,86, % ethyl-1,3-dimethyl benzene 63,148, % ethyl-2,4-dimethyl benzene 116,745, % Abundance TIC: 2GSG.D 1.2e e+7 1.1e+7 1.5e+7 1e Time--> 그림 4. GS 휘발유 GC/MS 분석 결과 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

19 Abundance 1.5e+7 1e Time--> TIC: 3HDG.D 그림 5. HD 휘발유 GC/MS 분석 결과 Abundance 1.2e e+7 1.1e+7 1.5e+7 1e Time--> TIC: 4SOILG.D 그림 6. Soil 휘발유 GC/MS 분석 결과 실 습 보 고 서 15

20 Abundance Time--> 1.4e+7 1.3e+7 1.2e+7 1.1e+7 1e TIC: 12GSGN.D 그림 7. 인천 경서동 GC 휘발유 GC/MS 분석 결과 경유 성분 분석 결과 Abundance 1.6e+7 1.4e+7 1.2e+7 1e Time--> TIC: 5SKD.D 그림 8. SK 경유 GC/MS 분석 결과 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

21 Abundance 1.8e+7 1.6e+7 1.4e+7 1.2e+7 1e Time--> TIC: 6GSD.D 그림 9. GS 경유 GC/MS 분석 결과 Abundance 1.8e+7 1.6e+7 1.4e+7 1.2e+7 1e Time--> TIC: 7HDD.D 그림 1. HD 경유 GC/MS 분석 결과 실 습 보 고 서 17

22 Abundance TIC: 8SOILD.D 1.8e+7 1.6e+7 1.4e+7 1.2e+7 1e Time--> 그림 11. S-oil 경유 GC/MS 분석 결과 Abundance Time--> 1.8e+7 1.7e+7 1.6e+7 1.5e+7 1.4e+7 1.3e+7 1.2e+7 1.1e+7 1e TIC: 13SOILDN.D 그림 12. 인천 공촌사거리 S-oil 경유 GC/MS 분석 결과 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

23 등유 성분 분석 결과 Abundance 1.4e+7 1.3e+7 1.2e+7 1.1e+7 1e Time--> TIC: 9SKH.D 그림 13. SK 등유 GC/MS 분석 결과 Abundance 1.4e+7 1.3e+7 1.2e+7 1.1e+7 1e Time--> TIC: 1GSH.D 그림 14. GS 등유 GC/MS 분석 결과 실 습 보 고 서 19

24 Abundance 1.4e+7 1.3e+7 1.2e+7 1.1e+7 1e Time--> TIC: 11HDH.D 그림 15. HD 등유 GC/MS 분석 결과 Ⅳ. 참고문헌 1. 기체크로마토그래피 질량분석계에 의한 국산휘발유의 정성분석, 화학공학회 제2권 제5 호, 1982, 41~414p 2. 멀티기체크로마토그래프를 이용한 해상유출유 감식기법 연구, 양환경공학회, 수치해석에 의한 유지문 감식기법 적용사례 연구, 회, 유지문 도감집, 해양경찰연구소, Fast GC 를 이용한 해상유출유 감식 분석 기법 연구, 학회, 24, 제7호 제3권 122~13p 한국 한국해 한국해양환경공학 한국해양환공공 6. Optimized Analaysis of Gusoline(BTEX) in Water and Soil Using GC/FID with Purge and Trap, Application Note( ), Agilent Technologies 7. Nonhalogenated Organics Using GC/FID, Method 815D, Revision 4, 수질오염공정시험법( 석유계총탄화수소 TPH), 환경부 9. 대기오염공정시험법( 유류중의 황함유랑 분석방법), 환경부 1. 자동차연료 또는 첨가제의 검사방법 및 등록에 관한 규정, 환경부고지 제29-48호 11. 해양환경공정시험법( 유출유중 포환탄화수소류 식별), 해양경찰청 2 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

25 GC/MS- 수돗물 분석( 국립환경과학원) Ⅰ. 이론 Ⅱ. 1. 실험 분석개요 수돗물 중에 포함되어 있는 염소소독부산물 ( 클로랄하이드레이트, 다이브로모 아세토나이트릴, 다이클로로아세토나이트릴, 트라이클로로아세토나이트릴, 1,2- 다이브로모-3- 클로로프로판) 을 GC/MS 분석하고자 한다. 2. 분석물질 국립환경과학원 수돗물 2mL 3. 시료전처리 3-1. 시료 2mL를 취하여 25mL 분별깔때기에 넣은 후 내부표준용액 또는 대체표준용액 1 μl를 넣는다 시료에 염화나트륨 5g을 넣고 흔들어 녹인 후 삼차부틸메틸에테르 25mL를 넣은 다음 4 분간 격렬하게 흔들어 추출한다 두 층이 분리되면 아래 물 층은 버리고 위의 삼차부틸메틸에테르 층 을 시험관에 취한다음 무수 황산나트륨을 약 거한 다음.5mL 까지 농축시킨다..5g 가하여 수분을 제 4. 분석조건 GC/MS 를 이용하여 분석한다. 실 습 보 고 서 21

26 표 1. GC/MS 기기의 분석조건 구 분 분석조건 비 고 GC Column : DB-5, DB-624 (length 15~6m, ID.2~.35mm, film thickness.1~.5 μm) Colum Oven Temperature : 4~ 28 Injection Temperature : 2~ 25 Injection Mode : Split Carrier Gas : He(99.999% 이상) Column Flow : 4 ml/min GC Program : Colum Oven Temperature Rate( /min) Final Temp.( ) Hold Time(min) - 4 5min 5 /min 1 5min 1 /min 2 2min MS Ion source Temperature : MS program : Scan mode Detector voltage : kv Ⅳ. 참고문헌 1. 먹는물공정시험법, 환경부 22 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

27 GC/NPD- 액체모기약 분석 Ⅰ. 1. 이론 모기향의 일반적인 성상 모기향에 일반적으로 사용되는 성분은 프탈레트린, 알레트린 등이고 뿌리 는 에어로솔 제품에 함유된 성분은 프탈트린, 퍼메트린, 싸이퍼메트린, 페노 트린, 알레트린, 레스메스린, 바이오레스메트린, 프로폭술, 이미프로트린, 에스 바이올, 피레트린엑스 등이 있다. 액체 전자모기향은 프랄레트린, 매트전자모 기향은 알레트린을 주성분으로 한다. 이런 성분들은 대부분 국화과 식물인 제충국에서 얻어지는 피레스린 유도체들이다. 기피제의 성분으로는 디에틸틀 루아미드, 파라멘탄-3,8- 디올, 리나룰, 퍼메트린 등이 사용되고 있다. 이들 성분들은 살충기피효과를 나타내는 기전으로 카바메이트계 살충제인 프로 폭술 등은 곤충의 신경전달물질인 아세틸콜린을 분해하는 효소( 아세틸콜린에스테라제 ) 의 활성을 저해하여 곤충신경계 기능을 마비시키고, 제충국에서 추출한 물질 피레트린 엑스 및 피레스로이드계 살충제인 퍼메트린, 싸이퍼메트린, 알레트린 등은 곤충의 신경 계를 공격하여 마비증세를 일으켜서 벌레를 죽인다. 또한 기피제 성분은 살충효과는 없지만 모기가 기피하는 물질로서 모기로부터의 접근, 공격을 막아주는 역할을 한다. Ⅱ. 실험 1. 분석물질( 액체모기약) - 액체모기약 성분 : 디- 트란스 알레트린( 에스바이오트린) 2.6w/w% 그림 1. 액체모기약 실 습 보 고 서 23

28 그림 2. 바이오알레트린 구조식 에스바이오트린은 정량할 때 dl-3-알릴-2-메틸-4-옥소-2-시클로페 테닐-dl- 시스/ 트란스- 크리산테메이트(C19H26O3) 를 93.% 이상 함유하 며 정량값의 72.% 에 해당하는 dl-3-알릴-2-메틸-4-옥소-2-시클로페 테닐-dl- 시스/ 트란스- 크리산테메이트를 함유한다. 이 성분은 황갈색의 점성이 있는 유상액으로 약간 특이한 냄새가 나며, 에텔, 에탄올, 메탄 올, 아세톤, 클로로포름 또는 헥산과 섞는다. 2. 분석조건 GC/NPD 를 이용하여 분석하였으나, 았음. 분석이 원활하게 이루어지지 않 24 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

29 표 1. GC/NPD 기기의 분석조건 구 분 분석조건 GC Column : DB-5, DB-624 (length 15~6m, ID.2~.35mm, film thickness.1~.5 μm) Colum Oven Temperature : 4~ 28 Injection Temperature : 25 Injection Mode : Split Carrier Gas : N2 Column Flow : 4 ml/min Gas saver 2ml/min, 2.min Rate( /min) Final Temp.( ) Hold Time(min) Run Time - 6 min min 5 /min 1 min 8min 15 /min 22 5min 21min NPD Heater : 25 H 2 Flow : 4 ml/min 그림 2. GC/NPD 분석현황 GC/FID 를 이용하여 분석한 결과는 다음과 같다. 실 습 보 고 서 25

30 표 2. GC-FID 기기의 분석조건 구 분 분석조건 비 고 GC Column HP-5 (length 3m, ID.25mm, film thickness.25 μm) Temperature : 25 Injection : 1ul Injection Mode : Split Carrier Gas : N2 Flow Control Mode : Pressure Column Flow : 1. ml/min Split Ratio : 1:1 Gas saver 2ml/min, 2.min Column Oven Temperature Program Rate Temp. Hold Time min 1 5 /min 1 5min 2 15 /min 15 min 3 15 /min 22 1min FID Temperature : 25 FID1 A, (HOMEMAT\HOMEMAT.D) pa Area: Area: Area: Area: 그림 3. GC/FID 분석현황 min 26 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

31 TOF MS 를 이용하여 분석한 결과는 다음과 같다. 표 3. TOF MS 기기의 분석조건 구 분 분석조건 Optimization M/Z 69. Initial S/N 1912 Response Before Tuning Response After Tuning Response Change Resolution 147. Detector Voltage GC Flow NA Pressure 1.9E-7 Slope Offset Active Filament 1 Filament Resistance Resolution Mass 219. 그림 4. TOF MS 분석현황 실 습 보 고 서 27

32 Ⅳ. 참고문헌 1. 의약외품에 관한 기준 및 시험방법, 식품의약품안전청 고시 제21-49 호 2. ( 식품의약품안전청 의약외품 심사정보방) 3. ( 식품의약품안전평가원 독성정보제공시스템 ) 28 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

33 GC/ECD - PCBs(Poly Chlorinated Biphenyls) 분석 Ⅰ. 이론 1. PCBs의 일반적 현황 PCBs는 biphenyl 기에 치환되는 염소수와 위치에 따라 29종의 이성체가 존재하며, 화합물의 물리적, 화학적 성질들은 동족체 그룹에 따라 다양하지만, 대체적으로 낮은 물불용성 및 낮은 증기압을 가지고 있으며 비극성용매나 오 일등에 잘 녹는 성질을 가지고 있다. 열역학적 안정성 때문에 환경 또는 생체대사를 통한 분해는 매우 천천히 이루어지며, 유기염소계 농약류와 마찬가지로 난분해성으로 생물체의 조직, 특 히 지방에 아주 높은 농도로 농축되어 나타나며, 실험동물에게 간암을 유발하 는 것으로 알려져 있다. UNEP 집행이사회에서 잔류성 유기오염물질(POPs) 근절을 위한 협약추진결정 이후 4차에 걸친 당사국 총회를 거쳐 PCBs를 포 함한 21종에 대한 위해성 평가와 규제대책을 마련하고 있다. 표 1. 스톡홀름협약 규제대상물질 실 습 보 고 서 29

34 표 2. 국내외 PCB 규제기준 및 처리방법 표 3. PCBs 특징 용도 : 전기 절연유 분해성 - 공기 : 3일 1.37년 - 물 : 2.5시간 27.4년 - 토양 : 1일 1.5 년(<1년 37.7 년) 생물농축성 - Kow : BCF : 27,(25, 1,585,) 유해성 - ADI :.5mg/kg/day MW : 326 CAS# : 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

35 Ⅱ. 실험 1. PCB 분석방법 PCBs 함유폐기물 분석방법 - 정밀분석방법(GC/ECD), 간이절차법( 신속 GC/ECD), 간이시험법(L2DX) 간이시험방법 결과( 폐지 ) - ~5 미만 2ppm - 5 ~ 이상 2ppm 미만 표기 이상 표기 2ppm 이상은 정밀분석법, 간이절차법의 분석결과에 따라 처리가능 분석방법 분석기기 : GC/ECD (Agilent 789A) - 방사선 동위원소(63Ni) 가 붕괴되어 베타 입자 생성 - 베타입자 + 이동상 Gas Electron (high energy) - 전자포착 화합물( 할로겐원소를 포함한 유기물) 에 의하여 감소된 전자 의 흐름을 측정 할로겐원소(F, Cl, Br, I) 를 가진 화합물에 대해 선택성을 가지고 있기 때문에 유기염소계 분석에 이용 분석시료 - Standard : PCB 표준용액(1242, 1248, 1254, 126 1:1:1:1 혼합) - Sample : Number 시료종류 농도(ppm) 비고 1 Standard.2 2 Standard.5 3 Standard 1. 4 Standard 2. 5 Sample.5 6 Sample.1 실 습 보 고 서 31

36 표 4. GC-ECD 기기의 분석조건 구 분 분석조건 비 고 GC Column Injection : 1ul Temperature : 25 Injection Mode : Splitless Carrier Gas : N2 Pressure : psi Flow Control Mode : Pressure Column Flow : 1.2 ml/min HP-5 length 3m, ID.32mm, film thickness 25μm Detector Temperature : 32 Column Oven Temperature Program Oven Rate Temp. Hold Time - 1 2min 1 15 /min /min 3 15min Ⅲ. 결과 1. PCB 분석결과 분석방법 검량선 작성방법 각 PCB 표준용액(Aroclor 1242, 1248, 1254, 126을 1:1:1:1 로 혼합) 의 크 로마토그램 피크 패턴과 비교하여 가장 비슷한 패턴의 PCBs(Aroclor) 을 확 인한다. 가장 큰 피크의 25% 이상의 감도를 나타내는 피크들 중 다른 종류 의 Aroclor에는 포함되어 있지 않은 고유의 피크를 혼합 비율 계산시의 인덱 스 피크로 선정하여 PCBs 시료의 농도를 구한다. 표 5. Aroclor 표준물질별 혼합비율 산정용 인덱스피크 표준물질 인덱스피크의 IUPAC No. 비 고 Aroclor /5, 18, 15/17, 16/32, 28 Aroclor , 44, 64/41, 92/6/56 Aroclor , 118/139, 15/132 Aroclor , 196/23, 195/28, 194, 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

37 검량선 A re a Compound #1, ECD1 A Area = *Amt R el. 1Res% (1): A re a Compound #2, ECD1 A Area = *Amt R el. 1Res% (1): Correlation: Zero or negative calibration curve slope 1 Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a 1 8 Compound #3, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a 8 Compound #4, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #5, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #6, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #7, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a Compound #8, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation:.9996 Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #9, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: A re a Compound #1, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] 실 습 보 고 서 33

38 A re a Compound #11, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #12, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] A re a 12 1 Compound #13, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a 2 Compound #14, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a 35 3 Compound #15, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a 2 Compound #16, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a 2 Compound #17, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a Compound #18, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #19, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a Compound #2, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] 34 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

39 A re a Compound #21, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): A re a Compound #22, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #23, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: A re a Compound #24, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] 1 Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #25, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #26, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] A re a Compound #27, ECD1 A Area = *Amt R el. Res% (1): Correlation: Am o u nt[n g /ul] 실 습 보 고 서 35

40 분석피크 ECD1 A, Front Signal (GROUP1\GROUP \STD 1.D) Hz min ECD1 A, Front Signal (GROUP 1\GROUP \STD 2.D) Hz min ECD1 A, Front Signal (GROUP 1\GROUP \STD 3.D) Hz min 36 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

41 Hz ECD1 A, Front Signal (GROUP1\GROUP \STD 4.D) min ECD1 A, Front Signal (GROUP1\GROUP \SAMPLE-11.D) Hz min ECD1 A, Front Signal (GROUP1\GROUP \SAMPLE-13.D) Hz min Ⅳ. 참고문헌 1. 스톡홀름협약 규제대상물질, 환경부 2. 폐기물공정시험방법 SOP, 국립환경과학원, PCBs 함유 제품 및 폐기물중의 PCBs 분석방법 개발, 국립환경과학원, 25 실 습 보 고 서 37

42 GC/MSD- PCBs(Poly Chlorinated Biphenyls) 분석 Ⅰ. 이론 1. PCBs 개요 가. PCBs 정의 및 특성 PCBs는 biphenyl의 수소 위치에 염소 원자가 1개 내지 1개까지 치환된 물질로서 이론적으로 총 29종의 이성질체가 존재한다고 알려져 있으며 이 들 중 15 여가지 이성질체가 자연계에 분포하고 있다. 이 중에서도 biphenyl 의 염소원자의 위치에 따라 이성질체들의 독성에 많은 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 PCBs 분자에 포함된 염소원자의 수가 많을수록, 특 히 para 위치에 치환된 염소수가 많을수록 독성이 증가되며 생체 내에서 대 사 및 배설이 원활히 이루어지지 않아 체내 축적율이 높아지는 것으로 알려 져 있다. para 위치에 모두 염소가 치환되어 있으면서 ortho 위치에는 염소 가 치환되지 않았거나 1개만 치환되어 있는 구조를 가진 PCBs를 coplanar PCBs라 하며 약 1여종의 PCBs가 이에 해당되어 비교적 독성이 높은 것으 로 확인되고 있다. PCBs화합물의 물리적, 화학적 성질들은 동족체 그룹에 따라 다양하지만, 대체적으로 낮은 물불용성 및 낮은 증기압을 가지고 있으며 비극성용매나 오 일등에 잘 녹는 성질을 가지고 있다. 열역학적 안정성 때문에 환경 또는 생체대사를 통한 분해는 매우 천천 히 이루어지며, 유기염소계 농약류와 마찬가지로 난분해성으로 생물체의 조직, 특히 지방에 아주 높은 농도로 농축되어 나타나며, 실험동물에게 간암을 유발 하는 것으로 알려져 있다. 나. PCBs 현황 UNEP 집행이사회에서 잔류성 유기오염물질(POPs) 근절을 위한 협약추 진결정 이후 4차에 걸친 당사국 총회를 거쳐 PCBs를 포함한 21종에 대한 위해성 평가와 규제대책을 마련하고 있다. 38 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

43 표 1. 스톡홀름협약 규제대상물질 표 2. 국내외 PCB 규제기준 및 처리방법 실 습 보 고 서 39

44 Ⅱ. 1. 실험 표준물질 가. 회수율 측정용 표준물질(Labeled compound standard) : 시료의 과정 전에 첨가하는 정량 및 회수율 측정용 내부표준물질로 표 종을 사용 추출 3의 4 표 3. 회수율 측정용 표준물질(LCS) IUPAC 7L 111L 138L 17L COMPOUNDS 2,3',4',5-Tetrachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,3,3',5,5'-Pentachloro[ 13 C 12 ]biphenyls 2,2',3,4,4',5'-Hexachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,2',3,3',4,4',5-Heptachloro[ 13 C 12]biphenyls 나. 실린지 첨가용 표준물질(Internal standard solution) : GC/MSD로 분석하기 전에 주입하는 표준물질로 표4의 12종 사용 표 4. 실린지 첨가용 표준물질(ISS) IUPAC 77L 81L 15L 114L 118L 123L 126L 156L 157L 167L 169L 189L COMPOUNDS 3,3',4,4'-Tetrachloro[ 13 C 12]biphenyls 3,4,4',5-Tetrachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,3,3',4,4'-Pentachloro[ 13 C 12 ]biphenyls 2,3,4,4',5-Pentachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,3',4,4',5-Pentachloro[ 13 C 12]biphenyls 2',3,4,4',5-Pentachloro[ 13 C 12 ]biphenyls 3,3',4,4',5-Pentachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,3,3',4,4',5 -Hexachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,3,3',4,4,5' -Hexachloro[ 13 C 12 ]biphenyls 2,3',4,4',5,5'-Hexachloro[ 13 C 12]biphenyls 3,3',4,4',5,5'-Hexachloro[ 13 C 12]biphenyls 2,3,3',4,4',5,5'-Heptachloro[ 13 C 12 ]biphenyls 다. 검량선 작성용 표준물질(Calibration Standard) : PCBs 정성 및 정량에 사용하는 표준물질로 표 5에 나타낸 7종을 제조하여 사용 4 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

45 표 5. 검량선 작성용 표준물질(CS) IUPAC COMPOUNDS 2,4,4'-Trichlorobiphenyls 2,2',5,5'-Tetrachlorobiphenyls 2,2',4,5,5'-Pentachlorobiphenyls 2,3',4,4',5-Pentachlorobiphenyls 2,2,3,4,4',5'-Hexachlorobiphenyls 2,2',4,4',5,5'-Hexachlorobiphenyls 2,2',3,4,4',5,5'-Heptachlorobiphenyls 2. 시료 조제 가. 시료 : 붕어의 아가미 7.4g, 근육 1g, 내장 1g 붕 어 시 료 나. 시료 전처리 실 습 보 고 서 41

46 동결건조 24시간 Thimble 여지 Clean-up Spike 속실렛 24 시간( 디클로로메탄) 황산처리 8회 회전증발식 농축 질소농축(1ml) GPC아가미 ( blank.37g, 근육내장.5g) 42 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

47 LCS 2ng 주입 후 다층실리카겔 컬럼 회전증발식 농축 질소농축(1ml) ISS 1ng 주입 후 GC/MS 분석 3. 기기 분석조건(GC/MSD) 구 분 분석조건 GC Column : DB5-MS(3m 25 μm.25 μm) Injection : 2μl Inlet (25, 1.5psi, Total Flow 13ml/min, Splitless Oven : 1 (2min) 15 /min 16 5 /min 3 Run Time : 34min Washes & Pumps MS Preing Posting Solvent A 5 8 Solvent B Sample wash 1 Sample Pump 5 MS program : Scan mode Solvent delay : 6min Scan parameter : 5~ 5 amu 실 습 보 고 서 43

48 Ⅲ. 결과 1. GC/MS 의 PCBs 분석결과 가. 정량분석 검정 Factor 계산 - 내부표준물질, 표준물질, 대체내부표준물질을 1ppm,.5ppm으로 각 각 제조하여 분석 내부표 준물질 (ISS) Level 1 농도 (ppm) Level 2 농도 (ppm) 표준 물질 (CS) Level 1 농도 (ppm) Level 2 농도 (ppm) 대체내 부표준 물질 (LCS) Level 1 농도 (ppm) Level 2 농도 (ppm) 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

49 - GC/MSD SIM 모드로 분석 구분 Comp ound R.T. Response 농도 R.T. Response 농도 QIon min area ppm min area ppm ISS 7L ISS 111L ISS 138L ISS 17L CS TIC CS CS LCS 81L LCS 77L LCS 123L LCS 118L CS LCS 114L CS LCS 15L CS LCS 126L LCS 167L LCS 156L LCS 157L CS LCS 169L LCS 189L 내부표준물질과 표준물질의 분석결과를 토대로 아래의 식을 이용하여 Factor 계산 Factor = [ As / Cs ] / [ Ais / Cis ] As : 표준물질 면적, Cs : 표준물질 농도, Ais : 내부표준물질 면적, Cis : 내부표준 물질 농도 실 습 보 고 서 45

50 Compound Factor 1 Factor 2 평균 Factor L L L L L L L L L L L L 분석시료의 농도 계산은 아래식을 이용하여 수행 Cs = [ (As / Cis ) / Ais ] / [ F ] F : 검량 Factor, As : 표준물질 면적, Cs : 표준물질 농도, Ais : 내부표 준물질 면적, Cis : 내부표준물질 농도 다. 분석결과 회수율 결과 면적 회수량 회수율 구분 LCS 1회 2회 평균 ng % 아가미 81L L L L L L 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

51 내장 81L L L L L L 근육 81L L L L L L 에서 분석 결과 시료 분석결과 위와 같은 회수율 결과를 얻을 수 있었으나, PCB 는 검출되지 않음. 모든 시료 Ⅳ. 참고문헌 1. 내분비계장애물질 측정분석방법, 국립환경과학원, 주요 배출원별 Coplanar PCBs 의 발생기전 및 배출특성에 관한 연구( Ⅰ), 국 립환경과학원, 주요 배출원별 Coplanar PCBs 의 발생기전 및 배출특성에 관한 연구( Ⅱ), 국 립환경과학원, 절연유 중 폴리염화비페닐류 (PCBs) 측정 분석 매뉴얼, 국립환경과학원, Polychlorinated Biphenyls 분석법(EPA method 1668, Revision A), 립수의과학검역원, 국 실 습 보 고 서 47

52

53

54

55 GC/MS- VOCs 분석 Ⅰ.이론 Ⅱ. 1. 실험 실험 개요 불꽃이온화 검출기(FID:Flame Ionization Detector) 를 이용하여 휘발성유 기화합물(VOCs) 의 검량선을 작성하였고 질량분석기(Mass spectrometry Detector) 를 이용하여 분할/ 비분할 시료주입량에 따른 피크분리도와 모양을 비교분석하였다. 2. 실험대상 물질 구분 Retension Time exact mass FID MSD 1st 2nd 1,1-dichloroethyene dichloromethane ,1,1-trichloroethane benzene carbontetrachloride TCE toluene PCE ethylbenzene m-xylene p-xylene o-xylene 실 습 보 고 서 51

56 3. 실험조건 검출기 FID MSD Inlet Temp 2 2 Detector 25 SIM mode, EI, 7eV column Flow N 2 ( %) at 1ml/min He( %) at 1ml/min column DB5(3mX.25IDX.2 μm) DB5-MS(3mX.25IDX.2 μm) oven Temp 32 (hold 2min) 5 /min 32 (hold 2min) 5 /min 2 2 Ⅲ. 1. 결과 실험결과 FID크로마토그램 검량선 RAW data 구 분 RT 2ppb 5ppb 1ppb 1,1-dichloroetylene dichloromethane ,1,1-trichloroethane benzene carbontetrachloride TCE toluene PCE ethylbenzene m-xylene p-xylene o-xylene 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

57 1,1-dichloroethylene dichloromethane 1,1,1-trichloroethane e s n o 8 p s e 6 R 4 2 y = x R² = concentration(ppb) e s n 6 o p s 5 e R y = x R² = concentration(ppb) 12 1 e 8 s n o p 6 s e R 4 2 y = x R² = concentration(ppb) benzene carbontetrachloride TCE e 6 s n o 5 p s e 4 R y = 37.26x R² = concentration(ppb) e s n12 o p s1 e R y = x R² = concentration(ppb) 12 1 e8 s n o p s 6 e R 4 2 y = 45.98x R² = concentration(ppb) Toluene PCE Ethylbenzene e s n12 o p s 1 e R y = x R² = concentration(ppb) 12 1 e8 s n o p s 6 e R 4 2 y = x R² = concentration(ppb) 25 2 e 15 s n o p s 1 e R 5 y = 12.27x R² = concentration(ppb) o-xylene p-xylene m-xylene e s n o8 p s e6 R 4 2 y = x R² = concentration(ppb) e s n12 o p s 1 e R y = 7.884x R² = concentration(ppb) 12 1 e 8 s n o p6 s e R 4 2 y = x R² = concentration(ppb) 실 습 보 고 서 53

58 MSD 크로마토그램(1ppb 1ul 주입, split ratio 1:1) MSD 크로마토그램(1ppb 1ul 주입, split ratio 1:1) 고 찰 기기분석시 Internal standard를 이용하여 시료주입과 기기분석과정중 의 유실을 보정해주는 것이 바람직하다. 시료주입량은 캐필러리 컬럼을 이용하여 검량선을 작성할 때 지 않는 것이 직선성을 유지할 수 있다. 2ul를 넘 고농도 시료주입시 분할주입이 피크의 분리능을 높인다는 것을 확인할 수 있었다. GC/FID와 GC/MSD의 크로마토그램으로 VOCs 각각에 대한 감도가 다르다는 것을 확인할수 있었다. 향후 Method Detection Limit(MDL) 등을 통하여 두 기기의 정확한 감도를 비교해 보는 것이 바람직하다. 54 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

59 Ⅳ. 참고문헌 기기분석 ttp://blog.naver.com/lovecat21?redirect=log&logno= 실 습 보 고 서 55

60 HRGC/HRMS - 붕어중 다이옥신 및co-PCBs 분석 Ⅰ. 이론 다이옥신은 대기와 토양, 저질, 하천 등에 미량으로널리 분포하고 있으며 안정한 물리화 학적 성질로 인해체내에 축적되기 쉬워 이로 인한 면역 독성 및 발암성, 기형성, 내분비계 장애등의 강한 독성을 갖는 것이 동물 실험을 통해 보고되었다.1-2 또한 인간에 대한 다이옥신이 노출 평가가 다양한 방면 에서 시도되었는데 최근에는 인간의 혈액이나 신체 조직 등에 포함되어있는 다이옥신을 직접 측정함으로서 이들이 미치는 독성이 연구되고 있다. 다이옥신이란 하나의 화합물이 아닌 유사한 성상 및 독성을 지니고 있는 다이옥신류(PCDDs; polychlorinated dibenzo-p-dioxins) 75종과 퓨란류 (PCDFs; polychlorinated dibenzofurans) 135 종 즉, 21 종의 화합물을 말한다. 일반적으로 다이옥신 분석에 있어서는 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin과 유사한 독성을 지니고 있는 다이옥신 7종 및 퓨란 1종 을 주 대상물질로 선정하고 있다. 이들은 물리화학적으로 매우 안정하여 환경 중에 오랫동안 잔존하며, 물에 대한 용해도는 낮은 반면 기름과 친화력이 매우 높아 생물체의 지방조직에 잔류 농축되어, 먹이사슬을 통하여 결국 인간에게 악영향을 미치는 물질로서 내분비계장애물질(endocrine disrupters, 환경호르몬) 오염물질(persistent organic pollutants, POPs) 로 또는 환경 잔류성 유기 많은 사람들의 관심이 되고 있는 환경오염물질이다. 3-5 염소가 관여하는 화학공정, 주로 농약의합성이나, 펄프의 표백 공정, 쓰레기 소각로에서의 부산물로서 생성된 다이옥신은 대 기, 토양, 하천, 식품 등을 통해 인간에게 노출되고 있으며, 이들 중 특히 식 품에 의한 다이옥신 섭취가 가장 큰 것으로 알려져 있다. 그 중 환경 시료에서 검출되는 다이옥신류도 다양한 발생원의 영향을 복합적으로 받고 있기 때문 에 전 이성질체를 대상으로 분석을 수행해야만 발생원과 환경오염과의 인과 관계를 해명할 수 있다. 잔류성유기오염물질(Persistent organic pollutants, POPs) 은 환경 중에 잔 56 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

61 류하며, 인체나 생물조직에 생물 농축되고 장기간 이동하며, 인체건강과 환 경에 잠재적으로 악영향을 줄 수 있는 독성화학물질이다. 이들 가운데 PCDDs (polychlorinated dibenzo-p-dioxins), PCDFs(polychlorinated dibenzofurans) dl-pcbs (dioxin-like polychlorinated biphenyls) 와 같은 POPs는 유사한 화학적 구 조와 생물학적 특성 때문에 다이옥신유사화합물(dioxin-like compounds) 이라 불리기도 한다. PCDDs/DFs 는 수처리과정, 금속정제, 특히, 폐기물의 소각, 연소과정에 의해 비의도적으로 발생되는 맹독성 오염물질로 일부 동물에 대 하여 생식계, 갑상선기능, 면역계, 그리고 성장에 영향이 큰 물질로 알려져 있다. 일반적으로 직업적 노출이 없는 일반인에 대한 PCDDs/DFs, PCBs의 노출은 약9% 시료에서 검출될 수 있다. 서 주로 이상이 식품섭취에 의한 간접노출이기 때문에 고농도로 인체 한국과 일본의성인은 어류와 패류의 소비에 의해 PCDDs/DFs 에 노출되는 것으로 알려져 있다. 및 최근에 POPs 의 오염이 국제적인 관심사가 되면서, UNEP와 OECD 등 국 제기구에서는 이들 화학물질의 배출을 규제 관리하기 위해 모니터링 프로그 램을 제시하고 범 지구적 규모의 실태조사를 하고 있다. 이러한 모니터링은 기기분석학적 방법에 의한 특정 화학물질의 환경매체 중 잔류농도 조사를 기본으로 하고 있다. 이들 다이옥신 등은 발암성 및 다양한 생식독성을 유도 하는 것으로 알려져 있더 최근에는 congener 개별 화학물질의 독성을 고려 한 평가의 필요성이 제기되고 있다. 특히 생물체의 축적성 뿐만 아니라 독성 반응에 의한 생물체의 영향을 조사하는 것이 요구되면서 이를 위해 자국의 서식환경의 특성을 충분히 고려할 수 있는 토착어종을 선정하도록 에서 권고하고 있다. OECD등 우리나라의 경우도 199년대 후반이후 POPs 물질에 대한 환경모니터링에 서 지표생물종으로 붕어 등을 대상으로 선정하여 국가모니터링을 실시해오 고 있다. 금번 실험에서는 어류( 붕어) 중 다이옥신의 생체내 축적농도를 분 석하였다. Ⅱ. 실험 1. 어류의 다이옥신 및 PCBs 분석을 위한 전처리 실 습 보 고 서 57

62 Fish Sample (1g) Container for Biota Samples Freeze-Drying Freeze-Dryer Timble in Biota Sample Soxhlet Extraction (Hexane 8h) recovery test (1613LCS 1ng 1668ALCS 1ng) GPC Clean up (1ul 주입) sulfuric acid treatment Concentration 다층실리카겔 컬럼(Hexane 15ml) 알루미나 칼 럼(2% DCM 15ml-co-PCBs, 5% DCM 1ml-dioxin) 최종농축 (Syringe STD 1ng spike) 58 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

63 2. 표준물질 PCDDs/PCDFs 표준물질 본 연구에서는 37 Cl-2,3,7,8-TeCDD 와 정제용 내부표준물질 15종에 대한 회수율은 실린지 첨가용 내부표준물질로 사용되는 13 C-1,2,3,4-TeCDD 와 13 C-1,2,3,7,8,9-HxCDD 를 GC로 분리하기 위하여 thickness) 컬럼으로 분석하였다. 강극성 SP2331 (6 m.25 mm I.D..25 μm film Unlabeled PCDDs/PCDFs 2,3,7,8-TCDD 1,2,3,7,8-PeCDD 1,2,3,4,7,8-HxCDD 1,2,3,6,7,8-HxCDD 1,2,3,7,8,9-HxCDD 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD OCDD 2,3,7,8-TCDF 1,2,3,7,8-PeCDF 2,3,4,7,8-PeCDF 1,2,3,4,7,8-HxCDF 1,2,3,6,7,8-HxCDF 1,2,3,7,8,9-HxCDF 2,3,4,6,7,8-HxCDF 1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 1,2,3,4,7,8,9-HpCDF OCDF Calibration STD Surrogate STD Syringe STD 13 C 12-1,2,3,4-TCDD Labeled PCDDs/PCDFs 13 C 12-2,3,7,8-TCDD 37 Cl 4-2,3,7,8-TCDD 13 C 12-1,2,3,7,8-PeCDD 13 C 12-1,2,3,4,7,8-HxCDD 13 C 12-1,2,3,6,7,8-HxCDD 13 C 12-1,2,3,7,8,9-HxCDD 3 C 12-1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 13 C 12-OCDD 13 C 12-2,3,7,8-TCDF 13 C 12-1,2,3,7,8-PeCDF 13 C 12-2,3,4,7,8-PeCDF 13 C 12-1,2,3,4,7,8-HxCDF 13 C 12-1,2,3,6,7,8-HxCDF 13 C 12-1,2,3,7,8,9-HxCDF 13 C 12-2,3,4,6,7,8-HxCDF 3 C 12-1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 3 C 12-1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 실 습 보 고 서 59

64 함수별 염화다이옥신류의 구분, 질량수, 질량형태, 원소조성 PCDDs/PCDFs 는 4-Cl 에서 8-Cl 까지 5개의 함수로 구성하여 SIM으로 분석하였 다. 분석대상 PBDDs/PBDFs 및 PCDDs/PCDFs 는 모두 분해능 1, 이상 (1% 밸 리) 의 HRMS 기기조건에서 각각에 대하여 PFK 로 질량검증 후 분석하였다. Function and chlorine level m/z m/z type m/z formula Substance M M+2 12 C 12H 4Cl 4O Cl-4 PCDF 12 C 12 H 4 Cl 4 O Cl-4 PCDF M M+2 13 C 12H 4Cl 4O 13 C 12 H 4 Cl 4 O 13 C 12 Cl-4 PCDF 13 C 12 Cl-4 PCDF Fn-1 (Cl-4) M 12 C 12H 4Cl 4O 2 Cl-4 PCDD M+2 12 C 12H 4Cl 4O 2 Cl-4 PCDD M 37 Cl- 12 C 12H 4Cl 4O 2 37 Cl-4 PCDD Lock C 7F 13 PFK M 13 C 12 H 4 Cl 4 O 2 13 C 12 Cl-4 PCDD M M M+4 13 C 12H 4Cl 4O 2 13 C 12 Cl-4 PCDD 12 C 12H 3Cl 5O Cl-5 PCDF 12 C 12H 3Cl 5O Cl-5 PCDF Lock C 8F 13 PFK Fn-2 (Cl-5) Fn-3 (Cl-6) M+2 13 C 12H 3Cl 5O 13 C 12 Cl-5 PCDF M+4 13 C 12 H 3 Cl 5 O 13 C 12 Cl-5 PCDF M+2 12 C 12H 3Cl 5O 2 Cl-5 PCDD M+4 12 C 12 H 3 Cl 5 O 2 Cl-5 PCDD M+2 13 C 12H 3Cl 5O 2 13 C 12 Cl-5 PCDD M+4 13 C 12H 3Cl 5O 2 13 C 12 Cl-5 PCDD M+2 12 C 12 H 2 Cl 6 O Cl-6 PCDF M+4 12 C 12H 2Cl 6O Cl-6 PCDF Lock C 8 F 15 PFK M+2 13 C 12H 2Cl 6O 13 C 12 Cl-6 PCDF M+4 13 C 12H 2Cl 6O 13 C 12 Cl-6 PCDF M+2 12 C 12H 2Cl 6O 2 Cl-6 PCDD M+4 12 C 12H 2Cl 6O 2 Cl-6 PCDD M+2 13 C 12 H 2 Cl 6 O 2 13 C 12 Cl-6 PCDD M+4 13 C 12 H 2 Cl 6 O 2 13 C 12 Cl-6 PCDD 6 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

65 Function and chlorine level m/z m/z type m/z formula Substance M M+4 12 C 12HCl 7O Cl-7 PCDF 12 C 12HCl 7O Cl-7 PCDF M+2 13 C 12HCl 7O 13 C 12 Cl-7 PCDF Fn-4 (Cl-7) M M M+4 13 C 12 HCl 7 O 13 C 12 Cl-7 PCDF 12 C 12HCl 7O 2 Cl-7 PCDD 12 C 12HCl 7O 2 Cl-7 PCDD Lock C 9 F 17 PFK M M M M+4 13 C 12HCl 7O 2 13 C 12 Cl-7 PCDF 13 C 12HCl 7O 2 13 C 12 Cl-7 PCDF 12 C 12 Cl 8 O 2 Cl-8 PCDF 12 C 12Cl 8O 2 Cl-8 PCDF Fn-5 (Cl-8) Lock C 11F 17 PFK M+2 12 C 12 Cl 8 O 2 Cl-8 PCDD M+4 12 C 12Cl 8O 2 Cl-8 PCDD M M+4 13 C 12Cl 8O 2 13 C 12 Cl-8 PCDD 13 C 12 Cl 8 O 2 13 C 12 Cl-8 PCDD 3. 실험조건 HRGC/HRMS 를 이용한 Dioxin 분석조건 GC Condition MS Condition HP 689 Autospec Ultima Premier Injector temp : 26 Source temp : 26 Injection mode: Splitless Ionenergy:36eV Injection volume: 1µL Resolution: above 1, Flowrate:1mL/min(He %) MS mode: SIM(3 Function, Column: SP2331(6 Magnet Switching) m.25mmi.d..25 μmfilmthickness) Oventemp :13 (1min) 4 /min 2 3 /min 235 (3min) 5 /min 3 (9min) 실 습 보 고 서 61

66 Ⅲ. 1. 결과 실험결과 붕어중 다이옥신 분석결과 ( 단위:pg/g-TEQ- 건중량) 구 분 근육 회수율 내장 회수율 1회 1, ~74.2% ~98.9% 2회 1, ~74.9% ~1.9% 3회 ~76.5% ~1.3% Ⅳ. 참고문헌 62 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

67 GC/NPD, FID-살충제 분석 Ⅰ. 이론 1. 목적 : 가정에서 사용되고 있는 살충제의 성분을 분석하고 주 성분의 독성을 알 아본다. 2. 살충제 가. 살충제란? 살충제가 충체 내에 침입하여 일으키는 독작용을 보면 현재 사용되고 있 는 대부분의 살충제가 곤충의 신경계에 작용하며, 그 외 미토콘드리아에 작 용하여 호흡을 저해 한다든가, 혹은 SH계 효소를저해 함으로써 충제내 에너 지 대사를 교란하여 살충효과를 나타낸다. 또 곤충 호르몬 기능을 교란 한다 든가 곤충의 병해를 유발하는 물질아나 곤충 유인물질 혹은 불임을 유도하 는 물질 등 새로운 형태의 기능을 가지는 살충제가 개발 보급되고 있다. 충제는 살포된 후 곤충의 체내 작용점까지 도달되어야 비로소 독작용을 나 타내는데, 침입경로에 따라 식도계( 소화중독제), 접촉독제 및 흡입독제로 구 분한다. 식독제는 해충의 소화기관으로 흡수되어 중독작용을 일으키는 약제 이며, 접촉독제는 살포된 약제가 곤충의 표피나 다리의 환절각막 등에 접촉, 침투하여 작용점에 도달하여 살충효과를 나타내는 약제이다. 살 나. 살충기작에 따른 종류 1) 곤충의 신경기능을 저해하는 살충제 1 유기인계, 카바메이느계 화합물과 같이 아세틸콜린스제(ACHE) 활 2 성을 저해하는 것 니코틴, nereistoxin, cartap과 같이 신경전달 물질에 대한 수용기 의 감수성을 변화시키는 것 3 ɤ-HCH, aldrin과 같이 synapse 신경전달에 이상을 일으키게 하는 것 4 DDT, Di-trans alethrin (bioalethrin) 등 색(axon) 전달을 저해하는 것 등이 있다. 2) 곤충의 에너지 대사를 저해하는 살충제 전막을 비정상적으로 자극하여 pyrethroid와 같이 신경축 실 습 보 고 서 63

68 3) 4) 2,4-dinitrophen 곤충의 생합성 기능을 저해하는 살충제 키틴합성을 저해하는 diflubensuron, buprofezin 곤충 호르몬기능 교란제 mesoprene, juvenile hormone(jh)등 위생곤충방제와 농작물, 산림보호에서 살충제의 살포는 증가되어 가고 있 는 추세이다. 잔류성농약의 원인 때문에 디디티(DDT) 와 다른 유기염소제가 더이상 살포되지 않고 있으며 저독성인 천연산 살충제 사용량이 증가되고 있는 실정이다. 살충제를 곤충에 대한 효과에 따라 접촉제 소화중독제 가스제로 구분할 수 있으며, 처리된 식물체에 살충제가 어떻게 존재하고 분산되느냐에 따라 국부효과( 局 部 效 果 ) 를 지닌 잔류성 살충제와 입제( 粒 劑 ) 형태로 약제가 토양 에 살포, 유효성분이 식물에 흡수되어 오랜 기간 동안 방제효과가 있는 침투 성 살충제(systemic insecticide) 로 나눌 수 있다. 다. 구조에 따른 종류 1 무기살충제 : 수은 불소 비소 등을 함유하는 무기화합물이 제2차 세계대전 초까지 살충제로서 사용되었으나 독성문제 때문에 유기 살충제로 대체되어 사용이 금지되어 있다. 2 유기인제 : 유기인 화합물은 살충제의 종류에 있어서나 실용면에서 가장 우수하다. 유기인제는 적용범위가 넓어 곤충 응애 등에 좋은 효 과를 지니며, 식물체 내에 흡수되어 침투성 효과가 있고, 유효성분이 신속하게 분해되어 잔류문제가 없으며, 곤충의 신경계를 침해하여 효과를 보이는 신경독제이다. 팔티온 이피엔 다이아지논 메타시스톡 스 말라티온 스미치온 DDVP 디프테렉스 등이 많이 사용되고 있는 유기인제이다. 3 카바메이트 : 195 년대부터 개발, 이용되고 있고 유기인제에 대해 저항 성을 보이는 곤충에 대해 좋은 살충력을 보인다. 세빈 바사 테믹 파단 피리모 등이 이 약제에 속한다. 4 유기염소제 : 제2차 세계대전 이후 DDT가 한국에 수입되어 위생해 충은 물론 각종 해충방제에 사용하였으며, BHC 제 Drin제가 수입되 어 해충방제에 큰 공헌을 하였다. 그러나 저항성해충의 유발, 유용 천적의 살해, 어류에 대한 독성, 인축, 농작물에 대한 잔류독성 때문 64 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

69 에 유기염소제 사용이 완전 금지되어 있다. 이들 살충제는 다량의 염소를 함유하고 있는 것이 특징이며, DDT BHC 에톡시크 로 Aldrin Dieldrin 헵타크로 등이 있다. 5 천연산 살충제 : 식물에서 유효성분을 추출하여 얻어진 식물성 살충 제와 광물에서 얻어진 광물성 살충제로 대별된다. 우수한 유기합성 살충제의 실용화로 식물성 살충제의 사용량이 한동안 감소하였으나 독성, 환경오염 등과 같은 심각한 사회문제가 부각됨에 따라 식물성 살충제의 사용에 관심을 갖게 되어 점차 사용량이 증가하고 있다. 식물성 살충제로는 니코틴 로테온 피레스룸 등이 있으며, 합성피레스 로이드계인 데시스 립코드 주렁 화스탁 타스타 스미사이딘 등이 광범 위하게 사용되고 있다. [ 출처] 살충제 [ 殺 蟲 劑, insecticide ] 네이버 백과사전 3. 기체크로마토그래피 검출기 Ⅱ. 1. 실험 물질 가. 시료 1) 제품명 : 홈매트 2) 제조사 : 한국크로락스 3) 주성분 : 바이오알레스린 ( 디- 트란스 알레스린 ) 4) 성상 : 액상, 투명 5) 대상 충체 : 모기 실 습 보 고 서 65

70 나. 예상 주 성분 물질 1) bioallethrin ( 바이오알레스린 ) CAS 번호: pyrethroid 계 IUPAC name :( RS)-3-allyl-2-methyl-4-oxocyclopent-2-enyl(1R,3R)- 2,2-dimethyl -3-3(2-methylprop-1-enyl)cyclopropanecarboxylate CH 3 H 3 C H CH 3 CO 2 CH 2 CH CH 2 H 3 C C CH H 3 C H O 분자식: C 19 H 26 O 3 분자량: 유럽 기존 화학물질 명록: 끓는점 : ºC/.15 mmhg 증기압: 43.9 mpa (25 ºC) 분배계수(KOW): logp = 4.68 (25 ºC) 용해도: - in water 4.6 mg/l (25 ºC). - Completely miscible with acetone, ethanol, chloroform, ethyl acetate, hexane, toluene and dichloromethane (2 ºC). 밀도: 1.5 g/cm3 비등점: ºC at 76 mmhg 인화점: ºC at 76 mmhg 외관: Clear to amber viscous liquid 속성: Yellow to orange viscous oil 제조사: Aventis 적용: - 작용기작: 접촉독과 섭식중독을 나타내는 비 침투성, 비잔류성 살충제 - 적용범위: 집안에 서식하는 해충 - 제형: AE; EC; OL; TC; VP; Oil; Coil; Mat 포유독성 66 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

71 - 급성경구독성 LD 5 : male rats 79mg bioallethrin/kg, female rats 142mg/kg - 피부 및 눈 LD 5 : rabbits >3mg bioallethrin/kg - 흡입독성 LC 5 :(4h) rats 2.5mg bioallethrin/l air - NOEL :(9d) rats 75mg/kg diet - 독성등급:WHO ll ( 유효성분); EPA ( 제형) ll(tech), lll( 제형) 생태독성 - 조류독성: LD 5 메추라기 23mg/kg - 어류독성: 높은 독성, ( 정적 실험, 동적 실험) LC 5 : 연어 22.2, 9.4, 옥새송어 17.5, 9.7, 메기 >3.1, 27., 황색농어: 9.9μg/l 2) Permethrin(e) ( 퍼메스린) pyrethroid 계 CAS번호: 분자식: C 21 H 2 C l2 O 3 분자량: IUPAC name : 3-phenoxybenzyl(1 RS, 3RS; 1RS, 3SR)-3-(2,2- dichlorovinyl)-2,2-dimeth ylcyclopropanecarboxylate Cl Cl CH CH 3 COO CH 2 O CH 3 제제사:Agro-Chemie, BASF, FMC, Meghmani, Mitchell Cotts, Mitsu, Parry, RPG, Sanachem, Sumitomo, Tagaros, United Phosphorus, Zeneca 적용 - 작용기작: 약간의 기피효과와 더불어 접촉 및 소화중독 작용을 갖는 비침투성 살충제 - 적용대상: 다양한 해충들에 대해 효과적임. 특히 작물의 잎과 과실을 식해하는 나비목 및 딱정벌레목 해충 방제에 탁월함. - 제형: DP, EC, UL, WG, WP, Fumigant, Aerosol 포유독성 - 경구급성독성 LD 5 은 담체, 시료의 cis/trans ratio, 곤충 종, 연령, 성 등의 요인에 의존적인데 cis/trans 비율이 4: 6일 때 rats 실 습 보 고 서 67

72 43-4, mice mg/kg, 2: 8 일 때 6 mg/kg - 피부 및 눈: 급성경피독성 LD5 rats >25, rabbits >2 mg/kg, 중 간정도의 피부 및 눈 자극, 약간의 피부 감작증 유발 - 흡입독성: LC 5 (3h) mice and rats 685 mg/m3 air - NOEL rats 1 mg/kg diet (2 년), ADI.5 mg/kg (cis/trans 비가 4: 6, 25: 75일 때), no mutagenic, teratogenic or carcinogenic activity 생태독성 - 조류:경구독성 LD 5 cis/trans비가 4: 6일 때 chikens >3, mallard duck >98, Japanese quail >135 mg/kg - 어류:LC 5 (96h) rainbow trout 2.5 ug/l, (48) rainbow trout 5.4, bluegill sunfish 1.8 ug/l, Daphnia LC 5 (48h).6 ug/l, 꿀벌에 독성이 있는데 경구독성 LD 5 (24h).98 ug/bee, 접촉독.29 ug/bee - 환경내 유입시 추천농도로 유입시 환경에 무해함. 포유동물에서는 퍼메스린의 ester 결합이 가수분해, 수산화 및 탈기(elimination) 되어 배당체의 포합체(glucoside conjugate) 를 형성함. 토양 및 수 계에서 빠르게 분해되는데 토양내 반감기 DT 5 <38 일. 2. 실험조건 검출기 NPD FID MSD Inlet Temp Split Ratio 25 : 1 1:1 1:1 Detector Temp Gas Flow H 2:4ml/min, Air:6ml/min 수소 : 3ml/min, 공기 : 3ml/min column Flow 1ml/min 1ml/min 1ml/min column DB5(3mX.25IDX.2 μm) HP5(3mX.25IDX.25 μm) oven Temp 32 (hold 2min) 5 /min 2 32 (hold 1min) 2 /min 22 DB5-MS(3mX.25IDX.2 μm) 32 (hold 2min) 5 /min 2 Detector Voltage Bead : 3.65V EI : 7eV 68 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

73 Ⅲ. 결과 1. NPD 분석결과 바이오알레스린에 질소, 인 등이 포함되어 있지 않기 때문에 NPD에서 검출되지 않음 2. FID 분석결과 FID에서 바이오알레스린이 약 41.31분에 검출됨 3. MS분석결과 가. 전체 스펙트럼 데칸류가 검출된 후 바이오알레스린이 38. 에 검출됨 실 습 보 고 서 69

74 나. 데칸류 용매로 사용된 여러 종류의 데칸류가 검출됨 1) nonadecane 2) octadecane 7 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

75 3) dodecane 4) heptadecane 5) hexadecane 6) tetradecane 7) tridecane 8) undecane 실 습 보 고 서 71

76 고 찰 물질 정보( 분자식, 구조, 분자량, 끓는 점 등) 를 미리 알고 이에 대한 분석 방법 계획 수립이 필요함 혼합물질의 경우 미리 스캐닝하여 원하는 물질을 단시간에 검출 할 수 있는 분석계획 수립이 필요하다. 즉, scanning 한 결과에 근거 용매 검 출 구간이 집중되어 있는 경우 그 구간의 온도를 빠르게 올려 원하는 주물질 검출 시간을 단축할 수 있다. 액상 제품의 경우 주 물질 보다 용매의 조성이 더 클 수 있으므로 이 에 대한 고려가 필요하다. Ⅳ. 참고문헌 1) 기기분석 (Skoog et. al) 2) 3) 4) 72 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

77

78

79 AAS 및 수은분석기 - 혈액분석 Ⅰ. 이론 Ⅱ. 1. 실험 분석개요 혈액 중에 포함되어 있는 카드뮴(Cd), 납(Pb) 은 흑연로 원자흡광광도계 (Perkin elmer AAnalyst 8) 를 이용하여 표준물질첨가법으로 분석하고, (Hg) 은 수은분석기(NIC MA-2) 를 이용하여 분석하였다. 수은 2. 분석물질 환경보건연구과의 분석교육 참여자 및 희망자의 혈장과 혈구를 모두 포함 한 전혈시료를 대상으로 하였다. 3. 분석절차 가. 카드뮴, 납 1. 시약 및 표준용액 1).2% HNO 3 용액 2) 3) 4) 희석액.2% Triton X-1,.2% (NH 4 ) 2 HPO 4 혼합용액 실험실첨가 바탕시료 정제수에 기기의 분석물질을 첨가한 것으로 실험실첨가 바탕시료 는 시료와 동일하게 취급하며, 실험방법이 순조롭게 진행되고 있 는지, 실험절차에 정확도가 있는지 확인하는데 사용한다. 검정곡선용 표준용액의 제조 - 시험관에 표준용액 8uL 첨가 - 실험실첨가 바탕시료 1uL 첨가 -.2% HNO 3 1uL를 첨가하고 혼합 카드뮴 :.5 ~ 5 ug/l의 범위로 희석 납 : 1 ~ 5 ug/l의 범위로 희석 실 습 보 고 서 75

80 2. 시료의 전처리 1) 시험관에 희석액 8uL 첨가 2) 롤러믹스에서 3분간 전처리한 시료 1uL 첨가 3).2% HNO 3 1uL를 첨가하고 혼합 3. 기기분석 1) 흑연로 원자흡광광도계 흑연로는 흑연튜브를 상온에서 25 이상까지 가열할 수 있는 것을 사용하고, 분석물질에 따라 특정파장에서, % 이상의 아 르곤(Ar) 을 운반기체로 분석한다. 금속명 파장(nm) Cadmium(cd) Lead(Pb) 나. 수은 1. 시약 및 표준용액 1).1% L-cysteine 용액제조 L-cysteine 1mg을 평량하여 1mL 플라스크에 취하고 질산 2mL를 가한 후 물로 보관한다. 1mL가 되게 하여 잘 흔들어 냉암소에 2) BHT 시약 : 7 에서 2시간 회화 후 식혀서 사용 성분 역할 : 탄산칼슘(CaCO 3 ) 5% + 수산화칼슘(Ca(OH) 2 ) 5% : 가열촉진제 3) MHT 시약 : 7 에서 2시간 회화 후 식혀서 사용 4) 성분 역할 : 알루미늄 옥사이드(Al 2 O 3 ) 1% : 외부오염물질 차단 검량선용 표준용액 수은 표준원액을.5~1ug/L 범위에서.1% L-cysteine용액을 희석하여 사용한다. 2. 시료의 전처리 1) BHT 시약을 boat 바닥에 고르게 깐다. 2) 시료를 분취하여 boat 에 고르게 분포 시킨다. 76 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

81 3) BHT 시약으로 시료를 덮는다. 4) MHT 시약으로 BHT 시약을 덮는다. 3. 기기분석 시료를 전처리 하여 산출한다 nm 파장에서 흡광도를 측정하고 농도를 Ⅲ. 결과 아래 그림에서처럼 카드뮴, 납, 수은의 검량선의 R값은 각각 , ,.9995로.999 이상의 값이 나왔으며, CRM 분석결과 정상범위 안의 유효한 값을 얻었다. 표 1. 시료 분석 결과 구분 카드뮴(C914)(ug/uL) 납(L83)(ug/dL) 수은(M912)(ug/L) CRM농도 1.36(.39 ~2.29) 4.14(1.37 ~6.84) 3.6(1.88 ~5.32) 측정 값 혈중 카드뮴은 27 년 국민환경보건기초조사 결과(1.2ug/L) 와 비슷하게.991ug/L 나왔고 WHO 기준치 5.ug/L 보다 낮게 나왔다. 납은 28년 국민 환경보건기초조사 결과(1.98ug/dL) 보다 1.19dg/dL 으로 낮게 나왔고, WHO 기준치인 1ug/dL 보다 낮게 나왔다. 수은은 국민환경보건기초조사 결과 (3.ug/L) 보다 4.559ug/L 로 높게 나왔고, EPA 기준치인 5.8ug/L 보다 낮았다. 그림 1. 카드뮴의 검량선 그림 2. 납의 검량선 실 습 보 고 서 77

82 그림3. 수은의 검량선 표. 2 혈액 중 중금속의 기기분석 결과 성명 카드뮴 농도 납 농도 수은 농도 (ug/l) (ug/dl) (ug/l) CRM 김탁수 박성욱 송상환 송상환 말초 이영미 장준영 전혜리 조혜정 황문영 오소린 윤미라 정선경 정희웅 최욱희 평균 국민환경기초 조사 평균 Ⅳ. 참고자료 1. 생체시료 중 환경오염물질 분석매뉴얼 2. 8년도 국민 인체내 유해물질 실태조사 결과 보도자료 78 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

83 [ 붙임] 구분 조사연도 참고수준 및 기준치 납 (ug/dl) 수은 (ug/l) 국 내외 타연구결과 비교 혈액 소변(ug/L: 측정치/ ug/g cr: 크레아티닌 보정치) 카드뮴 (ug/l) EPA 5.8 WHO 1 HBM I 5. WHO 5. HBM I 15 HBM II 15. ( 가임기여성 1) MRL 13.6 망간 (ug/dl) 노동부.8 WHO 2. 수은 비소 카드뮴 2-naphthol 코티닌 ug/l ug/g cr ug/l ug/g cr ug/l ug/g cr ug/g cr ug/g cr HBM I 7 HBM II 25 HBM I 5 HBM II 2 HBM I 2. HBM II 환경부 (2 세 이상 ) 과학원 (18 세 이상 ) 25 전체농도 남여농도 / 27 전체농도 남여농도 / / / / / / /1.8 - _ / / / / / / /13.36 과학원 (2 세 이상 ) 28 전체농도 남여농도 / / / / / / / / / /23.37 산단지역 ( 전 연령) 대조지역 ( 전 연령) 미국 ( 전 연령) 울산 4 차( 7) 시화반월 3 차( 8) 2.31 _ 광양 2 차( 8) 2.83 _ 포항 2 차( 8) 1.59 _ 강릉(27) 남여 / 농도 충주(27) 남여 / 농도 (NHANES, 3rd Rep.) (NHANES, 2nd Rep.) / / (2 세이상) 1.75 (2 세이상) / / (16-49 세 여성 ) 1.2 (16-49 세 여성 ).47 (2 세 이상) / / / / (16-49 세 여성) (2 세 이상) (16-49 세 여성) (2 세 이상) 2.48 (2 세이상 ) 독일 (18-69 세) 1998 (Ger ES, III)

84

85

86

87 GC/MSD를 이용한 Estrogen분석 Ⅰ. 이론 1. GC/MSD 를 이용한 estrogen 분석 가. 대상물질 에스트로겐 물질 3종 Estrone, 17β-estradiol, 17α-ethynyl estradiol을 대 상으로 기기분석을 수행하였다. 나. 시료의 채취 및 전처리 시료 채취용 용기는 빛에 의한 광분해 및 목적물질의 흡착을 방지하기 위 해 암갈색 유리병을 이용하였으며, 비이온계면활성제로 초음파 세척한 후 에 탄올, 증류수의 순서로 세척하여 사용하였다. 채취한 시료는 냉장 상태로 운 반한 뒤, 분석할 때까지 4 에서 냉장 보관하였다. 표 1. Sampling Lists and Information 시료번호 조 사 지 점 및 시 료 유 형 W-1 중랑하수종말처리장 유입수 서울 성동구 차장터 5길 1 수 질 W-2 W-3 시화공단 폐수종말처리장 유입수 반월공단 폐수종말처리장 방류수 경기도 시흥시 정왕동 시화공단 종말처리장 경기도 안산시 반월공단 종말처리장 W-4 반월공단4 경기도 안산시 ( 반월공단 종말처리장 방류구) W-5 정왕천 경기도 시흥시 정왕동 ( 정왕8 교) 2. 환경시료의 전처리 가. 수질 시료의 전처리 채수한 수질 시료는 유리섬유 여과지를 이용해 여과한 후, 메탄올과 초순 수 증류수로 세정한 고상 카트리지를 이용한 고상 추출법(Solid Phase Extraction; SPE) 으로 추출하였다. Dichloromethane (DCM) 을 이용해 고상 카트리지 내 목적 물질을 용출시킨 후, 감압 증발기 및 질소가스를 사용하여 건조 농축하였다. 농축한 시료는 기기 분석 및 생물학적 분석을 위해 메탄올 실 습 보 고 서 83

88 또는 dimethyl sulfoxide (DMSO) 로 재용해하여 기기 분석 및 생물학적 분석 에 사용하였다( 그림 1). 여과 시료 2.5L GF/C 산성화 초산: 물: 메탄올 1 ml/ 시료수 1L SPE 추출 메탄올/ 초순수 세정 (2.5 ml/min) 메탄올 GF/C 추출 3 ml 초음파 추출 SPE 용출 농축 용매치환 (A) 수질 시료 < 그림 1. Preparation of Environmental Samples.> 나. 분석조건 에스트로겐류 분석은 GC/MS (Agilent 789 Gas Chromatography, 5975 Mass Selective Detector) 를 이용하여 분석하였다. 컬럼은 DB5 (3 m x.25 mm x.25 μm) 를 이용하였고, 이동상 가스는 He (99.999%) 을 사용하 였다. 시료 주입량은 3 μl에 splitless 모드를 사용하였으며, 오븐 온도는 1 에서 2 분, 1 /min으로 3 까지 승온 시킨 후 8 분 동안 유지 시켰다. MS분석조건으로 interface 온도는 28, 전자에너지 7 ev 였으며, electron impact (EI) 이온화 모드와 scan 검출 모드를 이용하여 분석하였다. 표 2. Chemical Analysis of Estrogenic EDCs 구분 물 질 명 Estrone (E1) 에스트로겐류 17β estradiol ( E2) 17α ethinylestradiol ( EE2) 84 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

89 Ⅱ. 1. 실험 실험 개요 GC-MSD 분석기를 이용하여 EDCs ( 내분비계 장애물질) 의 검량선을 작 성하였고 이를 바탕으로 수질 환경 시료 내 에스트로겐류의 정성 및 정량분 석을 수행하였다. 2. 실험대상 물질 구분 Retention Time Target reference m/z Estrone (E1) , β eatradiol (E2) , 16 17α ethinylestradiol (EE2) , 실험조건 검출기 MSD Inlet Temp 28 Detector column Flow scan mode, EI, 7eV He( %) at 1ml/min column DB5-MS(3m X.25mm ID X.25 μm) oven Temp 1 (hold 2min) 1 /min 3 Ⅲ. 1. 결과 실험결과 표준물질의 크로마토그램 실 습 보 고 서 85

90 검량선 RAW data E1 E2 EE2.1 (mg/l) * 1. (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) * : not determined 수질 환경시료 내 EDCs의 정성 및 정량분석 W1 W2 W3 W4 W5 E1 (mg/l).42 <D.L. * N.D. ** <D.L. <D.L. E2 (mg/l) <D.L. <D.L. <D.L. EE2 (mg/l) <D.L. <D.L. <D.L. <D.L. <D.L. * : detection limit ** : not detected 86 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

91 W1 W2 W3 W4 W5 실 습 보 고 서 87

92 2. 고 찰 1 2 GC-MSD를 이용한 EDCs 의 검량선 작성 시, E1, E2의 경우.1-5 mg/l의 범위에서 R 2 값이.9 이상의 높은 상관성을 보여 각 시 험물질의 정량 한계는 최소.1 mg/l 이하인 것으로 판단된다. EE2의 경우.1 mg/l의 저농도 peak은 검출되기는 하나 정량 한계 이하 값을 나타냄으로써, 해당물질의 정량한계를 보다 정확히 확인 88 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

93 3 4 하기 위해서는 이 요구됨 mg/l 농도의 시료를 대상으로 한 추가실험 5개의 수질환경 시료 내 E1, E2, EE2 의 정성 및 정량 분석 결과, 대 부분의 따라서 대상 EDCs 가 정량 한계 이하로 검출되었다. EDCs의 수질환경 시료 내 정량 분석을 보다 정확히 수 행하기 위해서는 정성 및 정량분석에 있어서 보다 민감한 분석기기 인 고분해능 가스 크래마토그래피 주효할 것으로 판단된다. (HR GC-MS) 를 이용한 분석이 실 습 보 고 서 89

94 LC/MSMS - 과불화화합물분석 Ⅰ. 1. 이론 배경 및 목적 과불화화합물(Perfluorinated compounds, PFCs) 은 인위적으로 합성된 물질 로서 매우 안정적인 공유결합을 가지고 있어 열화학적으로 매아 안정하여 자 연 상태에서 분해되기가 어려운 물질이다. 또한 산과 염기와도 반응하지 않으 며, 물과 기름에 반발하는 독특한 물리화학적 특성으로 인하여 테플론과 같은 불소고분자, 종이컵, 음식용기의 코팅제, 반도체 세척, 카페트의 오염방지제, 금속도금, 포장지 및 코팅 첨가제 등과 같이 다양한 용도로 사용되고 있으며, 석유계열 제품으로 인한 화재 진화용 소방용의 거품 성분으로도 이용되고 있 다. 따라서 환경 중 잔류가능성이 높은 물질로서 2년대 이후부터 환경잔류 성, 생체농축성, 독성 등에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 과불화화합물 은 유럽연합, 캐나다, 미국 등에서는 2년대 중반부터 이 물질에 대한 규제 를 시작하였으며, 29년에 개최된 제4차 스톡홀름협약 당사국총회에서는 PFCs 중 PFOS, PFOS 염, 그리고 PFOSF를 협약대상물질에 포함하기로 결정 하였다. 그러나 PFCs는 소수성을 가진 다른 POPs 물질과 달리 높은 수용해 성을 가지고 있기 때문에 수중에서 쉽게 이동하는 특성을 가지고 있으면서도, 친유성도 가지고 있어 환경 중 물질의 거동과 분해경로에 대해서는 아직까지 많은 이견이 있는 상태이다. 따라서 본 연구에서는 과불화화합물 5 μg/l로 노출하여 어류에 잔류하는 PFCs 농도에 파악하고자 하였다. 2. 대상물질 표 1. Chemical Analysis of 6 Perfluorinated compounds, PFCs 구분 과불화화합물 물 질 명 PFHxS(Perfluorinated hexane sulfonate) PFOA(Perfluorinated octanoic acid) PFNA(Perfluorinated nonanoic acid) PFDA(Perfluorinated decanoic acid) PFDoA(Perfluorinated dodecanoic acid) PFUnDA(Perfluorinated undecanoic acid) 9 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

95 3. 어류 노출조건 사용된 어류는 잉어로 하였으며, 노출농도는 5 μg/l, 반지수식으로 매주 3 회 과불화화합물 시험용액을 교환하였다. 노출기간은 21 일이었으며, 노출종 료 후 3 일의 정화기간동안 과불화화합물의 감소를 측정하였다. Ⅱ. 1. 실험 시료의 전처리 채취한 어류 혈액 시료의 전처리는 이온쌍추출법(ion-pair extraction method) 을 적용하였다. 시료는 균질기로 균질화한 후 습시료 상태로 추출하 였다. 1 ml의 혈액 시료를 15 ml PP 원심관에 옮긴 후 회전식 진탕기로 혼합하였다. 혼합 후 내부표준문질 13C4-PFOS와 13C4-PFOA를 각각 5 ng 씩 첨가한 후, ph를 1으로 조절한.5 M TBA(Tetrabutylammonium hydrogen sulfate) solution 1 ml,.25 M Sodium carbonate buffer 용액 2 ml를 넣고 MTBE(Methyl tertiary buthyl ether) 5 ml를 추출 용매로 3분 간 진탕 추출하였다. 3,5 rpm에서 25분간 원심분리하여 얻은 상층액을 새 로운 15 ml PP 원심관에 4 ml까지 옮겨 담은 다음 진공원심농축기를 이용 하여 MTBE 용매를 증발 건고시켰다. 건고한 시료는 메탄올 1 ml를 가하여 회전식진탕기로 재용해한 후 로 사용하였다..22 μm 나일론 필터로 여과하여 분석용 시료 어류 조직해부 ( 혈액 1 ml 채취) 내부표준물질 5ng 첨가,.5M TBA 1mL 첨가,.25M Buffer 2mL 첨가, MTBE 5mL 첨가 3분간 진탕 추출 원심분리 (3,5rpm, 25 분) 상등액 분취 후, 용매 증발건고 메탄올 1 ml 첨가 후.22μm 필터로 여과 1 배희석(1uL-->1mL) < 그림 1. Preparation of blood Samples.> 실 습 보 고 서 91

96 2. 분석조건 시료의 정량분석은 동위원소 내부표준물질을 시료에 첨가하여 농도비와 면적비로 나타낸 검량선에 적용하여 정량하는 내부표준법을 사용하였다. 석에 사용한 장비는 고성능 액체크로마토그래프와 삼중사중극자 질량분석기 (triple-quadrupole mass spectrometer) 를 연결한 형태의 분 HPLC-MS/MS를 사용하였다. HPLC는 Waters사의 Aliance 2695를 사용하였고 질량분석기는 Quattro micro API(micromass, USA) 를 사용하였다. 주입한 시료의 양은 1 μl 였으며, 분석 컬럼은 mm(5 μm) Thermo BetasilR C18을 사용하 였고, 오염방지를 위한 컬럼은 Agillent사의 Zorbax Eclopse XDB-C mm 5 μm 을 사용하였다. 이동상은 3 μl/min의 속도로 흘려주었 고 칼럼오븐의 온도는 35 로 고정하였다. 이동상은 2 mm의 ammonium acetate와 메탄올을 이용하여 시간에 따라 비율을 변화시키는 방법을 사용하 였다. 비율은 시작 시에 메탄올의 비가 1%,.1분 후에 3%, 7분 후에 75%, 1분 후에 1% 에서 12분까지 유지한 후 비율을 줄여 2분에 1% 가 되도록 하였다. 표 2. Analytical conditions of LC/MS/MS HPLC Instrument Waters Aliance 2695 Column Guard column Zorbax Eclipse XDBC8( mm,5 μm) Analysis column Mobile phase Mobile phase flow rate Oven temp. Injection volume MS/MS Instrument Ionization Polarity Capillary voltage Source temp. Desolvation temp. Desolvation gas flow Cone gas flow Thermo Betasyl-C18(1 2.1mm,5 μm) A(MeOH), B(2mM Ammonium acetate/water) Time (min) μl/min 35 1 μl A(%) Quattro micro API ESI Negative mode 3.5 kv L/hr 3 L/hr 92 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

97 Ⅲ. 1. 결과 과불화화합물의 분석 결과 가. 과불화화합물의 정성 정량 과불화화합물의 정성분석을 위하여 표준물질과 시료의 머무름 시간을 비 교하였고, 특정 질량의 이온만을 선택하여 이중으로 검출하는 방법인 다중반 응모니터링방법(multiple reaction monitoring mode; MRM) 을 이용하였다. MRM은 1차 이온화에서 생성된 특정한 parent 이온을 대상으로 collision cell에서 2차 에너지충격으로 daughter 이온을 생성하게 하여 이중으로 질량 을 측정하는 방식이다. 검량선은 첨가된 표준물질의 농도와 피크 면적을 내부표준물질의 면적비 를 이용하여 작성하였으며, 정량은 측정용 시료의 분석대상 물질의 피크 면 적을 내부표준물질의 면적과 비교하는 내부표준법을 이용하였다. 검량선은.1,.2,.5, 1, 2, 5, 1, 2, 5, 1 ng/ml의 농도로 제조된 표준용액에 대 한 1 차 직선식을 이용한 검량선을 작성하였다. 검량선은 분석할 때마다 새로 작성하여 사용하였으며, 각 성분별 검량선의 상관계수(r 2 ) 는 각 물질별로.99 이상의 높은 상관관계를 보였다. 그림 2. Chromatography of standard PFCs. PFBS(6.69), PFHxS(8.93), PFOA(9.64), m-pfoa(9.66), PFOS(1.29), m-pfos(1.29), PFNA(1.29), PFDA(1.8), PFUdA(11.22), PFDoDA(11.59) 실 습 보 고 서 93

98 표 3. MRM(multiple reaction monitoring mode) Target chemicals prnt(da) Dau(Da) R.T. Cone(V) Coll(eV) PFBS CF 3 (CF 2 ) 3 SO 3 - PFHxS CF 3 (CF 2 ) 5 SO PFOA CF 3 (CF 2 ) 6 COO m-pfoa 13 C 4-PFOA PFOS CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - m-pfos C 4 -PFOS PFNA CF 3 (CF 2 ) 7 COO PFDA CF 3(CF 2) 8COO PFUnDA CF 3 (CF 2 ) 9 COO PFDoDA CF 3 (CF 2 ) 1 COO 검량선 [PFOA / PFOS] [PFNA / PFDA] 94 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

99 [PFDoDA / PFBS] 3. 어류 혈액(blood) 의 과불화합물의 잔류농도 (ng/g) 잉어에 5 μg/l의 농도로 21일간 노출된 과불화화합물은 노출은 약 3일 동안 점차 감소되었으나 일부 증가하는 물질도 검출되어 최대 1662 μg/l까 지 증가하였다. PFOA, PFUnDA, PFDA 의 경우, 정화기간 동안 증가하는 경 향을 나타내어 추가적인 확인 실험이 필요할 것으로 판단된다. PFHxS, PFDoA, PFNA는 노출기간 동안 지속적으로 증가하여 과불화화합물의 혈액 내에 지속적으로 축적되는 경향을 확인할 수 있었다. 노출이 종료된 21일 부 터는 다시 감소하는 경향을 나타냈다. 실 습 보 고 서 95

100 Exposure Concentration of PFCs in blood (ng/ml) time PFHxS PFOA PFNA PFDA PFDoA PFUnDA 고찰 LC-MSMS를 이용하여 과불화화합물을 분석하여 검량선을 작성한 결과,.1,.2,.5, 1, 2, 5, 1, 2, 5, 1 ng/ml의 범위에서 r 2 값 이.9.1 mg/l 이상의 높은 상관성을 보여 각 시험물질의 정량 한계는 최소 이하인 것으로 판단됨 초기 시간에서 검출되는 PFBS(6.69), PFHxS(8.93) 의 경우 낮은 peak를 나타내어 분리를 위한 추가실험이 요구됨 과불화화합물 5 μg/l의 농도로 21일간 노출로 잉어의 혈액내의 농도 는 최대 1662 μg/l 까지 축적되는 현상이 관찰되었다. PFHxS, PFDoA, PFNA는 노출기간 동안 지속적으로 증가 후 정화기간동안 감소를 확인하였으나, PFOA, PFUnDA, PFDA의 경우에는 정화기간 동안 증가하는 결과가 확인되어 재분석이 요구됨 어류 중의 혈액뿐만 아니라, 근육, 생식기 등에서의 과불화화합물의 분석이 추가로 요구됨 Ⅳ. 참고문헌 96 환경 분석 전문가 양성을 위한 자체 교육

101