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창훈 영
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1 한국환경분석학회지제 15 권 ( 제 3 호 ) 234~238, 2012 J. of the Korean Society for Environmental Analysis [ 단보 ] 초음파용매추출에의한 Allyl Isothiocyanate 의분광광도법정량 현준호 최종문 1 수자원공사, 1 한중대학교 Spectrophotometric Determination of Allyl Isothiocyanate after Ultrasonic Solvent Extraction Joon-Ho Hyun and Jong-Moon Choi 1 Daesan Industrial Water Supply Construction Office, Korea Water Resources Corporation, Seosan, Chungnam , Korea 1 Department of Korean Medicine & Processing, Hanzhong University, Donghae, Gangwon , Korea Received September 14, 2012/Revised September 27, 2012/Accepted September 30, 2012 Allyl isothiocyanate as an irritant quantified by spectrophotometry after ultrasonic solvent extraction as a preconcentration were studied. For this purpose, the experimental conditions of allyl isothiocyanate need to be reviewed, comparing the extracting organic solvents solubility and extraction efficiency, the change of the maximum absorption wavelength according to extracting organic solvents and ultrasonic solvent extraction time were optimized. Results obtained using the standard sample, optimum extraction organic solvent was dichloromethane, and obtained significant absorbance spectrum by this ultraviolet light/sight lines without interfering which make applying by this method. For ultrasonic solvent extraction time of allyl isothiocyanate was sufficient in 15 minutes. Based on the experimental conditions of reviews, the calibration curve using a series of concentrations of the standard solution was made for quantitative analysis. Finally, determination of Allyl Isothiocyanate and reliable level of results could be obtained by applying this method in the domestic two-party products. Key words: Allyl Isothiocyanate (Mustard oil), Spectrophotometric determination, Ultrasonic solvent extraction 1. 서론 1996년미국에서호신용분사기의판매, 보유및사용이합법화 1) 된이래로국내에서도매년호신용품판매량이증가하고있다. 이는불특정인을상대로한범죄가증가하는사회적현상때문에불안한개인특히여성들을중심으로호신용품의구매가급증하고있기때문이다. 이런목적을위해사용하는호신용품들은내장된압축가스또는물리적인힘이나제품상단의펌프를압축시킴으로서자극성약제를분사하는기기이며분사기와스프레이형태가가장많다. 일반적으로호신및진압용품에사용하는자극성약제는물질의상태에따라액체식과분말식으로나눌수있으나자극성약제가분사될경우눈을자극하여눈 물이나오거나피부따가움, 피부발적, 호흡곤란, 기관지손상을야기하며특히일부약제성분은독성이강하여행정기관의엄격한승인과정을거쳐야한다. 국내에서시판되는호신용품에내장된자극성약제는주로겨자에서추출한 allyl isothiocyanate나마늘, 후추및고추에서추출한 oleoresin capsicum이며이들에노출될경우눈물이나거나호흡장애등과같은무능화효과가나타난다. 그러나치안목적용으로사용되는약제는대부분 o-chlorobenzylidene malononitrile 로약효의지속성과암발생의혹때문에가능한저농도로사용할것을권장하고있으며이에대한법적규제가진행되고있다. 지금까지언급한세가지자극성약제성분의화학적구조는 Fig. 1과같다. To whom correspondence should be addressed. jmchoi@hanzhong.ac.kr

2 초음파용매추출에의한 Allyl Isothiocyanate 의분광광도법정량 235 Fig. 1. The chemical structures of pungent materials. 그러나호신및치안을목적으로자극성약제가내장된호신용품을사용할지라도오 남용으로인한사고와범죄, 긴급및구급의수요가날로증가한다면바람직한사회현상이라보기어렵다. 또한수요량증가에따라제조업체의품질관리에도문제를야기할가능성이많다. 이미언급한바와같이분사기에사용하는약제는대단히유독한물질이많고, 보관도중첨가된물질과의부반응으로인해인체에유독한물질을형성할수있으므로효과적인품질관리와약제의독성을평가를위해신속한분석기법을확립할필요가있다. 지금까지호신용품내장약제로널리사용되는자극성약제성분에대한연구는다음과같다. Barbero 등 2) 은후추에포함된 capsaicin을역상 HPLC로분리한후형광분석하였다. Spicer 등 3) 은에어로졸분사기약제중 capsaicin을고체상마이크로추출법과용매추출법의결과를상호비교하였다. Kopec 등 4) 은온도변화에따른 capsaicin의성분변화에대해연구하였다. Lia 등 5) 은 allyl isothiocyanate와 α- 및 β-cyclodextrin과의사이에발생하는착물형성반응을 headspace 기체크로마토그래프로연구하였다. Troncosoa 등 6) 은양배추에포함된 isothiocyanate를고체상마이크로추출한후기체크로마토그래피-질량분석기로정량하였다. Cejpek 등 7) 은 ally isothiocyanate를항산화제인 hydrogensulphite와의반응속도를연구하였다. Recer 등 1) 은호신용분사기약제인 oleoresin capsicum, o- chlorobenzylidene malononitrile 및 2-chloroacetophenone의공중보건학적평가를하였다. Nagarkatti 등 8) 은단기간 o-chlorobenzylidene malononitrile에의한독성평가를쥐를이용하여검토하였다. Punte 등 9) 들도역시 o-chlorobenzylidene malononitrile의독성평가를실시하였다. Park 등 10) 은 o-chlorobenzylidene malononitrile, chloroacetophenone 및 bromophenylacetonitrile의이성질체같은최루성약제의가수분해, 산화, 환원, 열분해화합물에대한분석을분광학적, 전기화학적방법으로확인하였다. 지금까지수행된방법을보면기체크로마토그래프, 기체크로마토그래프-질량분석법및고성능액체크로마토그래프등을이용하였고, 이처럼고가연구장비를이용하면효과적인분석이가능하지만분석시간, 분석단가또는많은노력이필요하다. 따라서보다신속하고, 간단한방법으로자극성약제를효율적으로분석하는방법이필요하다. 본연구에서는호신용품에내장된자극성약제성분인 allyl isothiocyanate를초음파용매추출법으로분리추출한후추출용매에따른최대흡수파장을구하여자외선 / 가시선분광기로정량하였다. 이를위해필요한실험조건인 allyl isothiocyanate 추출에필요한유기용매의종류와용매에따른최대흡수파장을검토하여스펙트럼방해의유무를결정하였고, allyl isothiocyanate 분석에이용되지않았던초음파용매추출을시도하였다. 실험조건이최적화되면일련의표준용액들을조제하여흡광도를측정한후검정곡선을작성하였다. 마지막으로시판되는호신용품에내장된자극성액체시료 2가지로부터 allyl isothiocyanate를초음파용매추출법으로예비농축하여자외선 / 가시선분광광도기로정성및정량분석을시도하였다. 2. 재료및방법 2.1. 시약및기기 시약실험에서사용된시약들은특급또는시약급을사용하였다. 실험과정에서사용한정제수는일차증류한물을 Barnstead NANO pure ultrapure water system 로처리한 2차정제수를사용하였다. Allyl isothiocyanate은미국 Fluka사의시약급시약사용하였고추출용매인 ethyl alcohol, benzene, n- hexane, dichloromethane은일본 Junsei사의특급시약을정제하지않고그대로사용하였다. 실제시료로사용한자극성액체는온라인판매점으로부터구매한호신용스프레이 2 종류에내장된액체를사용하였다.

3 236 현준호 최종문 Table 1. Operating conditions of UV/Vis spectrophotometer Scan Mode, Meas. mode Slit 4 nm Absorbance Range(nm) 190~1100 Delta lambda(nm) 1 Speed(nm/sec) 50 Correction Reference 기기사용한자외선 / 가시선분광광도계는독일 Analytikjena 사모델 Specord 201을사용하였고, 기기측정조건을 Table 1에수록하였다. 셀 (cell) 은그회사의석영셀을사용하였고, 초음파용매추출을위해사용한 Ultrasonicator는미국 Branson사의모델 3210 ultrasonicator를이용하였다. 사용한화학저울은영국 Precisa사, 모델 205A SCS를사용하였다 실험방법자극성액체시료는화학저울을이용하여각각일정량분취하여마개가있는고밀도폴리에틸렌 (HDPE) 용기에넣은후 ethanol, benzene, n-hexane, dichloromethane 을일정량씩가하고, 15분간초음파용매추출을시도하였다. 초음파용매추출을한다음용해되지않은잔류물이존재하면 0.45 µm 막필터로여과하여 20.0 ml 부피플라스크에넣고, 해당하는용매로표선까지묽혀사용하였다. 미리세척한석영셀에시료용액일정량을취하여자외선 / 가시선분광광도기로시료에포 함된각성분의최대흡수파장과흡광도를측정하였다 (Fig. 2). 3. 결과및고찰 3.1. 추출용매의선택일반적으로호신용품에사용하는자극성약제는무력화효과를극대화하기위해단일성분을사용하기도하고, 여러가지성분을혼합하여사용할수있으므로약제시료로부터분석하고자하는특정성분을적절한유기용매을이용하여정량적으로분배 농축시켜야한다. 이런조건을만족시킬수있는유기용매를찾고자 allyl isothiocyanate는 g 정도를정확히취하여마개가있는고밀도폴리에틸렌용기에넣은후용매의극성에따라선택한 hexane, benzene, dichloromethane 및 ethyl alcohol을각각 20.0 ml씩넣고, 마개를닫은다음초음파세척기에넣어 15분간초음파용매추출을시도하였다. 초음파용매추출을끝내고, 맑은유기용매층을분취하여자외선 / 가시선분광광도계로 200~800 nm까지흡광도를측정하였다 (Fig. 3). Sample Weighing Organic solvents 20.0 ml Sonication Filtering 0.45 µm membrane filter Measurement of absorbance by UV/Vis spectrophotometer Fig. 2. Experimental procedure. 실제시료분석을위해사용하는검정곡선은각화합물에대해일련의농도가다른표준용액을조제하여얻어진흡광도를이용하였다. Fig. 3. Absorption spectrum of allyl isothiocyanate. Fig. 3에서보듯이, allyl isothiocyanate의최대흡수파장은 hexane에서는 277 nm, benzene에서는 281 nm, dichloromethane에서는 281 nm, ethy alcohol에서는 279 nm에서나타났다. 이때각용매에분배된 allyl isothiocyanate의최대흡수파장은거의근접하였으나흡광도의크기로볼때 dichloromethane의흡광도가높게나타난것으로보아다른용매에비해 dichloromethane에 allyl isothiocyanate이잘분배된다는것을알수있었다. 이로써 allyl isothiocyanate를초음파용매추출할때추출용매로는 dichloromethane이다른용매에비해 2 가지자극성성분들이잘분배된다는것을알수있었

4 초음파용매추출에의한 Allyl Isothiocyanate 의분광광도법정량 237 다. 따라서이후의추출용매는 dichlomethane를선택하였다 초음파추출시간용매추출법에서는분석성분을유기용매층으로분배시킬때추출시간에따른영향이크다. 이는시료의매트릭스차때문이기도하지만대부분유기용매와분석성분의극성차에의해분배되는속도가차이나기때문이기도하다. 따라서물리적혼합에의한추출보다초음파를이용한추출이더우수할것으로생각되어액체시료에유기용매를가한후이를초음파세척기에넣고, 시료에초음파를주는시간변화에따른분석성분들의추출정도를흡광도의변화로검토해보았다. 이를위해제안된실험방법에서초음파추출시간변화에따라 dichloromethane에서얻어진최대흡수파장에서분석성분의흡광도변화를고찰해보았다 (Fig. 4). Fig. 4. Variation of absorbances for allyl isothiocyanate (210.0 µg/ml) according to ultrasonic extraction time. 계별로희석하여검정곡선작성용표준용액을조제한후기기측정조건에맞추어흡광도를측정하여검정곡선을작성하였다 (Fig. 5). Fig. 5. Calibration curves of allyl isothiocyanate in dichloromethane. Fig. 5에서보듯이, 작성된검정곡선은회귀분석결과상관계수가 로대단히좋은직선성을나타내었다. 마지막으로지금까지검토한조건을바탕으로제안된방법을실제시료에응용해보았다. 이를위해온라인에서판매되는호신용스프레이 2가지를구매하였고, 회수된내장액체들을각각 g 정도를정확히무게를달아폴리에틸렌용기에넣고, dichloromethane을 20.0 ml 가한후초음파용매추출을 15분간실시하였다. 액체시료들에는눈에보일만큼의불용성성분은없었으나미세한불용성성분이흡광도측정시빛의산란효과를유발할지모르므로초음파용매추출후 0.45 µm 막필터로걸러맑은유기용매층을회수하여자외선 / 가시선분광광도계로흡광도를측정하였다 (Fig. 6). Fig. 4에서보듯이, 초음파추출시간이 5분이상이면분석성분의흡광도가일정하게나타나는결과를얻었다. 이는초음파용매추출시간이 5분이상이면분석성분이정량적으로 dichloromethane으로분배됨을알수있었다. 따라서이후실험에서는 allyl isothiocyanate가충분히유기용매층으로분배시키는추출시간을 15분으로하였다 실제시료의분석이상과같이검토한추출조건을바탕으로실제시료분석에이용하는검정곡선을작성하기위해필요한표준용액은다음과같이조제하였다. Allyl isothiocyanate를일정량취하여 dichloromethane에녹여각각 8,000 µg/ml 용액을만들고, 이를단 Fig. 6. UV spectra of real samples. Fig. 6에서볼수있듯이, Sample A 시료는 allyl isothiocyanate 의흡수파장과정확히일치하는흡수파장

5 238 현준호 최종문 을보여주지않고, 최대흡수파장이 273 nm에서나타났는데이는시료의변질이나다른자극성물질로추정된다. 따라서 Sample A에대해관능검사를실시한결과, 상당한자극성을나타내었고, 이로부터추측하건데비록본실험에서검토하지는않았으나이는 Capsaicin 성분으로추정된다. 그러나 Sample B 시료의경우, 최대흡수파장이 283 nm에서흡광도가출현하였고, 이는 allyl isothiocyanate 로판단되며희석비율을고려한환산농도는 38.8 % 로나타났다. 이결과를 Table 3에수록하였다. Table 3. Analytical results of real samples (%) Samples Component Concentration A *capsaicin - B allyl isothiocyanate 38.8 *Estimated by sensory evaluation 4. 결론 최근불안한사회정서를반영하듯인증기관의인증을받지않는호신용품들이난립하고있어내장된약제에대한정확한품질관리가필요하다. 따라서유통되는몇가지호신용품에내장된약제에포함된자극성성분인 allyl isothiocyanate(mustard oil) 에대해초음파용매추출을시도하여자외선-가시선분광광도기로신속한분석기법을제시하였다. 이에다음과같은몇가지결론을얻을수있었다. 스프레이형태의호신용품에내장된자극성약제로는 allyl isothiocyanate(mustard oil) 와확인되지않는성분이었다. 내장약제를용매추출할때가장유용한유기용매로는 dichloromethane이었고, allyl isothiocyanate (Mustard oil) 는 280 nm의최대흡수파장을나타내었다. 내장약제를초음파추출을시도할때추출시간으로는 5분이상이면충분하였다. 내장액체에포함된성분의농도는 allyl isothiocyanate가 38.8% 정도였다. 일부내장약제는첨가물에의한가수분해로인한변질이거나다른자극성약제성분을사용했을가능성이있었다. 참고문헌 1. G. M. Recer, T. B. Johnson and A. K. Gleason, Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2002, 36, G. F. Barbero, A. Liazid, M. Palma and C. G. Barroso, Food Chemistry, 2008, 107, O. Spicer Jr. and J. R. Almirall, Talanta, 2005, 67, S. E. Kopeca, R. J. DeBellisb and R. S. Irwina, Pulmonary Pharmacology & Therapeutics, 2002, 15, X. Lia, Z. Jina and J. Wanga, Food Chemistry, 2007, 103, R. Troncosoa, C. Espinozaa, A. Sanchez-Estrada, M. E. Tiznadoa and H. S. Garcia, Food Research International, 2005, 38, K. Cejpek, J. Urban, J. Veliöek and H. Hrabcova, Food Chemistry, 1998, 62, M. Nagarkatti, P. S. Nagarkatti and C. D. Raghuveeran, Toxicology Letters, 1981, 8, C. L. Punte, J. T. Weimer, T. A. Ballard and J. L. Wilding, Toxicology and Applied Pharmacology, 1962, 4, S. W. Park, N. Y. Kim, D. H. Kim, S. W. Hong, N. D. Sung, I. K. Kim and I. K. Oh, Analytical Science & Techenology, 1992, 5,

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